一种开采地热用的重力热管及换热装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及利用热管技术开采地热及余热利用技术领域，尤其涉及一种开采地热用的重力热管及换热装置。
【背景技术】
[0002]热管是一种通过工质相变循环流动实现高效传热的换热元件。工质在加热段吸热汽化，到放热段凝结放出热量，在毛细力或重力作用下回流到加热段重新吸热，这一过程循环往复，从而将热量从一端传递到另一端。热管因结构紧凑、传热特性优良，并且无需外界动力、而广泛应用于暖通建筑、石油化工、冶金机械、电子设备冷却、生产生活等各个领域。近些年来，随着节能环保意识的增强，热管技术在余热回收及新能源技术开发方面有着日益广阔的应用前景。
[0003]热管主要分为标准热管和重力热管。二者相比，重力热管没有吸液芯，单纯依靠重力作用实现冷热源间的热传导，因而结构简单、制造方便、成本低廉，在余热回收领域应用广泛。
[0004]随着化石能源日益匮乏、环境污染加剧，地热资源的高效环保开采愈来愈受到重视。如果应用重力热管开采地热资源，可以有效缓解目前开采模式抽-灌式所带来的初投资高、回灌不利造成的环境污染、地层下沉等问题。
[0005]地热资源开采所需重力热管长度少则十几米多则上千米，传统重力热管在这样的超长范围内存在以下不足，一是向下流动冷凝液膜因受到高速向上流动蒸汽剪切力的作用被阻止回流、而出现携带极限，限制了传热量，二是热管过长，冷凝液膜很难在管壁保持均匀状态，这就容易造成蒸发段部分液膜区域出现干涸现象而有些区域液膜过厚，影响传热效果，三是充灌量对重力热管的传热性能影响显著，但因地热水与重力热管为自然对流换热，换热情况会随着地热资源状况及换热情况改变，因此适合的充灌量是变化的，但因重力热管是封闭的，难以修正充灌量、优化传热过程。四是重力热管的蒸发段是地热水与之进行自然对流换热，与蒸发段内相变蒸发换热相比，换热热阻明显在地热水侧，由此为提高热管工质在蒸发段的换热量，在热管蒸发段地热水侧应该结合自然对流换热的特点加装翅片。考虑到开采地热钻井直径有限，这就需要在有限空间内增强热管与地热资源换热量。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本实用新型而学习。
[0007]为克服现有技术的问题，本实用新型提供一种开采地热用的重力热管及换热装置，在有限热管直径范围内，重力热管内部蒸发段和绝热段内设置单独的冷凝液下降段，使冷凝液膜不再受向上蒸汽的剪切力影响，可以稳定流动，有效避免携带极限，显著增加热管传热量。
[0008]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
[0009]根据本实用新型的一个方面，提供一种开采地热用的重力热管，包括管体，该管体设有蒸发段以及绝热段；其特征在于，还包括冷凝液下降管，设置在该管体内，且位于该蒸发段以及绝热段内。
[0010]根据本实用新型的一个实施例，位于该蒸发段内的该冷凝液下降管上装有至少一个喷嘴。
[0011]根据本实用新型的一个实施例，该喷嘴设置在位于该蒸发段内的该冷凝液下降管的侧壁上。
[0012]根据本实用新型的一个实施例，该冷凝液下降管的其中一端为连接端，该连接端穿过该管体的外壁并向外延伸，用于连接储液罐。
[0013]根据本实用新型的一个实施例，还包括流量调节阀，位于该冷凝液下降管的连接端上。
[0014]根据本实用新型的一个实施例，还包括翅片，设置在该管体的蒸发段外侧。
[0015]根据本实用新型的另一个方面，提供一种开采地热用的换热装置，其特征在于，包括:上述任一开采地热用的重力热管；换热器，与该重力热管中的管体相连；储液罐，与该换热器及该重力热管中的冷凝液下降管相连。
[0016]通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。
【附图说明】
[0017]下面通过参考附图并结合实例具体地描述本实用新型，本实用新型的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本实用新型的解释说明，而不构成对本实用新型的任何意义上的限制，在附图中:
[0018]图1为本实用新型实施例的开采地热用的换热装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，本实用新型提供一种开采地热用的重力热管，包括管体10，管体10设有蒸发段1以及绝热段2 ;其特征在于，还包括冷凝液下降管3，设置在管体10内，且位于蒸发段1以及绝热段2内，该冷凝液下降管3与向上工质蒸汽不接触的。其中，蒸发段1位于绝热段2的下方，在实际使用时，蒸发段1位于地下水层中，而绝热段2为在地下土壤层中，绝热段2以上的管体部分则位于地面上。
