[發(fā)明專利]用于在井孔和相關(guān)方法中使用的熱機(jī)設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080011544.8
• 申請日: 2010-01-18
• 公開（公告）號: CN102348869A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 愛德華·詹姆斯·卡吉爾
• 申請（專利權(quán)）人: 愛德華·詹姆斯·卡吉爾
• 主分類號: F01K25/00
• 分類號: F01K25/00;F03G7/04
• 代理公司: 北京金思港知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11349
• 代理人: 邵毓琴

技術(shù)領(lǐng)域

用于在與鉆井相關(guān)的用途中的熱機(jī)和用于操作與鉆孔關(guān)聯(lián)的熱機(jī)的方法。

背景技術(shù)

熱力學(xué)熱機(jī)可用于將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械功。熱力學(xué)熱機(jī)依賴于(相對)高溫的熱源和(相對)低溫的冷源(heat?sink)以按照熱力循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。在一般情況下，熱源和冷源之間的溫差越大，熱力學(xué)熱機(jī)的效率越高。

閉式循環(huán)熱力學(xué)熱機(jī)是這樣的熱力學(xué)熱機(jī)，其中固定量的工作流體包含在熱機(jī)中，所述工作流體反復(fù)地進(jìn)行熱力循環(huán)重復(fù)。氣相閉式循環(huán)熱力學(xué)熱機(jī)是工作流體在整個(gè)熱力循環(huán)都保持氣體狀態(tài)的閉式循環(huán)熱力學(xué)熱機(jī)。

閉式循環(huán)熱力學(xué)熱機(jī)的一個(gè)典型的熱力循環(huán)包括冷卻、壓縮、加熱和膨脹作為基本過程。閉式循環(huán)熱力學(xué)熱機(jī)的一個(gè)非限制性實(shí)例包括根據(jù)卡諾循環(huán)、斯特林循環(huán)和埃里克森循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的那些熱機(jī)。

卡諾循環(huán)的特征在于對工作流體進(jìn)行的由等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮和絕熱壓縮組成的一系列過程。

斯特林循環(huán)的特征在于對工作流體進(jìn)行的由等溫膨脹、等容冷卻、等溫壓縮和等容加熱組成的一系列過程。

埃里克森循環(huán)的特征在于對工作流體進(jìn)行的由等溫膨脹、等壓冷卻、等溫壓縮和等壓加熱組成的一系列過程。

通過使用回?zé)崞?regenerator)，可以提高一些閉式循環(huán)熱力學(xué)熱機(jī)的效率。回?zé)崞魇且粋€(gè)蓄熱裝置和二次熱交換器，可以置于熱機(jī)的冷卻過程和加熱過程之間以與工作流體進(jìn)行熱交換并由此將熱量保持系統(tǒng)內(nèi)，否則將可能使熱量散失到熱機(jī)外部的環(huán)境中。根據(jù)斯特林循環(huán)和埃里克森循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的熱力學(xué)熱機(jī)通常包括回?zé)崞饕蕴岣咚鼈兊男省?/p>

地內(nèi)凍結(jié)線以下(即，在北部國家如加拿大在地表以下約2米處)的溫度常年保持相對穩(wěn)定。在加拿大，凍結(jié)線以下約1米內(nèi)位置的平均穩(wěn)定周年地溫估計(jì)為約5攝氏度至10攝氏度。

地內(nèi)凍結(jié)線以下的溫度往往會隨地表以下的距離(即深度)的增加而增加，特別是在地球的地殼內(nèi)。這種作為深度的函數(shù)的溫度增加被稱為“地溫梯度”。整個(gè)地球的地殼的平均地溫梯度的估計(jì)為約30攝氏度/千米(30℃/km)。

因此，在地表以下2公里的位置的地內(nèi)溫度可能比地表以下數(shù)米的溫度高約50攝氏度至55攝氏度。

因此，凍結(jié)線以下的地溫的穩(wěn)定性和/或地溫梯度具有能夠用來供熱機(jī)如閉式循環(huán)熱力學(xué)熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的潛力。

對于房屋和其他建筑物而言，地?zé)峄虻卦礋岜孟到y(tǒng)是已知的。這種系統(tǒng)通常包括位于建筑物內(nèi)用于將熱量轉(zhuǎn)移至閉合環(huán)路(closed?loop)和從閉合環(huán)路轉(zhuǎn)移熱量的熱交換器，所述閉合環(huán)路含有作為工作流體的水或防凍劑，在熱交換器和地層內(nèi)凍結(jié)線以下相對較淺的位置之間延伸。工作流體通常借助泵來循環(huán)通過所述閉合環(huán)路。地?zé)峄虻卦礋岜孟到y(tǒng)可以用于將熱量從地層轉(zhuǎn)移到建筑物(即，用于建筑物加熱)或?qū)崃繌慕ㄖ镛D(zhuǎn)移到地層(即，用作建筑物的空調(diào))。

公布號為US?2007/0245729?A1的美國專利申請(Mickleson)描述了一種地?zé)崮茉聪到y(tǒng)，所述地?zé)崮茉聪到y(tǒng)包括注射鉆孔、生產(chǎn)鉆孔、位于地表并與所述生產(chǎn)鉆孔耦合的熱提取系統(tǒng)、與熱提取系統(tǒng)和注射鉆孔耦合并在熱提取系統(tǒng)和注射鉆孔之間延伸的管道和從注射鉆孔延伸到生產(chǎn)鉆孔并延伸通過熱巖的鉆孔跨越部。熱提取系統(tǒng)可以包括渦輪機(jī)、交換器-管道系統(tǒng)或斯特林熱機(jī)和交流發(fā)電機(jī)組。地流(geo-fluid)循環(huán)通過所述地?zé)崮茉聪到y(tǒng)，以從熱巖源采熱并將熱量輸送到熱提取系統(tǒng)。

公布號為US?2008/0209904?A1的美國專利申請(Sumrall)描述了一種包括斯特林熱機(jī)和耦合到斯特林熱機(jī)的熱腔的高溫源的電力發(fā)電系統(tǒng)，其中，高溫源包括來自地表下的熱量。在該系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式中，高溫源可以是鉆孔如干孔、油井或氣井等。用于斯特林熱機(jī)的低溫源可以包括水體，在這種情況下，斯特林熱機(jī)熱耦合至水體。在一些實(shí)施方式中，斯特林熱機(jī)可以位于水體中。

公布號為US?2008/0223032?A1(Sumrall)的美國專利申請描述一種電力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)類似于在公布號為US?2008/0209904?A1的美國專利申請(Sumrall)中所描述的系統(tǒng)。所述電力發(fā)電系統(tǒng)包括發(fā)電裝置，所述發(fā)電裝置包括熱端和冷端，其中，所述發(fā)電裝置可以包括熱電發(fā)電機(jī)或備用發(fā)電裝置，包括斯特林熱機(jī)、冉肯機(jī)、馬特蘭能量循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(matteran?energy?cycle?engine)、閃能發(fā)電裝置(flash?power?plant)、干蒸汽發(fā)電裝置、二進(jìn)制發(fā)電裝置、閃能/二進(jìn)制聯(lián)合循環(huán)等。

發(fā)明內(nèi)容