本實用新型屬于地熱能換熱熱傳導技術(shù)領域，具體地涉及一種換熱地埋管裝置。

背景技術(shù)：

地熱能是一種儲量巨大的潔凈能源，對地熱能的合理開發(fā)利用越來越受到人們的青睞?，F(xiàn)已開發(fā)應用的深層地熱技術(shù)，如地熱發(fā)電、地熱供暖等，多是將地下儲藏的天然蒸汽或熱水從地熱井抽至地面利用，效率低，且時間久會導致地面沉降；若采用回灌技術(shù)，又會對地下水源構(gòu)成威脅和污染；地熱能深入利用受當?shù)氐刭|(zhì)條件等不確定因素影響，利用范圍小，技術(shù)條件苛刻，這些問題都制約了深層地熱利用技術(shù)的應用和發(fā)展，為了更廣泛的利用地熱能，克服上述問題，需尋求更好的方法。

例如，中國專利文獻公開了一種地熱供暖系統(tǒng)[申請?zhí)枺篊N201110449856.3]，包括安裝在地熱井內(nèi)的熱交換器，設置在熱交換器內(nèi)且穿出熱交換器的循環(huán)封閉導熱管，導熱管內(nèi)裝有導熱介質(zhì)，導熱管穿出熱交換器的一部分設置在溫差發(fā)電機的熱端表面，置于熱交換器和溫差發(fā)電機相連的一段導熱管上設有流量計和循環(huán)泵，循環(huán)泵和控制器的輸出端相連，控制器的輸入端和設置在熱交換器內(nèi)的溫度傳感器相連；溫差發(fā)電機冷端安裝有冷水管，冷水管一端和冷水管注水口相連，冷水管和冷水管注水口間安裝有冷凝器和冷水閥，溫差發(fā)電機和蓄電池相連。本實用新型簡化了設備結(jié)構(gòu)，不需要汽輪機等大型裝置，而且沒有環(huán)境危害。

上述方案雖然一定程度上解決了現(xiàn)有技術(shù)設備復雜問題，但是結(jié)構(gòu)仍然過于復雜，且采用多個電子部件，容易出現(xiàn)故障；而且還存在地熱能利用率過低，換熱效果差等缺點，需要尋求更好的方法提高熱量利用率的同時不會對地下水源構(gòu)成威脅也不會造成地面沉降的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對上述問題，提供一種中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置；解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在的設備結(jié)構(gòu)復雜，運行能耗高，換熱效率低，長時間使用會導致地面沉降或?qū)Φ叵滤礃?gòu)成威脅和污染等的技術(shù)問題。

為達到上述目的，本實用新型采用了下列技術(shù)方案：包括埋設于地下土壤內(nèi)的深層地埋換熱管，所述的深層地埋換熱管內(nèi)部充填有第一換熱工質(zhì)且深層地埋換熱管兩端與用戶側(cè)相連，在深層地埋換熱管上端一側(cè)設有至少一個埋設于地下土壤內(nèi)且填充有第二換熱工質(zhì)的中層地埋換熱管，且所述的中層地埋換熱管兩端分別與用戶側(cè)相連，所述的深層地埋換熱管自上向下分隔成保溫區(qū)域和換熱區(qū)域，且所述的中層地埋換熱管全部或局部位于保溫區(qū)域內(nèi)。

本方案通過中層地埋換熱管和深層地埋換熱管復合，使換熱速度加快，能夠多通道提供熱量，充分利用地下熱量，通過深層地埋換熱管的換熱區(qū)域?qū)Φ叵聼嵩催M行收集，中層地埋換熱管利用深層換熱管留在保溫區(qū)域的熱量進行二次集熱，大量地利用地下潛藏的地熱能，提高地熱能利用率和換熱效率。

在上述的中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置中，所述的深層地埋換熱管和中層地埋換熱管均呈豎直且錯位設置在地下深井內(nèi)，且所述的地下深井深度為2000-4000米，所述地下深井的底層溫度為60-150度，所述的深層地埋換熱管的長度為2000-4000米，所述的中層地埋換熱管的長度為400-600米，且中層地埋換熱管底部外側(cè)的溫度為10-20度，深層地埋換熱管用于收集60——150度的溫度，長期用于供熱；中層地埋換熱管用于收集10-20度的溫度，單獨的中層地埋換熱管可在供冷期提供冷量，供熱期提供熱量。

在上述的中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置中，所述的深層地埋換熱管自地面向下400-600米區(qū)域為保溫區(qū)域，所述的深層地埋換熱管自保溫區(qū)域向下的區(qū)域為換熱區(qū)域。

在上述的中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置中，所述的深層地埋換熱管位于保溫區(qū)域的管壁周向外側(cè)設有保溫層，可防止熱量損失，為用戶側(cè)提供熱水或供暖。

在上述的中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置中，所述的保溫層由聚氨酯保溫隔熱材料、離心玻璃棉氈、復合硅酸鹽保溫隔熱砂漿與泡沫石棉制品中的任意一種或多種組合制成。

