一种太阳能耦合增强型深井换热器供暖系统转让专利
申请号 : CN202010120492.3
文献号 : CN111365753B
文献日 : 2021-08-17
发明人 : 卜宪标 , 蒋坤卿 , 李华山 , 王令宝
申请人 : 中国科学院广州能源研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种太阳能耦合增强型深井换热器供暖系统,其特征在于:包括第一供热系统、第二供热系统以及储热系统,所述第一供热系统包括循环泵(1)、热泵(2)和深井换热器(3),所述深井换热器(3)包括注入水的注入通道(38)以及采出热水的采出通道(39),所述注入通道(38)依次与循环泵(1)、热泵(2)的第一入口(21)相连,所述采出通道(39)与热泵(2)的第一出口(22)相连,所述热泵(2)的第二入口(23)和第二出口(24)均与目标建筑(4)相连;所述第二供热系统包括太阳能集热器(5)、储热水箱(6)以及热水泵(7),所述太阳能集热器(5)的出口依次与储热水箱(6)、热水泵(7)以及目标建筑(4)相连,所述太阳能集热器(5)的入口与目标建筑(4)相连;在钻井时采用高导热性能材料与泥浆复合制成的复合钻井液;在钻遇漏失层(35)时,通过调整复合钻井液的密度、黏度和回压,让复合钻井液多漏失进漏失层(35),以提高漏失层(35)的导热性能;在钻遇含水层(36)时,通过调整复合钻井液的密度、黏度和回压,让复合钻井液多漏失进含水层(36),以提高含水层(36)的导热性能。
2.根据权利要求1所述的太阳能耦合增强型深井换热器供暖系统,其特征在于:所述储热系统包括将热水泵(7)的出口与采出通道(39)相连,所述太阳能集热器(5)的入口与注入通道(38)相连;所述注入通道(38)与循环泵(1)之间设有第一注入阀门(81),所述采出通道(39)与第一出口(22)之间设有第一采出阀门(82);所述太阳能集热器(5)的入口与目标建筑(4)之间设有第二注入阀门(83),所述热水泵(7)与目标建筑(4)之间设有第二采出阀门(84);所述热水泵(7)与采出通道(39)之间设有储热注入阀门(91),所述太阳能集热器(5)与注入通道(38)之间设有储热采出阀门(92)。
3.根据权利要求1所述的太阳能耦合增强型深井换热器供暖系统,其特征在于:所述深井换热器(3)包括井以及在井外侧的岩石(34)、漏失层(35)和含水层(36),所述井包括保温管(32)、井管(31)以及包覆在井管(31)外侧的水泥环(33),所述保温管(32)设置在井管(31)内部,保温管(32)内部空间形成采出通道(39),所述保温管(32)与井管(31)之间的空间形成注入通道(38),所述采出通道(39)与注入通道(38)在井底(37)连通,所述注入通道(38)通过井管(31)与水泥环(33)向岩石(34)取热。
4.根据权利要求3所述的太阳能耦合增强型深井换热器供暖系统,其特征在于:所述水泥环(33)为采用高导热性能材料与水泥复合制成。
5.根据权利要求3所述的太阳能耦合增强型深井换热器供暖系统,其特征在于:所述井管(31)包括采用高导热性能材料与油管复合制成的复合井管和普通油管,所述复合井管设置在漏失层(35)和含水层(36)部分井段,余下部分采用普通油管。
6.根据权利要求4‑5任一所述的太阳能耦合增强型深井换热器供暖系统,其特征在于:所述高导热性能材料采用石墨烯材料。
说明书 :
一种太阳能耦合增强型深井换热器供暖系统
技术领域
背景技术
阳能属于间歇能源,不稳地,需要配置辅助热源或者储热系统,导致投资费用较高,限制了
其在供暖领域的规模化应用。另外,我国地热资源储量丰富,但分布不均。有些地方的地热
资源较贫乏,单井出水量少,地热开发成本高。针对地热资源贫乏,单井出水量少的现状,目
前新出现了一种深井换热器(DBHE)技术,该技术采用同轴套管结构,通过金属外壁向岩石
取热,通过内保温管将热量输出。由于系统封闭循环,不采地下热水,不存在腐蚀结垢和回
