[发明专利]一种中深层无干扰地热能高效同轴换热装置

说明书

本发明公开了一种中深层无干扰地热能高效同轴换热装置，包括从土壤增温层中吸热的强化换热外套管和输送换热介质循环水的同轴绝热内管。所述强化换热外套管是由导热系数高的金属材料整体成型制成，其外壁上和内壁上均布有凸起的纵向金属翅片，其中内壁上凸起的纵向金属翅片形成的等效同轴圆的直径大于绝热内管的外径。中深层无干扰地热能高效同轴换热装置的强化换热外套管布置在土壤的增温层中，其上部与布置在土壤变温层和恒温层中的同轴换热装置外套管光管相连接，中间为输送换热介质循环水的同轴绝热内管。和目前采用的光管外套管换热装置相比，可强化吸热介质循环水与岩土层的换热，增加单井换热量，提高出水温度。

技术领域

本发明涉及一种中深层无干扰地热能高效同轴换热装置。

背景技术

根据地质条件的不同，地表以下0～300m为土壤变温层和恒温层，为浅层热储层，温度较低(20℃左右)；地表以下300m～4000m为土壤的增温层(中深层岩土)，为中深层热储层，其井底部岩土最高温度可以达到80℃以上。

中深层无干扰地热供热技术是通过向地面下土壤增温层(中深层岩土)钻井，以地下中深层岩土热储层或干热岩为热源，通过专用井下换热设备提取地热能，不取用地下水且对地下含水层无干扰的绿色、环保可再生能源清洁供热技术。

中深层无干扰地热供热技术主要有单井同轴换热和U型对井换热，其中单井同轴换热技术近年来发展和推广应用市场潜力巨大。

现有的中深层无干扰地热供热技术，在土壤恒温层和土壤增温层设置的同轴换热外套管的外壁均为光管设计，外套管内部为光管或凹型槽设计，吸热效果和单井换热量、出水温度均有待提高。

发明内容

本发明的目的是基于上述中深层无干扰地热能同轴换热技术背景的阐述，通过对中深层无干扰地热能同轴换热外套管结构进行重新设计，进而提供一种强化吸热介质循环水与岩土层的换热，增加单井换热量，提高出水温度的高效无干扰地热能换热装置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种中深层无干扰地热能高效同轴换热装置，包括从土壤增温层(中深层岩土)中吸热的强化换热外套管和输送换热介质循环水的同轴绝热内管。所述强化换热外套管，其内壁上布有凸起的纵向内金属翅片，其外壁上也布有凸起的纵向外金属翅片。

强化换热外套管内壁上凸起的纵向内金属翅片形成的等效同轴圆的直径D1大于绝热内管的外径D2。

强化换热外套管内壁上凸起的纵向内金属翅片数量不少于3片，其外壁上凸起的纵向外金属翅片数量不少于12片。

强化换热外套管是由铝合金、碳钢、合金钢等导热系数高的金属材料整体成型制成。

强化换热外套管布置在土壤增温层(中深层岩土)中，其上部与布置在地面至土壤变温层和恒温层中的同轴换热装置外套管光管相连接，中间为输送换热介质循环水的同轴绝热内管。

输送换热介质循环水的同轴绝热内管，从外套管光管和强化换热外套管内连续下入地热井中。

同轴换热装置的井口出水端和井口进水端分别与地热能换热机组(板换或热泵)连接，形成无干扰地热能闭式吸热循环。

本发明有益效果：和目前采用的光管外套管换热装置相比，由于外套管内外壁上均布有凸起的纵向金属翅片，在相同管径下，强化换热外套管的换热面积更大，传热系数更高，可强化换热介质循环水与岩土层的换热，增加单井换热量，降低换热介质循环水与外套管壁面和土壤增温层(中深层岩土)的换热温差，提高出水温度。

同时内壁上凸起的纵向内金属翅片，还可以固定输送换热介质循环水的同轴绝热内管，保证同轴换热器内外管之间流道间隙的一致性，提高换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明专利实施例案，下面将对实施例附图作简单介绍。