本發(fā)明涉及換熱器提取干熱巖地?zé)岬募夹g(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)涉及熱管式高效智能換熱器提取干熱巖地?zé)岬姆椒ā?/p>

背景技術(shù)：

熱管傳熱技術(shù)是利用封閉工作腔內(nèi)工質(zhì)的相變循環(huán)進(jìn)行熱量傳輸，因而具有傳輸熱量大及傳輸效率高等優(yōu)點(diǎn)。其工作原理是：熱管受熱側(cè)吸收廢氣熱量，并將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)，工質(zhì)吸熱后以蒸發(fā)和沸騰的形式轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，蒸汽在壓差作用下上升至放熱?cè)，同時(shí)凝結(jié)成液態(tài)放出熱量，熱量傳給放熱側(cè)的冷流體，冷凝液體依靠重力回流到受熱側(cè)。由于熱管內(nèi)部抽成真空，所以工質(zhì)極易蒸發(fā)和沸騰，熱管啟動(dòng)迅速。由于熱管具有超導(dǎo)熱性和等溫特性,被廣泛應(yīng)用于航天航空、設(shè)備散熱、化工、煉油等領(lǐng)域。

熱管換熱器因環(huán)境溫度、工況、功能、使用要求不一，其種類(lèi)繁多。暖通換熱采用的均是傳統(tǒng)換熱器，其換熱效率不高，熱損大。而利用熱管換熱器提取地下干熱巖熱量的技術(shù)目前尚沒(méi)出現(xiàn)。《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》提出：開(kāi)展高效換熱技術(shù)攻關(guān)，扶持地?zé)嵩O(shè)備制造企業(yè)的發(fā)展，提高換熱器等關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種無(wú)熱阻熱管式高效換熱器和換熱方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

無(wú)熱阻熱管式高效換熱器，包括長(zhǎng)方體狀的換熱器，換熱器內(nèi)部被換熱器隔板26隔為通過(guò)被加熱介質(zhì)的上層空間和通過(guò)加熱介質(zhì)的下層空間，上層空間和下層空間均設(shè)置與換熱器外部連通的介質(zhì)入口和介質(zhì)出口，上層空間和下層空間均通過(guò)不少于一個(gè)換熱器流道隔板4將空間隔為連通該層空間的介質(zhì)入口和介質(zhì)出口的流道，上層空間的流道和下層空間的流道在空間上相對(duì)應(yīng)，換熱器隔板26上沿流道方向固定多根熱管2，熱管2的蒸發(fā)端位于下層空間的流道內(nèi)，熱管2的冷凝端位于上層空間的流道內(nèi)。

所述熱管2設(shè)置至少一排，且熱管2沿流道中心以設(shè)定間距固定在換熱器隔板26上。

所述熱管2的蒸發(fā)端和/或冷凝端安裝有翅片。

所述上層空間的流道內(nèi)被加熱介質(zhì)的流動(dòng)方向和下層空間的流道內(nèi)加熱介質(zhì)的流動(dòng)方向相反。

所述下層空間加熱介質(zhì)的介質(zhì)入口設(shè)置有與熱源連接的管道，管道上設(shè)置有熱源側(cè)介質(zhì)入口流量計(jì)8和熱源側(cè)介質(zhì)入口壓力傳感器6，同時(shí)設(shè)置有熱源側(cè)介質(zhì)入口溫度傳感器12；所述下層空間加熱介質(zhì)的介質(zhì)出口同樣設(shè)置有與熱源連接的管道，管道上設(shè)置有熱源側(cè)介質(zhì)出口流量計(jì)9和熱源側(cè)介質(zhì)出口壓力傳感器7，同時(shí)設(shè)置有熱源側(cè)介質(zhì)出口溫度傳感器13；

所述上層空間被加熱介質(zhì)的介質(zhì)入口設(shè)置有與用戶側(cè)連接的管道，管道上設(shè)置有用戶側(cè)介質(zhì)入口流量計(jì)19和用戶側(cè)介質(zhì)入口壓力傳感器20，同時(shí)設(shè)置有用戶側(cè)介質(zhì)入口溫度傳感器22；所述上層空間被加熱介質(zhì)的介質(zhì)出口同樣設(shè)置有與用戶側(cè)連接的管道，管道上設(shè)置有用戶側(cè)介質(zhì)出口流量計(jì)18和用戶側(cè)介質(zhì)出口壓力傳感器21，同時(shí)設(shè)置有用戶側(cè)介質(zhì)出口溫度傳感器23。

