CN216347133U - 一种地热井的井下换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种地热井的井下换热装置。包括侧壁带有条形透水孔的直管外罩，在直管外罩的底部设有带有圆形透水孔的半球外罩；在直管外罩的内部安装有换热组件，在直管外罩的顶部安装有介质箱，在直管外罩的外壁上设有多组反洗水孔且在各组反洗水孔的外侧安装有反洗管；换热组件包括端部安装板和多个U形换热管，各U形换热管的一端连接至端部安装板的介质输入区、另一端连接至介质输出区；介质箱包括箱体，箱体的顶部封口并带有换热介质出口和换热介质入口、底部敞口并且与直管外罩的上端固定连接，在箱体的内腔中部设有隔板将内腔分为两个介质腔室。本实用新型结构设计合理，具备自清洗能力，换热效率保持能力强。

Description

一种地热井的井下换热装置

技术领域

本实用新型属于地热供暖设施技术领域，尤其涉及一种地热井的井下换热装置。

背景技术

地热供热系统按照地热流进入供热系统的方式可分为直接供热和间接供热。直接供热即把地热水直接引入供热系统，间接供热即地热流通过换热器将热能传递给供热系统的循环水，地热流不直接进入供热系统。当前形势下，传统对地热水进行直接采集使用的方式逐渐得到淘汰，取而代之的是“取热不取水”技术。“取热不取水”是指只采集使用地热水源中的热能而不对地热水进行采集，这样既实现了供热系统的热源获取，又避免了由于地热水源的过渡采集导致的地下水位变化等问题，是一种对环境友好的地热供热技术。

当前条件下，“取热不取水”以单井换热的形式为主，在“取热不取水”技术中，地热水源的井下换热装置是较为重要的环节。一般情况下，来自地面系统的换热介质经由井内管路流通，到达井底的换热装置时与周围热水层换热升温，之后高温的换热介质重新回流至地面系统，再采用板式换热器等对换热介质中的热量进行采集和利用。

井下的换热装置由于直接与高温的地热水源接触，导致在较长时间的运转过程中，水源中的离子在换热装置的表面析出成垢，导致换热装置的换热能力下降。通过对换热装置内部进行定期清洗将能够有效解决前述技术问题，然而对于地热井设施而言，定期将换热装置从井底提升至地面并进行除垢处理显然并不现实，人们希望井下换热装置自身具备清洁的能力并长期稳定在较高的换热效率。现有的井下换热装置并不具备前述能力，因此需要进行开发设计。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、具备自清洗能力、换热效率保持能力强的地热井的井下换热装置。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种地热井的井下换热装置包括侧壁带有条形透水孔的直管外罩，在直管外罩的底部设有带有圆形透水孔的半球外罩；在直管外罩的内部安装有换热组件，在直管外罩的顶部安装有介质箱，在直管外罩的外壁上设有多组反洗水孔且在各组反洗水孔的外侧安装有反洗管；换热组件包括端部安装板和与端部安装板固定连接的多个U形换热管，各U形换热管的一端连接至端部安装板的介质输入区、另一端连接至端部安装板的介质输出区；介质箱包括箱体，箱体的顶部封口并带有换热介质出口和换热介质入口、底部敞口并且与直管外罩的上端固定连接，在箱体的内腔中部设有隔板将内腔分为两个介质腔室且两个介质腔室分别位于介质输入区和介质输出区的上方。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型提供了一种结构设计合理的地热井的井下换热装置，与现有的井下换热装置相比，本实用新型中通过设置换热装置的主体部分由介质箱、直管外罩及半球外罩、换热组件等构成，令整个换热装置易于组装和分拆，提升了搭建和维护的便利性。通过将换热组件置于直管外罩和半球外罩的内部，对换热组件提供了良好的防护，避免本换热装置在向井底下放的过程中以及整个运转过程中受到外力碰触而发生损坏。通过在直管外罩的外壁上设置多组反洗水孔并在各反洗水孔的外侧设置反洗管，令本换热装置具备通过反洗管向内部注入反洗水源的能力，通过定期向内部注入反洗水源，实现对换热组件进行定期清洗的效果，令换热组件长期保持较高的换热效率。

优选地：在介质箱的箱体底部设有环形凸棱，环形凸棱与隔板的底部边缘构成“日”字形的连接凸棱；在换热组件的端部安装板的表面设有环形安装槽和直形安装槽，环形凸棱位于环形安装槽内，隔板的底部边缘位于直形安装槽内。

