一种蓄能保温型套管式换热器的制作方法

本发明涉及地热能利用，具体涉及一种蓄能保温型套管式换热器。

背景技术：

1、套管式地埋管换热器可有效利用地热能，与热泵技术相结合所组成的地源热泵可满足建筑供冷供热需求。以往的套管式换热器主要采用浅层埋管的型式，随着北方清洁供暖的时代要求提出，中深层套管式换热器也应用在建筑供暖中，为北方冬季供暖提供了一套低碳节能的解决方案，其既可避免浅层埋管因岩土体积比热容较小，热传输速度较低，在一段时间内不能提取或排放较多的热量而产生热失衡现象，又可以减少敷设地埋管的场地面积。

2、在套管式换热器循环换热过程中，循环水是从套管式换热器外管进入与周围岩土体换热后，从底部进入到套管式换热器内管中，并通过顶部出口进入到热泵机组中，从而为建筑供冷供热。在此过程中，无论是供冷工况还是供热工况，在套管式换热器上半段，特别是顶部，内管和外管均存在着较大的温差，容易形成热短路的不利情况。对于中深层套管式换热器，由于钻井深度大，其内管和外管之间的温差更大，更容易产生热短路。

3、目前提高套管式换热器性能的手段主要是单纯降低内管管壁的导热系数，实际对套管式换热器性能提升效果不理想。

技术实现思路

1、基于上述表述，本发明提供了一种蓄能保温型套管式换热器，以解决套管式换热器热性能难以提升的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种蓄能保温型套管式换热器，包括设于埋管钻井中的换热器组件，所述换热器组件包括同心套设的外管和内管，所述外管的一端设为盲端、其另一端设有进液口，所述内管的一端设置于所述外管的盲端内、并与所述外管连通，所述内管的另一端设有出液口，所述外管与内管中填充循环水，所述内管的外侧包覆有蓄能保温层。

3、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

4、进一步的，所述换热器组件外侧与埋管钻井的井壁之间间隙区域填充有回填材料。

5、进一步的，所述蓄能保温层包括蓄能保温管和蓄能保温材料，所述蓄能保温管套设在所述内管的外周，所述蓄能保温管与所述内管之间形成环状密闭空间，所述蓄能保温材料填充在所述环状密闭空间中。

6、进一步的，所述蓄能保温管为塑料管材。

7、进一步的，所述套管式换热器为浅层埋管型式或中深层埋管型式，所述中深层埋管型式的埋深h满足：1800m≤h≤3000m，所述浅层埋管型式的埋深h满足：h≤200m。

8、进一步的，所述蓄能保温材料为相变蓄能保温材料，依据套管式换热器埋深所要求的循环水温度，所述相变蓄能保温材料采用所述循环水温度要求对应的石蜡类或无机盐类材料。

9、进一步的，根据负荷需求设置有若干个埋管钻井，每个所述埋管钻井中分别设置有所述换热器组件，全部所述外管的进液口并联，全部所述内管的出液口并联。

10、进一步的，所述外管的有效长度l满足：

11、

12、其中，q为所述套管式换热器总换热量，n为所述埋管钻井数量，tmax为所述套管式换热器循环水的最高温度限值，ts为所述套管式换热器内循环水初始温度，tpcm为相变蓄能保温材料的相变温度，rf1为所述套管式换热器内管对流换热热阻，rf2为所述套管式换热器外管对流换热热阻，rwn为所述套管式换热器内管管壁的导热热阻，rww为所述套管式换热器外管管壁的导热热阻，rpcm为所述蓄能保温管和所述蓄能保温材料热阻，rs为地层热阻，rb为回填材料导热热阻。

13、与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

14、本发明提供的一种蓄能保温型套管式换热器，在原有套管式换热器型式中增设了蓄能保温层，一方面利用蓄能保温层存储热量，实现热量的转移蓄存利用，有利于满足短时尖峰负荷需求；另一方面蓄能保温层减少了套管式换热器的内管和外管之间的热短路现象，保障冬季出水温度高，夏季出水温度低，提升了套管式换热器的热性能。

技术特征：

1.一种蓄能保温型套管式换热器，其特征在于，包括设于埋管钻井(1)中的换热器组件(2)，所述换热器组件(2)包括同心套设的外管(21)和内管(22)，所述外管(21)的一端设为盲端、其另一端设有进液口(23)，所述内管(22)的一端设置于所述外管(21)的盲端内、并与所述外管(21)连通，所述内管(22)的另一端设有出液口(24)，所述外管(21)与内管(22)中填充循环水(5)，所述内管(22)的外侧包覆有蓄能保温层(3)。

2.根据权利要求1所述一种蓄能保温型套管式换热器，其特征在于，所述换热器组件(2)外侧与埋管钻井(1)的井壁(11)之间间隙区域填充有回填材料(12)。

3.根据权利要求2所述一种蓄能保温型套管式换热器，其特征在于，所述蓄能保温层(3)包括蓄能保温管和蓄能保温材料(4)，所述蓄能保温管套设在所述内管(22)的外周，所述蓄能保温管与所述内管(22)之间形成环状密闭空间，所述蓄能保温材料(4)填充在所述环状密闭空间中。

4.根据权利要求3所述一种蓄能保温型套管式换热器，其特征在于，所述蓄能保温管为塑料管材。

5.根据权利要求3所述一种蓄能保温型套管式换热器，其特征在于，所述套管式换热器为浅层埋管型式或中深层埋管型式，所述中深层埋管型式的埋深h满足：1800m≤h≤3000m，所述浅层埋管型式的埋深h满足：h≤200m。

6.根据权利要求5所述一种蓄能保温型套管式换热器，其特征在于，所述蓄能保温材料(4)为相变蓄能保温材料，依据套管式换热器埋深所要求的循环水(5)温度，所述相变蓄能保温材料采用所述循环水(5)温度要求对应的石蜡类或无机盐类材料。

7.根据权利要求6所述一种蓄能保温型套管式换热器，其特征在于，根据负荷需求设置有若干个埋管钻井(1)，每个所述埋管钻井(1)中分别设置有所述换热器组件(2)，全部所述外管(21)的进液口(23)并联，全部所述内管(22)的出液口(24)并联。

8.根据权利要求7所述一种蓄能保温型套管式换热器，其特征在于，所述外管(21)的有效长度l满足：

技术总结
本发明涉及一种蓄能保温型套管式换热器，包括设于埋管钻井中的换热器组件，所述换热器组件包括同心套设的外管和内管，所述外管的一端设为盲端、其另一端设有进液口，所述内管的一端设置于所述外管的盲端内、并与所述外管连通，所述内管的另一端设有出液口，所述外管与内管中填充循环水，所述内管的外侧包覆有蓄能保温层。本发明利用蓄能保温层提高套管式换热器蓄能能力和减少套管式换热器内管和套管式换热器外管之间的热短路，增强套管式换热器的换热性能。

技术研发人员：於仲义,陈焰华,雷建平,熊峰
受保护的技术使用者：中信建筑设计研究总院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16