一种闭式井高温地热转为热泵热源的地热收集装置及系统的制作方法

1.本实用新型属于热泵供热技术领域，具体涉及一种闭式井高温地热转为热泵热源的地热收集装置及系统。


背景技术：

2.中深层地热“取热不取水”技术是建立一个装置，将地面2000至3000米深处温度大于70℃的岩层的地热能导出，并通过相应设备、技术进行热能交换，实现创新型清洁能源供热技术。其优点是不直接提取地热水为热交换的载体，而是通过间接换热的方式将热储层的地热能提取出来加以利用。其特点是：不直接利用地热流体，有效地热资源保护；热交换稳定可持续；最大程度地减少地热在抽取过程中热量损失；后期维护简单，使用寿命长。
3.但是现有的装置在使用时，容易出现热泵机组热源温度过高或油压差保护故障等问题，由于地层2000米以下温度大于70℃，在热储层的作用下，井筒内地热水温较高，经外部水泵循环后的初始地热水温度在50℃以上。常规热泵机组高效运行的热源必须小于25℃大于10℃，当热源大于25℃时，热泵机组启动之初会出现热源温度过高保护，或者出现蒸发温度过高，而冷凝温度较低，致使地源热泵机组发生低压差保护停机，甚至造成热泵机组回油不畅而发生故障，影响整个系统的正常运行，其次，热泵机组能够正常运行还必须达到其额定流量的70％以上，往往地热井的流量偏小，不能满足热泵机组的额定流量要求。


