【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于地熱資源開采，特別是涉及一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置及方法。
技術介紹
1、地熱能是一種清潔的可再生能源，開發利用地熱能，特別是深層地熱資源的開發已逐漸成為新能源發展的重點關注方向之一，目前地熱資源開發利用不僅包括供暖、種植等直接利用，還能夠實現地熱制冷、中高溫地熱資源發電，此外，地熱資源開發也從中淺層水熱型資源，向著深層地熱、干熱巖資源等更深賦存地層發展，利用管內工質的相變，可以將熱量迅速地從高溫段傳輸到低溫段，是目前最有效的傳熱設備之一。
2、現有技術中，公開號為“cn107144035a”的中國專利公開了一種工質循環流量可調控的回路熱管式地熱開采系統，根據控制單向閥或蒸汽泵、單向節流閥、地表換熱器的換熱溫度以及根據蓄液箱液體高度，來實現工質液體的循環流量可控，從而實現外套管內不積液、不干燒，且為膜態沸騰，使熱管傳熱效率最大化。
3、但現有技術仍存在較大不足，如：
4、在地熱換熱管置入地層內部時，采用工質循環流體不斷受熱氣化，通過熱蒸汽的方式將熱量上升傳遞，但是在熱蒸汽上升的過程中容易受到外部環境的影響，在外部溫度較低時，熱蒸汽上升的壓力會受到外部溫度的影響而下降，使得熱傳遞效率大大下降，而且工質循環流體不斷加熱循環時，高溫也會對管道內壁和循環設備產生影響，導致管道內壁涂層和鐵屑等雜質脫落，在管道內部發生沉積和結塊，使得管道的換熱效率大大下降。
5、為此，我們提供了一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置及方法，用以解決上述中的問題。
1、本專利技術的目的在于提供一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置及方法，通過循環組件、分流組件、換熱組件和導熱組件的配合，解決了現有技術中的地熱換熱管通過熱蒸汽換熱時，容易受到外部氣溫的影響，使得換熱效率下降，而且工質循環流體不斷加熱時，工質循環流體內部會不斷積蓄來自管道內壁和循環設備內部的雜質，影響換熱效率的問題。
2、為解決上述技術問題，本專利技術是通過以下技術方案實現的：
3、本專利技術為一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，包括地熱層，所述地熱層內部安裝有地熱管，所述地熱管表面底部安裝有吸熱金屬片；
4、所述地熱層頂部設置有循環組件，循環組件包括主水箱，所述主水箱安裝于地熱層頂部，所述主水箱一側固定連接有副水箱，所述副水箱前側連通有加壓泵，所述地熱管內部分別設置有第一循環管和第二循環管，通過循環組件對地熱層內的熱能進行循環利用；
5、所述主水箱前側設置有分流組件，通過分流組件對第一循環管和第二循環管的開合進行控制；
6、所述主水箱頂部設置有換熱組件，通過換熱組件對地熱層內部收集的溫度進行傳導；
7、所述地熱管表面設置有導熱組件，通過導熱組件將地熱層的熱量對二次循環的工質循環流體進行預熱。
8、本專利技術進一步設置為，所述分流組件包括密封殼，所述密封殼連通于第一循環管內部，所述第一循環管頂部連通有第一水管，所述密封殼一側固定連接有驅動電機，所述驅動電機輸出端固定連接有轉桿，所述轉桿另一端貫穿至密封殼內部并固定連接有球閥，所述球閥內部開設有通口。
9、本專利技術進一步設置為，所述第一循環管與第二循環管表面均套設有支撐管，所述第一循環管后端與主水箱連通，所述第一水管頂端與密封殼連通，所述第二循環管頂端貫穿地熱管并與主水箱連通。
10、本專利技術進一步設置為，所述密封殼底部連通有第二水管，所述第二水管另一端與加壓泵連通，所述驅動電機與主水箱之間固定連接有支架。
11、本專利技術進一步設置為，所述換熱組件包括蒸汽管，所述蒸汽管連通于地熱管頂端，所述蒸汽管內部設置有蒸汽渦輪，所述蒸汽渦輪內部固定連接有傳動軸，所述蒸汽管一側固定連接有發電機，所述發電機輸出端貫穿蒸汽管并與傳動軸固定連接，所述蒸汽管后端連通有板式換熱器，所述板式換熱器后側連通有排水管。
12、本專利技術進一步設置為，所述蒸汽管內部固定連接有循環導熱管，所述循環導熱管前端貫穿蒸汽管并與第二水管連通，所述循環導熱管表面套設有電磁閥，所述循環導熱管后端貫穿蒸汽管并與副水箱連通，所述板式換熱器底部連通有第三水管，所述第三水管底端與主水箱連通。
