一种中深层地岩换热用封压出回水分离式装置的制作方法

本实用新型属于地热能换热领域，尤其是涉及一种“取热不取水”中深层地岩换热系统的封压出回水分离式装置。

背景技术：

地热能是一种“零污染零排放”的可再生清洁新能源，地热能的利用是从地壳提取的天然热能。在新能源和可再生能源中，地热能不受天气、气候等自然条件影响，平均能源利用系数远远高于太阳能和风能。

地热能大部分是来自地球深处的可再生性热能，它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。其中有一小部分能量来自于太阳，表面地热能大部分来自太阳。地下水的深处循环把热量从地下深处带至近表层。其储量比人们所利用能量的总量多很多，大部分集中分布在构造板块边缘一带，这一带也是火山和地震多发区。它不但是无污染的清洁能源，而且如果热量提取速度不超过补充的速度，那么热能而且是可再生的。

地热能是一种新的洁净能源，在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。其中距地表2000米内储藏的地热能为2500亿吨标准煤。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米，所含地热量为973万亿千焦耳。在利用地热规模上，我国近些年来一直位居各国首位，并以每年近10％的速度逐步增长。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种中深层地岩换热用封压出回水分离式装置，以克服现有技术的缺陷，装置结构紧凑，设计合理，可以减少系统管路成本；通过本装置可以将中深层中地岩换热中的出回水分配给相对应的管道中。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种中深层地岩换热用封压出回水分离式装置，包括从上至下依次设置的盖板、第一分离装置和第二分离装置，且相邻两者之间均可拆卸密封连接；

所述盖板上设有放气阀、球阀和光缆过线孔；

所述第一分离装置包括第一筒体和第一连接管，第一连接管位于第一筒体内；第一连接管一端伸出第一筒体，另一端与第二分离装置连通；

所述第二分离装置包括第二筒体和一内部中空且上下端敞开的倒立锥体；所述第二筒体和锥体均与第一连接管连通，第二筒体位于锥体的上方；锥体内设有第二连接管，第二连接管为T型；第二连接管的横向两侧部位均伸出第二筒体，第二连接管的纵向部位与锥体顶点部位的通孔位置相对应，且第二连接管纵向部位的直径小于通孔的直径。

进一步的，所述第二连接管包括一第二水平管段和一第二竖直管段；第二水平管段位于第二竖直管段上方，且两者连通并成T型设置；第二水平管段的两端均伸出第二筒体；第二竖直管段与锥体顶点部位的通孔位置相对应，且第二竖直管段的直径小于通孔的直径。

进一步的，所述第二水平管段两侧伸出第二筒体的部分端部均连接有第三法兰盘；第二竖直管段下端连接有第三法兰盘。

进一步的，所述第一连接管为弧状；第一连接管包括第一竖直管段和第一水平管段；所述第一竖直管段和第一水平管段通过焊接弯头连通；第一竖直管段与第二分离装置连通，第一水平管段伸出第一筒体。

进一步的，所述焊接弯头角度为90°，焊接弯头材质为Q235碳钢。

进一步的，所述第一筒体、第二筒体、第一竖直管段、第一水平管段和第二连接管均为镀锌钢管；锥体为锥形钢管。

进一步的，所述锥体的锥度为25-35°，材质为Q235钢板。

进一步的，所述第一筒体顶部和底部均设有第一法兰盘；第二筒体顶部设有第二法兰盘；第一筒体顶部的第一法兰盘和盖板之间、第二筒体底部的第一法兰盘和第二法兰盘之间均通过橡胶垫片、螺栓、螺母、平垫和弹垫连接。

进一步的，所述第二筒体和锥体焊接；所述橡胶垫片材质为三元乙丙橡胶。

进一步的，所述第一连接管伸出第一筒体一端端部连接有第三法兰盘；所述盖板的材质为Q235碳钢。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种中深层地岩换热用封压出回水分离式装置具有以下优势：

