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专利号: 2021114713837
申请人: 常州大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-11-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种相变蓄热与热泵热源耦合稠油井加热系统,其特征在于:包括空气源热泵(1)、相变蓄能系统(2)、换热器(3)、备用电加热装置(4)、缓存罐(5)及混水阀(6);

所述空气源热泵(1)的进水口通过进液管(8)和井下热水循环单元(7)的出水口连通,空气源热泵(1)的出水口通过一级出液管(9)和备用电加热装置(4)的进口连通,所述备用电加热装置(4)的出口和缓存罐(5)的进口连通,缓存罐(5)的出口通过二级出液管(10)与井下热水循环单元(7)的进水口连通,所述一级出液管(9)上设有第一循环泵(P1),所述二级出液管(10)上设有第三循环泵(P3);

所述相变蓄能系统(2)具有相变蓄能罐(201)、蓄能系统电加热装置(202)及第二循环泵(P2),所述相变蓄能罐(201)的出液口通过管道A(203)和蓄能系统电加热装置(202)的进口连通,蓄能系统电加热装置(202)的出口通过管道B(204)与相变蓄能罐(201)的进液口连通,所述第二循环泵(P2)配置在管道A(203)或管道B(204)上;

所述换热器(3)的热源进口和热源出口串联在管道A(203)或管道B(204)上,换热器(3)的冷源进口通过旁通管A(16)与一级出液管(9)连通,换热器(3)的冷源出口通过旁通管B(17)与一级出液管(9)连通,一级出液管(9)上设有第一阀门(V1),第一阀门(V1)位于旁通管A(16)和旁通管B(17)之间,旁通管A(16)上设置有第二阀门(V2),所述二级出液管(10)与进液管(8)之间连通有回流管(11),所述混水阀(6)安装在回流管(11)上。

2.根据权利1所述的相变蓄热与热泵热源耦合稠油井加热系统,其特征在于:还包括控制系统,所述控制系统包括控制器、第一温度传感器(12)、第二温度传感器(13)以及第三温度传感器(14),所述第一温度传感器(12)用于监控流出井下热水循环单元(7)出水口的液体温度,所述第二温度传感器(13)用于监控流入空气源热泵(1)进水口的液体温度,第三温度传感器(14)用于监控相变蓄能罐(201)出液口的液体温度,所述第一温度传感器(12)、第二温度传感器(13)、第三温度传感器(14)、第一阀门(V1)、第二阀门(V2)、混水阀(6)、空气源热泵(1)、蓄能系统电加热装置(202)、第二循环泵(P2)及备用电加热装置(4)均与控制器信号连接。

3.根据权利2所述的相变蓄热与热泵热源耦合稠油井加热系统,其特征在于:所述第一阀门(V1)、第二阀门(V2)及混水阀(6)均为电动阀。

4.根据权利1所述的相变蓄热与热泵热源耦合稠油井加热系统,其特征在于:所述第一循环泵(P1)位于空气源热泵(1)与旁通管A(16)之间。

5.根据权利1所述的相变蓄热与热泵热源耦合稠油井加热系统,其特征在于:所述回流管(11)与二级出液管(10)的连接端位于第三循环泵(P3)与缓存罐(5)之间。

6.根据权利1所述的相变蓄热与热泵热源耦合稠油井加热系统,其特征在于:所述回流管(11)上安装有用于允许液体从二级出液管(10)流入进液管(8)的单向阀(15)。

7.根据权利1所述的相变蓄热与热泵热源耦合稠油井加热系统,其特征在于:所述备用电加热装置(4)采用管道式电加热器。

8.根据权利1所述的相变蓄热与热泵热源耦合稠油井加热系统,其特征在于:所述换热器(3)采用板式换热器。

9.一种基于如权利要求1‑8任一项所述的相变蓄热与热泵热源耦合稠油井加热系统的控制方法,其特征在于:包括采用相互独立控制策略的第一控制方法和第二控制方法,第一控制方法用于控制相变蓄能系统(2)或/和备用电加热装置(4)是否与空气源热泵(1)联合供热,第二控制方法用于控制蓄能系统电加热装置(202)是否工作;

所述第一控制方法包括以下步骤:

步骤s1、设定Tin为井下热水循环单元(7)的出水口出水温度设定值;

步骤s2、启动空气源热泵(1)、第一循环泵(P1)及第三循环泵(P3),打开混水阀(6);

步骤s3、获取井下热水循环单元(7)的出水口出水的实际温度值T1,将际温度值T1与Tin进行比较;

若Tin‑ΔTin≤T1<Tin+ΔTin,则打开第二循环泵(P2)和第二阀门(V2),关闭第一阀门(V1)和备用电加热装置(4),实现空气源热泵(1)和相变蓄能系统(2)联合供热;

若T1≥Tin+ΔTin,则关闭第二循环泵(P2)、第二阀门(V2)和备用电加热装置(4),打开第一阀门(V1),实现空气源热泵(1)独立供热;其中,ΔTin为回水温度控制温差。

若T1<Tin‑ΔTin,则打开备用电加热装置(4);

所述第二控制方法包括以下步骤:

步骤s1、设T0为相变蓄能罐(201)内液体温度的设定值;

步骤s2、获取相变蓄能罐(201)的出液口处液体的实际温度值T7;

步骤s3、稠油井加热系统全天运行的时间段分为谷电时段和非谷电时段,若稠油井加热系统在谷电时段运转则进入s4;若稠油井加热系统在非谷电时段运转则进入s5;

步骤s4、在谷电时段,若T7<T0‑ΔT0,打开蓄能系统电加热装置(202),启动第二循环泵(P2);若T7≥T0‑ΔT0,打开蓄能系统电加热装置(202),启动第二循环泵(P2);其中,ΔT0为加热温度控制温差;

步骤s5、在非谷电时段,关闭蓄能系统电加热装置(202)和第二循环泵(P2)。

10.根据权利要求9所述的相变蓄热与热泵热源耦合稠油井加热系统的控制方法,其特征在于:还包括用于控制混水阀(6)开度的第三控制方法;

步骤s1、设定混水阀(6)的初始开度;

步骤s2、获取流入空气源热泵(1)进水口的液体温度T2;

如a≤T2≤b时,维持混水阀(6)初始开度不变;

如T2<a,逐渐增加混水阀(6)的开度,直至T2=b时停止开度增加;

如T2>b时,逐渐减少混水阀(6)的开度,直至T2=a时停止开度增加;

其中,a的取值为63℃±1℃,b的取值为67℃±1℃。