一种U型多井对接增强型换热结构

技术领域

本发明涉及地热井下换热技术领域，具体为一种U型多井对接增强型换热结构。

背景技术

地热能作为非碳基能源，其开发和利用可有效减少煤炭的消耗和二氧化碳的排放，闭式中深层地埋管换热技术是通过机械设备由地表向下钻孔并在其中安装金属管换热器，流体介质在管中循环流动，从周围岩土中提取热量，然后与热泵机组结合满足建筑物的供热需求。

中国专利公开号CN2021100667439，公开了一种井下强化换热系统及方法，其涉及能源利用领域，井下强化换热系统包括：下入至地热储层的第一井筒和位于第一井筒上方并与第一井筒连通的第二井筒；第一井筒的侧壁上开设有对流通孔；设置在第二井筒底部的固定台；设置在第二井筒中的换热器套筒，换热器套筒的侧壁上开设有排水孔；设置在第一井筒中的管体；连接在固定台上的泵体，泵体的进口与管体相连通，泵体的出口与换热器套筒相连通；热泵系统，其包括设置在换热器套筒中的呈螺旋状的换热器，工质下降管，工质上升管，压缩机，冷凝器，节流阀，以及热泵系统中充入的工质。本申请能够实现对地热深井的“取热不取水”，实现高效换热以及地热能的可持续利用的目的。

中国专利公开号CN2021110124301，公开了一种封闭式中深层地热能井下换热装置，包括取热内管、换热套管和支撑装置，支撑装置设于地热井地面上，取热内管的上端与支撑装置连接，取热内管的下端伸入地热井井底，换热套管套设于取热内管的下部，换热套管与地热井之间设有封隔器，支撑装置的侧面设有注水管，支撑装置的顶部设有与取热内管连接的出水管，取热内管的下端连接有筛管、配重管。本发明通过在取热内管下端连接有筛管，筛管能够对流经至取热内管的水流进行过滤后，再进入取热内管，筛管能够对将水流中的杂质阻隔在取热内管外，避免杂质对取热内管内壁的磨损，影响取热内管的使用寿命。

上述两个方案在使用过程中依旧会遇到以下情况：

1、当管道内部的介质进入到地下进行换热时，换热后的介质会与冷的介质接触，进而再次产生热交换，导致换热后的热介质的温度降低，影响换热的效率。

2、在换热后的介质靠近地面时，靠近地面一侧的管道受地面温度的影响，温度较低，当热的介质进入到靠近地面的管道时，会再次出现热交换，使得热的介质的热量流失，导致介质温度流失，而现有的一些会在管道外壁增加保温棉，但是根据温度的变化，管道需要保温的高度也不同，不能调整保温高度，同时保温棉在长时间埋入地下使用后，保温棉保温效果差，无法快速对保温棉进行更换。

3、需要较大的热量时，需要增加新的直井，自身无法实现增加系统地源侧循环水量，进而导致取热的成本升高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种U型多井对接增强型换热结构，解决了上述现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种U型多井对接增强型换热结构，包括直井、第一保温筒和第二保温筒，所述第一保温筒的上端与第二保温筒卡接固定，所述第一保温筒和第二保温筒套接在直井上，所述第一保温筒的下端固定有钻头，所述直井的外围设有多个对接井，所述对接井的下端均连通有横井，所述对接井均通过横井与直井连通；

所述第一保温筒的内部设有与第一保温筒同轴心的内筒，所述第一保温筒的内壁滑动连接有固定组件，所述第一保温筒与内筒之间设有保温棉且固定在固定组件上，所述固定组件包括上下分布的上固定环和下固定环，所述上固定环和下固定环之间滑动连接有多个连杆，多个所述连杆的左侧和右侧均固定有挡板，多个所述连杆与内筒相对的一侧的中央均对应固定有弹簧的一端，所述弹簧的另一端均与内筒的外壁固定连接，所述保温棉位于挡板与内筒之间，所述上固定环的上端固定有多个卡接扣；

所述第二保温筒的内部结构与所述第一保温筒的内部结构相同，所述第一保温筒的上端开设有多个第一卡接槽，所述第二保温筒的上端开设有多个第二卡槽，所述第二保温筒的下端固定有多个卡扣，所述第二保温筒通过卡扣与第一保温筒的第一卡接槽卡接固定。

