一种地下强制扰流换热装置

1.本发明涉及地热开采技术领域，特别是涉及一种地下强制扰流换热装置。


背景技术：

2.地热能可以替代煤炭、石油、天然气等化石燃料，是一种应用前景较好的可再生清洁能源，不依赖于气候条件的变化，其稳定性优于风能、太阳能和潮汐能等现有的常用能源，被许多国家广泛用于发电、供暖等多种用途。
3.传统的地热开采方式取热效率不高，而增大取热效率是地下水取热的关键，大量研究表明，仅靠自然对流取热速度慢、耗时长、取热效率低、经济性较差，因此，增加水泵装置可以对水流产生扰动，产生强制对流换热的效果，可大幅提升换热效率和换热速度。而储层地质复杂，地下水含砂量高，水泵装于地下套管中用于扰动水流，地下水的来回冲击必然容易造成沙砾将水泵堵塞，而水泵装于深层地下，维修操作难度较大，水泵的堵塞必然会造成整个换热系统的瘫痪，影响较为恶劣。因此，水泵的防砂堵塞问题应得到解决。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种地下强制扰流换热装置，以解决上述现有技术存在的问题，防止水泵堵塞、提高水泵的使用寿命。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种地下强制扰流换热装置，包括地面水流动通道、地下水流动通道、水泵和保护套管，所述地面水流动通道内用于流动地面水，所述地下水流动通道内用于流动地下热水，所述地下水流动通道设置于地下热水储层内，所述地面水流动通道的一端伸进所述地下水流动通道，另一端向地面延伸，所述地下水流动通道一端设置有第一进水口，另一端设置有第一出水口，所述水泵设置于所述第一进水口和所述第一出水口之间并用于将所述第一进水口处的水驱动至所述第一出水口，所述保护套管套设于所述水泵外，所述保护套管上设置有第二进水口和第二出水口，所述水泵固定设置于所述第二进水口和第二出水口之间，所述第二进水口和所述第二出水口均做防砂石处理。
7.优选的，所述保护套管两端均封闭，所述保护套管靠近一端的部分套管壁上开设有多个所述第二进水口形成第一筛管段，靠近另一端的部分套管壁上开设有多个所述第二出水口形成第二筛管段；所述水泵设置于所述第一筛管段和所述第二筛管段之间；
8.所述第一筛管段外部绕设有绕丝层，内部嵌套有盲管；
9.所述第二筛管段外部绕设有绕丝层。
10.优选的，所述第一筛管段和所述第二筛管段外部均缠绕设置有金属丝。
11.优选的，所述水泵通过第一封隔器固定设置于所述保护套管内，所述第一封隔器呈环状，并套设于所述水泵外，所述第一封隔器和所述水泵用于将所述水泵和所述保护套管之间的环形间隙分隔开。
12.优选的，所述地下水流动通道和所述保护套管水平且同轴设置，所述保护套管外
壁上套设有若干个第二封隔器，所述第二封隔器呈环状，所述第二封隔器用于分隔所述保护套管与所述地下水流动通道内壁之间的环形间隙。
13.优选的，所述水泵通过湿对接装置与地面上的电源连接。
14.优选的，所述地面水流动通道包括内管和外管，所述内管嵌套设置于所述外管内，所述外管伸入井下的一端封闭，另一端开口并向地面上延伸，所述内管两端均开口，所述外管的开口端与所述内管的外壁之间形成一个环形的第三进水口，所述内管向上延伸的一端为第三出水口，所述水泵的电线从所述内管中穿过。
15.优选的，所述地下水流动通道在地下水套管内形成，所述地下水套管为圆管或波纹管。
16.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
17.(1)本发明提供的地下强制扰流换热装置能够扰动水流产生强制对流换热的效果，提高了换热速度和取热效率；
18.(2)本发明提供的地下强制扰流换热装置能够有效过滤掉进入水泵的地下水中的沙砾、沙土，延长水泵的使用寿命，保证整个取热过程安全可靠的运行；
19.(3)本发明提供的地下强制扰流换热装置结构简单，施工简单可靠。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明提供的地下强制扰流换热装置的结构示意图；
22.图中：
23.1-地面水流动通道；2-地下水流动通道；
24.101-外管；102-内管；103-地下水套管；104-保护套管；
25.201-第一进水口；202-第一出水口；203-第二进水口；204-第二出水口；205-第三进水口；206-第三出水口；
26.301-水泵；302-湿对接装置；303-电线；
