[发明专利]一种利用地热井实现高效蒸发的热泵系统及方法

权利要求书

1.一种利用地热井实现高效蒸发的热泵系统，包括通过管道依次连通的地下蒸发器、蓄液罐、冷凝器和压缩机，其特征在于，所述地下蒸发器至少部分布置于地面以下且所述地下蒸发器布置包括内管和外管，所述内管包括沿轴向布置的多个分隔区段，所述分隔区段包括气体导流管道和折流板，所述气体导流管道位于所述外管的轴心附近且所述气体导流管道的轴心与所述外管的轴心重合或平行，所述折流板高的一端与所述气体导流管道的外壁面连接，低的一端与所述外管的内壁面连接，以形成具有倾斜内槽面的储液槽，该储液槽上设有若干渗流孔，所述气体导流管道与相邻分隔区段的气体导流管道之间存在一定的间隙，用以形成气体槽道，所述压缩机的上游管道连接至所述气体导流管道，所述蓄液罐的下游管道连接至储液槽；循环于热泵系统的流体工质包括蒸馏水、氨、二氧化碳、及有机工质；位于顶部的分隔区段的气体导流管道的管长大于其余任意位置的分隔区段。

2.根据权利要求1所述的利用地热井实现高效蒸发的热泵系统，其特征在于，所述蓄液罐上设有排气/注液阀，所述排气/注液阀用于排出蓄液罐中的不凝性气体，以及往蓄液罐中灌注流体工质。

3.根据权利要求1所述的利用地热井实现高效蒸发的热泵系统，其特征在于，所述地下蒸发器的底部内设有液位传感器，所述液位传感器用于检测所述地下蒸发器内的积液深度。

4.根据权利要求1所述的利用地热井实现高效蒸发的热泵系统，其特征在于，所述冷凝器的下游管道设有节流阀，所述节流阀用于调节液态工质的回流量。

5.根据权利要求1所述的利用地热井实现高效蒸发的热泵系统，其特征在于，所述蒸发器布置于地面以下的目标岩体中，所述目标岩体包括土壤、高渗透性含水岩体、干热岩、以及通过水力激发手段建造的人工裂隙岩体。

6.一种利用地热井的高效蒸发方法，其特征在于，用于如权利要求1至5任一所述的热泵系统，所述方法包括：

流体工质从蓄液罐中流入到地下蒸发器最顶部的分隔区段，并在管内结构的作用下，紧贴外管的内壁向下流动；每个分隔区段的液态工质会透过外管从目标岩体中吸热气化，变为气态工质之后再通过气体槽道进入气体导流管道，并流入到压缩机中加压升温，在流入到冷凝器中放热冷凝，最后回流到蓄液罐中。

7.根据权利要求6所述的蒸发方法，其特征在于，流体工质从蓄液罐中流入到地下蒸发器之前，还包括：

经地质勘查确定合适的设井位置，并由地面向目标岩体钻井；

根据井下测温数据和系统设计采热率，并估计工质流量，通过计算或实验确定渗流孔的数目和大小，以及各个区段的高度，用以确保流体工质能够紧贴外管内壁流动；

按照所选参数，在折流板上加工渗流孔，并将折流板的顶部与气体导流管进行焊接；之后再将折流板的底部焊接在外管的内侧壁面上；

在外管的底部盲板上固定压力传感器；

进行套管下井作业，将加工之后的外管放置与钻井内，在外管和钻井井孔间灌注泥浆，用于固井和填充外管与岩体之间的间隙；

通过排气/注液阀对系统抽真空，然后关闭节流阀，往蓄液罐中注入足量的流体工质；

逐渐开启节流阀，使系统开始运行，当液位传感器达到目标液位时，适当增加节流阀开度，反之则适当减小节流阀开度。