一种地温能开发用换热器

技术领域

本发明涉及地温能开发利用领域，具体涉及一种地温能开发用换热器。

背景技术

随着人们对环境保护和可持续发展意识的提高，可持续发展的清洁能源的开发和利用也日益受到重视。

地温能作为一种量大面广的可持续发展清洁能源，目前正逐步推广开来。地温能是指地层表面以内不同深度层次的地热能，其浅层地温几乎常年保持稳定且一般处于25摄氏度以下，自浅层地温层继续往下每增100米，其温度增加3摄氏度。因此，地热能的开发利用前景巨大，可作为换热系统的热源进行能量转换，如可分别在夏冬季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度更好满足制冷、制热或供热需求。

现有技术中，还没有针对同一热井管筒不同深度层级的地热能分级开发利用，大多数为单独分开挖掘不同深度的热井用于开发利用地热能，同时，在对地热能利用过程中，地热井的换热能力还具有开发提升的空间。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供浅层地温能用换热器，实现在同一换热管筒中对不同深度层级的地热能开发利用，同时也提高了换热速率和地热效能。

本发明所采用的技术方案如下：

一种地温能开发用换热器，包括埋设于地下的底部相连通的左管筒、右管筒以及分别安装在左右管筒顶部的左盖体和右盖体，所述左盖体下方100至150米范围内设有连通所述左右管筒的导流管，所述左右管筒内靠近所述导流管的下方安装有分隔板，所述左盖体内部设置为空腔，左盖体底部靠近左管筒边缘处设有周向布置且连通所述空腔的分流口，左盖体上设有连通空腔和左管筒上方的第一管道，所述分隔板下方插入有第二管道，所述第一管道和第二管道出口端均连接有分流器；

所述右管筒内分隔板上方插入有第三管道，右管筒底部插入有第四管道，所述第三管道和第四管道地面部分通过循环泵与换热系统的进口连接，所述第一管道和第二管道地面部分与所述换热系统的出口连接。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

其一，夏季需建筑物换热系统制冷时，关闭第二管道和第四管道，换热工质自换热系统出口流出，经第一管道输送到盖体空腔中，用于换热工质在空腔中预先换热，再分别从盖体底部的分流口和分流器的分流孔中流出，此时，分流口和分流孔将换热工质喷洒在左管筒壁上，由于左管筒上部所处地层温度低于环境空气温度，换热工质在左管筒壁上往下流动过程将携带的热量散发到左管筒所处的地层中，提高了换热工质的换热速率；换热完成后换热工质于左管筒内分隔板处集聚并通过导流管输送到右管筒中，其中，分隔板的设置将管筒分为上下不连通的两部分，此时，右管筒内分隔板上方集聚的换热工质不会流通到下部管筒内，换热工质在循环泵作用下输送回热交换系统中并以此路径循环制冷；由于空腔的作用，使得换热工质在进入左管筒前预先换热，再通过分流口和分流孔将换热工质分散，并喷流到左管筒壁面上，增大了换热面积，从而提高了换热工质的换热速率。

其二，冬季制热或供热时，换热工质自换热系统出口流出，此时，关闭第一管道和第三管道，使换热工质经第二管道直接输送到左管筒内分隔板下方的分流器内，左管筒内分隔板下方的分流器上的分流孔将换热工质喷洒在左管筒下部，管筒下部所处地层温度高于管筒上部地层温度和地面环境空气温度，换热工质在左管筒壁上向下流动过程吸收热量，于左管筒底部集聚并通过左右管筒底部连通的通道流入右管筒底部进一步吸收热量，并通过第四管道在循环泵作用下输送回换热系统参与制热或供热供暖循环；

与现有技术相比，同一热井管筒中，本方案可随地面环境温度变化时，适应性调节对同一管筒内部不同深度层地热能的利用，实现了同一热井管筒中对不同深度层级地热能的多级开发利用，提高了地热效能。

作为本发明优选的实施方式，所述左管筒位于盖体下方100至150米范围内设置为上大下小的变径管筒。

本方案中，上大下小的变径管筒使得自分流口和分流孔中喷流出的换热工质能顺利沿左管筒倾斜壁面流动，且流通过程不易脱离左管筒壁面，延长了换热工质在上大下小的变径管筒壁面的流动时间，从而提高换热速率。

