一种超长重力热管系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种超长重力热管系统，包括插入地下的超长热管管体与冷凝器，超长热管管体内部由下至上包括蒸发段、绝热段以及冷凝段，且内部装有换热工质，冷凝器设置在超长热管管体的冷凝段的端部上，超长热管管体形状结构为直筒或弯曲或多分支状，超长热管管体竖直或倾斜插入地下，超长热管管体内设有固体填充物和套环。超长重力热管长度可长达数千米，通过热管自身倾斜或弯曲或多分支结构，提高管内蒸汽流动性，减小蒸汽流动阻力，利用固体填充物减少工质充注量，提高汽液混合物含汽率，降低汽液混合物密度，使底部液体受到的静压减小，更容易沸腾，提高蒸发换热效率，套环增加热管内液态换热工质与热管内壁的接触面积，提高蒸发换热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种超长重力热管系统
本技术涉及地热开采
，具体涉及一种超长重力热管系统。
技术介绍
地热能作为一种储量丰富、清洁、稳定的可再生能源，可分为水热型地热能和干热岩型地热能。随着国家对能源的需求，开发和利用地热资源得到了越来越多的关注。对于地热能的分类，通常分为以供暖、温泉、洗浴和大棚种植为代表的水热型地热资源，和利用地热资源直接发电的干热岩资源。对干热岩的传统利用，往往是建立野外试验场，钻取注入井和出口井，通过水力压裂形成连通性能良好的热储层，在注入井中注入低温工质，在热储层中加热后，经出口井抽至地面发电系统，经过梯级利用后，回灌到注入井循环使用，从而将深层地热能提取出来。在EGS的概念中，至少需要一个注入井和一个采出井才能够实现流体循环，从而实现地热能的提取和利用。但是在野外试验中也暴露出EGS的一些弊端：(1)钻井成本之高；(2)很难实现井间连通，具有较大的风险；(3)在实现流体循环时，不仅需要消耗大量的泵功，而且还存在工质漏损的现象；(4)在工质循环过程中，工质与高温岩石直接接触，流体工质中含有的钙离子、氯离子以及硅酸等离子，流体流入管道后会引起管道的结垢和腐蚀；(5)深层地下水含有的氡(Rn222)等放射性物质，会对人体产生伤害；(6)过度使用地下水资源可能造成地面沉降等危险。因此，寻找投资成本低、技术成熟、风险性小的采热方式具有重要的意义。热管作为一种高效的传热器，利用管内工质的相变可将热量从一端传输到另一端。利用热管技术开采地热能就能避免上述的问题。重力热管由于其制造简单、操作方便、成本低廉、传热效率高等优势，广泛地应用于工农业等领域。近年来，随着国家对新能源的开发和利用，重力热管逐渐的应用到太阳能、地热能等新能源领域。重力热管开采地热能的工作原理如下：通过在重力热管中加入水、液氨等工质，并将其内部用真空泵抽成负压状态；初始时刻，液体处于其热管底部，蒸发段受到地下深层的高温岩石或者高温地下水加热后，达到其液体的蒸发温度，液体吸热汽化后成为蒸汽，在微小压力的压差下，蒸汽经过绝热段流向地面冷凝段，在地面冷凝段经过换热器吸热后放出热量并凝结成液体，随后，在重力的作用下流回蒸发段，如此往复循环，将地下深层的干热岩热能提取到地面，供发电和采暖使用。由以上的开采过程可知，利用重力热管提取地热能资源并不需要消耗泵功等，可降低成本，此外，在整个过程中只取热不取水，可避免地面沉降、水资源污染等问题，具有显著的优势。对于传统的重力热管的研究和应用大多局限于1m～10m的长度范围内，然而对于开采地热能的重力热管而言，长度往往高度数千米，长径高达数千甚至数万，常规的短热管设计经验参数并不适用于超长重力热管，本技术将提供特殊的设计解决其技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提出一种具有良好的传热性能，能长时间运行的稳定可靠的超长重力热管系统，同时兼顾效率、耐压、成本、工艺、造型等诸多因素。为实现上述目的，本技术的技术方案为：一种超长重力热管系统，包括插入地下的超长热管管体与冷凝器，所述超长热管管体内部由下至上包括蒸发段、绝热段以及冷凝段，且内部装有换热工质，所述冷凝器设置在超长热管管体的冷凝段的端部上，所述超长热管管体形状结构为直筒或弯曲或多分支状，所述超长热管管体竖直或倾斜插入地下，所述超长热管管体内蒸发段处设有用于提高液态换热工质与超长热管管体内壁接触面积的增触组件。进一步地，所述超长热管管体的顶端设置有若干分叉管，每个分叉管上均单独设有冷凝器。进一步地，所述冷凝器壳程上设有用于套设在超长热管管体的冷凝段顶端的套筒，所述套筒和超长热管管体内部连通，所述冷凝器上还设有连通冷凝器管程的进水口和出水口。进一步地，所述冷凝器包括外壳，所述外壳内包括换热工质流路以及冷却水流路，所述换热工质流路包括套设在超长热管管体的冷凝段顶端上的套管，所述套管连通至外壳内部且另一端封闭，所述套管的侧壁上凸设有若干倾斜向上设置的分支管道，所述冷却水流路包括设置在壳体上的冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水流路使冷却水与套管接触换热。进一步地，所述分支管道以套管中线为中心设置有多列，相邻两列的分支管道之间设有折流板，所述折流板与外壳的内壁连接，使外壳内部分为若干个独立空间，所述折流板的上部或下部开设有冷却水流通口，相邻的两块折流板的冷却水流通口不设置在同一端。进一步地，所述分支管道为方管结构，分支管道上依次布置有温差发电片和冷却水扁管。进一步地，所述增触组件包括设置在超长热管管体内部的蒸发段底部的固体填充物，所述固体填充物的直径由低到高逐渐减小，所述固体填充物与超长热管管体内壁之间留有间隙。进一步地，所述增触组件包括至少一个设置在超长热管管体内壁蒸发段处的套环，所述套环包括与超长热管管体内壁连接的外环，所述外环包括固定段和外倾段，所述固定段与超长热管管体内壁连接，所述外倾段由下至上向超长热管管体的中心方向倾斜。进一步地，所述套环还包括设置在外环内侧的内环以及用于连接外环和内环的连接板，内环与外环之间留有间隔，所述内环包括竖直段和内倾段，竖直段的长度方向与超长热管管体内壁蒸发段的长度方向一致，内倾段由下至上向超长热管管体的中心方向倾斜。本技术与现有技术相比，具有如下优点：本技术的超长重力热管长度可长达数千米，同时通过热管自身的倾斜或弯曲或多分支结构，提高管内蒸汽流动性，减小蒸汽流动阻力，利用固体填充物大大减少了单位长度的液体工质含量，在相同的吸热量即蒸汽产量下，可以帮助提高汽液混合物含汽率，降低汽液混合物的密度，使得底部液体受到的静压减小，更容易沸腾，并利用套环增加热管内换热工质与热管内壁的接触面积，提高蒸发换热效率，降低过长的重力热管内所需的换热工质量，有效提高超长重力热管超长的蒸发段的换热使用效率。附图说明图1为本技术的超长重力热管系统的超长热管管体的直筒形结构示意图；图2为本技术的超长重力热管系统的超长热管管体的弯曲形结构示意图；图3为本技术的超长重力热管系统的超长热管管体的多分支形结构示意图；图4为本技术的实施例1的冷凝器结构示意图；图5为本技术的实施例2的冷凝器内部结构正视图；图6为本技术的实施例2的冷凝器内部结构俯视图；图7为本技术的实施例2的冷凝器内部结构加折流板结构图；图8为本技术的实施例2的冷凝器整体结构图；图9为本技术的实施例2的冷凝器的分支管道上布置温差发电片示意图；图10为本技术的超长重力热管系统的多个冷凝器并排使用示意图；图11为本技术的超长重力热管系统的固体填充物体结构示意图；图12为本技术的超长重力热管系统的套环及液体流动情况示意图；图13为本技术的超长重力热管系统的套环的俯视结构示意图；图14为本技术的超长重力热管系统的套环的侧视结构示意图；附图标记说明：1、超长热管管体；2、冷凝器；21、壳体；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超长重力热管系统，其特征在于：包括插入地下的超长热管管体(1)与冷凝器(2)，所述超长热管管体(1)内部由下至上包括蒸发段、绝热段以及冷凝段，且内部装有换热工质，所述冷凝器(2)设置在超长热管管体(1)的冷凝段的端部上，所述超长热管管体(1)形状结构为直筒或弯曲或多分支状，所述超长热管管体(1)竖直或倾斜插入地下，所述超长热管管体(1)内蒸发段处设有用于提高液态换热工质与超长热管管体(1)内壁接触面积的增触组件。/n

