一种中深层地热能增强型取热装置论文和设计

全文摘要

本实用新型专利提供了一种中深层地热能增强型取热装置，包括换热套管和取热内管，所述取热内管设置在换热套管内，换热套管设置换热介质进口端，取热内管设置换热介质出口端，所述换热套管上部内表面设置突出内表面的肋片，所述取热内管和换热套管之间设置换热管，换热管紧贴换热套管内壁和取热内管。换热介质通过设置肋片和换热管改变断面的方式，使换热介质在套管内壁处发生多次扰动，从而破坏边界层热阻层，扩大低热阻区域，因而能提高传热系数，螺旋肋片的安装也增加了有效换热面积，本实用新型能够提高常规同心管换热器的换热量，换热效率高，能够提高热泵系统的运行效率。

主设计要求

1.一种中深层地热能增强型取热装置，其特征在于：包括换热套管和取热内管，所述取热内管设置在换热套管内，换热套管设置换热介质进口端，取热内管设置换热介质出口端，所述换热套管上部内表面设置突出内表面的肋片，所述取热内管和换热套管之间设置换热管，换热管紧贴换热套管内壁和取热内管。

设计方案

2.根据权利要求1所述一种中深层地热能增强型取热装置，其特征在于：所述换热管为螺旋状。

3.根据权利要求2所述一种中深层地热能增强型取热装置，其特征在于：所述换热管为扁平管。

4.根据权利要求1-3任一的所述一种中深层地热能增强型取热装置，其特征在于：所述换热管横截面为长方形。

5.根据权利要求4所述一种中深层地热能增强型取热装置，其特征在于：所述肋片为锯齿形。

6.根据权利要求4所述一种中深层地热能增强型取热装置，其特征在于：所述换热套管和取热内管为同轴结构。

7.根据权利要求5所述一种中深层地热能增强型取热装置，其特征在于：所述换热介质进口端和换热介质出口端连接热泵机组，形成闭式循环。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于地热能供暖开发和利用技术领域，尤其涉及一种中深层地热能增强型取热装置。

背景技术

地热能是一种绿色、洁净、可再生的清洁能源、具有分布广、储量大等优点，地热能供暖的利用的形式分为：抽取地下水型和取热不取水型，抽取地下水型供热技术靠抽取地下热水进行供热，地下水温度较高时可以直接供暖，温度低时可利用热泵供热，优点是：热水利用率高；缺点是：对地质条件要求高，如果无法有效的回灌会引起地下水位下降，地面沉降，浪费水资源。取热不取水型地热能供热技术，通过封闭换热井，填充液体换热介质，通过换热介质将换热器所提取的热量传输至换热设备或热泵，再配至终端用户，具有运行成本低，不破坏地下水资源，节能环保等特点，缺点是：常规的同轴换热器提取的地热能量过小，从而增加了工程建设时需要的打井数量。

实用新型内容

针对上述背景技术的阐述，本实用新型提供一种中深层地热能增强型取热装置，通过换热器结构，有效增加单井换热量，增大地热能的提取能力，解决现有取热不取水型地热能供暖单井出热量小的缺点。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种中深层地热能增强型取热装置，包括换热套管和取热内管，所述取热内管设置在换热套管内，换热套管设置换热介质进口端，取热内管设置换热介质出口端，所述换热套管上部内表面设置突出内表面的肋片，所述取热内管和换热套管之间设置换热管，换热管紧贴换热套管内壁和取热内管。

上述技术方案中，所述换热管为形成螺旋状。

上述技术方案中，所述换热管采用横截面为长方形的扁平管。

上述技术方案中，所述肋片为锯齿形。

上述技术方案中，所述换热套管和取热内管为同轴结构。

上述技术方案中，所述换热介质进口端和换热介质出口端连接热泵机组，形成闭式循环。

本实用新型有益效果：换热介质通过设置肋片和换热管改变断面的方式，使换热介质在套管内壁处发生多次扰动，从而破坏边界层热阻层，扩大低热阻区域，使传热系数得到明显提高，换热介质再进入螺旋向下的换热通道，换热介质沿着螺旋坡道进入套管底部，再经由取热内管向上流出，由于螺旋形肋片能够诱导流体形成螺旋流动，增加了流体流动路径，提高了流体的流速，因而能提高传热系数，螺旋肋片的安装也增加了有效换热面积，本实用新型能够提高常规同心管换热器的换热量，换热效率高，能够提高热泵系统的运行效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型专利实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本实用新型实施例的结构示意图。

其中，换热介质进口端1，取热内管2，换热套管3，肋片4，固井材料5，中深层地热井6，换热管7，换热介质进口端8。

具体实施方式

下面将结合本实用新型专利的附图，对本实用新型专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型专利保护的范围。

根据图1所示，作为实施例所示的一种中深层地热能增强型取热装置，包括换热套管和取热内管，换热套管和取热内管为同轴结构，取热内管设置在换热套管内，换热套管设置换热介质进口端，取热内管设置换热介质出口端，换热介质进口端和换热介质出口端连接换热装着或热泵机组，形成闭式循环。换热套管上部内表面设置突出内表面的锯齿形的肋片，所述取热内管和换热套管之间设置螺旋状换热管，换热管紧贴换热套管内壁和取热内管，换热管采用横截面为长方形的扁平管，长方形的短边与长边比例为1:5—8。

在本实用新型中，换热介质经过位于地面的水泵加压进入套管，先经过肋片的换热区域，再进入换热管螺旋向下的换热通道区域，换热介质沿着螺旋坡道进入套管底部，再经由取热内管向上流出。

本实用新型根据地热特点设计，由于地温场的垂向变化基本特征是地温随深度增加而增高，因此深层地热高于浅层地热，中深层换热井一般打井深度为2500m，井底温度一般为70～80℃，地热能与套管内循环介质的换热过程为：高温岩体以导热的形式传递热量给固井材料，再由固井材料以导热的形式传递热量给换热套管，最终换热套管以导热和对流换热的形式传递热量给循环换热介质，换热介质从入口进入井下换热套管内，由于换热介质具有粘滞力，会在光滑的避免形成边界层，而边界层属于层流，具有较高的换热热阻，为了破坏层流边界层，减小换热热阻，位于地热井中部的中温度场附近，在换热套管上部内表面设置了具有突出表面的肋片，而肋片有助于使换热介质在套管内壁处发生多次扰动，从而破坏边界层热阻层，扩大低热阻区域，使传热系数得到明显提高。随着井深度的增加，地热井下部具有更高的温度场，因此在内管下部设置了具有旋转向下的螺旋状的换热管，换热介质从肋片换热区域流入螺旋向下的换热管换热通道，换热介质沿着螺旋坡道进入套管底部，由于螺旋状的换热管能够诱导流体形成螺旋流动，增加了流体流动路径，提高了流体的流速，因而能提高传热系数，螺旋肋片的安装也增加了有效换热面积，从而进一步增加换热介质与套管之间的换热量，换热介质流出螺旋坡道后进入井底，再经由位于套管同心轴位置的取热内管流出，换热介质的进出口与位于地面的热泵机组或换热设备相连接形成闭式循环，依靠水泵提供的机械循环力往复循环吸取中深层地热能，从而为建筑提供清洁热源。

以上所述，仅为本实用新型专利的具体实施方式，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型专利的保护范围之内。因此，本实用新型专利的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

设计图

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