优选的，所述上固定环和下固定环均为两个同心且不同直径的圆环，所述两个同心且不同直径的圆环之间设有固定杆，所述上固定环的固定杆下端开设有凹槽，所述下固定环的固定杆上端开设有滑槽，所述连杆通过上固定环的凹槽和下固定环的滑槽与上固定环和下固定环滑动连接。

优选的，所述上固定环的外壁对称固定有第一导向块，所述下固定环的外壁对称固定有第二导向块，所述第一导向块与第二导向块位于同一条垂直线上，所述第一保温筒的内壁对称开设有导向槽，所述上固定环和下固定环通过第一导向块和第二导向块与第一保温筒的导向槽滑动连接。

优选的，所述卡接扣、滑槽、连杆和弹簧的数量一致。

优选的，所述内筒的上端与上固定环固定连接，所述内筒的下端与下固定环固定连接，所述内筒套接在直井外壁且滑动连接。

优选的，所述第一保温筒和第二保温筒的内部均开设有真空腔。

优选的，所述钻头为上下开口的圆台形，所述开口大小与所述直井的直径一致，所述钻头的下端固定有多个钻齿，所述钻头的斜面上固定有多个排屑条，所述排屑条的下端与钻齿对应，所述排屑条的上端延伸至第一保温筒的外壁。

优选的，所述卡接扣为两个镜像放置的字形，所述卡接扣上端的距离小于滑槽到其固定杆边缘的距离，所述卡接扣的上端设有倒角。

优选的，所述直井的直径大于所述对接井的直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、通过增加对接井的数量，管内介质在进入对接井后，通过不同的对接井与横井，介质汇聚在直井内流出，保证了整个过程换热通道多，增大了与地层的接触面积，增加了系统地源侧循环水量，可有效提高井下换热效率。

2、通过在直井的外壁设置第一保温筒和第二保温筒，可有效减缓热水上升至地面时的温度下降的问题，通过第一保温筒和第二保温筒拼接在一起，可以根据季节的变化调节直井到地面的保温距离，通过固定组件进行固定保温棉，有利于使保温棉与直井的外壁紧密贴合，保证了固定组件的保温效果，减缓热水上升至地面的过程中温度下降，同时方便对保温棉进行更换，通过钻头进行钻进，实现了调节直井到地面的保温距离。

3、设置多个对接井进水，增加了系统地源侧循环水量，在满足相同水量的前提下，减少了直井的数量，减少了占地面积，节约了打井成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的直井整体示意图；

