地热换热系统的制作方法

1.本发明属于地热利用技术领域，更具体地说，是涉及一种地热换热系统。


背景技术：

2.随着能源利用领域的飞速发展，地热也越来越多的用于我们的生产生活。地球是一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能，地热是来自地球内部核裂变产生的一种能量资源。由于地热能是一种清洁能源，是可再生能源，应该对其进行充分利用，所以地热的开发前景十分广阔。
3.现有的地热利用方式，有些是直接从地里面抽取热水进行热量的有效利用，这种利用方式严重破坏了地下水资源环境，容易引起地陷及自然灾害，不利于保证采水地区的居民人身安全。另外，在上述进行热水利用的过程中，往往只是简单的利用其中的部分热量，热水中存在剩余热量，由于这部分大多被直接排放掉，所以难以达到热量的充分利用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种地热换热系统，以解决现有技术中存在的地热利用造成地下水环境破坏且难以实现热量充分利用的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种地热换热系统，包括外套管、内套管、换热器、地源热泵以及供暖组件；外套管设置于地表以下，下端封闭，上端设有封堵件，且封堵件上设有内径小于外套管内径的通孔，外套管的管壁上设有总介质进口；内套管设置于外套管内且上端向上延伸出通孔，内套管的下端为用于供导热介质流入的进口端，内套管的上端为用于供导热介质流出的出口端，内套管的进口端与外套管连通；换热器设有第一介质进口、第一介质出口、第一热水进口以及第一热水出口，第一介质进口与内套管的出口端相连；地源热泵设有第二介质进口、第二介质出口、第二热水进口和第二热水出口，第二介质进口与第一介质出口相连；供暖组件的进口分别与第一热水出口和第二热水出口相连，出口分别与第一热水进口和第二热水进口相连。
6.作为本技术另一实施例，还包括设置于内套管与换热器之间的过滤组件，过滤组件的进口与内套管的出口端相连，且出口与第一介质进口相连。
7.作为本技术另一实施例，过滤组件包括进口与内套管的出口端相连的除砂过滤器以及进口与除砂过滤器相连的y型过滤器，y型过滤器的出口端与第一介质进口相连。
8.作为本技术另一实施例，除砂过滤器包括罐体以及若干个过滤层；罐体的主轴沿上下方向设置，且底部设置有锥形的沉淀部；若干个过滤层自下而上叠加设置于罐体的内部。
9.作为本技术另一实施例，地源热泵与外套管之间还设有加压泵站，加压泵站与第二介质出口之间还设有第二过滤器。
10.作为本技术另一实施例，封堵件为封板，通孔设置于封板上。
11.作为本技术另一实施例，换热器为板式换热器，板式换热器内设有设有若干层依
次连通的换热片，位于两端的两个换热片上分别设有第一热水进口和第一热水出口。
12.作为本技术另一实施例，第一介质进口位于第一介质出口的上方，第一热水进口位于第一热水出口的下方；第二介质进口位于第二介质出口的上方，第二热水进口位于第二热水出口的下方。
13.作为本技术另一实施例，外套管的内壁上设有若干个第一凸起，内套管的外壁上设有若干个第二凸起。
14.作为本技术另一实施例，第一凸起和第二凸起在上下方向上交错设置，且第一凸起和第二凸起在圆周方向上交错设置。
15.导热介质从总介质进口进入外套管与内套管之间并向下输送，向下输送的过程中导热介质逐渐吸收热量，直至内套管的底部温度最高，该处的导热介质密度最小，在密度值变小的情况下，导热介质则具备了从内套管的下部进口端向上部出口端输送自行流动的能力，该密度差的存在降低了导热介质从内套管向出口端输送的动力消耗，实现了良好的环保性能。
16.本发明提供的地热换热系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的地热换热系统，通过深入地下深层的内套管和外套管的结合使用，利用地热水的密度差，有效的减少了地热资源利用中的动力能源的消耗，采用导热介质携带热量至换热器处，实现与供暖组件的热量交换，避免了直接抽取地下热水造成的水位变化的问题，利用换热器和地源热泵实现地热能源的有效利用，避免造成热量浪费，采热效率更高，且没有污染，具有节能环保的作用。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的地热换热系统的结构示意图；
19.图2为图1中换热器的放大结构示意图；
20.图3为图1中地源热泵的放大结构示意图；
21.图4为图1中除砂过滤器的剖视结构示意图；
22.图5为图1中内套管和外套管的主视局部放大结构示意图；
