【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热泵研发，具体是一种采用集束内管的中深层套管换热器。
技术介绍
1、碳中和背景下，中深层地源热泵作为一种清洁、高效、低碳的供热技术，成为了中低温供热领域节能、降碳的重要选择。该技术采用同轴套管式换热器提取岩土中的低品位热能，并依靠热泵消耗少量高品位能源(电能)进而实现供热。同轴套管式换热器由外套管和内管组成，并置于中深层钻孔内，来自热泵蒸发器的冷流体由外套管和内管之间的环腔流入，与周围岩层换热之后温度升高，然后从内管流出并进入热泵蒸发器进行换热，形成闭式取热循环。同轴套管式换热器深度一般在1000～3500m，热源温度高并节省占地面积，该换热器取热不取水，可保护地下水资源，并且由于靠岩层导热获得热量，其应用不受地下水资源限制。
2、同轴套管式换热器作为提取地热能的关键部件，其换热性能直接影响系统的能效和经济性，而传统同轴套管式换热器的内管通常采用热熔连接的大管径pert-ii型管，由于尺寸限制和热熔的连接结构一般存在如下缺陷：
3、1、承压能力不足：由于换热器流体为外进内出，因此内管外侧压力高于内侧，而通常采用的φ110×10mm尺寸的内管，由外向内的承压能力仅1.1mpa。流量越大，取热量越大，但是过大的流量又会导致内外压差过大，使得内管变形损坏；
4、2、热熔风险大：由于大管径管道弯曲半径大，因此无法整体成型和运输，目前通常是在现场下管过程中进行分段热熔连接，这会导致下管工期变长，并存在热熔强度不足，使内管存在断裂的风险；
5、3、流动阻力大：热熔过程会导致接口处
6、针对上述问题目前已有的解决方法一般是通过降低运行流量或采用双层保温钢管来保证系统正常运行，但是这种方式面临换热量下降或成本过高的问题。因此，亟需一种能够保证内管强度、换热量和流动阻力，且经济可行的解决方案。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
存在的不足，本专利技术提供一种采用集束内管的中深层套管换热器，它将传统的内管改进为由多根小管径管道组成的集束内管，使得承压能力更强，而且弯曲半径较小，便于整体成型和运输，下管过程无需热熔，避免了“翻边”造成的流动阻力大的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：一种采用集束内管的中深层套管换热器，包括内管以及外套管，所述外套管底端封闭并竖向置于岩层的钻孔内，外套管外壁与钻孔之间填充固井水泥，所述内管同轴布置在外套管内部，内管底端设置吸水管并与外套管底端留有间隔，内管采用由多根子管组成的集束内管，所述集束内管的多根子管之间紧密贴靠并通过若干金属扎带约束绑定，每根子管均采用整体成型并能够进行盘绕，外套管顶端通过密封法兰封闭并置于钻孔顶部扩径建造的井室内，所述井室内设置集水器，所述集水器连通设置连接钢管组，所述连接钢管组由多根钢管组成，连接钢管组的多根钢管与集束内管的多根子管一一对应连接，连接钢管组的多根钢管中间段分别穿过所述密封法兰预设的孔位并焊接固定，集水器与热泵蒸发器入口连接管段相连，外套管邻近顶端与热泵蒸发器出口连接管段相连。
3、进一步的，所述集束内管的多根子管中设置一根子管作为中心管而其余子管紧密贴靠在其周围，所述连接钢管组的多根钢管中设置一根钢管作为中心管而其余钢管均匀分散布置在其周围，集束内管中作为中心管的子管与连接钢管组中作为中心管的钢管同轴连接，集束内管中其余子管顶端分别朝外侧倾斜并与对应的连接钢管组中其余钢管底端连接。
4、进一步的，所述连接钢管组的多根钢管与对应所述集束内管的多根子管采用螺纹连接。
5、进一步的，所述集水器顶部设置有排气阀。
6、进一步的，所述外套管采用j-55或n-80钢级的石油套管，尺寸为φ177.8×9.19mm。
7、进一步的，所述集束内管的多根子管均采用pert-ii型管，尺寸为φ40×4.5mm。
8、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
9、1、采用多根小管径pert-ii型管组成集束内管代替传统单根大管径pert-ii型管作为套管换热器的内管，可以有效提高内管由外向内的承压能力，有助于使套管换热器能够通过更大流量，从而获得更多换热量；
