一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统的制作方法

本发明涉及中浅层水热型地热的采热系统，具体涉及一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统。

背景技术：

作为清洁的可再生能源，地热资源的高效利用技术对我国的节能减排工作至关重要。我国的中浅层地热资源比较丰富，可以满足大量建筑的供暖的需要，有效的缓解煤炭供暖带来的雾霾等缓解问题，开发利用潜力巨大。中浅层水热型地热形成过程通常为大气降水或地表水渗入地下，从流动的地下水中汲取热量，以高温热水或蒸汽的形式赋存于地下，形成地热水热系统。

现有的中浅层水热型地热开采通常直接将热水抽出地表进行利用，这样会改变地下水环境，同时存在回灌困难、管道结垢及地表环境污染等问题。开发新型热管式中浅层水热型地热直接提取系统，能够有效避免这些问题，有助于提升中浅层水热型地热资源利用率及经济性。

热管利用管内工质的相变，可以将热量迅速地从高温端传输到低温端。热管具有较高的导热性、优良的等温性等特征，是目前最有效的传热设备之一。故而热管被广泛的运用在开采中浅层水热型地热中。

由于在浅层水热型地热的开采中，人们普遍认为简单的通过设计回路热管来传热的系统，容易产生整个地热开采系统不能自启动的问题，现有技术中普遍采用重力热管来开采，但会存在以下问题：1.热量传输的距离有限；2.所设计的系统的热管的液体管道和蒸汽管道相冲突，在热量传输过程中，很可能出现气液两相冲突的现象，影响热量的传输。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统，可以自发地实现中浅层水热型地热资源的开采，不需要提供辅助动力来维持系统的运行，能解决整个地热开采系统的自启动问题；同时又可以实现热量的远距离传输，避免传统热管蒸汽流和液流相冲突的问题，大大提高了传热效率。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统，包括回路型热管、位于地面的热利用装置和中浅层地下水中的高渗透性热储；

所述回路型热管设有位于高渗透性热储中的回路型热管蒸发段、回路型热管绝热段、回路型热管冷凝器和回路型热管液体管道段，所述回路型热管绝热段包括蒸汽管道段和将蒸汽管道段外壁紧密包裹的绝热材料层，所述回路型热管冷凝器包括换热器、冷凝水进水管道和冷凝水出水管道；

所述冷凝水进水管道的一端与所述热利用装置连通，其另一端通过换热器的吸热侧连通冷凝水出水管道的一端，所述冷凝水出水管道的另一端连通所述热利用装置；

所述回路型热管蒸发段的一端与回路型热管液体管道段的一端连通，回路型热管液体管道段的另一端通过换热器的放热侧与蒸汽管道段的一端连通，蒸汽管道段的另一端与回路型热管蒸发段的另一端连通。

所述回路型热管蒸发段为盘管或由若干个U型管组成。

所述回路型热管蒸发段内部设有多孔介质材料层。

所述多孔介质材料层设有微槽结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明通过在回路型热管设有回路型热管绝热段，可以利用回路型热管内的工质相变作用，自发地实现中浅层水热型地热资源的开采，不需要提供辅助动力来维持系统运行；

2)本发明的回路型热管绝热段和回路型热管液体管道段相互分离，可以将蒸汽管道和液体管道相分离，避免了传统热管蒸汽流和液流相冲突的问题，大大提高了传热效率；

3)系统运行过程中，管道内的工质处于封闭式循环中，不与外界环境接触，避免了工质损失以及管道结垢等问题；

4)单口井即可实现地热资源的开采利用，同时可以根据所钻井的地下水温高低，选择充入的工质，实现了水温和工质的良好匹配；

5)强化了地下水与热管间的对流传热，增加了单根热管的采热量，提高了回路型热管开采中浅层水热型地热系统的经济性。

附图说明

图1为本发明一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统结构示意图；

图2(a)和(b)分别为本发明一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统的回路型热管蒸发段为盘管和若干个U型管组成时的结构示意图；

图3为本发明一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统的回路型热管蒸发段内设有多孔介质材料层的结构示意图。

图4为本发明一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统的多孔介质材料层设有微槽结构时的横截面图。

其中，1、回路型热管蒸发段；11、多孔介质材料层；111、微槽结构；2、回路型热管绝热段；21、蒸汽管道段；22、绝热材料层；3、回路型热管冷凝器；31、换热器；32、冷凝水进水管道；33、冷凝水出水管道；4、回路型热管液体管道段；5、热利用装置；6、高渗透性热储；7、中浅层水热型地热井；8、中浅层地面与地下水分界面。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统方的实施步骤如下：

1.首先进行地质勘查，探明地下温度分布和地下水分布，以及地层孔渗特征等等，确定回路型热管工作的范围，确定工质种类；

2.利用中浅层钻井或其他手段在中浅层水热型地热储建立一个高渗透性热储6和中浅层水热型地热井7；

3.设计、制作回路型热管蒸发段1，为达到多吸收热量的目的，回路型热管蒸发段1可采用盘管、多个U型管、以及多个蒸发器并联等结构，同时还可以在回路型热管蒸发段1外侧加翅片。

