转接头、地热管和地热提取系统的制作方法

1.本发明涉及地热开采技术领域，具体涉及一种转接头、地热管和地热提取系统。


背景技术：

2.地热是集热、矿、水为一体的矿产资源，和燃煤、石油等能源相比，地热不仅清洁，而且能反复利用，属于可再生资源。地热资源功能多，用途广，不仅在供暖、制冷和洗浴等领域有着广泛的应用；而且还是一种可供提取溴、碘、硼砂、钾盐、铵盐等工业原料的热卤水资源和天然肥水资源，同时还是宝贵的医疗热矿水和饮用矿泉水资源以及生活供水水源。
[0003]“取水型”地热能利用技术需要利用钻机打地热井和回灌井，通过地热井采集地下水以采集地热，通过回灌井将利用后的水回灌到地下，存在地表沉降和污染地下水的问题。为了解决上述问题，近些年，“取热不取水”的地热能利用技术开始得到应用。“取热不取水”的地热能利用技术利用封闭管道内的换热介质采集地热井内的热能(地下土壤热量、岩层热量、地热矿热量)，而无需抽取地下水，不仅不会对地下水和地表水造成污染,而且还能避免地表沉降的问题。
[0004]“取热不取水”的地热提取系统包括地热管，地热管包括同心设置的内管和外管，内管和外管之间形成环空，地热管的底端通过堵头封堵。通过内管向地热井内注入循环水，到达地热管底部的循环水经环空返回地面，利用注入地热井内的循环水与地热井内的热能(地下土壤、岩层、地热矿、水)换热，而将地热资源提取到地面上。相关技术中利用地热实现制热和制冷时循环水均到达地热管的底部，不利于地热资料的合理利用，如何解决同井双温和换热效率最大化成为地热提取系统的技术难题。


技术实现要素：

[0005]
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]
为此，本发明的实施例提出一种转接头，具有该转接头的地热提取系统可以实现高效制冷和高效制热。
[0007]
本发明的实施例还提出一种地热管，具有该地热管的地热提取系统可以实现高效制冷和高效制热。
[0008]
本发明的实施例还提出一种地热提取系统，该地热提取系统可以实现高效制冷和高效制热。
[0009]
根据本发明实施例的转接头包括：
[0010]
上接头部分，所述上接头部分包括第一连接部、第二连接部、第三连接部和第四连接部，所述第一连接部上设有第一通道，所述第二连接部上设有第二通道，所述第三连接部上设有第三通道，所述第四连接部上设有第四通道，所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道和所述第四通道中的每一者沿上下方向延伸；和
[0011]
下接头部分，所述上接头部分设置在所述下接头部分上，所述下接头部分包括外管连接部和内管连接部，所述外管连接部上设有外管通道，所述内管连接部上设有内管通
道，所述外管通道和所述内管通道中的每一者沿上下方向延伸，其中所述第一通道和所述第二通道中的每一者与所述外管通道连通，所述第三通道和所述四管通道中的每一者与所述内管通道连通。
[0012]
根据本发明实施例的转接头，可以实现夏季地热井的换热深度小于冬季地热井的换热深度，从而利于在冬季使用地热资源实现供暖以及在夏季使用地热资源制冷。
[0013]
在一些实施例中，所述外管连接部包括第一外侧部分，所述内管连接部包括第一内侧部分，所述第一外侧部分套设在所述第一内侧部分上，第一外侧部分和所述第一内侧部分在内外方向上间隔开地设置，以便所述第一外侧部分和所述第一内侧部分之间限定出所述外管通道的至少一部分，所述第一内侧部分限定出所述内管通道的至少一部分。
[0014]
在一些实施例中，所述外管连接部分包括第二外侧部分，所述内管连接部包括第二内侧部分，所述第二外侧部分设置在所述第一外侧部分上，所述第二内侧部分设置在所述第一内侧部分上，所述第二外侧部分上设有第一口和第二口，所述第一口和所述第二口沿第一预设方向布置，所述第二内侧部分设置在所述第一口内，所述第二内侧部分与所述第一口的口壁相连，所述第二内侧部分限定出所述内管通道的一部分，所述第二口构成所述外管通道的上端口。
[0015]
在一些实施例中，所述外管连接部为外连接管，所述第一口和所述第二口相对所述外连接管的中心线对称布置。
[0016]
在一些实施例中，所述第一内侧部分包括直筒段和过渡段，所述过渡段设置在所述直筒段上，所述直筒段与所述外管连接部同轴布置，所述过渡段的上端与所述第二内侧部分相连，所述过渡段的下端与所述直筒段相连。
[0017]
在一些实施例中，所述第一连接部和所述第二连接部沿第二预设水平方向布置，所述第三连接部和所述第四连接部沿所述第二预设水平方向布置，所述第一连接部、所述第二连接部、所述第三连接部和所述第四连接部在所述第一预设方向和第二预设方向上呈矩阵形式布置，所述第二预设方向垂直于所述第一预设方向。