23.图6为图1中内套管和外套管的俯视局部放大结构示意图。
24.其中，图中各附图标记：
25.100、外套管；110、封板；130、总介质进口；140、第一凸起；200、内套管；210、第二凸起；220、单向阀门；300、换热器；310、第一介质出口；320、第一介质进口；330、第一热水进口；340、第一热水出口；400、地源热泵；410、第二介质进口；420、第二介质出口；430、第二热水进口；440、第二热水出口；500、供暖组件；600、过滤组件；610、除砂过滤器；611、罐体；612、过滤层；613、沉淀部；620、y型过滤器；700、第二过滤器；800、加压泵站。
具体实施方式
26.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的地热换热系统进行说明。地热换热系统，包括外套管100、内套管200、换热器300、地源热泵400以及供暖组件500。外套管100设置于地表以下，外套管100下端封闭、上端设有内径小于外套管100内径的通孔，外套管100上设有总介质进口130；内套管200设置于外套管100内且上端向上延伸出通孔，内套管200的下端开口与外套管100的底部连通。换热器300设有第一介质进口320、第一介质出口310、第一热水进口330以及第一热水出口340，第一介质进口320与内套管200的出口端相连；地源热泵400设有第二介质进口410、第二介质出口420、第二热水进口430和第二热水出口440，第二介质进口410与第一介质出口310相连；供暖组件500的进口分别与第一热水出口340和第二热水出口440相连，出口分别与第一热水进口330和第二热水进口430相连。
28.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更若干个该特征。在本发明的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.本发明提供的一种地热换热系统，与现有技术相比，本发明提供的地热换热系统，通过深入低下深层的内套管200和外套管100的结合使用，使导热介质从总介质进口130进入外套管100与内套管200之间并向下输送，向下输送的过程中导热介质逐渐吸收热量，直至内套管200的底部温度最高，该处的导热介质密度最小，在密度值变小的情况下，导热介质则具备了从内套管200的下部进口端向上部出口端自行输送的能力，利用地热水的密度差，有效的减少了地热资源利用中的动力能源的消耗，采用导热介质携带热量至换热器300处，实现与供暖组件500的热量交换，避免了直接抽取地下热水造成的水位变化的问题，利用换热器300和地源热泵400实现地热能源的有效利用，避免造成热量浪费，采热效率更高，且没有污染，具有节能环保的作用。
30.本实施例中，利用换热器300将导热介质携带的热量传递给供暖组件500，对地热能源进行了充分利用。地热是一种天然资源，地球内部的温度高达7000℃，而在80至100公英里的深度处，温度会降至650至1200℃。透过地下水的流动，热力得以被转送至接近地表的地方。本实施例中，对地下水这种热源携带的热量进行充分利用，并不是地热水直接抽取后进行使用，而是通过换热器300实现该部分地热水与供暖组件500中的水的热量交换，结合地源热泵400的使用，能够对地热进行充分的利用。经过换热器300和地源热泵400的热量交换，排出的温度较低的水会重新进入内套管200和外套管100之间的间隙，继而进入地下深层中进行循环加热。
31.本实施例中，利用导热介质到达内套管200下端具有较高温度，密度变小的特点，
实现导热介质在内套管200与外套管100之间的流动效果，有效的降低了传统采用动力输送所耗费的能源。对于换热器300和地源热泵400中的导热介质的输送也可以借助前端内套管200出口端导热介质流出的动力，也降低了动力输送的损耗，相比传统采用电或煤进行供暖的方式，具有节能环保，减少能源消耗的优势。
32.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1和图4，还包括设置于内套管200与换热器300之间的过滤组件600，过滤组件600的进口与内套管200的出口端相连，且过滤组件600的出口与第一介质进口320相连。内套管200的出口端设有单向阀门220。过滤组件600的设置便于实现对导热介质进行有效的净化，在导热介质进入换热器300以及地源热泵400时，虽然导热介质不作为供暖组件500中的热水直接利用，但为了避免该部分导热介质造成对上述设备以及管路的堵塞，所以需要对内套管200中采出的导热介质进行过滤净化，以便保证管道的正常传输。