13、本專利技術進一步設置為，所述導熱組件包括儲溫管，所述儲溫管分別固定于第一循環管與第二循環管表面，所述儲溫管頂部設置有密封塞。
14、本專利技術進一步設置為，所述第一循環管表面套設有第一單向閥，所述第二循環管表面套設有第二單向閥。
15、本專利技術進一步設置為，所述地熱管表面固定連接有保溫管，所述主水箱與副水箱前側均連通有進水管。
16、一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置的方法，包括以下步驟；
17、s1：將地熱管置入地熱層后，可以將工質循環流體注入主水箱和副水箱內，進入主水箱內的工質循環流體可以通過第一循環管和第二循環管進入地熱管，工質循環流體進入地熱管內時，當工質循環流體進入地熱管道，其溫度通常比周圍的地熱流體低，由于熱水或蒸汽的密度較低，它們會傾向于上浮，而冷的地熱流體則下沉，這種自然對流效應可以促進熱量的傳遞，使得工質循環流體與地熱流體之間的熱交換更為高效，使其在地熱流體周圍形成對流，實現熱量傳遞，地熱溫度通常在80℃到150℃之間，可以將高溫工質循環流體蒸發；
18、s2：蒸發后的氣體進入蒸汽管，并推動蒸汽渦輪轉動，蒸汽渦輪轉動的同時將動力對發電機進行傳動，蒸汽遇冷凝結后會產生蒸餾水，通過板式換熱器底部的管道再次排入主水箱進行儲存，達到循環的作用；
19、s3：同時啟動加壓泵，加壓泵將副水箱內的工質循環流體抽入第二水管，通過第二水管注入循環導熱管，通過循環導熱管吸收蒸汽管表面散發的熱量，起到熱能充分利用的作用；
20、s4：當外部環境處于低溫狀態時，蒸汽的上升狀態會受到影響，此時可以啟動驅動電機，帶動球閥旋轉時對第一循環管進行關閉，并使通口與第一水管和第二水管連通，此時可以再次啟動加壓泵，通過加壓泵配合第二循環管將地熱管內的熱水抽出，將熱水注入副水箱，實現熱能利用。
21、本專利技術具有以下有益效果：
22、1、本專利技術通過循環組件的設置，可以對地熱層內的熱能進行循環回收，工質循環流體進入地熱管內時，使其在地熱流體周圍形成對流，實現熱量傳遞，有效提高熱能的利用效率，通過分流組件的設置，可以對第一循環管和第二循環管的開合進行控制，通過改變第二循環管的循環方向，可以將工質循環流體集中導入副水箱，方便在外部低溫環境中使用，進一步提高熱能的利用效率。
23、2、本專利技術通過換熱組件的設置，可以將工質循環流體攜帶出的熱能進行充分利用，通過蒸發的工質循環流體推動蒸汽渦輪轉動，通過發電機將蒸汽能進行轉換電能，輸送至電網設備進行儲存，通過蒸汽管后的蒸汽進入板式換熱器，通過板式換熱器將熱能對流傳導至外部循環水流中，實現熱能的充分利用。
24、3、本專利技術通過導熱組件的設置，可以將地熱的熱量對二次循環的工本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，包括地熱層(1)，其特征在于：所述地熱層(1)內部安裝有地熱管(2)，所述地熱管(2)表面底部安裝有吸熱金屬片(3)；
2.根據權利要求1所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述分流組件包括密封殼(9)，所述密封殼(9)連通于第一循環管(7)內部，所述第一循環管(7)頂部連通有第一水管(10)，所述密封殼(9)一側固定連接有驅動電機(11)，所述驅動電機(11)輸出端固定連接有轉桿(12)，所述轉桿(12)另一端貫穿至密封殼(9)內部并固定連接有球閥(13)，所述球閥(13)內部開設有通口(14)。
3.根據權利要求2所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述第一循環管(7)與第二循環管(8)表面均套設有支撐管(15)，所述第一循環管(7)后端與主水箱(4)連通，所述第一水管(10)頂端與密封殼(9)連通，所述第二循環管(8)頂端貫穿地熱管(2)并與主水箱(4)連通。
4.根據權利要求2所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述密封殼(9)底部連通有第二水
