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地热单井自然对流强化换热系统

阅读：1025发布：2021-01-03

IPRDB可以提供地热单井自然对流强化换热系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且地热单井自然对流强化换热系统，包括金属井、保温管、多孔体系；所述的金属井深入岩石层，在金属井内部设有保温管，所述的保温管与金属井内壁之间形成进水通道，保温管内部形成出水通道，所述的进水通道与出水通道在金属井底部连通；所述的多孔体系设置在金属井底部的外围，所述的多孔体系上部为岩石层，多孔体系中设有相互连通的不规则孔隙，在多孔体系的不规则孔隙中充满水。优点是，大幅度提高单井采热功率。降低工程造价，节约成本。避免对地下水造成影响，保护环境。，下面是地热单井自然对流强化换热系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.地热单井自然对流强化换热系统，其特征在于，包括金属井、保温管、多孔体系；所述的金属井深入岩石层，在金属井内部设有保温管，所述的保温管与金属井内壁之间形成进水通道，保温管内部形成出水通道，所述的进水通道与出水通道在金属井底部连通；所述的多孔体系设置在金属井底部的外围，所述的多孔体系上部为岩石层，多孔体系中设有相互连通的不规则孔隙，在多孔体系的不规则孔隙中充满水；所述的多孔体系中注入支撑剂，所述的支撑剂为金属颗粒或陶瓷颗粒。

2.根据权利要求1所述的地热单井自然对流强化换热系统，其特征在于，所述的多孔体系径向厚度为20-100m。

3.根据权利要求1所述的地热单井自然对流强化换热系统，其特征在于，所述的保温管为双层真空管。

说明书全文

地热单井自然对流强化换热系统

技术领域

[0001] 本发明涉及单井采热设备技术领域，具体涉及一种地热单井自然对流强化换热系统。

背景技术

[0002] 我国北方地区雾霾严重，特别是冬天采暖季，采暖燃煤进一步加重了雾霾，现阶段对清洁能源采暖技术需求迫切。地热作为一种清洁可再生能源，在北方采暖中越来越受到重视。目前市场上新出现了一种单井地热采暖系统，井深一般大于1000米，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，没有腐蚀结垢，没有回灌等问题，备受市场欢迎。但是该单井地热采暖系统在使用过程中遇到了单井采热功率小，功率衰减快，投资回收期长等难题，限制了单井地热采暖系统的规模化推广。单井地热采暖系统基本不受地域限制，占地小，如果能解决单井换热能力小的问题，该种供暖方式可为我国北方冬季雾霾的解决做出巨大的贡献。

发明内容

[0003] 本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种能有效克服岩石导热系数低，提高单井采热功率的地热单井自然对流强化换热系统。

[0004] 本发明是通过以下技术方案来实现的：

[0005] 地热单井自然对流强化换热系统，包括金属井、保温管、多孔体系；所述的金属井深入岩石层，在金属井内部设有保温管，所述的保温管与金属井内壁之间形成进水通道，保温管内部形成出水通道，所述的进水通道与出水通道在金属井底部连通；所述的多孔体系设置在金属井底部的外围，所述的多孔体系上部为岩石层，多孔体系中设有相互连通的不规则孔隙，在多孔体系的不规则孔隙中充满水。