[0018]
在一些实施例中，所述第一连接部、所述第二连接部、所述第三连接部和所述第四连接部均为连接管，所述第一连接部和所述第二连接部之间、所述第二连接部和所述第四连接部之间、所述第四连接部和所述第三连接部之间以及所述第三连接部和所述第一连接部之间均通过中间连接部相连。
[0019]
在一些实施例中，转接头进一步包括连接套，所述连接套包括：
[0020]
外套体，所述第一外侧部分套设在所述外套体上，所述外套体与所述第一外侧部分相连；
[0021]
内套体，所述内套体套设在所述第一内侧部分上，所述内套体与所述第一内侧部分相连；和
[0022]
多个板体，多个所述板体沿所述内套体的周向间隔开地设置，多个所述板体中的每一者设置在所述外套体和所述内套体之间，所述板体的内端与所述内套体相连，所述板体的外端与所述外套体相连。
[0023]
根据本发明实施例的地热管包括：
[0024]
上管路组件，所述上管路组件包括第一上管路、第二上管路、第三上管路和第四上管路；
[0025]
下管路组件，所述下管路组件设置在所述上管路组件的下方，所述下管路组件包括内管和外管，所述外管套设在所述内管上，以便所述内管和所述外管之间形成管道环空；和
[0026]
转接头，所述转接头为上述任一项实施例所述的转接头，其中所述第一连接部与所述第一上管路相连，以便所述第一通道与所述第一上管路连通，所述第二连接部与所述第二上管路相连，以便所述第二通道与所述第二上管路连通，所述第三连接部与所述第三上管路相连，以便所述第三通道与所述第三上管路连通，所述第四连接部与所述第四上管路相连，以便所述第四通道与所述第四上管路连通，所述外管连接部与所述外管相连，以便所述外管通道与所述管道环空连通，所述内管连接部与所述内管相连，以便所述内管通道与所述内管连通。
[0027]
根据本发明实施例的地热管具有制热和制冷效率高等优点。
[0028]
根据本发明实施例的地热提取系统包括换热器和地热管，所述换热器与所述地热管相连，所述地热管为上述任一项实施例所述的地热管。
[0029]
根据本发明实施例地热提取系统具有能量利用率高和换热效果好等优点。
附图说明
[0030]
图1是根据本发明实施例的转接头的爆炸示意图。
[0031]
图2是根据本发明实施例的转接头的结构示意图。
[0032]
图3是图1中的下接头部分的结构示意图。
[0033]
图4是图1中上接头部分的结构示意图。
[0034]
图5是图1中连接套的结构示意图。
[0035]
附图标记：
[0036]
转接头100；
[0037]
第一连接部1；第一通道101；
[0038]
第二连接部2；第二通道201；
[0039]
第三连接部3；第三通道301；
[0040]
第四连接部4；第四通道401；
[0041]
连接套5；外套体501；内套体502；板体503；
[0042]
外管连接部6；第一外侧部分601；第二外侧部分602；第一口6021；第二口6022；
[0043]
内管连接部7；第一内侧部分701；第二内侧部分702；
[0044]
中间连接部8。
具体实施方式
[0045]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0046]
根据本发明实施例的地热管包括上管路组件、下管路组件和转接头100(如图1至图5所示)。
[0047]
上管路组件包括第一上管路、第二上管路、第三上管路和第四上管路；下管路组件设置在上管路组件的下方，下管路组件包括内管和外管，外管套设在内管上，以便内管和外
管之间形成管道环空。
[0048]
为了使本技术的技术方案更加容易被理解，以转接头100的延伸方向与上下方向一致、以与转接头100的延伸方向垂直的方向与内外方向一致为例，进一步描述本技术的技术方案。其中，向内是指在与转接头100的延伸方向垂直的方向上靠近转接头100的中心线的方向，向外是指在与转接头100的延伸方向垂直的方向上远离转接头100的中心线的方向，上下方向和内外方向如图1所示。
[0049]
地热管下入地热井内后，上管路组件的至少一部分和下管路组件的全部均位于地热井内，且上管路组件位于下管路组件的上方，上管路组件的上部能够与地面上的换热流体(水)连通。下管路组件的外管套在内管上，内管的下端位于外管的下端的上方，以便内管的下端和管道环空下端连通换热流体。
[0050]
上管路组件和下管路组件通过转接头100连在一起。
[0051]
下面参考附图详细描述根据本发明实施例的转接头100。
[0052]
根据本发明实施例的转接头100包括上接头部分和下接头部分。