[0020]在本实施例中，位于蒸发段1内的冷凝液下降管3上装有至少一个喷嘴7，该喷嘴7可以设置在位于蒸发段内的冷凝液下降管的侧壁上，可以使冷凝后的饱和液体工质能够充分喷淋到蒸发段液膜区，重新进入蒸发段吸热汽化，完成一个传热过程。为了增大地热水换热面积提高换热量，还包括翅片8，设置在管体10的蒸发段外侧，该翅片8可以设置成向下倾斜的形状。
[0021]冷凝液下降管3的其中一端为连接端31，该连接端31穿过管体10的外壁并向外延伸，用于连接储液罐5，具体来说，该连接端31是从管体10绝热段2以上的管体部分穿出的。本实施例中，在冷凝液下降管的连接端31上设有流量调节阀6，用来调节冷凝液回流量，从而有效控制参与换热的热管工质流量，优化热管传热特性。
[0022]请再参照图1，本实用新型还提供一种开采地热用的换热装置，包括:上述开采地热用的重力热管；换热器4，与重力热管中的管体10相连，其与管体10相连的部位临近绝热段2，用来冷凝工质向冷却水放热；储液罐5，与换热器4及重力热管中的冷凝液下降管3相连，用以调节工质流量和工作压力。优选地，在冷凝液下降管3与储液罐5之间设置流量调节阀6，更好地用来调节冷凝液回流量，从而有效控制参与换热的热管工质流量，优化热管传热特性。
[0023]本实用新型提供的开采地热用的重力热管及换热装置的工作原理及过程如下:
[0024]重力热管内液体工质在地下与地热水储层相接触的带有外翅片蒸发段1分为工质液膜区和液池区，两个区域的液体工质吸收地热水的热量完成汽化过程，工质蒸汽高速流经从地热水储层到地面之间的绝热段2后，进入地面上的换热器4向供暖回水放热完成冷凝放热过程，蒸汽冷凝成饱和液体后进入储液罐5进一步进行气液分离，并进入流量调节阀6，在重力作用下流进冷凝液下降管3，冷凝液下降管3在蒸发段设有喷嘴7，使冷凝后的饱和液体工质能够充分喷淋到蒸发段液膜区，重新进入蒸发段吸热汽化，完成一个通过热管从地热水吸热向供热回水放热的传热过程。
[0025]本实用新型提供的开采地热用的重力热管与常规重力热管的关键区别在于通过在重力热管内设置冷凝下降段使冷凝后的饱和液体可以顺利流入蒸发段，同时通过设置储液罐结合流量调节阀、喷嘴、翅片等方式来提高重力热管传热性能。
[0026]本实用新型提供的开采地热用的重力热管及换热装置可用于十几米到上百米重力热管环保、高效开采地热水资源，以替代传统的抽水-回灌开采地热水资源的模式。如果结合持续的现场实验及优化设计，提高装置经济性，将极大提高地热资源开采的可持续发展、有效保护地下水资源，具有巨大的经济、环保和社会效益。
[0027]以上参照【附图说明】了本实用新型的优选实施例，本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质，可以有多种变型方案实现本实用新型。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。
【主权项】
1.一种开采地热用的重力热管，包括管体，所述管体设有蒸发段以及绝热段；其特征在于，还包括冷凝液下降管，设置在所述管体内，且位于所述蒸发段以及绝热段内。2.根据权利要求1所述开采地热用的重力热管，其特征在于，位于所述蒸发段内的所述冷凝液下降管上装有至少一个喷嘴。3.根据权利要求2所述开采地热用的重力热管，其特征在于，所述喷嘴设置在位于所述蒸发段内的所述冷凝液下降管的侧壁上。4.根据权利要求1所述开采地热用的重力热管，其特征在于，所述冷凝液下降管的其中一端为连接端，所述连接端穿过所述管体的外壁并向外延伸，用于连接储液罐。5.根据权利要求4所述开采地热用的重力热管，其特征在于，还包括流量调节阀，位于所述冷凝液下降管的连接端上。6.根据权利要求1所述开采地热用的重力热管，其特征在于，还包括翅片，设置在所述管体的蒸发段外侧。7.一种开采地热用的换热装置，其特征在于，包括: 如权利要求1至6任一所述开采地热用的重力热管； 换热器，与所述重力热管中的管体相连； 储液罐，与所述换热器及所述重力热管中的冷凝液下降管相连。
【专利摘要】本实用新型提供一种开采地热用的重力热管及换热装置，重力热管包括管体，该管体设有蒸发段以及绝热段；其特征在于，还包括冷凝液下降管，设置在该管体内，且位于该蒸发段以及绝热段内。换热装置包括：上述开采地热用的重力热管；换热器，与该重力热管中的管体相连；储液罐，与该换热器及该重力热管中的冷凝液下降管相连。本实用新型提供的开采地热用的重力热管与常规重力热管的关键区别在于通过在重力热管内设置冷凝下降段使冷凝后的饱和液体可以顺利流入蒸发段，同时通过设置储液罐结合流量调节阀、喷嘴、翅片等方式来提高重力热管传热性能。
【IPC分类】F28D15/02
【公开号】CN205090847
【申请号】CN201520469976
【发明人】刘金侠, 马利敏, 李瑞霞, 杨荣亮, 王汗, 费凡, 向烨, 姬忠礼, 尚琳琳, 缪婷婷
【申请人】中国石油化工集团公司, 中国石化集团新星石油有限责任公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年7月2日