[0006] 作为上述方案的改进，所述的多孔体系径向厚度为20-100m。

[0007] 作为上述方案的改进，所述的多孔体系中注入支撑剂，所述的支撑剂为金属颗粒或陶瓷颗粒。

[0008] 作为上述方案的改进，所述的保温管为双层真空管。

[0009] 本发明具有以下有益效果：

[0010] 1.大幅度提高单井采热功率。

[0011] 2.降低工程造价，节约成本。

[0012] 3.避免对地下水造成影响，保护环境。

附图说明

[0013] 图1为本发明的换热系统结构示意图。

具体实施方式

[0014] 实施例1

[0015] 如图1所示，地热单井自然对流强化换热系统，包括金属井1、保温管2、多孔体系3；所述的金属井1深入岩石层4，在金属井1内部设有保温管2，所述的保温管2与金属井1内壁之间形成进水通道5，保温管2内部形成出水通道6，所述的进水通道5与出水通道6在金属井
1底部连通；所述的多孔体系3设置在金属井1底部的外围，所述的多孔体系3上部为岩石层
4，多孔体系3中设有相互连通的不规则孔隙，在多孔体系3的不规则孔隙中充满水。所述的多孔体系3径向厚度为20-100m。所述的多孔体系3中注入支撑剂，所述的支撑剂为金属颗粒或陶瓷颗粒。所述的保温管2为双层真空管。

[0016] 实施例2

[0017] 以井深3000m、井径244.5mm的地热井为例，地温梯度30℃/km，地表温度10℃，井底温度100℃。选择在下部1000m制造多孔体系3。上部2000m岩石层4仍采用传统的岩石导热的方式取热，下部1000m采用多孔体系3内水的自然对流强化换热。多孔体系3采用水力压裂的方式形成，也可以采用爆破的方式形成，还可以采用射孔、压裂和爆破的组合方式形成。多孔体系3形成后，注入支撑剂，支撑剂可以是金属颗粒，也可以是陶瓷颗粒。然后向多孔体系3注满水，通过金属井壁将多孔体系3和井内隔离。

[0018] 多孔体系3的半径可以选择20m，30m或者更大，取决于有无补热。如果仅用于冬季采暖，非采暖季没有热量补充地下的热亏损，那么多孔体系3的半径要大，比如50m或者100m或者更大。如果非采暖季采用太阳能等补充地下的热亏损，多孔体系3的半径可以小些，比如20m或者30m。

[0019] 保温管2采用160mm的双层真空管，通过进水通道5注入15℃的水，注入水通过金属井1的管壁与岩石层4和多孔体系3进行换热。进水通道5注入水的温度低(注入水温度15℃，多孔体系3内水的初始温度在70-100℃之间)，造成靠近井壁的多孔体系3内的水降温，而远离井壁的多孔体系3内的水温度高。多孔体系3内，近井和远井的温差造成了水的自然对流，近井流体向下运动，远井流体向上运动。水的自然对流换热系数远大于岩石的导热系数，通过水的自然对流，将远处岩石的热量有效的传递到井壁，强化了井外岩石的换热，大幅提高了地热单井换热能力。通过调节注入水流速，可从保温管2采出30℃左右的地热水，采出地热水通过热泵提升温度后去供暖，经热泵提取过热量的地热水变为15℃，再次注入井内换热。如果不采用多孔体系3，仅用岩石的导热来取热的话，岩石的导热系数在2-3.5W/m/K之间，3000m单井的取热量在300kW左右，而且随着时间的衰减快，没有补热的话，几个采暖季后，单井取热量远小于300kW。如果采用单井自然对流强化换热，由于多孔体系3内水的自然对流可以将远处岩石的热量快速导入井内，单井的采热量远大于仅靠岩石导热的采热量，而且衰减慢。

[0020] 上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

标题	发布/更新时间	阅读量
对流式炉-专利编号CN102771523B	2020-05-11	70
对流式炉-专利编号CN101981384A	2020-05-11	726
对流式炉-专利编号CN101981384B	2020-05-11	840
对流洗脱-专利编号CN1052259A	2020-05-12	944
对流装置及对流方法-专利编号CN109940159A	2020-05-13	887
对流式炉-专利编号CN102771523A	2020-05-12	733
对流式烤箱-专利编号CN107920687A	2020-05-13	721
对流式炉-专利编号CN103329951A	2020-05-12	668
对流系统-专利编号CN109641471A	2020-05-11	292
对流式衣柜-专利编号CN108851596A	2020-05-13	389

地热单井自然对流强化换热系统

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