[0053]
上接头部分包括第一连接部1、第二连接部2、第三连接部3和第四连接部4。第一连接部1上设有第一通道101，第二连接部2上设有第二通道201，第三连接部3上设有第三通道301，第四连接部4上设有第四通道401。第一通道101、第二通道201、第三通道301和第四通道401中的每一者沿上下方向延伸。
[0054]
上接头部分设置在下接头部分上，下接头部分包括外管连接部6和内管连接部7。外管连接部6上设有外管通道，内管连接部7上设有内管通道，外管通道和内管通道中的每一者沿上下方向延伸。其中，第一通道101和第二通道201中的每一者与外管通道连通，第三通道301和四管通道中的每一者与内管通道连通。
[0055]
第一连接部1与第一上管路相连，以便第一通道101与第一上管路连通。第二连接部2与第二上管路相连，以便第二通道201与第二上管路连通。第三连接部3与第三上管路相连，以便第三通道301与第三上管路连通。第四连接部4与第四上管路相连，以便第四通道401与第四上管路连通。转接头100的外管连接部6与外管相连，以便外管通道与外管连通。内管连接部7与内管相连，以便内管通道与内管连通。
[0056]
由此，第一上管路、第二上管路通过转接头100和外管环空连通，第三上管路、第四上管路通过转接头100和内管连通。
[0057]
工作时，地面上的换热流体可以从上管路组件的一部分管路(例如，第一上管路和第二上管路)流到下管路组件的管道环空中，并在流动过程中与地热井处的物质(水、土壤和泥水)换热，之后换热后的换热流体经下管路组件的内管和上管路组件的另一部分管路(例如，第三上管路和第四上管路)返回地面，经过后续处理后，供用户使用(制热、制冷或加热生活用水等)。
[0058]
在冬季，用户可以利用具有该地热管的地热提取系统供暖。具体地，地面上的换热流体通过第一上管路和第二上管路进入地热管内，然后换热流体依次经转接头100的第一通道101和第二通道201、转接头100的外管通道和下管路组件的管道环空进入地热管的下端；之后换热流体经下管路组件的内管、转接头100的内管通道、转接头100的第三通道301和第四通道401返回地面。在换热流体流经地热管的过程中，换热流体与地热井处的物质(水、土壤和泥水)换热，使得换热流体被地热井处的物质加热，得到加热后换热流体，加热
后流体返回地面供用户使用，实现供暖。此过程中，地热井的换热深度大体等于上管路组件下入地热井内的长度、转接头100的长度和下管路组件的长度和(地热井的深度)，即冬季地热井的换热深度等于地热井的深度。
[0059]
在夏季，可以利用具有该地热管的地热提取系统制冷。具体地，刚开始工作时，地面上的换热流体通过第一上管路和第三上管路进入地热管内，然后第一上管路内的换热流体依次经转接头100的第一通道101、转接头的外管通道和下管路组件的管道环空进入地热管的下端，第二上管路内的换热流体依次经转接头100的第三通道301、转接头的内管通道和下管路组件的内管进入地热管的下端，直至下管路组件的管道环空和内管被换热流体充满，地热管内换热流体的液面稳定地位于转接头100和下管路组件之间(稳定液面位置)；之后继续通过第一上管路和第三上管路向地热管内通换热流体，换热流体流动至稳定液面位置，一路依次经转接头100的内管通道、转接头100的第二通道201返回地面，另一路依次经转接头100的外管通道、转接头100的第四通道401返回地面。最终，具有该地热管的地热提取系统稳定运行时，地面上的换热流体向下流动至稳定液面位置后，便通过上管路组件的一部分管路返回地面。在换热流体流经地热管的上管路组件过程中，换热流体与地热井处的物质换热，使得换热流体被地热井处的物质冷却，得到冷却后换热流体，冷却后流体返回地面供用户使用，实现制冷。此过程中，地热井的换热深度大体等于上管路组件下入地热井内的长度和转接头100的长度和，即夏季地热井的换热深度小于地热井的深度。
[0060]
由于地下温度的分布规律为，距离地表的距离越远温度越高(地表除外)，因此，冬季用户利用地热供暖时，地热井的换热深度越深，越利于用户利用地热资源实现供暖；而夏季，利用地热制冷时，地热井的换热深度过深反而不利于用户利用地热资源实现制冷。
[0061]
相关技术中，无论是冬季还是夏季，地热井的换热深度均为地热井的实际深度，为了更好的利用地热资源实现供暖，地热井的深度往往较深，导致夏季利用地热井制冷时存在制冷效率低的问题。
[0062]
利用本发明实施例的转接头100，可以实现夏季地热井的换热深度小于冬季地热井的换热深度，从而利于在冬季使用地热资源实现供暖以及在夏季使用地热资源制冷。
[0063]
