CN109724277A - 地热井换热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地热井换热装置，包括上部循环套管、内外管换向接头、底部换热套管，所述上部循环套管位于水温低于35度的地热井上部井体，所述底部换热套管位于水温高于35度的地热井下部井体，内外管换向接头连接在上部循环套管与底部换热套管之间。本发明在地热井的35度分界点处加装内外管换向接头，利用内外管换向接头使地热井双层套管内、外通道中的循环介质交叉转换，循环介质在水温低于35度的地热井上部井体中采用热介质在中心、冷介质在外部的循环模式，循环介质在水温高于35度的地热井下部井体中采用冷介质在中心、热介质在外部的循环模式。介质循环路径经过交叉转换后，减少了因为循环换热介质自身紊流现象对换热介质流动形成的阻力，降低了循环泵的能耗，提高了地热井换热装置的换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及地热能利用技术领域，具体涉及一种地热井换热装置。
背景技术
目前常用的中深层地热井一般采用双层套管换热装置为建筑提供采暖热能。循环换热介质从外套管与内套管的中间空隙向下流动，在底部从内套管中心向上流出双层套管。循环换热介质经热源热泵蒸发器释放热量降温，然后再回流到双层套管换热装置内。地热井的井深一般为500-4000米。双层套管换热装置在换热过程中，双层套管内循环换热介质温度一般大于30℃。双层套管换热装置存在两种不同的热量传递方向：地热井的上部，当管道内循环换热介质温度高于管道外岩层温度时，热量由循环换热介质向岩层传递；地热井的下部，当管道内循环换热介质温度低于管道外岩层温度时，热量由岩层向循环换热介质传递，换热方式以传导和对流为主。双层套管换热装置的内外管采用直通管，循环换热介质从外套管底部进入内套管中心流动的过程中，很容易被沉淀物堵塞。由于地热井的下部随着深度的增加温度越来越高，循环换热介质在外套管与内套管的中间空隙向下流动过程中会吸收热量能，底部温度逐渐升高的循环换热介质就会产生向上的紊流，对循环换热介质的流动形成阻力，提高循环泵的能耗，降低地热井换热装置的换热效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以大大提高地热井循环换热介质出口流量稳定性的地热井换热装置，该装置具有换热效率高、能耗低、结构简单的优点。
为解决上述技术题，本发明采用如下技术方案：一种地热井换热装置，其特征在于：包括上部循环套管、内外管换向接头、底部换热套管，所述上部循环套管位于水温低于35度的地热井上部井体，所述底部换热套管位于水温高于35度的地热井下部井体，内外管换向接头连接在上部循环套管与底部换热套管之间；
所述上部循环套管包括上部外管体、位于上部外管体中心的上部内管体，其中上部外管体与上部内管体之间为上外环通道，上部内管体中心为上中心通道；
所述底部换热套管包括底部外管体、位于底部外管体中心的底部内管体，底部外管体的底端设有底端封堵板，所述底部内管体的底端呈敞口状与底部外管体连通，其中下部外管体与下部内管体之间为下外环通道，下部内管体中心为下中心通道；
所述内外管换向接头包括接头外套管、位于接头外套管中心的接头内套管、连接在接头外套管和接头内套管之间的上外转下内导流套和下外转上内导流套，所述接头内套管中部利用接头隔离挡板分为上、下相互不连通的两部分，上部的接头内套管为上接头内套管，下部的接头内套管为下接头内套管，所述接头外套管用于连接上部外管体和下部外管体，所述接头内套管用于连接上部内管体和下部内管体，所述上接头内套管的管壁上设有上导流口，所述下接头内套管的管壁上设有下导流口，上外转下内导流套连通上外环通道与下导流口，下外转上内导流套连通下外环通道与上导流口，上外转下内导流套和下外转上内导流套相互交叉且不直接连通。
作为本技术方案的进一步改进，所述上部内管体、底部内管体均为保温隔热管体。
作为本技术方案的进一步改进，所述上接头内套管的管壁上均匀的分布多个上导流口，所述下接头内套管的管壁上均匀分布多个下导流口，上导流口与下导流口间隔交错分布，相对应的上外转下内导流套和下外转上内导流套同样间隔交错分布。
本发明在地热换热装置地热井的35度分界点处加装内外管换向接头，利用内外管换向接头使地热井双层套管内、外通道中的循环介质在低温、高温区交叉转换，循环介质在水温低于35度的地热井上部井体中采用热介质在中心、冷介质在外部的循环模式，循环介质在水温高于35度的地热井下部井体中采用冷介质在中心、热介质在外部的循环模式。介质循环路径经过交叉转换后，减少了因为循环换热介质自身紊流现象对换热介质流动形成的阻力，降低了循环泵的能耗，提高了地热井换热装置的换热效率。
附图说明
图1为本发明所述地热井换热装置的结构示意图；
图中标号为：1上部循环套管；2内外管换向接头；3底部换热套管；11上部外管体；12上部内管体；13上外环通道；14上中心通道；21接头外套管；22上接头内套管；23下接头内套管；24上外转下内导流套；25下外转上内导流套；26接头隔离挡板；27上导流口；28下导流口；31底部外管体；32底部内管体；33下外环通道；34下中心通道；35底端封堵板。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征详细说明如后。