33.导热介质经过过滤组件600的净化后，进入换热器300的第一介质进口320中，导热介质携带着热量进入换热器300，采用由上向下的流动方式，与供暖组件500流入换热器300中热水形成热量的交换，导热介质温度降低后从第一介质出口310流出，作为热介质进入地源热泵400的第二介质进口410中。
34.导热介质进入换热器300之前的温度大于50℃，从换热器300中出来时的温度小于35℃，其含有的少量热量在地源热泵400中被充分利用，通过与供暖组件500中的冷水的热量交换，实现对供暖组件500中的水的有效加热。
35.进一步的，内套管200的出口端设置的单向阀门220能够实现导热介质从内套管200一侧向换热器300一侧的单向流动，避免发生涡流等现象，造成换热不均的问题。由于外套管100为密封状态，从地源热泵400的第二介质出口420处传输回来的水，经过外套管100道上部后向下移动的过程中，逐渐吸收热量，最终接近低下的最高温度，因为管是密封的，所以在后续低温介质返回的作用下，导热介质从内套管200的底部向上移动，另外当导热介质到达内套管200下端时，吸收热量后达到较高温度，所以其密度较小，具有向上运动的趋势，自行向上运动，便于实现从外套管100上端进入，从内套管200内部向上排出的运动，所以无需借助过多的外力，即可实现导热介质在内套管200与外套管100之间的流动，达到有效循环的效果。
36.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1和图4，过滤组件600包括进口与内套管200的出口端相连的除砂过滤器610以及进口与除砂过滤器610相连的y型过滤器620，y型过滤器620的出口端与第一介质进口320相连。y型过滤器620是输送介质的管道系统不可缺少的一种过滤装置，y型过滤器620通常安装在阀门或其它设备的进口端，用来清除介质中的杂质，以保护阀门及设备的正常使用。y型过滤器620具有结构先进，阻力小，排污方便等特点。当导热介质通过y型过滤器620时，固体杂质颗粒被阻挡在y型过滤器620内，而洁净的流体通过y型过滤器620的出口排出。
37.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，除砂过滤器610包括罐体611以及若干个过滤层612；罐体611的主轴沿上下方向设置，且底部设置有锥形的沉淀部613；若干个过滤层612自下而上叠加设置于罐体611内。在进入换热器300之间，导热介质需要先利用除砂过滤器610将其中的砂砾进行有效过滤，避免堵塞管道或破坏阀门的问题。该过滤过程为粗过滤的过程，且在罐体611底部设置了沉淀部613，用于收集大颗粒的可以自
行沉淀的砂砾。接着通过上层的若干层过滤层612实现对不同粒径的砂砾的逐级过滤。过滤层612的孔隙采用自下而上逐渐变小的形式，避免孔隙相同造成的过滤层612极易堵塞的问题。
38.进一步的，罐体611的进口设置在侧方下部的位置，出口设置在罐体611顶部的位置，能够实现导热介质自下而上的流动，该过滤方向的选择便于提高过滤效果。如果采用从上至下的过滤方向，则很容易受到导热介质的重力以及流动冲击力的影响，产生过滤不彻底，造成罐体611出口处砂砾携带量大问题。
39.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，地源热泵400与外套管100之间还设有加压泵站800，加压泵站800与第二介质出口420之间还设有第二过滤器700。加压泵站800主要用于将第二介质出口420排出的导热介质及时的压入外套管100的介质入口中，在加压泵站800的进口侧设置第二过滤器700是为了进一步实现导热介质的有效过滤，避免导热介质对加压泵站800造成影响，保证加压泵站800向外套管100内输送导热介质的稳定性。地源热泵400的工作原理是在制热状态下，地源热泵400机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。地源热泵400将地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上的导热介质的形式实现与供暖组件500的回水实现热量交换，实现供暖。
40.本实施例中，地源热泵400将低品位热量提取出来变成可以直接利用的高品位能源，低温低压液体经蒸发器蒸发，吸收地下水热能，变成低温低压蒸汽，低温低压蒸汽经压缩机压缩成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽经冷凝器冷凝，变成低温高压液体，冷凝过程中释放热能，使水温升高，低温高压液体经膨胀阀，变成低温低压液体，从而完成热能提取的一个循环。