所述熱源側(cè)介質(zhì)入口流量計(jì)8、熱源側(cè)介質(zhì)入口壓力傳感器6、熱源側(cè)介質(zhì)入口溫度傳感器12、熱源側(cè)介質(zhì)出口流量計(jì)9、熱源側(cè)介質(zhì)出口壓力傳感器7、熱源側(cè)介質(zhì)出口溫度傳感器13、用戶側(cè)介質(zhì)入口流量計(jì)19、用戶側(cè)介質(zhì)入口壓力傳感器20、用戶側(cè)介質(zhì)入口溫度傳感器22、用戶側(cè)介質(zhì)出口流量計(jì)18、用戶側(cè)介質(zhì)出口壓力傳感器21、用戶側(cè)介質(zhì)出口溫度傳感器23連接控制器，所述控制器還連接有設(shè)置在熱源側(cè)的管道泵、變頻器和設(shè)置在用戶側(cè)的管道泵、變頻器。

所述換熱器包括換熱器外殼，和周面與換熱器外殼內(nèi)壁密封固連在一起的換熱器內(nèi)殼，換熱器外殼具有夾層，夾層為真空或者換熱器外殼為由絕熱材料制成的殼體，換熱器外殼和換熱器內(nèi)殼均為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，換熱器外殼和換熱器內(nèi)殼均設(shè)置可拆卸的上下蓋。

所述被加熱介質(zhì)和加熱介質(zhì)分別為水和水、或水和汽、或汽和汽。

一種使無(wú)熱阻熱管式高效換熱器提取干熱巖地?zé)岬姆椒ǎ?/p>

熱源側(cè)：干熱巖地?zé)釤崴ㄟ^(guò)從下層空間的介質(zhì)入口進(jìn)入換熱管，在由換熱器流道隔板4隔出的流道內(nèi)流過(guò)，通過(guò)設(shè)置在流道內(nèi)的熱管2的蒸發(fā)段將熱量轉(zhuǎn)換給熱管2位于上層空間的冷凝段以后，經(jīng)換熱器換過(guò)熱的干熱巖地?zé)釤崴優(yōu)楦蔁釒r地?zé)崂渌瑥南聦涌臻g的介質(zhì)出口流出進(jìn)入地下干熱巖層進(jìn)行加熱，然后變成干熱巖地?zé)釤崴匦聫南聦涌臻g的介質(zhì)入口進(jìn)入熱管，如此循環(huán)；

用戶側(cè)：用戶側(cè)冷卻水通過(guò)從上層空間的介質(zhì)入口進(jìn)入換熱流道，在由換熱器流道隔板4隔出的流道內(nèi)流過(guò)，通過(guò)設(shè)置在流道內(nèi)的熱管2的冷凝端將冷凝端上的熱量轉(zhuǎn)換到用戶側(cè)冷卻水中，將用戶側(cè)冷卻水變?yōu)橛脩魝?cè)熱水，用戶側(cè)熱水從上層空間的介質(zhì)出口流出進(jìn)入用戶側(cè)進(jìn)行供暖，使用戶側(cè)熱水變?yōu)橛脩魝?cè)冷卻水，重新從上層空間的介質(zhì)入口進(jìn)入熱管，如此循環(huán)。

所述換熱器不少于一個(gè)，且并聯(lián)設(shè)置。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明屬于無(wú)熱阻換熱器，具有熱量流失少、換熱效率高，幾乎沒(méi)有熱阻。

