一种取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置，包括取热外套管以及设置在取热外套管内的取冷外套管、上段内套管和下段内套管；上段内套管的底端和下段内套管的顶端通过电磁四通阀相连接；电磁四通阀通过阀门一控制上段内套管内与取冷外套管内流路的通断，通过阀门二控制上段内套管内与下段内套管内流路的通断；取热外套管的顶端设置取热外套管流入口；取冷外套管的顶端设置取冷外套管流出口；上段内套管的顶端设置内套管流入/出口；内套管流入/出口在取热工况下为流出口，在取冷工况下为流入口。本发明专利技术能冬季取热蓄冷，在夏季取冷蓄热，实现中深层地热资源的可持续利用，提高地面供热系统的供热能力。提高地面供热系统的供热能力。提高地面供热系统的供热能力。
【技术实现步骤摘要】
一种取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置
[0001]本专利技术属于地热资源利用
，特别涉及一种取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置。
技术介绍
[0002]地热能作为一种绿色低碳、可循环利用的可再生资源，储量大、分布广，利用意义重大，特别是深度在2km以上的中深层地热能。中深层地热岩是指地层深处普遍存在的没有或仅有少量流体、致密不透的热岩体，其储量非常丰富，相当于全球石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。由于地源热泵可能存在的种种问题，包括地下水流失和水污染，冷热负荷不平衡，影响下一年的使用，以及对换热器耐腐蚀要求高，造成成本的增加和寿命的缩短，目前普遍采用“取热不取水”中深层地热能无干扰清洁供热技术，采用同轴密闭套管井下换热，实现了对地热资源的“低影响开发、高效率利用”。
[0003]但目前的中深层同轴套管取热技术仍然存在一些问题：1)取热性能衰减。实际运行时由于持续向地层取热，冷热负荷的不平衡导致地下温度水平迅速降低，换热器取热性能下降，整体取热装置功率衰减；2)地热井利用率不高。地热井钻井施工及设备成本较大，然而实际运行时受限于供热周期及性能衰减，每一年只能有效运行4个月，中深层地热设备的利用效率较低。因而需要提出一种新型中深层地热利用装置，可实现向地层交替输入热负荷及冷负荷，以保持较高的地下温度水平从而维持地热利用装置较高的持续换热性能，通过增加夏季取冷收益并且提高冬季取热收益，进一步开发利用地热能并提高其经济效益。
技术实现思路
[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置，通过增设取冷外套管、电磁四通阀，并且改变取热外套管为变直径套管、改变保温内套管为两段式，将中深层地下同轴换热器改变为三层套管同轴换热器，控制流道变化实现冬季取热夏季取冷，通过地温交替补偿提高装置取热性能并添加取冷运行工况，实现中深层地热资源的高效可持续利用，提高系统经济效益。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置，包括取热外套管以及设置在取热外套管内的取冷外套管、上段内套管和下段内套管，所述取冷外套管的底端封闭连接于上段内套管的外壁或下段内套管的外壁，所述下段内套管的底端开放且悬空；
[0007]所述上段内套管的底端和下段内套管的顶端通过电磁四通阀相连接；所述电磁四通阀通过阀门一控制上段内套管内与取冷外套管内流路的通断，通过阀门二控制上段内套管内与下段内套管内流路的通断；
[0008]所述取热外套管的顶端设置取热外套管流入口；所述取冷外套管的顶端设置取冷外套管流出口；所述上段内套管的顶端设置内套管流入/出口；所述内套管流入/出口在取
热工况下为流出口，在取冷工况下为流入口。
[0009]在一个实施例中，所述取热外套管、取冷外套管以及上段内套管组成三层套管，用于实现取冷工况的换热；
[0010]所述取热外套管与上段内套管和下段内套管组成双层套管，用于实现取热工况的换热。
[0011]取热工况下，所述阀门一闭合，阀门二打开，循环水从取热外套管流入口注入，流经环形空间后自下段内套管底端流入下段内套管，再经阀门二进入上段内套管，最后从内套管流入/出口流出；
[0012]取冷工况下，阀门一打开，阀门二闭合，先向取热外套管中填充循环水用以传递地层热量，取冷工况运行时再从内套管流入/出口注入循环水，经阀门一进入取冷外套管内，流经环形空间后从取冷外套管流出口流出。
[0013]在一个实施例中，所述取冷工况下通过取热外套管流入口填充循环水。
[0014]在一个实施例中，所述取热外套管为变直径石油套管或钢管，其上部半径大于下部半径，上部长度小于下部长度，所述取冷外套管布置于所述取热外套管内的上部。
[0015]在一个实施例中，所述取冷外套管为石油套管或钢管。
[0016]在一个实施例中，所述上段内套管和下段内套管为PPR管、PE
‑
RT管或PB管，上段内套管的长度小于下段内套管的长度。
