CN107771268B - 可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻孔式季节蓄热系统，具体包括季节蓄热体，该季节蓄热体包括第一蓄热管构件，该第一蓄热管构件分别形成为环形并具有供给管和回收管，第一蓄热管构件的底面连接有“U”字型的竖直管以能够插入到钻孔中，并在第一蓄热管构件的外侧以适当间隔布置有第n蓄热管构件，第n蓄热管构件具有直径比第一蓄热管构件的供给管和回收管更大的供给管和回收管，检测从主供给管流入的热源供给温度和季节蓄热体各部分的地下温度，从而根据热源供给温度向对应于相应温度的第一蓄热管构件或第n蓄热管构件供给热而进行蓄热，由此能够提高蓄热性能。

Description

可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统

技术领域

本发明涉及钻孔式季节蓄热系统，具体地，涉及可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统，该季节蓄热系统包括在地下形成的季节蓄热体，该季节蓄热体包括第一蓄热管构件，该第一蓄热管构件分别形成为环形并具有供给管和回收管，第一蓄热管构件的底面连接有“U”字型的竖直管以能够插入到钻孔中，在第一蓄热管外侧以适当间隔布置有第n蓄热管构件，第n蓄热管构件具有直径比第一蓄热管构件的供给管和回收管更大的供给管和回收管，检测从主供给管流入的热源供给温度和季节蓄热体各部分的地下温度，从而根据热源供给温度向对应于相应温度的第一蓄热管构件或第n蓄热管构件供给热而进行蓄热，由此能够提高蓄热性能。

背景技术

在历史上当经济变得发达时，能源利用增加，温室气体排放也随之增加，目前，为了规避诸如石油、煤炭、天然气等的化石能源价格的高波动性，相应减少对化石能源依赖性的现状下，由于温室气体排放增加引起的气候变化已上升为全球性问题，新能源/再生能源的利用已经成为不可避免的现实。特别是，因1970年代第一次、第二次石油波动和地球温室化、臭氧层破坏等环境污染而引起全世界性化石燃料使用限制，以及在各国内正积极推进新能源/再生能源的广泛化使用而设定到2025～2030年为止的温室气体减缩目标，还定立了多个公约并正在努力试行中。

过去四十年间，OECD国家的新能源/再生能源(包括地热、太阳能、风能、潮汐能、波浪能源、生物柴油、生物燃料、生物燃气、废弃物等)正以年平均增长2.5％大幅增长，特别是OECD国家的新能源/再生能源从71年的1.6亿TOE增加至12年的4.4亿TOE，这期间内年平均增长2.8％(太阳能、风能与其它能源相比在同一期间内年平均增长18.8％)而大幅增长，这是由于相关国家对太阳能、风能的能源扩张政策的推进，并且为了减少全世界化石燃料的使用，构筑国际间合作体系，活跃地推进国际能源协会(IEA)产业技术研究的提高。

韩国的新能源/再生能源设施相对于现有能源设施来说规模较小、资本费用也较低，并具有技术密集性特征，因而性能优越且有价格竞争力的技术掌握着市场，存在针对稳定性高的新能源/再生能源技术、新能源/再生能源技术+能源储存技术(蓄热系统)、新能源/再生能源+智能电网的需求。

除了风能、潮汐能等部分新能源/再生能源，其他的新能源/再生能源对环境限制的影响微乎其微，原子能、火能会影响到周边环境，太阳能、太阳光、燃料电池等容易设置于建筑物，对于环境限制的影响相对较小。

韩国新能源/再生能源产业在初期以技术开发为中心而没有考虑商用化层面，随着多种用于普及推广制度的制定并正式应用，国内外市场正处于扩大的趋势，对于新能源/再生能源普及事业中住宅支援事业，普及目标为以到2020年为止，住宅的新能源/再生能源阶段性地普及扩大到约10％为目标，正在约1250万户中的100万户中普及太阳光、太阳能、燃料电池、地热等。另一方面，太阳能源作为无公害能源正代替化石燃料，与排放二氧化碳的化石能源不同，太阳能源作为无环境污染的绿色能源是最能积极应对各种环境限制的产业，根据能源消费和需求特性上来说是韩国必需的产业。

太阳能源利用领域根据集热温度分为低温领域和中温领域、高温领域，低温领域主要包括建筑的冷、供暖及热水供应和大规模温水供应设施，中温领域、高温领域应用于工业工程热及热发电和其它特殊领域。

应用于太阳能系统的主要技术大体上可分为太阳能集热技术、太阳能蓄热技术、太阳能利用技术。

其中，作为太阳能蓄热技术应用于季节蓄热系统。

季节蓄热作为储存在非供暖季剩余的盈余热，并在热需求多的供暖季使用的蓄热技术，将发电废热、工业废热、废弃物焚烧热、燃料电池、生物能源、太阳能等全年生产的热(废热)作为热源使用，回收间断性的或排出温度不稳定或温度低而很难用作电力生产或工业用的热，从而可以用作建筑冷暖两用房或农业用。

对于韩国的情况，从90年代中半开始研究，计划在2016年在镇川环保能源镇计划构建储存太阳能的季节蓄热系统，作为欧洲地区主要利用太阳能的季节蓄热系统正被开发并运营，并有报告称与单独供暖相比经济性提高了50％。

