一种闭环热管式井下换热器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种闭环热管式井下换热器，创新处在于地上循环水进水管的圆周管壁上嵌有若干闭环热管，每个闭环热管的一部分在地上循环水进水管与地上循环水出水管形成的循环水主流空间内，另一部分在换热器地热水上升套管与地上循环水外侧进水管形成的空间内。本实用新型专利技术利用闭环热管将地热水和地上循环水的换热，通过闭环热管内的流体循环相变，在原来仅在近壁面换热的基础上，增加了通过闭环热管实现主流空间流体的换热。再增大换热面积的同时，利用工质的相变传质过程完成了热量交换，有效增加了地上循环水和地热水之间的换热量，进而提高了系统的取热功率，且在取热过程中，完全没有地热水流出井口，实现了真正意义上的“取热不取水”。。。

【技术实现步骤摘要】
一种闭环热管式井下换热器


[0001]本技术属于地热工程领域，涉及地热资源开发利用技术，尤其是一种闭环热管式井下换热器。

技术介绍

[0002]采灌结合是传统水热型地热能利用的主要模式。在某些砂岩地层成井环境条件下，地热水很难实现完全回灌，从而导致井下水位下降、地表排放环境污染、深井泵电耗逐年增大等一系列问题。通常要求地热尾水同层回灌量不低于95％，如果不能满足要求将关停地热井，造成了成本和资源的极大浪费。针对上述问题，一种“取热不取水”的地热能开发模式应运而生。
[0003]为进一步提高地热单井系统的取热功率，实现真正意义上的“取热不取水”，利用井下换热器开采地热是一种有效的技术手段。地热井下换热器主要是将换热器装置置于地热井内，清洁的循环水通过地热井下换热器被地热水加热后出地面为用户供热。该技术的关键是如何实现地热水不出地面，在地下将热量传递给循环冷却水。本技术提出了一种井下强化换热技术，适用于中深层地热井，可无需改造现有地热井的井身结构。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于改进现有技术的不足，提供一种闭环热管式井下换热器，用以实现地热水和循环水在地热井内的高效换热。在该换热过程中，地热水完全不出井口或地表，是真正意义上的“取热不取水”。在有效提高单井系统的取热功率的同时，大幅减少了深井泵的功耗，节约电能和运行成本。
[0005]本技术解决的技术问题采取以下技术方案实现：
[0006]一种闭环热管式井下换热器，设置在地热井中，包括与地热井同轴设置的地上循环水进水管和同轴插装的循环水出水管。地上循环水进水管底部封闭，循环水出水管为保温管。在所述地上循环水进水管的外侧设置有换热器套管，在所述的地上循环水进水管圆周管壁上，所述换热器套管内嵌入若干内置相变工质的闭环热管，组成闭环热管组。每个闭环热管的一部分在地上循环水进水管与地上循环水出水管形成的循环水主流空间内，另一部分在换热器套管内壁与地上循环水进水管外壁形成的地热水的主流空间内。
[0007]所述换热器套管的下部开设地热水入口，在换热器套管的圆周侧壁设有多个地热水回口。
[0008]上述结构使得地上循环水和地热水在闭环热管式井下换热器内进行热量交换，实现了“取热不取水”的热交换过程。
[0009]而且，为了避免地上循环水热量的损失，在地上循环水出水管的内壁设置有保温层，同时换热器套管设置有保温层。
[0010]本技术的优点和积极效果为：
[0011]本技术设计科学合理，利用闭环热管将地热水和地上循环水的换热由原来的
仅在近壁面换热，改造成近壁面及嵌入壁面的闭式热管。增大换热面积的同时，通过热管内工质的相变传热及循环，实现冷热流体主流空间的热交换，有效强化了地上循环水和地热水之间的换热，进而提高了系统的取热功率；同时，在取热过程中，完全没有地热水流出井口，实现了真正意义上的“取热不取水”，并且对于静水位较低的地热井，利用本技术的井下换热器可大幅度减少深井泵的功耗，节约电能和运行成本。
附图说明
[0012]图1为本技术的主视剖面图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图并通过具体实施例对本技术作进一步详述，以下实施例是描述性而非限定性，不能以此限定本技术的保护范围。
[0014]一种闭环热管式井下换热器，如图1所示，包括与地热井同轴设置的地上循环水进水管2，在该地上循环水进水管内同轴插装有地上循环水出水管1，所述的地上循环水进水管底部封闭，所述的地上循环水出水管为通管，在所述地上循环水进水管的外侧设置有换热器套管6，在该换热器套管内所述的地上循环水进水管壁周向嵌有若干内置相变工质的闭环热管5，每个闭环热管的一部分在地上循环水进水管与地上循环水出水管形成的循环水主流空间内，另一部分在换热器地热水上升套管与地上循环水外侧进水管形成的空间内。若干个闭环热管组成闭环热管组，所述闭环热管内部相变工质种类不固定，主要为一些环境友好工质，如水、乙醇等；所述闭环热管内部相变工质的填充量不固定，具体占比可根据地热资源条件调节。
[0015]所述的闭环热管组设置在该换热器套管内与所述的换热器套管形成地热水主流空间，所述换热器套管的下部开设有地热水入口7，在换热器套管的侧周壁开设有多个地热水回水口4。
[0016]另外，为了避免地上循环水热量的损失，在地上循环水出水管的内壁设置有保温层3。同时换热器地热水外套管设置有保温层。
[0017]本技术的工作原理：
[0018]使用时，将本换热器设置于地上循环水和地热水热量交换的管路中，在地热井口同轴设置地上循环水进水管和地上循环水出水管，地上循环水进水管两侧设置闭环热管组。具体地，是在地上循环水进水管的两侧壁上焊接或用连接法兰安装两通的连接件，实现闭环热管的安装和其内相变工质在闭环空间的流通。需要注意，闭环热管也可以是三通设置，以实现外部工质填充或抽真空的使用需要。
[0019]上述换热器安装完成后，高温地热水在潜水泵的作用下，经由换热器套管下部的地热水入口向上进入换热器，依次与闭环热管的相变工质在高温地热水流动的主流空间进行换热，而闭环热管内部底端的液态工质吸取高温地热水中的热量后汽化，汽化后的工质蒸汽充满闭环热管的上端，与放热后经由地上循环水进水管的低温循环水在低温循环水流动的主流空间内进行热量交换，放热后的相变工质随即液化，流至闭环热管的底端，完成一次循环。通过闭环热管与相变工质换热后温度升高的地上循环水在循环泵作用下自地上循环水出水管流出，进入地上供热单元，完成“取热不取水”的热交换过程。
[0020]在自身重力和高温地热水与低温循环水的温差影响下，相变工质在闭环热管中持续进行汽化和液化过程，即持续完成吸、放热循环过程。温差越大，相变工质循环速度越快，相变过程越剧烈，热量传递速率也越快，换热效率越高。
[0021]为说明目的，本技术专利公开了实施例和附图。但本领域的技术人员可以理解：在不脱离本技术及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本技术专利的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种闭环热管式井下换热器，包括与地热井同轴设置的地上循环水进水管和与其同轴插装的地上循环水出水管，所述的地上循环水进水管底部封闭，循环水出水管为通管，其特征在于：在所述地上循环水进水管的外侧设置有换热器套管，在所述的地上循环水进水管的管周设置有若干内置相变工质的闭环热管，每个闭环热管的一部分在地上循环水进水管与地上循环水出水管形成的循环水主流空间内，另一部分在换热器套管内壁与地上循环水进水管外壁形成的空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴传山，刘东喜，雷海燕，缪永慧，赵福艳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：