技术领域
[0001] 本
发明涉及深层地热开采的组合换热系统,尤其是涉及一种地热能换热装置。
背景技术
[0002] 地热能(GeothermalEnergy)是由
地壳抽取的天然热能,这种
能量来自地球内部的熔岩,并以热
力形式存在,是一种再生
能源。中国国土资源部发布官方数据表明,中国大陆3000米至10000米深处干热岩资源总计相当于中国目前年度能源消耗总量的26万倍;地热利用以直接利用为主,直接利用的能量最大份额是
地源热泵占49.0%,其次是洗浴和游泳占24.9%,再次是常规
地热供暖占14.4%。直接开采地下
水利用的方式有两个主要的缺点:
一是
地下水过度开采不可持续,会导致地下水资源枯竭、地面沉降等问题;二是利用后的
废水排放会造成生态环境问题。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种取热不取水、高换热能力、低功耗的一种地热能换热装置。本发明可以解决背景技术中的两个问题,做到取热不取水,不造成环境问题。
[0004] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的:一种地热能换热装置,包括U型换热器(1)、输出管(3)、动力泵(4)、热泵换热器(5)、末端(6)、返回管(7)和蓄热岩层(9),蓄热岩层(9)内布设有一组或多组U型换热器(1),U型换热器(1)内充注换热所需的循环介质,U型换热器(1)分别与输出管(3)和返回管(7)相连,输出管(3)在地下设有输出管保温段(2),返回管(7)在地下设有返回管保温段(8),通过输出管(3)连接至动力泵(4)和热泵换热器(5),热泵换热器(5)与末端(6)相连,热泵换热器(5)通过返回管(7)连接至U型换热器(1)。
[0005] U型换热器(1)的换
热管直径为100~200毫米。
[0006] 所述的U型换热器(1)的数量、管道直径、管道长度和管间距离根据热负荷需求确定,输出管保温段距离较长,返回管保温段距离较短, U型换热器两直管的管间距为200~4000米,多个U型换热器(1)通过输出管(3)和返回管(7)并联。
[0007] 本发明具有以下优点:
[0008] (1)本发明可以根据热负荷需求确定U型换热器的数量和井深,保证地下换热系统能够交换出充分的热量满足系统所需热负荷。
[0009] (2)U型换热器为封闭循环体系,在地下2000-6000米的深处安放,通过管壁与高温岩层和地下热水进行换热。
[0010] (3)U型换热器两直管的管间距为200-4000米,较长的水平管道具有更好的换热效果。
[0011] (4)输出管保温段和返回管设置有保温材料可以减少热量损失。
[0012] (5)本发明实现取热不取水,对地下系统不造成污染,实现
地热资源的可持续开采,真正实现CO2和粉尘的零排放,减少对化石能源的需求,对改善目前环境具有积极作用。
[0013] (6)具有采热量大、供热稳定、生产成本和运营
费用低等优点。
[0014] (7)U型换热器的输出端和输入端分别接有
温度检测装置,所述温度检测装置与温度显示装置相连,可以知道所述换热器中工质的温度,若工质温度变低,可以加热所述工质以提高热交换效率。
附图说明
[0015] 为了更清楚地说明本发明
实施例的技术方案,下面将对实施例或
现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016] 图1为本发明结构示意图;
[0017] 图2为多个U型换热器并联结构示意图。
具体实施方式
[0018] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0019] 实施例1:一种地热能换热装置,如附图1所示:包括U型换热器1、输出管保温段2、输出管3、动力泵4、热泵换热器5、末端6、返回管7、返回管保温段8和蓄热岩层9。通过钻机向蓄热岩层钻出直径100-200毫米的钻孔两个,通过定向钻井技术将两钻孔联通,U型换热器1布设在蓄热岩层9中,U型换热器1内充注换热所需的循环用介质,U型换热器1分别与输出管3和返回管7相连,在所述输出管3和返回管7外包裹有保温材料2,返回管7在地下设有返回管保温段8,U型换热器1通过输出管3连接至动力泵4和热泵换热器5,热泵换热器5与末端6相连,热泵换热器5通过返回管7连接至U型换热器1,所述U型换热器1的输出端和输入端分别接有温度检测装置,所述温度检测装置与温度显示装置相连。