附圖說(shuō)明

圖1為換熱器下部熱源側(cè)橫截面圖。

圖2為換熱器上部用戶側(cè)橫截面圖。

圖3為換熱管節(jié)點(diǎn)截面圖。

圖4為換熱器隔板橫截面圖。

圖5為換熱器隔板和流道隔板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為熱管軸向截面圖。

其中，1-換熱器外殼外壁；2-熱管；2-1：熱管上部冷凝端；2-2：熱管下部蒸發(fā)端；3-換熱器外殼內(nèi)壁；4-換熱器流道隔板；5-流道；5-1：流道孔；6-熱源側(cè)介質(zhì)入口壓力傳感器；7-熱源側(cè)介質(zhì)出口壓力傳感器；8-熱源側(cè)介質(zhì)入口流量計(jì)；9-熱源側(cè)介質(zhì)出口流量計(jì)；10-熱源側(cè)進(jìn)水接口；11-熱源側(cè)出水接口；12-熱源側(cè)介質(zhì)入口溫度傳感器；13-熱源側(cè)介質(zhì)出口溫度傳感器；14-介質(zhì)流動(dòng)方向；15-支架；16-用戶側(cè)進(jìn)水接口；17-用戶側(cè)出水接口；18-用戶側(cè)介質(zhì)出口流量計(jì)；19-用戶側(cè)介質(zhì)入口流量計(jì)；20-用戶側(cè)介質(zhì)入口壓力傳感器；21-用戶側(cè)介質(zhì)出口壓力傳感器；22-用戶側(cè)介質(zhì)入口溫度傳感器；23-用戶側(cè)介質(zhì)出口溫度傳感器；24-上端蓋；25-下端蓋；26-換熱器隔板；27-翅片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1~6和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種無(wú)熱阻熱管式高效換熱器，包括長(zhǎng)方體形狀的換熱器，換熱器上設(shè)置有常規(guī)的接口及閥門(mén)，還連接有控制器，該控制器可以選用現(xiàn)有的換熱器中使用的智能控制器。如圖3所示，換熱器內(nèi)部被換熱器隔板26隔為上下兩層空間，其中上層空間通過(guò)被加熱介質(zhì)，下層空間通過(guò)加熱介質(zhì)，上層空間和下層空間均設(shè)置與換熱器外部連通的介質(zhì)入口和介質(zhì)出口，上層空間和下層空間均通過(guò)不少于一個(gè)換熱器流道隔板4將空間隔為連通該層空間的介質(zhì)入口和介質(zhì)出口的流道5，為了盡量增加換熱效率，該流道為通過(guò)換熱器流道隔板4隔成的多個(gè)s型串聯(lián)的流道5。其中，上層空間的流道和下層空間的流道在空間上相應(yīng)該相對(duì)應(yīng)，以便安裝熱管，并且該種設(shè)計(jì)能夠最大程度的利用熱量，而換熱器隔板26上沿流道方向固定多根熱管2，熱管2的熱管下部蒸發(fā)端2-2位于下層空間的流道內(nèi)，熱管2的熱管上部冷凝端2-1位于上層空間的流道內(nèi)。

根據(jù)實(shí)際需求，熱管2可也可選用熱管束，且根據(jù)流道的寬度可設(shè)置至少一排，熱管2沿流道中心以設(shè)定間距固定在換熱器隔板26上。

為增大換熱效率，熱管2的蒸發(fā)端和/或冷凝端安裝有翅片27。

其中上層空間的流道內(nèi)被加熱介質(zhì)的流動(dòng)方向和下層空間的流道內(nèi)加熱介質(zhì)的流動(dòng)方向相反。

被加熱介質(zhì)和加熱介質(zhì)分別為水和水、或水和汽、或汽和汽。當(dāng)用于干熱巖地?zé)釤崴┡瘯r(shí)，采用水-水介質(zhì)或汽-水介質(zhì)。

換熱器作為供暖使用時(shí)，下層空間加熱介質(zhì)的介質(zhì)入口設(shè)置有與熱源連接的管道，管道上設(shè)置有熱源側(cè)介質(zhì)入口流量計(jì)8和熱源側(cè)介質(zhì)入口壓力傳感器6，同時(shí)設(shè)置有熱源側(cè)介質(zhì)入口溫度傳感器12；下層空間加熱介質(zhì)的介質(zhì)出口同樣設(shè)置有與熱源連接的管道，管道上設(shè)置有熱源側(cè)介質(zhì)出口流量計(jì)9和熱源側(cè)介質(zhì)出口壓力傳感器7，同時(shí)設(shè)置有熱源側(cè)介質(zhì)出口溫度傳感器13。

上層空間被加熱介質(zhì)的介質(zhì)入口設(shè)置有與用戶側(cè)連接的管道，管道上設(shè)置有用戶側(cè)介質(zhì)入口流量計(jì)19和用戶側(cè)介質(zhì)入口壓力傳感器20，同時(shí)設(shè)置有用戶側(cè)介質(zhì)入口溫度傳感器22；所述上層空間被加熱介質(zhì)的介質(zhì)出口同樣設(shè)置有與用戶側(cè)連接的管道，管道上設(shè)置有用戶側(cè)介質(zhì)出口流量計(jì)18和用戶側(cè)介質(zhì)出口壓力傳感器21，同時(shí)設(shè)置有用戶側(cè)介質(zhì)出口溫度傳感器23。