作为本发明优选的实施方式，所述分流器包括圆环型弯管、分流管以及连接管，所述圆环型弯管和连接管之间通过周向间隔布置的分流管连接连通。

本方案中，连接管与第一管道连接接通，通过周向布置的分流管将换热工质分流到圆环型弯管中，从而使换热工质分散，提供可周向接触左管筒壁面换热的条件，加快换热速率。

作为本发明优选的实施方式，所述圆环型弯管周向设置有面向所述左管筒壁的分流孔。

本方案中，面向左管筒壁面的分流孔将圆环型弯管内的工质喷洒在左管筒壁面上，在重力作用下向下滑动过程中，增大了工质与左管筒壁面的换热面积和换热时间，提高了整个换热过程的换热速率。

作为本发明优选的实施方式，所述导流管内安装有单向阀。

本方案中，单向阀防止换热工质在左右管筒间流通中产生回流，从而影响换热工质的循环流通。

作为本发明优选的实施方式，所述右管筒内的第二管道和第四管道还均设有逆止阀。

本方案中，逆止阀防止管道内换热工质在循环过程中或调节控制阀时管道内流量发生变化时，工质因重力作用而产生回流，进而影响换热工质在循环管路中的流通和换热速率。

作为本发明优选的实施方式，所述左右管筒与地层间填埋有导热系数高于地层导热系数的填埋料。

本方案中，填埋料的导热系数高于地层导热系数，增强了左右管筒与地层间的换热强度，进而提升换热速率。

作为本发明优选的实施方式，所述左右管筒内壁上设有周向布置的螺旋换热翅片。

本方案中，左右管筒内部上的螺旋换热翅片增大了换热面积和延长了流经工质换热时间，同时，流经的换热工质沿着螺旋路径形成旋转流，使不同温度间的换热工质相互掺混，共同起到强化传热的效果。

附图说明

图1是本发明一种地温能开发用换热器实施例的整体示意图；

图2是本发明一种地温能开发用换热器实施例的左盖体剖面结构示意图；

图3是本发明一种地温能开发用换热器实施例的分流器结构示意图；

图4是本发明一种地温能开发用换热器实施例的螺旋换热翅片结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：左管筒1、左盖体11、空腔111、分流口112、导流管12、分隔板13、螺旋换热翅片14、右管筒2、右盖体21、分流器3、圆环型弯管31、分流管32、连接管33、分流孔34、第一管道41、第二管道42、第三管道43、第四管道44、循环泵5、三通阀6、单向阀7、逆止阀8、换热系统9。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中具体叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“左右”、“左”、“右”、“上”、“下”、“靠近”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构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申请的限制。

参见图1、图2和图3所示，本实施例公开了一种地温能开发用换热器，包括埋设于地下的底部相连通的左管筒1、右管筒2以及分别安装在左右管筒顶部的左盖体11和右盖体21，左盖体11下方100至150米范围内设有连通左右管筒的导流管12，左右管筒内靠近导流管12的下方安装有分隔板13，左盖体11内部设置为空腔111，左盖体11底部靠近左管筒1边缘处设有周向布置且连通空腔111的分流口112，左盖体11上设有连通空腔111和左管筒1上方的第一管道41，分隔板13下方插入有第二管道42，第一管道41和第二管道42出口端均连接有分流器3；

右管筒2内分隔板13上方插入有第三管道43，右管筒2底部插入有第四管道44，第三管道43和第四管道44地面部分通过循环泵5与换热系统9的进口连接，第一管道41和第二管道42地面部分与换热系统9的出口连接。

具体地，左管筒1位于左盖体11下方100至150米范围内设置为上大下小的变径管筒，变径管筒底部设有连通导流管12的接口。

参见图3所示，分流器3包括圆环型弯管31、分流管32以及连接管33，圆环型弯管31和连接管33之间通过周向间隔布置的分流管32连接连通。进一步地，圆环型弯管31周向设置有面向左管筒1壁的分流孔34。

参见图1所示，导流管12上安装有单向阀7。第一管道41和第二管道42于地面相连接后通过三通阀6与换热系统9的出口连接，第三管道43和第四管道44于地面相连接后通过三通阀6同换热系统9的进口连接。

进一步地，右管筒2内的第二管道42和第四管道44上还均设有逆止阀8。

另外，左右管筒与地层间填埋有导热系数高于地层导热系数的填埋料，本实施例中，填埋料为导热砂浆。

参见图4所示，左右管筒内壁上还设有周向布置的螺旋换热翅片14。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。