因此，根据本发明实施例的地热管具有制热和制冷效率高等优点。
[0064]
可选地，上管路组件的长度为400米，下管路组件的长度为400米。此时，地热管可以用于深度为800米的地热井，并利用转接头100使得冬季地热井的换热深度大体为800米，夏季地热井的换热深度大体为400米。
[0065]
当然，上管路组件的长度和下管路组件的长度也可以根据地质情况设为其他值。例如，上管路组件的长度为200米，下管路组件的长度为800米，此时，地热管可以用于深度为1000米的地热井，并利用转接头使得冬季地热井的换热深度大体为1000米，夏季地热井的换热深度大体为200米。
[0066]
可选地，第一上管路、第二上管路、第三上管路和第四上管路中的每一者上设置切换阀组。
[0067]
由此，切换阀组控制每个上管路上换热流体的进和出。例如，冬季，通过切换阀组控制地面上的换热流体从第一上管路和第二上管路进入，并从第三上管路和第四上管路流出；夏季，通过切换阀组控制地面上的换热流体从第一上管路和第三上管路进入，并从第二上管路和第四上管路流出。
[0068]
在一些实施例中，外管连接部6包括第一外侧部分601，内管连接部7包括第一内侧部分701，第一外侧部分601套设在第一内侧部分701上。第一外侧部分601和第一内侧部分701在内外方向上间隔开地设置，以便第一外侧部分601和第一内侧部分701之间限定出外管通道的至少一部分，第一内侧部分701限定出内管通道的至少一部分。
[0069]
由此，第一外侧部分601的内表面和第一内侧部分701的外表面之间的空间与外管通道连通，第一内侧部分701的内部空间与内管通道连通。方便将外管通道设置为与管道环空适配的弧形通道，使得换热流体经转接头100后可以较均匀的进入管道环空内，有利于提高具有地热管的地热提取系统的换热效率。
[0070]
在一些实施例中，外管连接部6包括第二外侧部分602，内管连接部7包括第二内侧部分702，第二外侧部分602设置在第一外侧部分601上，第二内侧部分702设置在第一内侧部分701上。
[0071]
第二外侧部分602上设有第一口6021和第二口6022，第一口6021和第二口6022沿第一预设方向布置，第二内侧部分702设置在第一口6021内，第二内侧部分702与第一口6021的口壁相连，第二内侧部分702限定出内管通道的一部分，第二口6022构成外管通道的上端口。
[0072]
如图1所示，外管连接部6的上端为第二外侧部分602，外管连接部6的下端为第一外侧部分601，内管连接部7的上端为第二内侧部分702，内管连接部7的下端为第一内侧部分701。
[0073]
具体地，第二内侧部分702与第二外侧部分602的第一口6021的口壁相连，第二口6022与外管通道连通。
[0074]
可选的，第二内侧部分702与第一口6021过盈配合。
[0075]
可选的，第一外侧部分601的横截面形状与外管的横截面形状一致，第一内侧部分701的横截面形状与内管的横截面形状一致。
[0076]
可选的，外管连接部6和内管连接部7在上下方向的长度一致。由此，当内管连接部7安装在外管连接部6的时候，外管连接部6的上端面与内管连接部7的上端面平齐，外管连接部6的下端面与内管连接部7的下端面平齐，便于转接头100与上管路组件、下管路组件密封连接。
[0077]
在一些实施例中，外管连接部6为外连接管，第一口6021和第二口6022相对外连接管的中心线对称布置。
[0078]
由此，外连接部整体结构简单，方便设计加工。
[0079]
如图1至图3所示，外管连接部6的中心线沿着上下方向延伸，第一口6021和第二口6022沿水平方向间隔设置，第一口6021和第二口6022的横截面积相同，由此，换热流体从第一口6021和第二口6022中流动的速率相同，换热流体可以保持稳定的换热速率，换热效果好。
[0080]
可选的，第一口6021和第二口6022的形状均为腰形，第一通道101、第二通道201、第三通道301、第四通道401的横截面均为圆形，第一通道101和第二通道201沿第一口6021的长度方向布置，第三通道301和第四通道401沿第二口6022的长度方向布置。
[0081]
在一些实施例中，第一内侧部分701包括直筒段和过渡段，过渡段设置在直筒段上，直筒段与外管连接部6同轴布置，过渡段的上端与第二内侧部分702相连，过渡段的下端
与直筒段相连。
[0082]
如图1至图3所示，内管连接部7从上到下依次是第二内侧部分702、过渡段和直筒段。第二内侧部分702的上端与第一口6021适配，利用过渡段实现第二内侧部分702和直筒段的过渡连接。直筒段与外管连接部6同轴设置，由此，在直筒段的外周侧，换热流体的流量一致，直筒段的外表面各处受到的冲刷程度也相同，不会出现局部换热流体冲击过大造成直筒段破裂的问题，可以提高直筒段的寿命。
