[發明專利]超長重力循環管地熱供暖裝置及方法

在審

• 申請號: 202010914091.5
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN111964286A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 徐陽;岳晨;高鵬舉;彭有德;葛浩;于文博;姚尚君;羅連潭
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F24T10/40
• 分類號: F24T10/40;F28D15/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

一種超長重力循環管地熱供暖裝置及方法，屬于節能領域。該裝置主要包括熱泵升溫供暖子系統和深層干熱巖地熱回收環形熱管子系統兩部分：其中熱泵升溫供暖子系統用于提升二次回水溫度以滿足用戶端供暖需求；地熱回收環形熱管子系統的蒸發段（2）和絕熱段（3）位于地表以下，冷凝器（6）位于地表以上；蒸發段（2）、絕熱段（3）以及冷凝液下降管（23）均安裝在同一鉆井（1）內；由于不受超長路徑氣?液逆流帶來的傳熱傳質阻力限制，相比于相同內徑的超長重力熱管，本發明提出的一種超長重力循環熱管地熱供暖裝置及方法，冷凝段（6）的溫度更高，供熱功率更大，可以連續工作，特別適合冬季樓宇供暖，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種超長重力循環熱管地熱供暖裝置及方法，屬于節能環保領域。

技術背景

地熱資源，作為一種可再生的清潔能源，其在地殼陸區干熱巖資源量相當于4950萬億噸標準煤，是全球所有石油、天然氣和煤炭蘊藏能量的近30倍。隨著現代鉆探技術的快速發展，開發地下1.5-2km溫度大約在150℃-200℃熱干巖地熱，并用于冬季供暖，已經具備現實價值。

干熱巖地熱供暖技術的關鍵是對深層地下干熱巖層地熱的提取，目前主要采取超長重力熱管技術。外徑約為20cm的超長重力熱管中，蒸發段液體吸收熱干巖層高溫熱量后，蒸發并沿逆重力方向通過絕熱段后送入位于地面的冷凝段，在冷凝段釋放熱量變為液體，然后沿著重力熱管內壁面回流至冷凝段，該蒸發冷凝過程不斷重復，可實現對干熱巖層地熱的回收利用。

普通的超長熱管中向上流動的蒸汽和向下流動的液體逆向接觸產生的攜帶極限，使得熱管內冷凝段蒸汽流量不高，可利用的冷凝潛熱功率較低。此外，超長重力熱管氣液逆流傳熱傳質過程，明顯降低了超長熱管冷凝段溫度，盡管干熱巖層溫度較高，超長重力熱管到達冷凝段的蒸汽溫度僅在40-50℃左右，很難直接用于供暖，需要借助熱泵技術升溫后才能用于供暖。

相比重力熱管技術，采用循環熱管技術，可以消除熱管內的氣液逆流以及因此帶來的攜帶極限及冷凝段蒸發溫度不高的不足。已有研究者提出將環形熱管用于替代超長重力熱管，然而其提出的管道在蒸發段的連接技術在實際操作中難以執行，液體下降管中存在氣體竄流現象，熱管內工質難以形成環形運行，實際操作中容易成為并行的獨立重力熱管。此外，超長管道的多個連接處存在少量不凝性氣體的滲入，導致目前仍采用間歇式抽真空的運行方式。

發明內容

采用超長重力循環熱管可以避免發生超長重力熱管中汽-液兩相的循環工質在熱管內部逆向接觸，能夠最大程度上減少汽態工質熱量的損失；

包括重力循環熱管組件、熱泵蒸發器、壓縮機、熱泵冷凝器、熱力節流閥、真空泵、儲罐；其中重力循環熱管組件由粗管、細管和冷凝器組成，粗管下端和細管下端相向彎折后對接，粗管上端向細管一側彎折，并從細管上方向下彎折后經過冷凝器與細管上端對接；其中粗管分成蒸發段和絕熱段；

其中蒸發段位于地面以下，絕熱段一部分位于地面以下，另一部分位于地面以上；其中細管即為冷凝液下降管，一部分位于地面以下，另一部分位于地面以上；粗管的絕熱段和冷凝液下降管外部均布置有保溫層；

冷凝器包括冷側進口、冷側出口、熱側進口、熱側出口；

熱泵蒸發器包括冷側進口、冷側出口、熱側進口、熱側出口；

熱泵冷凝器包括冷側進口、冷側出口、熱側進口、熱側出口；

蒸發段出口通過絕熱段與位于冷凝器上方的熱側進口相連，冷凝段下方熱側出口分為兩路：

一路通過側管與位于冷凝器液位之上的真空泵相連，真空泵出口與環境相連；儲罐與上述側管相連；

第二路依次通過流量計、冷凝液下降管與位于地面以下以及干熱巖層以下的蒸發段進口相連，以上構成環形熱管工質的循環連接關系；