(1)装置结构紧凑，设计合理，可以减少系统管路成本；

(2)通过本装置可以将中深层中地岩换热中的出回水分配给相对应的管道中；

(3)本实用新型一种中深层地岩换热用封压出回水分离式装置，可广泛适用于800-3500米中深层地岩换热井中，根据换热井换热量可调整各部分的管径。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置的立体图；

图2为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置的主视图；

图3为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置的侧视图；

图4为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置的俯视图；

图5为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中第二分离装置的立体图；

图6为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中第二分离装置的主视内部结构示意图；

图7为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中第二分离装置的侧视图；

图8为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中第二分离装置的主视图；

图9为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中第二分离装置的俯视图；

图10为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中第一分离装置的俯视图；

图11为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中第一分离装置的侧视图；

图12为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中第一分离装置的主视图；

图13为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中第一分离装置的侧视内部结构示意图；

图14为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中盖板的俯视图；

图15为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置中盖板的主视图；

图16为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置应用时的主视结构示意图；

图17为本实用新型实施例所述的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置应用时的侧视结构示意图。

附图标记说明：

1-盖板；2-第一分离装置；201-第一筒体；202-第一连接管；2021-第一竖直管段；2022-第一水平管段；2023-焊接弯头；3-第二分离装置；301-第二筒体；302-锥体；303-第二连接管；3031-第二水平管段；3032-第二竖直管段；4-放气阀；5-球阀；6-光缆过线孔；7-第三法兰盘；8-第一法兰盘；9-第二法兰盘；10-橡胶垫片；11-螺栓；12-螺母；13-平垫；14-弹垫；15-出水管；16-回水管；17-中心取水管；18-换热管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1-15所示，一种中深层地岩换热用封压出回水分离式装置，包括从上至下依次设置的盖板1、第一分离装置2和第二分离装置3，且相邻两者之间均可拆卸密封连接；

所述盖板1上设有放气阀4、球阀5和光缆过线孔6；

所述第一分离装置2包括第一筒体201和第一连接管202，第一连接管202位于第一筒体201内；第一连接管202一端伸出第一筒体201，另一端与第二分离装置3连通；

所述第二分离装置3包括第二筒体301和一内部中空且上下端敞开的倒立锥体302；所述第二筒体301和锥体302均与第一连接管202连通，第二筒体301位于锥体302的上方；锥体302内设有第二连接管303，第二连接管303为T型；第二连接管303的横向两侧部位均伸出第二筒体301，第二连接管303的纵向部位与锥体302顶点部位的通孔位置相对应，且第二连接管303纵向部位的直径小于通孔的直径。

光缆过线孔6可用于光缆的上、下穿接。球阀5可用于系统补水，以防止发生由热胀冷缩造成的系统压力不平衡。

所述第二连接管303包括一第二水平管段3031和一第二竖直管段3032；第二水平管段3031位于第二竖直管段3032上方，且两者连通并成T型设置；第二水平管段3031的两端均伸出第二筒体301；第二竖直管段3032与锥体302顶点部位的通孔位置相对应，且第二竖直管段3032的直径小于通孔的直径。

所述第二水平管段3031两侧伸出第二筒体301的部分端部均连接有第三法兰盘7；第二竖直管段3032下端连接有第三法兰盘7。

所述第一连接管202为弧状；第一连接管202包括第一竖直管段2021和第一水平管段2022；所述第一竖直管段2021和第一水平管段2022通过焊接弯头2023连通；第一竖直管段2021与第二分离装置3连通，第一水平管段2022伸出第一筒体201。