熱源側(cè)介質(zhì)入口流量計(jì)8、熱源側(cè)介質(zhì)入口壓力傳感器6、熱源側(cè)介質(zhì)入口溫度傳感器12、熱源側(cè)介質(zhì)出口流量計(jì)9、熱源側(cè)介質(zhì)出口壓力傳感器7、熱源側(cè)介質(zhì)出口溫度傳感器13、用戶側(cè)介質(zhì)入口流量計(jì)19、用戶側(cè)介質(zhì)入口壓力傳感器20、用戶側(cè)介質(zhì)入口溫度傳感器22、用戶側(cè)介質(zhì)出口流量計(jì)18、用戶側(cè)介質(zhì)出口壓力傳感器21、用戶側(cè)介質(zhì)出口溫度傳感器23連接控制器，所述控制器還連接有設(shè)置在熱源側(cè)的管道泵、變頻器和設(shè)置在用戶側(cè)的管道泵、變頻器。

換熱器包括換熱器外殼，和周面與換熱器外殼密封固連在一起的換熱器內(nèi)殼，換熱器外殼和換熱器內(nèi)殼均為筒狀結(jié)構(gòu)。

筒狀的換熱器可以選擇為矩形筒狀體的換熱器，熱管2和換熱器流道隔板4均與筒狀體的筒壁平行。

其中，換熱器外殼的形狀為矩形筒狀體，矩形筒狀體的周?chē)拿鏋橛蓳Q熱器外殼外壁1和換熱器外殼內(nèi)壁3形成的殼狀?yuàn)A層，夾層的周?chē)拿婷芊夤踢B，夾層內(nèi)部為真空或這換熱器外殼為絕熱材料制成的殼體，上下蓋可拆卸，方便維修。它的內(nèi)側(cè)周?chē)拿媾c換熱器內(nèi)殼3固連為一體。換熱器外殼的材料選用金屬材料或者其它耐高溫的材料。

換熱器內(nèi)殼形狀為矩形筒狀體，周?chē)拿婀踢B并與換熱器外殼內(nèi)壁密封固連或?yàn)橐惑w，換熱器內(nèi)殼設(shè)置有上下蓋，上下蓋可拆卸，方便安裝、維修。整個(gè)換熱器內(nèi)殼連接后呈長(zhǎng)方形柱體，為密封狀，根據(jù)鉆井深度和地?zé)釡囟瓤赡透邷兀ㄟ^(guò)熱水）、高壓。

換熱器隔板26的形狀與換熱器內(nèi)殼的上下口形狀、大小一致，厚度根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，材料為金屬材料或其他耐高溫材料等，在換熱器內(nèi)殼合適位置水平與換熱器內(nèi)殼四周密封固連。

換熱器流道隔板4包括上流道隔板和下流道隔板上下流道隔板為n個(gè)分別在換熱器隔板上面和下面對(duì)應(yīng)位置與換熱器隔板垂直設(shè)置的隔板。其形狀可選擇為矩形，根據(jù)流道規(guī)則，其中一端開(kāi)有矩形或圓形或其他形狀的孔洞，孔洞的大小略小于一端隔板的平面。上流道隔板其下端與換熱器隔板26密封固連，其左右或前后端分別與換熱器內(nèi)殼密封固連，其上端在換熱器內(nèi)殼上蓋固定后與換熱器內(nèi)殼上蓋呈密封狀。下流道隔板其上端與換熱器隔板26密封固連，其左右或前后端分別與換熱器內(nèi)殼密封固連，其下端在換熱器內(nèi)殼下蓋固定后與換熱器內(nèi)殼下蓋為密封狀。

由換熱器流道隔板4隔成的流道5，為分別在換熱器隔板上面和下面的兩個(gè)水流通道，分別由換熱器內(nèi)殼、換熱器隔板、上下流道隔板及其上下的前后或左右的內(nèi)殼構(gòu)成。上下流道的大小根據(jù)熱源側(cè)和用戶側(cè)換熱量、水流量、管徑等技術(shù)參數(shù)確定。熱源側(cè)流道即下層空間的流道兩端分別與熱源側(cè)的進(jìn)水口和出水口相連；用戶側(cè)流道即上層空間的流道兩端則和熱源側(cè)流道連接方向呈反向分別與用戶側(cè)的出水口和進(jìn)水口相連，即高溫段對(duì)應(yīng)高溫段，低溫段對(duì)應(yīng)低溫段。

上述的熱管2或者熱管束，根據(jù)換熱量的大小，為一排或m排，若干個(gè)熱管縱向和或橫向以一定間距、沿流道中心位置，穿過(guò)并與換熱器隔板密封連接的熱管集成。熱管與換熱器隔板連接方式為絲接或焊接，都可拆卸，便于安裝、維修。熱管的下端即熱源側(cè)為蒸發(fā)端，熱管的上端即用戶側(cè)為冷凝端；熱管的粗細(xì)、長(zhǎng)短可根據(jù)所需換熱量定制。根據(jù)換熱量，在工廠安裝時(shí)，熱管上下端的長(zhǎng)短比例可以調(diào)節(jié)，可在蒸發(fā)段或冷凝端加裝翅片，以提高蒸發(fā)段或冷凝端的換熱量。熱管承受壓力不低于16mp。