图3为本发明的第一保温筒和第二保温筒组合示意图；

图4为本发明的第一保温筒整体示意图；

图5为本发明的固定组件整体示意图；

图6为本发明的第一保温筒外壳剖视示意图；

图7为本发明的第一保温筒整体剖视示意图；

图8为本发明的第二保温筒整体示意图。

图中标注说明：1、直井；2、第一保温筒；3、第二保温筒；4、钻头；5、内筒；6、固定组件；7、保温棉；101、对接井；102、横井；201、第一卡接槽；202、导向槽；203、真空腔；301、卡扣；302、第二卡槽；401、钻齿；402、排屑条；601、上固定环；602、下固定环；603、连杆；604、挡板；605、弹簧；6011、卡接扣；6012、第一导向块；6021、滑槽；6022、第二导向块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1、图2、图3和图8，一种U型多井对接增强型换热结构,包括直井1、第一保温筒2和第二保温筒3，所述第一保温筒2的上端与第二保温筒3卡接固定，所述第一保温筒2的上端开设有多个第一卡接槽201，所述第二保温筒3的上端开设有多个第二卡槽302，所述第二保温筒3的下端固定有多个卡扣301，所述第二保温筒3通过卡扣301与第一保温筒2的第一卡接槽201卡接固定，所述卡扣301的卡齿设有三个，两个对称相背设置，另外一个单独的卡齿与两个相背的卡齿垂直设置，所述第一卡接槽201的左右两侧开设有与两个对称相背的卡齿对应的槽，所述第一卡接槽201为台阶形，所述卡扣301单独的卡齿卡接在第一卡接槽201上，所述卡扣301对称相背设置的卡齿卡接在第一卡接槽201两侧的槽里，所述第二保温筒3的上端开设的第二卡槽302可与另一个第二保温筒3上的卡扣301进行卡接固定，方便将多个第二保温筒3进行固定连接在一起，实现了可以根据不同的地区或是温度调节直井1到地面的保温距离，解决了热水上升至地面时的温度下降的问题，所述第一保温筒2和第二保温筒3套接在直井1上，所述直井1的外围设有多个对接井101，所述对接井101的下端均连通有横井102，所述直井1的直径大于所述对接井101的直径，所述对接井101均通过横井102与直井1连通，设置多个对接井101，所述对接井101的下端均通过横井102与直井1连通，管内介质在进入对接井101后，通过不同的对接井101与横井102介质汇聚在直井1内流出，保证了整个过程换热通道多，增大了与地层的接触面积，增加了系统地源侧循环水量，可有效提高井下换热效率，同时多个横井102与直井1连通处相互交错，防止多个对接井101内部的介质出现对流，进而形成相互冲击，造成直井1的管壁出现膨胀，所述第一保温筒2的下端固定有钻头4，所述钻头4为上下开口的圆台形，所述开口大小与所述直井1的直径一致，所述钻头4的下端固定有多个钻齿401，所述钻头4的斜面上固定有多个排屑条402，所述排屑条402的下端与钻齿401对应，所述排屑条402的上端延伸至第一保温筒2的外壁，顺时针扭动钻头4，所述钻头4通过钻齿401带动第一保温筒2深入地下，同时通过钻头4斜面上的排屑条402可以有效将钻齿401切削的泥土排出，实现了快速增加直井1到地面的保温深度，逆时针旋转，排屑条402会将第一保温筒2边缘的泥土向下移动，从而使泥土填满空缺的地方，防止第一保温筒2与地下形成间隙，从而影响第一保温筒2的固定，所述第一保温筒2和第二保温筒3的内部均开设有真空腔203，通过真空腔203进行保温，有效的防止了直井1内部流动的介质出现热量流失的现象，所述第二保温筒3的内部结构与所述第一保温筒2的内部结构相同，实现了第二保温筒3与第一保温筒2内部组件相互对应，方便连接第一保温筒2和第二保温筒3，同时方便快速对第一保温筒2和第二保温筒3进行维护。

请参阅图4、图5、图6和图7，所述第一保温筒2的内部设有与第一保温筒2同轴心的内筒5，所述内筒5的上端与上固定环601固定连接，所述内筒5的下端与下固定环602固定连接，所述内筒5套接在直井1外壁且滑动连接，将所述内筒5与所述第一保温筒2同轴设置，使得所述内筒5到所述第一保温筒2的距离相等，同时内筒5的上下两端分别与对应的上固定环601和下固定环602固定连接，保证保温棉7填充的厚度一致，防止出现保温棉7填充的厚度不一致，进而导致保温棉7保温的效果不一致，所述内筒5与直井1滑动连接，方便将内筒5抽出对保温棉7进行更换，所述第一保温筒2的内壁滑动连接有固定组件6，所述第一保温筒2与内筒5之间设有保温棉7且固定在固定组件6上，所述固定组件6包括上下分布的上固定环601和下固定环602，所述上固定环601的外壁对称固定有第一导向块6012，所述上固定环601通过第一导向块6012与导向槽202滑动连接，方便将固定组件6从第一保温筒2的内部滑动抽出，对固定组件6进行维护，所述下固定环602的外壁对称固定有第二导向块6022，所述第一导向块6012与第二导向块6022位于同一条垂直线上，所述第一保温筒2的内壁对称开设有导向槽202，所述上固定环601和下固定环602通过第一导向块6012和第二导向块6022与第一保温筒2的导向槽202滑动连接，所述第二导向块6022与导向槽202滑动连接，保证下固定环602在导向槽202中进行上下滑动，将第一导向块6012与第二导向块6022设置在同一垂直线上，方便上固定环601与下固定环602上下对应，进而保证其滑动的流畅性，所述卡接扣6011、滑槽6021、连杆603和弹簧605的数量一致，所述卡接扣6011为两个镜像放置的7字形，所述卡接扣6011上端的距离小于滑槽6021到其固定杆边缘的距离，所述卡接扣6011的上端设有倒角，所述上固定环601的上端固定有多个卡接扣6011，通过将卡接扣6011、滑槽6021、连杆603和弹簧605的数量设置为一致，方便使其进行一一对应，同时将卡接扣6011上端的距离小于滑槽6021到其固定杆边缘的距离，所述卡接扣6011的上端设有倒角，方便卡接扣6011卡接在另一个第二保温筒3内部的下固定环602上，实现两个第二保温筒3内部的固定组件6可以相互连接，同时将所述卡接扣6011上端的距离设置为小于滑槽6021到其固定杆边缘的距离，方便在对另一个第二保温筒3内的固定组件6进行卡合连接时，不影响另一个固定组件6中的连杆603的滑动，在对保温棉7进行更换时，无需取出第一保温筒2和第二保温筒3，只需将固定组件6从第一保温筒2和第二保温筒3的内部滑动取出，即可实现对保温棉7的更换和对固定组件6的维护，所述上固定环601和下固定环602之间滑动连接有多个连杆603，多个所述连杆603的左侧和右侧均固定有挡板604，多个所述连杆603与内筒5相对的一侧的中央均对应固定有弹簧605的一端，所述弹簧605的另一端均与内筒5的外壁固定连接，所述保温棉7位于挡板604与内筒5之间，所述连杆603的下端滑动连接在下固定环602上端的滑槽6021中，所述连杆603的上端滑动连接在上固定环601的下端，所述连杆603的左右两侧固定的挡板604对保温棉7起到一个支撑的作用，弹簧605拉动连杆603向内筒5移动，连杆603和挡板604挤着保温棉7向内筒5靠近，使得保温棉7与内筒5牢牢贴合在一起，保证保温棉7的保温性，减少直井1内部介质的热量流失，所述上固定环601和下固定环602均为两个同心且不同直径的圆环，所述两个同心且不同直径的圆环之间设有固定杆，所述上固定环601的固定杆下端开设有凹槽，所述下固定环602的固定杆上端开设有滑槽6021，所述连杆603通过上固定环601的凹槽和下固定环602的滑槽6021与上固定环601和下固定环602滑动连接，所述连杆603通过上固定环601的固定杆下端开设的凹槽滑动连接，所述连杆603通过滑槽6021与下固定环602滑动连接，将上固定环601和下固定环602均设置为两个同心且不同直径的圆环，方便在取出固定组件6之后对保温棉7进行更换。