[0017]在一个实施例中，所述阀门一置于所述上段内套管侧壁，所述阀门二置于所述上段内套管或下段内套管的内部。
[0018]在一个实施例中，所述电磁四通阀的控制开关通过电路连接置于井上设备中。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020](1)本专利技术提供了一种取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置，通过增设取冷外套管、电磁四通阀，并且改变取热外套管为变直径套管、改变保温内套管为两段式，将中深层地下同轴换热器改变为三层套管同轴换热器，控制流道变化实现冬季取热夏季取冷，添加取冷运行工况，使现有4个月运行8个月停工的中深层取热技术改变为冬季运行4个月取热、夏季运行4个月取冷，增加了中深层地热利用装置的运行收益。
[0021](2)基于本专利技术设计的一种取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置，在增添取冷工况的同时采用冬季取热夏季取冷交替运行，能够在取热取冷不取水的前提下，实现地下温度的交替补偿恢复，提高了连续多年运行时装置的取热与取冷性能，更大程度地合理利用了中深层地热能。
附图说明
[0022]图1为本专利技术装置的结构示意图；
[0023]图2为取热工况下的本专利技术装置的结构示意图；
[0024]图3为取冷工况下的本专利技术装置的结构示意图；
[0025]图4为现有中深层地下取热装置的结构示意图；
[0026]图5为取冷工况下的本专利技术装置取冷功率与运行时间的关系；
[0027]图6为现有中深层地下地热利用装置与本专利技术装置分别运行一年及两年后地下500m处土壤温度沿径向的变化情况。
[0028]图7为现有中深层地下地热利用装置与本专利技术装置运行第二年时取热功率随运行时间的对比图；
[0029]图中标号名称：1.地热井，2.回填材料，3.取冷外套管，4.取热外套管，5.上段内套管，6.下段内套管，7.电磁四通阀，7
‑
1.阀门一，7
‑
2.阀门二，8.内套管流入/出口，9.取热外套管流入口，10.取冷外套管流出口。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。
[0031]本专利技术从解决现有中深层地下地热利用装置冷热负荷不均匀问题、降低连续运行带来的地温损失和取热性能衰减、提高运行收益和对地热资源的利用率出发，综合考虑了连续运行取热功率和地温分布情况等指标，合理地设计了一种取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置，以期能够在取热取冷不取水的前提下，在冬季取热蓄冷，在夏季取冷蓄热，并通过取冷与取热交替运行进行地温补偿，减少连续多年运行带来的取热性能损失，实现中深层地热资源的高效可持续利用，提高地面供热系统的供热能力。
[0032]参考图1～图3，装置主要包括取热外套管4以及设本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置，其特征在于，包括取热外套管(4)以及设置在取热外套管(4)内的取冷外套管(3)、上段内套管(5)和下段内套管(6)，所述取冷外套管(3)的底端封闭连接于上段内套管(5)的外壁或下段内套管(6)的外壁，所述下段内套管(6)的底端开放且悬空；所述上段内套管(5)的底端和下段内套管(6)的顶端通过电磁四通阀(7)相连接；所述电磁四通阀(7)通过阀门一(7
‑
1)控制上段内套管(5)内与取冷外套管(3)内流路的通断，通过阀门二(7
‑
2)控制上段内套管(5)内与下段内套管(6)内流路的通断；所述取热外套管(4)的顶端设置取热外套管流入口(9)；所述取冷外套管(3)的顶端设置取冷外套管流出口(10)；所述上段内套管(5)的顶端设置内套管流入/出口(8)；所述内套管流入/出口(8)在取热工况下为流出口，在取冷工况下为流入口。2.根据权利要求1所述取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置，其特征在于，所述取热外套管(4)、取冷外套管(3)以及上段内套管(5)组成三层套管，用于实现取冷工况的换热；所述取热外套管(4)与上段内套管(5)和下段内套管(6)组成双层套管，用于实现取热工况的换热。3.根据权利要求1所述取热与取冷一体的中深层三层套管同轴地热利用装置，其特征在于，取热工况下，所述阀门一(7
‑
1)闭合，阀门二(7
‑
2)打开，循环水从取热外套管流入口(9)注入，流经环形空间后自下段内套管(6)底端流入下段内套管(6)，再经阀门二(7
‑
2)进入上段内套管(5)，最后从内套管流...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明佳，饶子雄，李梦杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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