41.进一步的，供暖组件500的出口侧的温度较低的水在进入第一热水进口330和第二热水进口430时也需要进行加压，以便实现供暖组件500排出的低温水顺利进入换热器300以及地源热泵400中的效果，保证水的有效循环。
42.作为本发明实施例的一种具体实施方式，封堵件为封板110，通孔设置于封板110上。本实施例中，在外套管100的下端与内套管200的下口之间设有间隙，保证内套管200与外套管100之间的导热介质能够顺畅的从内套管200的下口进入内套管200中，继而从内套管200的上方流出，实现导热介质的加热以及排出。封板110的设置用于保证外套管100与内套管200之间形成封闭的空间，便于在导热介质从内套管200之间实现顺畅的流动，避免外部气压对其流动造成的干扰。
43.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，换热器300为板式换热器300，板式换热器300内设有设有若干层依次连通的换热片，位于两端的两个换热片上分别设有第一热水进口330和第一热水出口340。本实施例中，采用板式换热器300，能够增大供暖组件500中的水与导热介质之间的换热面积，供暖组件500中的水处于板式换热器300的换热片中，导热介质位于换热片外部，板式换热器相比管式换热器具有换热效率更高，换热速度更快的特点。
44.供暖组件500在换热器300中经过与导热介质进行换热后，其获得的温度为45℃左
右，供暖组件500在进行供暖后回水的温度为35℃左右，温度降低后，回水继续进入换热器300或者地源热泵400进行再次加热。第一热水进口330用于接收从供暖组件500的出口传输来的温度较低端水，也称作是供暖组件500回水端送来的水，第一热水出口340则使将温度较高的水输送至供暖组件500的供水端，实现水携带者热量至供暖组件500中的作用。
45.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，第一介质进口320位于第一介质出口310的上方，第一热水进口330位于第一热水出口340的下方；第二介质进口410位于第二介质出口420的上方，第二热水进口430位于第二热水出口440的下方。本实施例中，导热介质的流向为自上而下，供暖组件500中的水的流向为自下而上，二者的反向设置便于实现热量的有效交换，提高了换热效率。
46.进一步的，导热介质由上向下的输送过程与其温度逐渐降低，密度逐渐变大的趋势相一致，便于后续设备输送导热介质的动力输出，节约能源的耗用量。
47.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，外套管100的内壁上设有若干个第一凸起140，内套管200的外壁上设有若干个第二凸起210。第一凸起140和第二凸起210可以设置为相同的大小以及形状，也可以采用不同的大小和形状。第一凸起140可以采用半球状、圆柱状、棱锥状等多种形式，主要是为了使导热介质在向下流动的过程中得到有效扰动，避免在换热过程中出现死角，同时可以增加外套管100的换热效果，增强换热性能，提高换热效率。
48.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，第一凸起140和第二凸起210在上下方向上交错设置，且第一凸起140和第二凸起210在圆周方向上交错设置。将第一凸起140和第二凸起210在上下方向上以及圆周方向上分别采用交错设置的方式，有效的提高了对导热介质的换热效率，相比采用将第一凸起140和第二凸起210设置成成排或者成列的方式，具有对导热介质更好的扰动，扰动更加到位、更加有效。
49.进一步的，第一凸起140和第二凸起210的外端设置为具有圆滑的弧度的形式，能够在对导热介质进行扰动的同时避免对导热介质产生过大阻力，造成能耗变大的问题。另外，第一凸起140和第二凸起210不可向外延伸过大，一方面避免阻力过大，同时也避免二者之间间隙过小，影响导热介质的正常流动速率。
50.进一步的，第一凸起140还可以沿内套管200的内壁呈螺旋型条状布设的形式，同时，第二凸起210也还可以沿内套管200的内壁呈螺旋型条状布设的形式，同样具有良好的扰动效果，且该布设形式更便于加工制作。
51.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。