4.确定回路型热管绝热段2的蒸汽管道段21的长度，并根据地下环境增加绝热材料层22，做好绝热措施，同时根据回路型热管蒸发段1和回路型热管绝热段2的长度以及离地面的距离，总体考虑，确定回路型热管液体管道段4的长度；

5.上述各部连接好后，将回路型热管的一端插入到中浅层地下水中，插入到中浅层地面与地下水分界面8以下，待后用，以保证回路型热管蒸发段1部分放入高渗透性热储6中；

6.连接回路型热管冷凝器3，预留充液口和抽真空的接口；

7.对整个回路型热管进行抽真空，调节其充液量，选择合适的回路型热管工质，利用负压将其充入管内。对于充液量的选择，要保证其充液完，在正常工作时，回路型热管蒸发段1不可出现干涸的情况，具体实施时，应通过实验和理论方法确定最优充液量；

8.调节回路型热管冷凝器3中冷凝工质的流入温度及流量，使本系统可以稳定连续运行；

9.安装与回路型热管配套的热利用装置5。

本发明一种回路型热管开采中浅层水热型地热的系统，包括回路型热管、位于地面的热利用装置5和中浅层地下水中的高渗透性热储6。

所述回路型热管设有位于高渗透性热储6中的回路型热管蒸发段1、回路型热管绝热段2、回路型热管冷凝器3和回路型热管液体管道段4，所述回路型热管冷凝器3包括换热器31、冷凝水进水管道32和冷凝水出水管道33；

所述冷凝水进水管道32的一端与所述热利用装置5连通，其另一端通过换热器31的吸热侧连通冷凝水出水管道33的一端，所述冷凝水出水管道33的另一端连通所述热利用装置5；

所述回路型热管蒸发段1的一端与回路型热管液体管道段4的一端连通，回路型热管液体管道段4的另一端通过换热器31的放热侧与蒸汽管道段21的一端连通，蒸汽管道段21的另一端与回路型热管蒸发段1的另一端连通。

所述回路型热管设有回路型热管绝热段2，回路型热管绝热段2包括蒸汽管道段21，所述蒸汽管道段21外壁紧密包裹有绝热材料层22，这样，在系统运行时，回路型热管绝热段2和回路型热管冷凝器3之间就会有压力差，这样本系统就可通过回路型热管的内部压力变化，实现整个系统的自启动运行。

回路型热管蒸发段1可以通过做成不同形状来增大接触面积，最大程度上吸收热量。同时也可在管内部进行改造，以此来增强热量的传递。优选的，所述回路型热管蒸发段1为盘管或由若干个U型管组成，如图2所示，图2(a)为所述回路型热管蒸发段1采用盘管的示意图，图2(b)为所述回路型热管蒸发段1由多个U型管构成的示意图。

具体的，回路型热管蒸发段1内的液体工质从高渗透性热储6中吸收热量汽化后通过换热器31放热，同时，冷凝水进水管道32内的冷凝工质通过换热器31吸热后进入冷凝水进水管道32给热利用装置5供热。当然，所述回路型热管冷凝器3可以使用多种方式和结构散热，例如一蒸汽管进、分成多个分支进行冷凝，最大限度的将热量尽快传出。回路型热管内工质可以为多种物质，诸如水，乙醇，丙酮，氨水等等，同时通过控制回路型热管内部的真空度，来调节工质的沸点温度。

作为一个优选实施例，所述回路型热管蒸发段1内部设有多孔介质材料层11，如图3所示，由于多孔介质材料层11的作用，相当于在回路型热管蒸发段1靠近回路型热管液体管道段4侧形成液膜，阻止了气体工质进入回路型热管液体管道段4，保证了蒸汽全部走蒸汽管道段21，而液体工质可以通过多孔介质材料层11的内部微孔渗流过来，将汽液两相完全隔离开。优选的，多孔介质材料层11内部设有可以加强沸腾的微槽结构111，同时所述的微槽结构111可以作为蒸汽运行的通道，增强整个系统循环的动力，提高回路型热管运行的可靠性。

在系统运行过程中，回路型热管蒸发段1的液体工质从高渗透性热储6中吸收热量，通过工质相变，把高渗透性热储6中的热量输送到地面的回路型热管冷凝器3，再输送到热利用装置5，根据温度水平进行利用。同时，回路型热管的吸热过程会引起中浅层水热型地热井7附近地下水的温度下降，在热对流效应的影响下，中浅层水热型地热井7附近地下水会向储层底部流动，同时高温地下水会不断补充到中浅层水热型地热井7附近，促进热的转移。另外，如果存在地下水流动，水流会强化对流传热过程，增加了单根热管的采热量，提高了回路型热管开采中浅层水热型地热系统的经济性。因此，所述中浅层水热型地热井7要布置在中浅层地面与地下水分界面8以下、并且地下水流动活跃的地方。

在系统运行过程中，管道内的工质处于封闭式循环中，不与外界环境接触，避免了工质损失以及管道结垢等问题，同时单口井即可实现地热资源的开采利用，可以根据所钻井的地下水温高低，选择充入的工质，实现了水温和工质的良好匹配。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。