換熱器流道隔板4與換熱器隔板26呈垂直密封固連，沿流道方向開(kāi)有與流道5相同截面積的流道孔5-1。

換熱器的接口包括管道狀的熱源側(cè)進(jìn)水接口10、熱源側(cè)出水接口11、用戶側(cè)進(jìn)水接口16、用戶側(cè)進(jìn)水接口17，閥門(mén)包括設(shè)置熱源側(cè)進(jìn)水接口10處的截止閥或者電動(dòng)閥，設(shè)置在熱源側(cè)出水接口11處的截止閥或者電動(dòng)閥，設(shè)置在用戶側(cè)進(jìn)水接口16處的截止閥或者電動(dòng)閥，設(shè)置在用戶側(cè)進(jìn)水接口17處的截止閥或者電動(dòng)閥。熱源側(cè)和用戶側(cè)的進(jìn)水和出水流道軸向平行且沿介質(zhì)流動(dòng)方向14流動(dòng)，并穿過(guò)換熱器真空或絕熱外殼的金屬管接口，在此接口處內(nèi)側(cè)安裝截止閥或電動(dòng)閥，接口為絲接。

如圖中所示，換熱器呈立方體，設(shè)有真空保溫或絕熱上端蓋24、下端蓋25；中間合適位置設(shè)有換熱器隔板26；換熱器底部設(shè)有支架15。

整個(gè)換熱器內(nèi)殼連接后呈長(zhǎng)方形柱體，為密封狀，根據(jù)鉆井深度和地?zé)釡囟瓤赡透邷兀ㄟ^(guò)熱水）、高壓。

根據(jù)項(xiàng)目大小，也可2個(gè)及以上熱管換熱器并聯(lián)。

由于整個(gè)系統(tǒng)為兩個(gè)封閉系統(tǒng)，在試運(yùn)行前，注水、打壓試驗(yàn)，在滿足常規(guī)換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求后，即可正常運(yùn)行。

而使用上述的無(wú)熱阻熱管式高效換熱器提取干熱巖地?zé)岬姆椒ǎǎ?/p>

熱源側(cè)：干熱巖地?zé)釤崴ㄟ^(guò)從下層空間的介質(zhì)入口進(jìn)入換熱器，在由換熱器流道隔板4隔出的流道內(nèi)流過(guò)，通過(guò)設(shè)置在流道內(nèi)的熱管2的蒸發(fā)端將熱量交換給熱管2位于上層空間的冷凝端以后，換過(guò)熱的干熱巖地?zé)釤崴優(yōu)楦蔁釒r地?zé)崂渌瑥南聦涌臻g的介質(zhì)出口流出進(jìn)入地下干熱巖層進(jìn)行加熱，然后變成干熱巖地?zé)釤崴匦聫南聦涌臻g的介質(zhì)入口進(jìn)入熱管，如此循環(huán)；

用戶側(cè)：用戶側(cè)冷卻水通過(guò)從上層空間的介質(zhì)入口進(jìn)入換熱器，在由換熱器流道隔板4隔出的流道內(nèi)流過(guò)，通過(guò)設(shè)置在流道內(nèi)的熱管2的冷凝端將冷凝端上的熱量吸走，將用戶側(cè)冷卻水變?yōu)橛脩魝?cè)熱水，用戶側(cè)熱水從上層空間的介質(zhì)出口流出進(jìn)入用戶側(cè)進(jìn)行供暖，用戶側(cè)熱水變?yōu)橛脩魝?cè)冷卻水后，重新從上層空間的介質(zhì)入口進(jìn)入換熱器，如此循環(huán)。

綜上所述，采用本發(fā)明的一種無(wú)熱阻熱管式高效換熱器和換熱方法是中深層及干熱巖地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)，《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》明確提出：開(kāi)展高效換熱技術(shù)攻關(guān)，扶持地?zé)嵩O(shè)備制造企業(yè)的發(fā)展，提高熱泵和換熱器等關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)水平。因此，本專(zhuān)利技術(shù)屬于無(wú)熱阻換熱器，具有熱量流失少、換熱效率高，幾乎沒(méi)有熱阻。隨著國(guó)家《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》實(shí)施，其市場(chǎng)潛力巨大。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明整體構(gòu)思前提下，還可以作出若干改變和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。