5.根據權利要求1所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述換熱組件包括蒸汽管(18)，所述蒸汽管(18)連通于地熱管(2)頂端，所述蒸汽管(18)內部設置有蒸汽渦輪(19)，所述蒸汽渦輪(19)內部固定連接有傳動軸(20)，所述蒸汽管(18)一側固定連接有發電機(21)，所述發電機(21)輸出端貫穿蒸汽管(18)并與傳動軸(20)固定連接，所述蒸汽管(18)后端連通有板式換熱器(22)，所述板式換熱器(22)后側連通有排水管(23)。
6.根據權利要求5所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述蒸汽管(18)內部固定連接有循環導熱管(24)，所述循環導熱管(24)前端貫穿蒸汽管(18)并與第二水管(16)連通，所述循環導熱管(24)表面套設有電磁閥(25)，所述循環導熱管(24)后端貫穿蒸汽管(18)并與副水箱(5)連通，所述板式換熱器(22)底部連通有第三水管(26)，所述第三水管(26)底端與主水箱(4)連通。
7.根據權利要求1所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述導熱組件包括儲溫管(27)，所述儲溫管(27)分別固定于第一循環管(7)與第二循環管(8)表面，所述儲溫管(27)頂部設置有密封塞(28)。
8.根據權利要求1所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述第一循環管(7)表面套設有第一單向閥(29)，所述第二循環管(8)表面套設有第二單向閥(30)。
9.根據權利要求1所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述地熱管(2)表面固定連接有保溫管(31)，所述主水箱(4)與副水箱(5)前側均連通有進水管(32)。
10.一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置的方法，基于上述權利要求1-9任意一項所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于，包括以下步驟；
...【技術特征摘要】
1.一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，包括地熱層(1)，其特征在于：所述地熱層(1)內部安裝有地熱管(2)，所述地熱管(2)表面底部安裝有吸熱金屬片(3)；
2.根據權利要求1所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述分流組件包括密封殼(9)，所述密封殼(9)連通于第一循環管(7)內部，所述第一循環管(7)頂部連通有第一水管(10)，所述密封殼(9)一側固定連接有驅動電機(11)，所述驅動電機(11)輸出端固定連接有轉桿(12)，所述轉桿(12)另一端貫穿至密封殼(9)內部并固定連接有球閥(13)，所述球閥(13)內部開設有通口(14)。
3.根據權利要求2所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述第一循環管(7)與第二循環管(8)表面均套設有支撐管(15)，所述第一循環管(7)后端與主水箱(4)連通，所述第一水管(10)頂端與密封殼(9)連通，所述第二循環管(8)頂端貫穿地熱管(2)并與主水箱(4)連通。
4.根據權利要求2所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述密封殼(9)底部連通有第二水管(16)，所述第二水管(16)另一端與加壓泵(6)連通，所述驅動電機(11)與主水箱(4)之間固定連接有支架(17)。
5.根據權利要求1所述的一種高效開采地熱資源的換熱套管裝置，其特征在于：所述換熱組件包括蒸汽管(18)，所述蒸汽管(18)連通于地熱管(2)頂端，所述蒸汽管(18)內部設置有蒸汽渦輪(19)，所述蒸汽渦輪(19)內部固定連接有傳動軸(20)，所述蒸汽管(1...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱海燕，陳世杰，趙鵬，劉清友，張兆鵬，
申請(專利權)人：成都理工大學，
類型：發明
國別省市：
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