优选地：在直管外罩上端的内壁上设有环形凸台，换热组件的端部安装板落在该环形凸台上且端部安装板的外侧边缘夹持在环形凸台与介质箱的底部边缘之间。

优选地：换热组件还包括多个中部支撑板，在中部支撑板上设有多个管孔且各U形换热管从各管孔穿过，各中部支撑板的外侧边缘抵靠在直管外罩的内壁上。

优选地：反洗管包括内侧敞口、顶部和底部封口的反洗管体，反洗管体的内侧边缘与直管外罩的外壁密封焊接并将其中一组反洗水孔封装在内部，在反洗管体的顶部设有反洗接口。

优选地：在直管外罩的顶部边缘设有多个螺纹连接孔，在介质箱的边缘设有多个纵向贯通的连接孔，介质箱采用多个长螺钉与直管外罩固定连接。

优选地：反洗接口、换热介质出口和换热介质入口三者的结构相同，均包括带有中心孔的凸台，在凸台上设有多个螺纹连接孔。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是本实用新型的主视结构示意图；

图3是图1中换热组件的结构示意图；

图4是本实用新型的剖视结构示意图。

图中：

1、反洗接口；2、换热介质出口；3、换热介质入口；4、介质箱；4-1、隔板；4-2、环形凸棱；5、换热组件；5-1、U形换热管；5-2、中部支撑板；5-3、端部安装板；5-4、环形安装槽；5-5、直形安装槽；6、反洗管；7、条形透水孔；8、直管外罩；8-1、环形凸台；9、半球外罩；10、圆形透水孔；11、反洗水孔。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。

请参见图1和图2，本实用新型的地热井的井下换热装置包括侧壁带有条形透水孔7的直管外罩8，在直管外罩8的底部设有带有圆形透水孔10的半球外罩9。如图中所示，直管外罩8为平直形状，半球外罩9为半球形状，半球外罩9的顶部边缘与直管外罩8的底部边缘焊接固定。条形透水孔7和圆形透水孔10用于透水，即构成水源进出本井下换热装置的通道，其中条形透水孔7的长度方向与直管外罩8的中心线平行。

在直管外罩8的内部安装有换热组件5，在直管外罩8的顶部安装有介质箱4，在直管外罩8的外壁上设有多组反洗水孔11且在各组反洗水孔11的外侧安装有反洗管6。换热组件5用于介质换热，换热介质从一端进入再从另一端排出，在流动过程中与井底的热水发生换热而升温。介质箱4用于与换热组件5进行配合，对换热介质的注入和排出进行管理。反洗水孔11和反洗管6用于对内部换热组件5进行清洗，通过反洗管6向直管外罩8的内部、沿径向方向向换热组件5的主体部分注入清洗水源，实现对换热组件5主体部分的清洗，定时执行清洗作业能够有效去除换热组件5主体部分的结垢，令换热组件5长期保持较高的换热效率。

请参见图3，可以看出：

换热组件5包括端部安装板5-3和与端部安装板5-3固定连接的多个U形换热管5-1，各U形换热管5-1的一端连接至端部安装板5-3的介质输入区、另一端连接至端部安装板的介质输出区。具体地，在介质输入区和介质输出区各设置多个管孔，令各U形换热管5-1的一端分别插入介质输入区的各管孔内并密封焊接固定、另一端插入介质输出区的各管孔内并密封焊接固定。

本实施例中，为了提升换热组件5主体部分的整体结构强度，换热组件5还包括多个中部支撑板5-2，在中部支撑板5-2上设有多个管孔且各U形换热管5-1从各管孔穿过，可以将U形换热管5-1与各中部支撑板5-2焊接固定，避免中部支撑板5-2发生移位。

当换热组件5置入直管外罩8时，各中部支撑板5-2的外侧边缘抵靠在直管外罩8的内壁上，因此中部支撑板5-2的另一个作用是提升换热组件5在直管外罩8内安装时的稳定性。