请参阅图1所示，本发明提供了一种地热井换热装置，包括上部循环套管1、内外管换向接头2、底部换热套管3，所述上部循环套管位于水温低于35度的地热井上部井体，所述底部换热套管位于水温高于35度的地热井下部井体，内外管换向接头连接在上部循环套管与底部换热套管之间；所述上部循环套管包括上部外管体11、位于上部外管体中心的上部内管体12，其中上部外管体与上部内管体之间为上外环通道13，上部内管体中心为上中心通道14；所述底部换热套管包括底部外管体31、位于底部外管体中心的底部内管体32，底部外管体的底端设有底端封堵板35，所述底部内管体的底端呈敞口状与底部外管体连通，其中下部外管体与下部内管体之间为下外环通道33，下部内管体中心为下中心通道34；所述内外管换向接头包括接头外套管21、位于接头外套管中心的接头内套管、连接在接头外套管和接头内套管之间的上外转下内导流套24和下外转上内导流套25，所述接头内套管中部利用接头隔离挡板26分为上、下相互不连通的两部分，上部的接头内套管为上接头内套管22，下部的接头内套管为下接头内套管23，所述接头外套管用于连接上部外管体和下部外管体，所述接头内套管用于连接上部内管体和下部内管体，所述上接头内套管的管壁上设有上导流口27，所述下接头内套管的管壁上设有下导流口28，上外转下内导流套24连通上外环通道13与下导流口28，下外转上内导流套连通下外环通道33与上导流口27，上外转下内导流套和下外转上内导流套相互交叉且不直接连通。 所述上部内管体、底部内管体均为保温隔热管体。所述上接头内套管22的管壁上均匀的分布多个上导流口27，所述下接头内套管23的管壁上均匀分布多个下导流口28，上导流口与下导流口间隔交错分布，相对应的上外转下内导流套和下外转上内导流套同样间隔交错分布。
本发明在具体实施时, 上部循环套管1和底部换热套管3由多节连接而成，接头处的内外管体均利用对接丝扣连接，并加装密封垫，内外管换向接头2两端均设置对接丝扣分别与上部循环套管1和底部换热套管3连接；在地热井孔中由下至上依次安装底部换热套管3、内外管换向接头2、上部循环套管1，地热井下部井体的底部换热套管3外周利用高导热系数、高透水材料固井；地热井上部的井体的上部循环套管1外周利用普通固井水泥填充。上外环通道13与地热换热器的低温介质回流管路连通，上中心通道14与地热换热器的高温介质输入管路连通。低温介质在上部循环套管1的上中心通道14中下行，然后由上中心通道14进入下导流口28，然后由下导流口28进入下接头内套管23，然后由下接头内套管23进入底部换热套管3的底部内管体32，到达底部内管体32的底端后结束下行过程；低温介质在底部内管体32的底端流出进入底部换热套管3的下外环通道33，开始上行过程。本发明利用内外管换向接头使地热井双层套管内、外通道中的循环介质在低温、高温区交叉转换，循环介质在水温低于35度的地热井上部井体中采用热介质在中心、冷介质在外部的循环模式，循环介质在水温高于35度的地热井下部井体中采用冷介质在中心、热介质在外部的循环模式。介质循环路径经过交叉转换后，减少了因为循环换热介质自身紊流现象对换热介质流动形成的阻力，降低了循环泵的能耗，提高了地热井换热装置的换热效率。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种地热井换热装置，其特征在于：包括上部循环套管、内外管换向接头、底部换热套管，所述上部循环套管位于水温低于35度的地热井上部井体，所述底部换热套管位于水温高于35度的地热井下部井体，内外管换向接头连接在上部循环套管与底部换热套管之间；
所述上部循环套管包括上部外管体、位于上部外管体中心的上部内管体，其中上部外管体与上部内管体之间为上外环通道，上部内管体中心为上中心通道；
所述底部换热套管包括底部外管体、位于底部外管体中心的底部内管体，底部外管体的底端设有底端封堵板，所述底部内管体的底端呈敞口状与底部外管体连通，其中下部外管体与下部内管体之间为下外环通道，下部内管体中心为下中心通道；
所述内外管换向接头包括接头外套管、位于接头外套管中心的接头内套管、连接在接头外套管和接头内套管之间的上外转下内导流套和下外转上内导流套，所述接头内套管中部利用接头隔离挡板分为上、下相互不连通的两部分，上部的接头内套管为上接头内套管，下部的接头内套管为下接头内套管，所述接头外套管用于连接上部外管体和下部外管体，所述接头内套管用于连接上部内管体和下部内管体，所述上接头内套管的管壁上设有上导流口，所述下接头内套管的管壁上设有下导流口，上外转下内导流套连通上外环通道与下导流口，下外转上内导流套连通下外环通道与上导流口，上外转下内导流套和下外转上内导流套相互交叉且不直接连通。
2.根据权利要求1所述的一种地热井换热装置，其特征在于：所述上部内管体、底部内管体均为保温隔热管体。
3.根据权利要求1所述的一种地热井换热装置，其特征在于：所述上接头内套管的管壁上均匀的分布多个上导流口，所述下接头内套管的管壁上均匀分布多个下导流口，上导流口与下导流口间隔交错分布，相对应的上外转下内导流套和下外转上内导流套同样间隔交错分布。
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