在上述的中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置中，所述的深層地埋換熱管位于保溫區(qū)域的管壁周向外側(cè)未設有保溫層，且所述的深層地埋換熱管位于保溫區(qū)域的部分與中層地埋換熱管相互換熱；此種情況，深層地埋換熱管將換熱區(qū)域的熱量擴散于保區(qū)域，使保溫區(qū)域的熱量大幅度提高，供一根或多根中層地埋換熱管收集保溫區(qū)熱量，增強中層地埋換熱管的換熱效果和供暖效果，多根中層地埋換熱管將熱量可以高效地傳于多個不同的用戶側(cè)，實現(xiàn)一根深層地埋換熱管結(jié)合中層地埋換熱管向多個用戶側(cè)提供熱量的目的，簡化結(jié)構(gòu)，充分利用深層熱量。

在上述的中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置中，所述的深層地埋換熱管為單通道管，且所述的深層地埋換熱管為U形管、同軸套管與單管墊管中的任意一種。

在上述的中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置中，所述的深層地埋換熱管管內(nèi)充填的第一導熱工質(zhì)為納米流體，其具有均勻、穩(wěn)定、高導熱等優(yōu)點，提高導熱效率。

在上述的中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置中，所述的中層地埋換熱管為單通道或雙通道的冷熱交換管，且中層地埋換熱管可雙回路切換，且每一個地下深井內(nèi)的中層地埋換熱管的數(shù)量為至少一個。

在上述的中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置中，所述的中層地埋換熱管管內(nèi)充填第二導熱工質(zhì)為超導介質(zhì)。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：1、該裝置設計合理，結(jié)構(gòu)簡單，投入成本低；2、以中層地埋換熱管與深層地埋換熱管復合模式進行換熱，既收集了較深層的熱量，大量地利用地下潛藏的地熱能，又利用了較淺層的地熱能，能夠同時實現(xiàn)供熱供冷，提高換熱效率；3、中層地埋換熱管與深層地埋換熱管的導熱工質(zhì)都不與地下水連通，只是通過導熱工質(zhì)進行傳熱，保證良好換熱效果的同時，不會存在因為抽吸地下水導致地面沉降，或者回灌技術(shù)對地下水源構(gòu)成威脅和污染的問題。

附圖說明

圖1是本實用新型深層地埋換熱管單獨工作的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型深層地埋換熱管和中層地埋換熱管復合工作的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，深層地埋換熱管1、保溫區(qū)域11、換熱區(qū)域12、中層地埋換熱管2。

具體實施方式

實施例一

如圖1和圖2所示，本實用新型的中深層地溫復合模式換熱地埋管裝置，包括埋設于地下土壤內(nèi)的深層地埋換熱管1，深層地埋換熱管1內(nèi)部充填有第一換熱工質(zhì)且深層地埋換熱管1兩端與用戶側(cè)相連，在深層地埋換熱管1上端一側(cè)設有至少一個埋設于地下土壤內(nèi)且填充有第二換熱工質(zhì)的中層地埋換熱管2，且中層地埋換熱管2兩端分別與用戶側(cè)相連，深層地埋換熱管1自上向下分隔成保溫區(qū)域11和換熱區(qū)域12，且中層地埋換熱管2全部或局部位于保溫區(qū)域11內(nèi)，本實施例通過中層地埋換熱管2和深層地埋換熱管1復合工作，使換熱速度加快，通過深層地埋換熱管1的集熱區(qū)對地下熱源進行收集，中層地埋換熱管利用深層地埋換熱管留在保溫區(qū)域的熱量進行二次集熱，大量地利用地下潛藏的地熱能，提高地熱能利用率和換熱效率，大量地利用地下潛藏的地熱能。

進一步地，深層地埋換熱管1和中層地埋換熱管2均呈豎直且錯位設置在地下深井內(nèi)，且地下深井深度為2000-4000米，本實施例采用深度為3000米，地下深井的底層溫度為60-150度，深層地埋換熱管1的長度為2000-4000米，且長度與深井深度一致，中層地埋換熱管2的長度為400-600米，本實施例中的中層地埋換熱管2采用500米長度，且中層地埋換熱管2底部外側(cè)的溫度為10-20度，深層地埋換熱管1用于收集60-150度的溫度，長期用于供熱；中層地埋換熱管2用于收集10-20度的溫度，單獨的中層地埋換熱管2可在供冷期提供冷量，供熱期提供熱量。

優(yōu)選的，深層地埋換熱管1自地面向下400-600米區(qū)域為保溫區(qū)域11，深層地埋換熱管1自保溫區(qū)域11向下的區(qū)域為換熱區(qū)域12也就是集熱區(qū)，用于將地下2000-4000米的地熱能量進行收集，通過深層地埋換熱管1內(nèi)的工質(zhì)進行傳熱，將熱量送于用戶側(cè)；深層地埋換熱管1位于保溫區(qū)域11的管壁周向外側(cè)設有保溫層，保溫層由聚氨酯保溫隔熱材料、離心玻璃棉氈、復合硅酸鹽保溫隔熱砂漿與泡沫石棉制品中的任意一種或多種組合制成，可防止熱量損失，為用戶側(cè)提供熱水或供暖，提高深層地埋換熱管1的供熱效率，深層地埋換熱管1與中層地埋換熱管2之間設置有具有耐熱防腐蝕性能的連接支架，用于保持兩者的穩(wěn)定性，同時防止深層地埋換熱管1與中層地埋換熱管2在地下發(fā)生晃動而造成兩者之間撞擊損壞換熱管。