[0020] U型换热器的输出端和输入端分别接有温度检测装置,所述温度检测装置与温度显示装置相连,可以知道所述换热器中工质的温度,若工质温度变低,可以加热所述工质以提高热交换效率。
[0021] 通过钻探设备向地下深处岩层钻孔,钻孔直径在100-200毫米之间,钻孔深度在2000-6000米之间,U型管两直管的管间距离在200-4000米之间,通过定向钻井技术将U型管两直管联通,形成U型结构,将此新结构的换热系统定义为U型换热系统。
[0022] 本发明在运行时,U型换热器1内充注好换热所需的循环介质,高温循环介质将来自深层岩层和热水的热量通过输出管3和动力泵4输送到热泵换热器5,热交换后的地温循环介质通过返回管7重新注入U型换热器1,U型换热器1和蓄热岩层9主要通过传导换热的方式使循环介质升温,实现热交换。经由热泵换热器5将热量向末端6输出。
[0023] 在极端情况下,通过动力泵4改变循环介质的流速,加大采热量,甚至可以通
过热泵换热器5向系统补充热源,以满足热负荷需求。该换热系统可以用于供暖、制冷、低温发电、工业干燥等行业。
[0024] 实施例2:如果热负荷较大,需要布设多组并联U型换热器,以布设两组U型换热器为例,如附图2所示:包括U型换热器1和10、输出管保温段2和14、输出管3和11、动力泵4和15、热泵换热器5、末端6、返回管7和12、返回管保温段8和13、蓄热岩层9。通过钻机向蓄热岩层钻出直径100-200毫米的钻孔四个,通过定向钻井技术将两钻孔联通,通过定向钻井技术将两钻孔联通,U型换热器1布设在蓄热岩层9中,U型换热器1内 充注换热所需的循环用介质,U型换热器1分别与输出管3和返回管7相连,输出管3在地下设有输出管保温段2,返回管
7在地下设有返回管保温段8,输出管保温段2和返回管保温段8采用内涂层保温或外包覆保温的方式。U型换热器1通过输出管3连接至动力泵4和热泵换热器5,热泵换热器5与末端6相连,热泵换热器5通过返回管7连接至U型换热器1。同样通过定向钻井技术将另两钻孔联通,U型换热器10布设在蓄热岩层9中,U型换热器10内充注换热所需的循环用介质,U型换热器
10分别与输出管11和返回管12相连,输出管11在地下设有输出管保温段14,返回管12在地下设有返回管保温段13,输出管保温段14和返回管保温段13采用内涂层保温或外包覆保温的方式。U型换热器10通过输出管11连接至动力泵15和热泵换热器5,热泵换热器5与末端6相连,热泵换热器5通过返回管12连接至U型换热器10。U型换热器1与10并联。
[0025] 通过钻探设备向地下深处岩层钻孔,钻孔直径在100-200毫米之间,钻孔深度在2000-6000米之间,U型管两直管的管间距离在200-4000米之间,通过定向钻井技术将U型管两直管联通,形成U型结构,将此新结构的换热系统定义为U型换热系统。
[0026] 本发明在运行时,U型换热器1和10内充注好换热所需的循环介质,第一组中高温循环介质将来自深层岩层和热水的热量通过输出管3和动力泵4输送到热泵换热器5,热交换后的地温循环介质通过返回管7重新注入U型换热器1;第二组中高温循环介质将来自深层岩层和热水的热量通过输出管11和动力泵15输送到热泵换热器5,热交换后的地温循环介质通过返回管12重新注入U型换热器10。U型换热器1和10与蓄热岩层9主要通过传导换热的方式使循环介质升温,实现热交换。热量经由热泵换热器5将向末端6输出。
[0027] 在极端情况下,通过动力泵4和15改变循环介质的流速,加大采热量,甚至可以通过热泵换热器5向系统补充热源,以满足热负荷需求。当热负荷较小时,可以通过动力泵4和15改变循环介质的流速,减小采热量,甚至关闭一组换热器。该换热系统可以用于供暖、制冷、低温发电、工业干燥等行业。
[0028] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行
修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。