技术实现要素：

4.本实用新型为了解决上述技术问题提供一种闭式井高温地热转为热泵热源的地热收集装置及系统，能够避免热泵机组的水温过高或者出现油压差保护影响热泵机组，避免出现停机故障。
5.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种闭式井高温地热转为热泵热源的地热收集装置，包括：用于插入地面内的外套管和内管，所述外套管的一端为敞口端，另一端为封闭端，所述内管设在所述外套管内，所述内管的一端与所述第一循环泵的输入端连通，所述内管与所述外套管之间的空间与所述热源输出端连通。
6.进一步，所述外套管的所述敞口端的管径大于所述封闭端的管径。
7.本地热收集装置的有益效果是：通过设置的外套管和内管能够利于收集地热，同时水又不会受到地面的泥土的影响，提高了本装置的使用寿命，使得只收集热源不收集地下水，增加外套管的敞口端的水压，使得地热水更容易从内管抽出，水压更高，抽出地热水的流量更大，效果更好。
8.本实用新型还提供解决上述技术问题的技术方案如下：一种闭式井高温地热转为热泵热源的系统，包括：
9.如上述的地热收集装置，所述地热收集装置用于插入地面内；
10.第一循环泵，所述第一循环泵的输入端与所述地热收集装置的输出端连通；
11.换热器，所述换热器上设有热源输入端、热源输出端、冷源输入端和冷源输出端，
所述热源输入端与所述热源输出端连通，所述冷源输入端与所述冷源输出端连通，所述第一循环泵的输出端与所述热源输入端连通，所述热源输出端与所述地热收集装置的输入端连通；
12.热泵机组，所述冷源输出端与所述热泵机组的输入端连通；
13.第二循环泵，所述热泵机组的输出端与所述第二循环泵的输入端连通，所述第二循环泵的输出端与所述冷源输入端连通。
14.本实用新型的系统的有益效果是：(1)解决了闭式中深层地热井初始温度偏高，流量偏小，不宜直接为热泵机组提供热源的不匹配问题；
15.(2)本装置为热泵机组高效、安全运行提供了技术保障，保证了热泵机组正常供热，避免了供热系统启动之初因热源水温过高造成的故障停机。
16.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
17.进一步，还包括三通阀，所述第一循环泵的输出端与所述三通阀的第一阀端连通，所述热源输入端与所述三通阀的第二阀端连通，所述三通阀的第三阀端与所述地热收集装置的输入端连通。
18.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置的三通阀，使没有被直接利用的地热水直接返回地热收集装置内，延长了地热井的高热量时限性，避免了地热井热量的浪费，保证了地热井热量的有效利用；通过调节三通阀的开度，还能调节第一循环泵输送到换热器中的地热水量，从而能够控制供热水的温度。
19.进一步，所述第一循环泵输入端与所述地热收集装置的输出端通过抽取管连通，所述第一循环泵的输出端与所述三通阀的第一阀端通过输送管连通。
20.采用上述进一步方案的有益效果是：利于第一循环泵抽取的地热水输送到换热器。
21.进一步，所述三通阀的第二阀端与所述热源输入端通过第一连通管连通。
22.采用上述进一步方案的有益效果是：利于控制三通阀的开度，来输送地热水到换热器中。
23.进一步，所述热源输出端与所述地热收集装置的输入端通过回输管连通。
24.采用上述进一步方案的有益效果是：利于换热后的地热水回到地热收集装置中。
25.进一步，所述三通阀的第三阀端通过回流管与所述回输管连通。
26.采用上述进一步方案的有益效果是：利于控制没有被直接利用的地热水进入到回输管，然后一起回到地热收集装置，避免能量浪费。
27.进一步，所述输送管上设有用于检测所述输送管内水温的第一温度计，所述回输管上设有用于检测所述回输管内水温的第二温度计。
28.采用上述进一步方案的有益效果是：通过第一温度计和第二温度计能够方便控制三通阀的开度。
29.进一步，所述冷源输出端与所述热泵机组的输入端通过第二连通管连通，所述第二循环泵的输出端与所述冷源输入端通过第三连通管连通，所述第二循环泵的输入端与所述热泵机组的输出端通过第四连通管连通，所述第二连通管上设有用于检测所述第二连通管内水温的第三温度计，所述第三连通管上设有用于检测所述第三连通管内水温的第四温度计。
30.采用上述进一步方案的有益效果是：通过第三温度计和第四温度计能够检测供热水换热前后的温度，从而更好的根据温度数据控制三通阀的开度。
附图说明
31.图1为本实用新型闭式井高温地热转为热泵热源的系统的结构示意图。
32.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
33.1、外套管；2、内管；3、回输管；4、抽取管；5、第一循环泵；6、输送管；7、第一温度计；8、三通阀；9、回流管；10、第一连通管；11、第二温度计；12、换热器；13、第二连通管；14、第三温度计；15、第三连通管；16、第四温度计；17、第二循环泵；18、热泵机组；19、第四连通管。
具体实施方式
34.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
35.实施例
36.如图1所示，本实施例提供一种闭式井高温地热转为热泵热源的地热收集装置，地热收集装置包括用于插入地面内的外套管1和内管2，外套管1的一端为敞口端，另一端为封闭端，内管2设在外套管1内，内管2的一端与第一循环泵5的输入端连通，内管2与外套管1之间的空间与热源输出端连通。通过设置的外套管1和内管2能够利于收集地热，同时水又不会受到地面的泥土的影响，提高了本装置的使用寿命，使得只收集热源不收集地下水。同时通过设置的外套管1先将输送回来的水与地面下的地热进行热交换，然后统一从内管2排出，增加了水的流动行程，使得与地面下的地热接触更充分，换热更高效，对地热的收集更好。