[0083]
在一些实施例中，第一连接部1和第二连接部2沿第二预设水平方向布置，第三连接部3和第四连接部4沿第二预设水平方向布置，第一连接部1、第二连接部2、第三连接部3和第四连接部4在第一预设方向和第二预设方向上呈矩阵形式布置，第二预设方向垂直于第一预设方向。
[0084]
第一预设方向与上述第一口6021和第二口6022的布置方向一致，第二预设方向与第一口6021或第二口6022的长度方向一致。
[0085]
换言之，第一连接部1、第二连接部2、第三连接部3和第四连接部4呈田字形布置。由此，上接头部分的结构紧凑，方便安装。
[0086]
在一些实施例中，转接头100进一步包括连接套5，连接套5包括外套体501、内套体502和多个板体503，第一外侧部分601套设在外套体501上，外套体501与第一外侧部分601相连。内套体502套设在第一内侧部分701上，内套体502与第一内侧部分701相连。多个板体503沿内套体502的周向间隔开地设置，多个板体503中的每一者设置在外套体501和内套体502之间，板体503的内端与内套体502相连，板体503的外端与外套体501相连。
[0087]
连接套5位于上接头部分的内表面和下接头部分的外表面之间的外管通道内，外套体501的外表面与第一外侧部分601的内表面相连，内套体502的内表面与第一内侧部分701的外表面相连，内套体502和外套体501之间通过多个板体503连接。相邻的两个板体503之间具有间隔，方便换热流体经过。
[0088]
可选的，板体503的数量为2-6个，例如2个、3个、4个、5个等。
[0089]
可选的，外套体501和内套体502均为圆环状，板体503为矩形板。
[0090]
在一些实施例中，第一连接部1、第二连接部2、第三连接部3和第四连接部4均为连接管，第一连接部1和第二连接部2之间、第二连接部2和第四连接部4之间、第四连接部4和第三连接部3之间以及第三连接部3和第一连接部1之间均通过中间连接部8相连。
[0091]
如图1和图4所示，上接头部分的下端设有中间连接部8，中间连接部8的内周面的形状与第一连接部1的外周面、第二连接部2的外周面、第三连接部3的外周面、第四连接部4的外周面适配。中间连接部8的下端面能够与外管连接部6的上表面和内管连接部7的上表面相连。由此，设计中间连接部8可以将第一连接部1、第二连接部2、第三连接部3和第四连接部4固定在一起，不仅提高了上接头部分的结构强度，而且方便上接头部分与下接头部分相连。
[0092]
根据本发明实施例地热提取系统包括换热器和地热管，换热器与地热管相连，地热管为上述任一项实施例所述的地热管。
[0093]
换热器设置在地热管的上端，换热器能够与地热管连通，地热管里的换热流体经过换热器后将能量传递给其他的设备使用。
[0094]
根据本发明实施例地热提取系统具有能量利用率高和换热效果好等优点。
[0095]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“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。
[0096]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“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。
[0097]
在本发明中，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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发明中的具体含义。
[0098]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0099]
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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发明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。
[0100]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型，均在本发明的保护范围内。