27.401-第一封隔器；402-第二封隔器；403-第三封隔器。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的目的是提供一种地下强制扰流换热装置，以解决上述现有技术存在的问题，防止水泵堵塞、提高水泵的使用寿命。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.本发明提供一种地下强制扰流换热装置，如图1所示，包括地面水流动通道1、地下水流动通道2、水泵301和保护套管104，地面水流动通道1内用于流动地面水，地下水流动通道2内用于流动地下热水，地下水流动通道2设置于地下热水储层内，地面水流动通道1的一端伸进地下水流动通道2，另一端向地面延伸，地下水流动通道2一端设置有第一进水口201，另一端设置有第一出水口202，水泵301设置于第一进水口201和第一出水口202之间并用于将第一进水口201处的水驱动至第一出水口202，保护套管104套设于水泵301外，保护套管104上设置有第二进水口203和第二出水口204，水泵301固定设置于第二进水口203和第二出水口204之间，第二进水口203和第二出水口204均做防砂石处理。
32.使用时，向地面水流动通道1灌装地面冷水，地面冷水通过地面水流动通道1的通道壁与地下水流动通道2内的地下热水换热后被抽出，即完成换热过程，本发明提供的方案利用水泵301来驱动地下水流动通道2内的水流动，以使得地下水流动通道2内的地下热水始终为新流进的地下水，使得地下水流动通道2内的地下水始终处于温度较高的状态，进而提高换热效率，再者，为了提高水泵301的使用寿命以及防止水泵301堵塞，将水泵301设置于保护套管104内，保护套管104上的第二进水口203和第二出水口204均做防砂石处理以便于过滤掉进入水泵301的地下水中的沙砾、沙土，延长水泵301的使用寿命，保证整个取热过程安全可靠的运行。
33.于另一个具体的实施例中，本实施例提供了保护套管104的具体结构，如下：保护套管104两端均封闭，保护套管104靠近一端的部分套管壁上开设有多个第二进水口203形成第一筛管段，靠近另一端的部分套管壁上开设有多个第二出水口204形成第二筛管段；水泵301设置于第一筛管段和第二筛管段之间；多个第二出水口204和多个第二进水口203均均匀开设；
34.第一筛管段外部绕设有绕丝层，绕丝层用于一次过滤砂石以及砂土，第一筛管段内部嵌套有盲管，盲管用于对进入水泵301的地下水进行二次过滤，以实现充分过滤的目的，且盲管还能够起到支撑第一筛管段的效果，以免因外部积攒砂石过多而挤坏第一筛管段，盲管主要以合成纤维、塑料以及合成橡胶等为原料，经不同的工艺方法制成各种类型、多功能的土工产品。其材质憎水、阻力小，具有极高的表面渗水能力和内部通水能力；并具有极好的抗压能力及适应形变的能力；具有极佳的化学惰性，在岩土工程使用中能保持长久的寿命；重量轻，易裁剪，施工安装方便；本具体实施例充分利用了盲管的渗水、抗压和寿命长的特性；
35.第二筛管段外部绕设有绕丝层，此处的绕丝层用于防止砂石逆流至保护套管104内，考虑到第二筛管段为出水口管段，此管段向外出水，因此积攒的砂石必然比第一筛管段要少的多，此处选择不设置盲管，且不设置盲管以便于出水，防止出现憋泵现象。
36.于另一个具体的实施例中，第一筛管段和第二筛管段外部均缠绕设置有金属丝，优选为不锈钢丝。
37.于另一个具体的实施例中，水泵301通过第一封隔器401固定设置于保护套管104内，第一封隔器401呈环状，并套设于水泵301外，第一封隔器401和水泵301用于将水泵301和保护套管104之间的环形间隙分隔开，以避免第二出水口204处的水反流至第二进水口203再次进入至水泵301中。
38.另外，此装置对地下水的泵送动力必然不需要太大，只需稍微带动地下水流动通
道2内的水流动即可，若不设置水泵301，则必然会出现地下水流动通道2内的地下热水停滞的现象发生，此现象不利于换热效率的提升。
39.于另一个具体的实施例中，地下水流动通道2和保护套管104水平且同轴设置，保护套管104外壁上套设有若干个第二封隔器402，第二封隔器402呈环状，第二封隔器402用于分隔保护套管104与地下水流动通道2内壁之间的环形间隙，避免地下水流动通道2第一出水口202处的水回流至第一进水口201，进而影响换热效率。
40.于另一个具体的实施例中，水泵301通过湿对接装置302与地面上的电源连接，通过湿对接技术与电源相连，实现电能的供给。
41.于另一个具体的实施例中，地面水流动通道1包括内管102和外管101，内管102嵌套设置于外管101内，外管101伸入井下的一端封闭，另一端开口并向地面上延伸，内管102两端均开口，外管101的开口端与内管102的外壁之间形成一个环形的第三进水口205，内管102向上延伸的一端为第三出水口206，水泵301的电线303从内管102中穿过。地面上的待加热冷水经过第三进水口205进入至外管101内并经过地热水的加热后进入到内管102并经过第三出水口206流出，进而完成循环过程，在优选的实施例中，内管102和外管101同轴设置，此实施例提供的方案地下热水用于对外管101和内管102之间的环形间隙内的冷水进行加热，加热后由内管102排向地面。
42.于另一个具体的实施例中，地下水流动通道2在地下水套管103内形成，地下水套管103为圆管或波纹管，在地下水套管103的水平管段内形成地下水流动通道2。
43.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。