37.优选地，本实施例中，外套管1的敞口端的管径大于封闭端的管径。从而增加外套管1的敞口端的水压，使得地热水更容易从内管2抽出，水压更高，抽出地热水的流量更大，效果更好。
38.本实施例还提供一种闭式井高温地热转为热泵热源的系统，包括：用于插入地面内的地热收集装置，第一循环泵5，换热器12，热泵机组18和第二循环泵17。
39.第一循环泵5的输入端与地热收集装置的输出端连通。换热器12上设有热源输入端、热源输出端、冷源输入端和冷源输出端，热源输入端与热源输出端连通，冷源输入端与冷源输出端连通，第一循环泵5的输出端与热源输入端连通，热源输出端与地热收集装置的输入端连通。冷源输出端与热泵机组18的输入端连通。热泵机组18的输出端与第二循环泵17的输入端连通，第二循环泵17的输出端与冷源输入端连通。
40.其中，地热收集装置、第一循环泵5、换热器12、热泵机组18和第二循环泵17中流动的液体为水，地热收集装置用于收集中深层的地热，将水输送其中，与地热进行热交换，收集地热形成地热水。其中，第一循环泵5用于将地热收集装置中的地热水抽出，输送到换热器12。其中，换热器12用于和第二循环泵17输送来的用于供热的冷水进行换热，使得热量将供热冷水加热到25℃左右的合适温度的水，再输送回到热泵机组18，从而避免热泵机组18的水温过高影响热泵机组18，避免出现停机故障。其中，第二循环泵17用于为供热水源形成动力源，使得其进入到换热器12进行换热。其中，第一循环泵5和第二循环泵17均为现有技
术。其中地热收集装置放入到地热井中。
41.本实施例的技术方案具有如下效果，解决了闭式中深层地热井初始温度偏高，流量偏小，不宜直接为热泵机组18提供热源的不匹配问题，为热泵机组18高效、安全运行提供了技术保障，保证了热泵机组18正常供热，避免了供热系统启动之初因热源水温过高造成的故障停机。
42.优选地，换热器12为板式换热器12，换热效率更高，更利于控制水温。
43.优选地，本实施例中，还包括三通阀8，第一循环泵5的输出端与三通阀8的第一阀端连通，热源输入端与三通阀8的第二阀端连通，三通阀8的第三阀端与地热收集装置的输入端连通。通过设置的三通阀8，使没有被直接利用的地热水直接返回地热收集装置内，延长了地热井的高热量时限性，避免了地热井热量的浪费，保证了地热井热量的有效利用。另外通过调节三通阀8的开度，还能调节第一循环泵5输送到换热器12中的地热水量，从而能够控制供热水的温度。其中三通阀8为现有技术，在此不再过多赘述其结构。
44.优选地，本实施例中，第一循环泵5输入端与地热收集装置的输出端通过抽取管4连通，第一循环泵5的输出端与三通阀8的第一阀端通过输送管6连通。利于第一循环泵5抽取的地热水输送到换热器12。
45.优选地，本实施例中，三通阀8的第二阀端与热源输入端通过第一连通管10连通。利于控制三通阀8的开度，来输送地热水到换热器12中。
46.优选地，本实施例中，热源输出端与地热收集装置的输入端通过回输管3连通。利于换热后的地热水回到地热收集装置中，再次与地热进行热交换，收集地热。其中回输管3的一端与热源输出端连接，回输管3的另一端与外套管1和内管2之间的空间连通。
47.优选地，本实施例中，三通阀8的第三阀端通过回流管9与回输管3连通。利于控制没有被直接利用的地热水进入到回输管3，经回输管3一起回到地热收集装置，避免能量浪费。
48.优选地，本实施例中，输送管6上设有用于检测输送管6内水温的第一温度计7，回输管3上设有用于检测回输管3内水温的第二温度计11。通过第一温度计7能够观察到抽取的地热水的温度，通过第二温度计11能够观察到经过换热器12换热的地热水的温度，通过第一温度计7和第二温度计11能够方便控制三通阀8的开度。
49.优选地，本实施例中，冷源输出端与热泵机组18的输入端通过第二连通管13连通，第二循环泵17的输出端与冷源输入端通过第三连通管15连通，第二循环泵17的输入端与热泵机组18的输出端通过第四连通管19连通，第二连通管13上设有用于检测第二连通管13内水温的第三温度计14，第三连通管15上设有用于检测第三连通管15内水温的第四温度计16。利于供热水的流动，通过第三温度计14和第四温度计16能够检测供热水换热前后的温度，从而更好的根据温度数据控制三通阀8的开度，利于调节供热水换热后的温度，使用效果更好。
50.其中，优选地，热泵机组18设置两组并列，可交替使用或同时使用，效果更好。
51.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“内”、“外”、“周侧”、“周向”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实用新型和简化描述，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
理解为对本实用新型的限制。
52.在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
53.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
55.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。