本发明使用时：

首先，根据具体的使用情况，设置合适数量的对接井101，然后设置直井1，将对接井101通过横井102与直井1连通；

然后，将第一保温筒2套接在直井1的外壁，通过外部设备顺时针扭动第一保温筒2，钻头4下端的钻齿401对地面形成切削的效果，钻头4顺时针转动逐渐深入到地下，深入地下的同时，钻齿401形成的泥土通过排屑条402向上排，在第一保温筒2的上端与地面平齐时，在第一保温筒2的上端加装第二保温筒3，所述第二保温筒3通过卡扣301卡接在第一保温筒2上端的第一卡接槽201内，第一保温筒2和第二保温筒3内部的固定组件6通过卡接扣6011将第一保温筒2的上固定环601与第二保温筒3的下固定环602卡接在一起，形成固定连接，接着继续顺时针转动第二保温筒3，使其继续深入到地下，当第二保温筒3的高度不够时，在第二保温筒3的上端加装另一个第二保温筒3即可，直到达到指定高度为止；

接着，直井1的上端连接热泵，热泵连接水泵，水泵连通对接井101形成闭合回路，启动水泵，直井1、对接井101和横井102内部的介质进行流动，位于对接井101下端和横井102中的介质与地热储层进行热交换，使介质升温，通过多个对接井101与横井102配合，增加了介质与地热储层之间的面积，提高了介质与地热储层的换热效率，升温后的介质通过直井1流出进入到热泵中进行热交换，热量进行供暖或用作其他用途，冷的介质通过水泵重新进入到对接井101内部，流入到对接井101下端和横井102内部与地热储层进行热交换，形成一个循环；

最后，在直井1中的热介质上升靠近地面时，地面温度冷会导致介质温度降低，导致热量散失，通过在直井1靠近地面端设置的第一保温筒2和第二保温筒3，可以降低热量的损失，同时该保温组件可以根据季节温度的变化改变保温的高度，当外界温度低时，可以顺时针扭动第二保温筒3使钻头4带动第一保温筒2和第二保温筒3继续深入地下，在第二保温筒3的上端添加新的第二保温筒3即可，在外界温度高时，逆时针扭动第二保温筒3，钻头4带动第一保温筒2和第二保温筒3向上移动，将第二保温筒3拆除即可，使得直井1保温的高度可以进行调节，同时在对保温棉7进行更换时，只需将固定组件6从第一保温筒2和第二保温筒3的内部滑动抽出即可对保温棉7进行更换维护。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。