所述焊接弯头2023角度为90°，焊接弯头2023材质为Q235碳钢。

所述第一筒体201、第二筒体301、第一竖直管段2021、第一水平管段2022和第二连接管303均为镀锌钢管；锥体302为锥形钢管。

所述锥体302的锥度为30°，材质为Q235钢板。

所述第一筒体201顶部和底部均设有第一法兰盘8；第二筒体301顶部设有第二法兰盘9；第一筒体201顶部的第一法兰盘8和盖板1之间、第二筒体301底部的第一法兰盘8和第二法兰盘9之间均通过橡胶垫片10、螺栓11、螺母12、平垫13和弹垫14连接。第一法兰盘8和第二法兰盘9均采用DN500法兰，材质均为Q235碳钢；第一法兰盘8和第二法兰盘9连接处均设有20个M30*150全螺纹螺栓11、40个M30螺母、40个φ30平垫和40个φ30弹垫。盖板1上与第一法兰盘8连接处相应位置均设有螺纹孔。

所述第二筒体301和锥体302焊接；所述橡胶垫片10材质为三元乙丙橡胶。

所述第一连接管202伸出第一筒体201一端端部连接有第三法兰盘7；所述盖板1的材质为Q235碳钢。

第三法兰盘7为DN100法兰，其材质为Q235碳钢。

第二筒体301所使用的镀锌钢管为DN500镀锌钢管，该镀锌钢管长度为0.6m；第一筒体201所使用的镀锌钢管为DN500镀锌钢管，该镀锌钢管长度为0.3m；第二连接管303的第二水平管段3031所采用的镀锌钢管为DN100镀锌钢管，该镀锌钢管长度为0.78m；第二连接管303的第二竖直管段3032所采用的镀锌钢管为DN100镀锌钢管，该镀锌钢管长度为0.23m；所述第一连接管202的第一水平管段2022所使用的镀锌钢管为DN100镀锌钢管，该镀锌钢管长度为0.12m；所述第一连接管202的第一竖直管段2021所使用的镀锌钢管为DN100镀锌钢管，该镀锌钢管长度0.045m；所述锥体302所使用的锥形钢管为DN500锥形钢管，该锥形钢管长度为0.34m。

以上第二水平管段3031、第二竖直管段3032、第一水平管段2022、第一竖直管段2021和焊接弯头2023(也即第二连接管303和第一连接管202)的管径可根据水管管径计算方程进行计算，并根据需求进行调整，水管管径计算方程如下：

Q＝A×v

Q＝πR²×v

其中：D---水管管径(m)

Q---所求管段的水流量(m³/h)

v---所求管段允许的水流速(m/s)

A---所求管段的横截面积(㎡)

根据水管管径计算公式，系统水管管径(第二水平管段3031、第二竖直管段3032、第一水平管段2022、第一竖直管段2021和焊接弯头2023)选择DN100镀锌钢管，符合设计要求。

本实施例的实施过程为：

如图16和图17所示，使用时，将第二分离装置3中第二竖直管段3032处的第三法兰盘7与现有中深层地岩换热井的中心取水管17连接，第二分离装置3中第二水平管段3031两端的第三法兰盘7与系统的出水管15连接，第二分离装置3中的锥体302与现有中深层地岩换热井中的换热管18上端焊接，换热管18内径大于中心取水管17的内径，且大于等于锥体302顶点部位的通孔内径；将第一分离装置2中第一连接管202端部的第三法兰盘7与系统的回水管16连接。之后，从回水管16内灌入冷水，冷水依次经第一连接管202、第二筒体301、锥体302，从中心取水管17与换热管18管壁之间的空隙流入中深层地岩换热井，冷水被加热后从中心取水管17抽出，经第二连接管303送入出水管，送往用户端。

又，为了保持系统压力平衡，使用时可将放气阀4和球阀5分别用3/4管螺纹连接一DN20镀锌钢管，使两个DN20镀锌钢管均与盖板1焊接，两个DN20镀锌钢管长度均可选择为150mm。

此外，本实施例中各镀锌钢管均为热镀锌钢管，执行标准为GB/T 3091。

本实施例的中深层地岩换热用封压出回水分离式装置，用于中深层地岩换热，可解决中深层地岩换热井出回水管路复杂、操作困难、高成本等一系列的问题，目前，该装置已应用于天津柯瑞斯空调设备有限公司2000米中深层换热井。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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。