灌等问题,备受市场欢迎。DBHE虽是一种有前景的地热开发技术,但该技术主要靠岩石的热
传导将周围岩石的热量传递到井筒内,由于岩石的导热系数低,导致单井取热功率小,有热
取不出。在钻井过程中,钻遇漏失层或含水层时,会造成钻井泥浆的漏失。同时,长期的取热
可能会造成岩石热损失较大,如果没有热量的补充,系统的供暖性能将会大幅衰减。
发明内容
入水的注入通道以及采出热水的采出通道,所述注入通道依次与循环泵、热泵的第一入口
相连,所述采出通道与热泵的第一出口相连,所述热泵的第二入口和第二出口均与目标建
筑相连;所述第二供热系统包括太阳能集热器、储热水箱以及热水泵,所述太阳能集热器的
出口依次与储热水箱、热水泵以及目标建筑相连,所述太阳能集热器的入口与目标建筑相
连。
与第一出口之间设有第一采出阀门;所述太阳能集热器的入口与目标建筑之间设有第二注
入阀门,所述热水泵与目标建筑之间设有第二采出阀门;所述热水泵与采出通道之间设有
储热注入阀门,所述太阳能集热器与注入通道之间设有储热采出阀门。
空间形成采出通道,所述保温管与井管之间的空间形成注入通道,所述采出通道与注入通
道在井底连通,所述注入通道通过井管与水泥环向岩石取热。
能的不稳定性和间歇性以及气候对供暖负荷的影响,均可靠调整地热水的注入温度和流量
来调节,两者相辅相成,同时采用了高导热性能的钻井泥浆,固井水泥和井管,井下换热器
的出力大幅提高,再加上太阳能的能量加入,确保了整个系统在采暖季热量取得出,在非采
暖季热量存得进。
附图说明
层;37、井底;38、注入通道;39、采出通道;4、目标建筑;5、太阳能集热器;6、储热水箱;7、热
水泵;81、第一注入阀门;82、第一采出阀门;83、第二注入阀门;84、第二采出阀门;91、储热
注入阀门;92、储热采出阀门。
具体实施方式
注入通道38以及采出热水的采出通道39,注入通道38依次与循环泵1、热泵2的第一入口21
相连,采出通道39与热泵2的第一出口22相连,热泵2的第二入口23和第二出口24均与目标
建筑4相连;第二供热系统包括太阳能集热器5、储热水箱6以及热水泵7,太阳能集热器5的
出口依次与储热水箱6、热水泵7以及目标建筑4相连,太阳能集热器5的入口与目标建筑4相
连。
保温管32内部空间形成采出通道39,保温管32与井管31之间的空间形成注入通道38,采出
通道39与注入通道38在井底37连通,注入通道38通过井管31与水泥环33向岩石34取热,水
泥环33为采用高导热性能材料与水泥复合制成,例如石墨烯与水泥复合,高导热性能材料
除了石墨烯以外,还能采用碳纤维等其他高导热性能的材料。
复合井管设置在漏失层35和含水层36部分井段,以增强换热效果,余下部分采用普通油管。
回压,故意让复合钻井液多漏失进漏失层35和含水层36,以提高漏失层35和含水层36的导
热性能。
水泵7的出口与采出通道39相连,太阳能集热器5的入口与注入通道38相连;注入通道38与
循环泵1之间设有第一注入阀门81,采出通道39与第一出口22之间设有第一采出阀门82;太
阳能集热器5的入口与目标建筑4之间设有第二注入阀门83,热水泵7与目标建筑4之间设有
第二采出阀门84;热水泵7与采出通道39之间设有储热注入阀门91,太阳能集热器5与注入
通道38之间设有储热采出阀门92。当需要进行储热的时候,将第一、第二采出阀门和第一、
第二注入阀门均关闭,打开储热注入阀门91和储热采出阀门92对深井换热器3进行储热。
漏失进漏失层或含水层,提高地层的导热性能。
利用太阳能和地热能同时为目标建筑4供暖;在阴雨天或者晚上,太阳能不稳定和不连续
时,通过改变地热水的注入温度和流量以及调节热泵的输出热功率,以满足建筑的热负荷
需求;当建筑热负荷随天气的冷暖发生变化时,主要靠改变地热水的注入温度和流量以及
调节热泵的热负荷需求。
入井内,到底井底37后,通过井管31和保温管32之间的空间返回至太阳能集热器5中。
是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。