10、2、集束内管的小管径pert-ii型管弯曲半径小，易于通过盘管机盘绕，实现一次整体成型和方便运输，此外，能够省略传统内管分段热熔连接的工序，有效避免因热熔连接导致的工期延长和热熔强度不足的风险；
11、3、集束内管不存在热熔导致的“翻边”现象，避免“翻边”对换热介质流通面积的影响，从而降低流动阻力；
12、4、与传统单根大管径pert-ii型管作为内管相比，集束内管的材料和安装成本几乎没有变化，同时有助于加快工期，提高工程质量的可靠性，在工程应用中具有较高的可行性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种采用集束内管的中深层套管换热器，包括内管以及外套管(7)，所述外套管(7)底端封闭并竖向置于岩层(9)的钻孔内，外套管(7)外壁与钻孔之间填充固井水泥(8)，所述内管同轴布置在外套管(7)内部，内管底端设置吸水管(6)并与外套管(7)底端留有间隔，其特征在于：内管采用由多根子管组成的集束内管(5)，所述集束内管(5)的多根子管之间紧密贴靠并通过若干金属扎带(4)约束绑定，每根子管均采用整体成型并能够进行盘绕，外套管(7)顶端通过密封法兰(2)封闭并置于钻孔顶部扩径建造的井室(10)内，所述井室(10)内设置集水器(1)，所述集水器(1)连通设置连接钢管组(3)，所述连接钢管组(3)由多根钢管组成，连接钢管组(3)的多根钢管与集束内管(5)的多根子管一一对应连接，连接钢管组(3)的多根钢管中间段分别穿过所述密封法兰(2)预设的孔位并焊接固定，集水器(1)与热泵蒸发器入口连接管段(11)相连，外套管(7)邻近顶端与热泵蒸发器出口连接管段(12)相连。
2.根据权利要求1所述的一种采用集束内管的中深层套管换热器，其特征在于：所述集束内管(5)的多根子管中设置一根子管
3.根据权利要求1或2所述的一种采用集束内管的中深层套管换热器，其特征在于：所述连接钢管组(3)的多根钢管与对应所述集束内管(5)的多根子管采用螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种采用集束内管的中深层套管换热器，其特征在于：所述集水器(1)顶部设置有排气阀。
5.根据权利要求1所述的一种采用集束内管的中深层套管换热器，其特征在于：所述外套管(7)采用J-55或N-80钢级的石油套管，尺寸为Φ177.8×9.19mm。
6.根据权利要求1所述的一种采用集束内管的中深层套管换热器，其特征在于：所述集束内管(5)的多根子管均采用PERT-II型管，尺寸为Φ40×4.5mm。
...【技术特征摘要】
1.一种采用集束内管的中深层套管换热器，包括内管以及外套管(7)，所述外套管(7)底端封闭并竖向置于岩层(9)的钻孔内，外套管(7)外壁与钻孔之间填充固井水泥(8)，所述内管同轴布置在外套管(7)内部，内管底端设置吸水管(6)并与外套管(7)底端留有间隔，其特征在于：内管采用由多根子管组成的集束内管(5)，所述集束内管(5)的多根子管之间紧密贴靠并通过若干金属扎带(4)约束绑定，每根子管均采用整体成型并能够进行盘绕，外套管(7)顶端通过密封法兰(2)封闭并置于钻孔顶部扩径建造的井室(10)内，所述井室(10)内设置集水器(1)，所述集水器(1)连通设置连接钢管组(3)，所述连接钢管组(3)由多根钢管组成，连接钢管组(3)的多根钢管与集束内管(5)的多根子管一一对应连接，连接钢管组(3)的多根钢管中间段分别穿过所述密封法兰(2)预设的孔位并焊接固定，集水器(1)与热泵蒸发器入口连接管段(11)相连，外套管(7)邻近顶端与热泵蒸发器出口连接管段(12)相连。
2.根据权利要求1所述的一种采用集束内管的中深层套管换热器，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪龙，董世豪，于岳龙，李炳学，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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