【技术特征摘要】
1.一种超长重力热管系统，其特征在于：包括插入地下的超长热管管体(1)与冷凝器(2)，所述超长热管管体(1)内部由下至上包括蒸发段、绝热段以及冷凝段，且内部装有换热工质，所述冷凝器(2)设置在超长热管管体(1)的冷凝段的端部上，所述超长热管管体(1)形状结构为直筒或弯曲或多分支状，所述超长热管管体(1)竖直或倾斜插入地下，所述超长热管管体(1)内蒸发段处设有用于提高液态换热工质与超长热管管体(1)内壁接触面积的增触组件。


2.根据权利要求1所述的超长重力热管系统，其特征在于：所述超长热管管体(1)的顶端设置有若干分叉管，每个分叉管上均单独设有冷凝器(2)。


3.根据权利要求1所述的超长重力热管系统，其特征在于：所述冷凝器(2)壳程上设有用于套设在超长热管管体(1)的冷凝段顶端的套筒(26)，所述套筒(26)和超长热管管体(1)内部连通，所述冷凝器(2)上还设有连通冷凝器(2)管程的进水口(24)和出水口(25)。


4.根据权利要求1所述的超长重力热管系统，其特征在于：所述冷凝器(2)包括外壳(34)，所述外壳(34)内包括换热工质流路以及冷却水流路，所述换热工质流路包括套设在超长热管管体(1)的冷凝段顶端上的套管(31)，所述套管(31)连通至外壳(34)内部且另一端封闭，所述套管(31)的侧壁上凸设有若干倾斜向上设置的分支管道(32)，所述冷却水流路包括设置在壳体(21)上的冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水流路使冷却水与套管(31)接触换热。


5.根据权利要求4所述的超长重力热管系统，其特征在于：所述分支管道(32)以套管(31)中线为中心设置有多列，相邻两列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑继文，蒋方明，黄文博，陈娟雯，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：新型
国别省市：广东;44