请参见图4，可以看出：

介质箱4包括箱体，箱体的顶部封口并带有换热介质出口2和换热介质入口3、底部敞口并且与直管外罩8的上端固定连接。在箱体的内腔中部设有隔板4-1将内腔分为两个介质腔室且两个介质腔室分别位于介质输入区和介质输出区的上方。这样，换热介质经由换热介质入口3进入其中一个介质腔室，之后经由介质输入区进入各U形换热管5-1，流经U形换热管5-1后从介质输出区进入另一个介质腔室，再从换热介质出口2排出介质箱4之外。因此，介质箱4的一个介质腔室作为换热介质的分发腔室，另一个介质腔室作为换热介质的汇集腔室。

在介质箱4的箱体底部设有环形凸棱4-2，环形凸棱4-2与隔板4-1的底部边缘构成“日”字形的连接凸棱。相应地，在换热组件5的端部安装板5-3的表面设有环形安装槽5-4和直形安装槽5-5，环形安装槽5-4和直形安装槽5-5两者也构成“日”字形的连接凹槽，组装后，环形凸棱4-2位于环形安装槽5-4内，隔板4-1的底部边缘位于直形安装槽5-5内。以上配合连接结构保证介质箱4与换热组件5的端部安装板5-3之间连接的有效性和紧密性，令介质箱4内、隔板4-1两侧的介质腔室保持隔离。

本实施例中，介质箱4、换热组件5和直管外罩8采用如下方式进行组装连接：

在直管外罩8上端的内壁上设有环形凸台8-1，换热组件5的端部安装板5-3落在该环形凸台8-1上且端部安装板5-3的外侧边缘夹持在环形凸台8-1与介质箱4的底部边缘之间。

进一步地，在直管外罩8的顶部边缘设有多个螺纹连接孔，在介质箱4的边缘设有多个纵向贯通的连接孔，介质箱4采用多个长螺钉与直管外罩8固定连接。如图中所示，将换热组件5置入直管外罩8内之后，其端部安装板5-3落在环形凸台8-1上，之后采用多个长螺栓将介质箱4与直管外罩8固定连接，换热组件5的端部安装板5-3被夹持固定住。

请参见图4，可以看出：

反洗管6包括内侧敞口、顶部和底部封口的反洗管体，反洗管体的内侧边缘与直管外罩8的外壁密封焊接并将其中一组反洗水孔11封装在内部，在反洗管体的顶部设有反洗接口1。经由外部反洗水管路供应的反洗水源经由反洗接口进入反洗管6的内部，之后经由各反洗水孔11以径向方向向直管外罩8的内部注入，则换热组件5的主体部分也就是各U形换热管5-1得到冲洗，表面上的结垢被冲洗掉，因而换热组件5能够保持较高的换热效率。

本实施例中，条形透水孔7可以设置为三组，周向等角度间隔设置，反洗管6和反洗水孔11可以设置为三组，周向等角度间隔设置，三组条形透水孔7与三知足反洗水孔11在周向方向上间隔设置。

本实施例中，反洗接口1、换热介质出口2和换热介质入口3三者的结构相同，均包括带有中心孔的凸台，在凸台上设有多个螺纹连接孔。反洗接口1的凸台在反洗管6的顶壁上一体成型得到，换热介质出口2和换热介质入口3两者在介质箱4的箱体顶部一体成型得到。

安装方式：

分体加工得到直管外罩8和半球外罩9，在直管外罩8的侧壁上预加工得到各组条形透水孔7和各组反洗水孔11，在半球外罩9的侧壁上预加工得到各圆形透水孔10；分体加工得到多个反洗管6，之后将各反洗管6的内侧边缘抵靠在直管外罩8的外壁上、将各组反洗水孔11封装在内部，将反洗管6的内侧边缘与直管外罩8的外壁密封焊接；加工得到换热组件5的主体部分也就是U形换热管5-1与各中部支撑板5-2的组合体，之后将该组合体从直管外罩8的下端向上插装安装，各中部支撑板5-2的外侧边缘抵靠在直管外罩8的内壁上；令前述组合体从直管外罩8的上端穿出，之后将端部安装板5-3与各U形换热管5-1组装连接，之后令端部安装板5-3落在环形凸台8-1上；将半球外罩9焊接安装在直管外罩8的底部；在直管外罩8的顶部采用多个长螺钉安装固定介质箱4；

