[实用新型]一种同轴组合套管式换热器

说明书

本实用新型公开一种同轴组合套管式换热器，包括上、下两部分，上半部分为热传导区，下半部分为热对流区，中间由一圆形隔热板连接。换热器上半部分由内管、外管和导热换热环状空间组成，下半部分由U型管群、对流换热空间、外管、潜水泵、一个地下水入水管和六个地下水回水管组成。低温冷媒水流经换热器上半部分时与土壤进行导热换热，流经下半部分时分别流入六根U型管，同时与高温地下水进行对流换热，以提高换热量。满足中深层地热单井同层回灌和单井异层回灌需求，亦可根据模拟计算结果选择地下水回水管的不同排布方式，以达到最佳的换热效果。

技术领域

本实用新型属于地热能利用领域，具体涉及一种用于中深层地热换热的同轴组合套管式换热器。

背景技术

地热能是一种清洁、可再生能源，具有不受环境和天气影响等优势。《地热能开发利用“十三五”规划》指出随着人们生活水平以及南方供暖需求的提高，集中供暖将会有很大的增长空间，给地热能发展提供了机遇；且在“十三五”时期要掌握地热产业关键核心技术，新增浅层地热能供暖(制冷)面积7亿平方米，新增水热型地热供暖面积4亿平方米；采用“采灌均衡、间接换热”或“井下换热”的工艺技术，实现地热资源的可持续开发。

地热能的供暖所使用的地热资源分为浅层地热和中深层地热，开采方式分为“取水取热”型和“取热不取水”型。目前抽取浅层地热水结合热泵系统的供暖技术研究较为成熟，我国多地已利用此技术满足了用户供暖需求。但“取水取热”的方式易造成地表沉降、地下水污染等环境问题。中深层地热因其热源深度大、温度高、不受天气环境影响，且工程占地面积小等优势而被越来越多的人关注。深井换热技术满足“取热不取水”的环保理念，深井换热器多采用井口至井底等径的同轴套管式结构。邓杰文等人曾对我国已投入使用的中深层地源热泵供暖系统的运行情况进行了实测，得到热源侧换热器平均每延米取热量在79～144W/m之间，是常规地源热泵系统的2～3.6倍。但实际工程中存在技术风险高和换热量较低等问题，目前未被广泛利用。

实用新型内容

本实用新型针对中深层地热的开采利用问题提出一种同轴组合套管式换热器，以提高换热量。该换热器包括上、下两部分，上半部分为热传导区，下半部分为热对流区，中间由一隔热板连接。

本实用新型的技术方案是一种同轴组合套管式换热器，该换热器包括上半部分和下半部分，上半部分为热传导区，下半部分为热对流区，上半部分和下半部分的中间由一隔热板(3) 连接，所述热传导区与所述热对流区通过U型管群(5)连通进行流体热交换。

所述热传导区包括外管(1)、内管(2)和导热换热环状空间(8)；外管(1)是冷媒水供水侧，内管(2)是冷媒水回水侧，低温冷媒水经导热换热环状空间(8)进入换热器，与外管(1)的外侧土壤进行导热换热，换热后的中温冷媒水通过隔热板(3)分流流入U型管群(5)内，在U型管群(5)内与地下水进行热量交换，换热后的高温冷媒水经内管(2)流出。

所述U型管群(5)与内管(2)在隔热板(3)异侧连接。

所述隔热板(3)上分布着内外两圈管孔(10)，每圈六个等间距同轴中心对称，管孔(10) 孔径与U型管群(5)的U型管内径相同；内管(2)位于所述内外两圈管孔(10)中间，与隔热板(3)垂直连接。

所述U型管群(5)由六个独立的U型管组成，冷媒水从U型管靠近外管(1)侧的支管流入，与对流换热空间(9)内的地下水换热后从U型管靠近轴心侧的支管流出。

所述热对流区包括U型管(5)、对流换热空间(9)、外管(1)、潜水泵(7)、地下水入水管(6)以及地下水回水管(4)；所述地下水入水管(6)位于换热器底部中心，潜水泵(7) 位于地下水入水管(6)内；所述地下水回水管(4)位于外管(1)外侧，排布方式包括但不限于如下：一是与U型管的两支管位于同一水平位置，呈等间距中心对称排布；二是位于相邻的U型管的中间位置，呈等间距中心对称排布。

所述外管(1)和U型管群(5)中U型管均采用热导率较大的金属材料制成。