為了提高導熱效率，深層地埋換熱管1管內(nèi)充填的第一導熱工質(zhì)為納米流體，其具有均勻、穩(wěn)定、高導熱等優(yōu)點；同樣的，中層地埋換熱管2管內(nèi)充填第二導熱工質(zhì)為超導介質(zhì)，其具有啟動溫度低，傳遞速度快，效率高且不用維修等優(yōu)點，十分適用于淺層低溫熱量的換熱利用。

在本方案中，深層地埋換熱管1為單通道管，且深層地埋換熱管1為結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的U形型管，深層地埋換熱管1也可以采用同軸套管與單管墊管中的任意一種；中層地埋換熱管2為單通道或雙通道的冷熱交換管，且中層地埋換熱管2可雙回路切換，且每一個地下深井內(nèi)的中層地埋換熱管2的數(shù)量為至少一個。

實施例二：

該實施例與實施例一類似，不同之處在于深層地埋換熱管1位于保溫區(qū)域11的管壁周向外側(cè)未設有保溫層，且深層地埋換熱管1位于保溫區(qū)域11的部分與中層地埋換熱管2相互換熱；此種情況，深層地埋換熱管1將換熱區(qū)域的熱量擴散于保溫區(qū)域11，使保溫區(qū)域11的熱量大幅度提高，供一根或多根中層地埋換熱管2收集保溫區(qū)熱量，增強中層地埋換熱管2的換熱效果和供暖效果，多根中層地埋換熱管2將熱量可以高效地傳于多個不同的用戶側(cè)，實現(xiàn)一根深層地埋換熱管1結(jié)合中層地埋換熱管2向多個用戶側(cè)提供熱量的目的，簡化結(jié)構(gòu)，充分利用深層熱量；深層地埋換熱管1與中層地埋換熱管2之間設置有連接支架，以保持兩者的穩(wěn)定性，連接支架可以采用傳熱效率較好的金屬材質(zhì)，例如鋁，同時在連接支架表面涂覆防腐耐熱層，連接支架防止深層地埋換熱管1與中層地埋換熱管2在地下發(fā)生晃動而造成兩者之間撞擊損壞換熱管，同時提高深層地埋換熱管1與中層地埋換熱管2之間的傳熱效率。

綜上所述，該地源雙U型地埋管強化換熱傳導裝置工作模式如下：

模式1：在冬天需要供暖的情況下，關閉中層地埋換熱管2所在的閥門，利用深層地埋換熱管換熱區(qū)域12收集的熱量進行供熱，能夠很好地利用深層地埋換熱管所在的區(qū)域周圍的地熱能，通過深層地埋換熱管1內(nèi)的納米流體介質(zhì)進行傳熱，傳于用戶側(cè)的溫度完全可滿足用戶供暖和供熱水的需要。

模式2：在冬天需要供熱的另一種情況下，中層地埋換熱管2與深層地埋換熱管1同時進行利用，深層仍然用于供熱，但是深層的熱量直接利用，尤其是用于供暖的時候溫度過高，這樣就需要散去部分熱量，導致利用率過低；而中層在淺層地表所收集到的溫度為10-20度，供熱熱量不足需要其他設備(例如熱泵)進行調(diào)節(jié)，只比原有技術(shù)使用純空調(diào)供熱的方法節(jié)約了百分之四十左右的能源，仍然需要消耗較多的能源；本方案將深層地埋換熱管1將從地下深井底下的溫度，部分送至用戶側(cè)，部分熱量停留在保溫區(qū)域11供一根或多根中層地埋換熱管2進行換熱，中層地埋換熱管2對深層地埋換熱管1在保溫區(qū)的熱量進行二次收集，分得深層熱量，提高中層地埋換熱管2內(nèi)工質(zhì)的溫度，實現(xiàn)向多個用戶側(cè)供熱，提高地下深井內(nèi)地熱能的利用率，提高中層地埋換熱管向用戶側(cè)傳遞的熱量，節(jié)約其他設備為調(diào)整中層地埋換熱管對應用戶側(cè)的溫度消耗的能源，充分利用深層地埋換熱管收集的熱量。

模式3：在夏天需要供冷的情況下，深層地埋換熱管可以仍然用于供熱水，也可以將深層地埋換熱管1所在閥門關閉，減小中層地埋換熱管供冷的影響，由中層地埋換熱管2進行供冷，將淺層地表10-20度恒溫熱量傳于用戶側(cè)實現(xiàn)夏天供冷的效果。

本實用新型最大程度地利用了地熱能，同時實現(xiàn)供熱和供冷，且在深層熱量利用充分的同時不會導致地面沉降，也不會對水源構(gòu)成威脅和污染，具有廣泛的應用前景。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術(shù)領域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了深層地埋換熱管1、保溫區(qū)域11、換熱區(qū)域12、中層地埋換熱管2等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。