在反洗接口1上连接高压胶管，在换热介质出口2和换热介质入口3上分别连接热介质回流管和热介质供应管；将本井下换热装置采用现有的施工工艺下放到地热井设施的井底，逐级连接热介质回流管和热介质供应管，最终高压胶管、热介质回流管和热介质供应管均连接至井口装置上；地面系统的热介质循环装置、冲洗装置通过管路与井口装置连接，热介质在本井下换热装置与热介质循环装置之间流动，冲洗装置定期开启，向本井下换热装置的反洗管6内注入高压清洗水源，对内部的换热组件5进行清洗。

运行过程：

热介质循环流动的过程中，在流经本井下换热装置的换热组件5时与外部地热水源发生热交换而升温，吸收的热量被地面系统的板式换热器等装置换热采集，热介质温度降低，如此循环流动，实现对地热井内水源热量的持续采集；

每隔一定时间，地面系统自动执行清洗程序，地面系统的高压水泵将清洗水源经高压胶管注入本井下换热装置的反洗管6内，对内部的换热组件5进行清洗，保持换热组件5在长时间的运转过程中保持较高的换热效率；值得说明的是，执行清洗作业的时间间隔不应过长或者过短，间隔过长容易导致换热组件5表面的结垢硬化而难以清洗，间隔过短则容易导致对井下换热过程产生影响，因此执行清洗作业的时间间隔需要根据对结垢速度的掌握情况来设定，一般情况下，执行清洗作业的时间间隔可以为24h一次，每次持续时间5min。

Claims (7)

1.一种地热井的井下换热装置，其特征是：包括侧壁带有条形透水孔(7)的直管外罩(8)，在直管外罩(8)的底部设有带有圆形透水孔(10)的半球外罩(9)；在直管外罩(8)的内部安装有换热组件(5)，在直管外罩(8)的顶部安装有介质箱(4)，在直管外罩(8)的外壁上设有多组反洗水孔(11)且在各组反洗水孔(11)的外侧安装有反洗管(6)；

换热组件(5)包括端部安装板(5-3)和与端部安装板(5-3)固定连接的多个U形换热管(5-1)，各U形换热管(5-1)的一端连接至端部安装板(5-3)的介质输入区、另一端连接至端部安装板(5-3)的介质输出区；介质箱(4)包括箱体，箱体的顶部封口并带有换热介质出口(2)和换热介质入口(3)、底部敞口并且与直管外罩(8)的上端固定连接，在箱体的内腔中部设有隔板(4-1)将内腔分为两个介质腔室且两个介质腔室分别位于介质输入区和介质输出区的上方。

2.如权利要求1所述的地热井的井下换热装置，其特征是：在介质箱(4)的箱体底部设有环形凸棱(4-2)，环形凸棱(4-2)与隔板(4-1)的底部边缘构成“日”字形的连接凸棱；在换热组件(5)的端部安装板(5-3)的表面设有环形安装槽(5-4)和直形安装槽(5-5)，环形凸棱(4-2)位于环形安装槽(5-4)内，隔板(4-1)的底部边缘位于直形安装槽(5-5)内。

3.如权利要求2所述的地热井的井下换热装置，其特征是：在直管外罩(8)上端的内壁上设有环形凸台(8-1)，换热组件(5)的端部安装板(5-3)落在该环形凸台(8-1)上且端部安装板(5-3)的外侧边缘夹持在环形凸台(8-1)与介质箱(4)的底部边缘之间。

4.如权利要求3所述的地热井的井下换热装置，其特征是：换热组件(5)还包括多个中部支撑板(5-2)，在中部支撑板(5-2)上设有多个管孔且各U形换热管(5-1)从各管孔穿过，各中部支撑板(5-2)的外侧边缘抵靠在直管外罩(8)的内壁上。

5.如权利要求4所述的地热井的井下换热装置，其特征是：反洗管(6)包括内侧敞口、顶部和底部封口的反洗管体，反洗管体的内侧边缘与直管外罩(8)的外壁密封焊接并将其中一组反洗水孔(11)封装在内部，在反洗管体的顶部设有反洗接口(1)。

6.如权利要求5所述的地热井的井下换热装置，其特征是：在直管外罩(8)的顶部边缘设有多个螺纹连接孔，在介质箱(4)的边缘设有多个纵向贯通的连接孔，介质箱(4)采用多个长螺钉与直管外罩(8)固定连接。

7.如权利要求6所述的地热井的井下换热装置，其特征是：反洗接口(1)、换热介质出口(2)和换热介质入口(3)三者的结构相同，均包括带有中心孔的凸台，在凸台上设有多个螺纹连接孔。

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