此外，太阳能分区供热或太阳能区域供暖(以下称为“太阳能分区供热”)为如下的一系列中央热供给方式的太阳能系统，即将在预定规模以上的地区(建筑的屋顶或其它可安装的空间)分散或集中安装的太阳能集热器捆绑为一个系统，并使其与称作季节蓄热体的大容量的长期蓄热系统连接，从而进行集热，被集热的太阳能在中央蓄热及供给。

小到小规模地区，大到区域供暖，能够应用于多种规模，这种太阳能分区供热系统从一般热负荷较小的春天到冬天为止储存剩余的太阳能，并在不足的时候使用，作为如上的中长期蓄热体的季节蓄热(Seasonal Heat Storage)系统是必要的。

太阳能分区供热不仅能与现有的热设备兼容地配置，而且还能与地热加热泵、生物燃料、木屑颗粒、废弃物能源等其它新能源/再生能源系统兼容配置，具有能将所有热负荷作为新能源/再生能源供给的特征，能发挥各新能源/再生能源的优点，并补足其缺点，从而能够最大限度地活用如太阳能的天然能源。

通过季节蓄热储存非供暖季剩余的盈余热而使用，因而能很大地提高对太阳能的依赖率，并能够利用全年的太阳能，从而能够有效率地应用在作为太阳热领域的缺板的供暖领域，此外，具有提高经济性、为高度依赖化石燃料的韩国的二氧化碳减排效果做出贡献的优点，此外，如果在各建筑物适用新能源/再生能源存在限制的建筑物密度高的地区适用季节蓄热系统，能够与现有热源有效连接，从而预计能够广泛地扩大普及。

另一方面，这样的季节蓄热系统可大体区分为4种，如图1所示，分为在地下埋设箱体的箱体式、在暗板层形成坑并在坑内部放入蓄热物质的坑式、将U字型管竖直埋设的钻孔式以及在蓄水层挖设两个管井将地下水吸入到一处并注入到其它地方的蓄水层式。

其中，如图2所示，钻孔式是在地下竖直埋设管而形成季节蓄热体，从上看时，为热从中心部进入并以放射状流出的构造。

但是，这种钻孔式适用于对恒温的单一热源生成的热进行储存的情形，相反在储存温度变化的热源或温度不同的其它多个热源生成的热的情况下，即使供给温度低也无条件地从中心部进入而向外侧流出，因而存在不能有效地蓄热的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，其目的在于提供可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统，该季节蓄热系统包括季节蓄热体，该季节蓄热体包括第一蓄热管构件，该第一蓄热管构件分别形成为环形并具有供给管和回收管，第一蓄热管构件的底面连接有“U”字型的竖直管以能够插入到钻孔中，季节蓄热体还形成有第n蓄热管构件，第n蓄热管构件具有直径比第一蓄热管构件的供给管和回收管的直径更大的供给管和回收管，第n蓄热管构件以适当间隔布置在第一蓄热管构件的外侧，所述季节蓄热系统检测从主供给管流入的热源供给温度和季节蓄热体各部分的地下温度，从而根据热源供给温度向对应于相应温度的第一蓄热管构件或第n蓄热管构件供给热而进行蓄热。

为了达到上述目的，本发明包括：

主供给管，该供给管由热源供给热；主回收管，主回收管将在地下传递热后温度降低的热介质向热源侧回收；季节蓄热体，该季节蓄热体包括蓄热管构件，蓄热管构件具有供给管，供给管为部分切开的环形，在供给管的侧面平行形成有成对形成的回收管和多个竖直管，竖直管为“U”字型并一端连接于供给管的底面，另一端连接于回收管的底面，并且分别插入于钻孔中，蓄热管构件以直径从中心部的高温部为基准向外侧的低温部逐渐扩大的形态设置有多个，各供给管和回收管与主供给管和主回收管连接；第一温度传感器，第一温度传感器设置于上述主供给管以检测热源供给温度；第二温度传感器部，第二温度传感器部在季节蓄热体的任意钻孔处设置有多个以检测地下温度；电磁阀部，电磁阀部设置于主供给管和季节蓄热体的各供给管之间以及主回收管和季节蓄热体的各回收管之间；以及控制器，控制器接收从第一温度传感器和第二温度传感器部输入的热源供给温度和地下温度，并控制电磁阀部的开闭，从而向对应于热源供给温度的季节蓄热体的蓄热管构件侧供给主供给管的热以进行蓄热。

其中，季节蓄热体的蓄热管构件可以为与竖直管长度相同，或为从低温部到高温部长度逐渐变短。

其中，季节蓄热体在高温部具有箱体或坑。

其中，季节蓄热体的蓄热管构件的竖直管在箱体或坑内形成为之字形。

其中，控制器在放热时接收从第二温度传感器部输入的地下温度，并控制电磁阀部的开闭，以通过对应于放热目标温度的季节蓄热体的蓄热管构件实现放热。

根据如上构成的本发明的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统，能够储存低温热，对于太阳能，相对于因由于各季节条件导致输出变化较大而只能储存预定温度以上的热的现有方式，提高了系统的效率，取出热量而使用时能够输出期望的温度，在热源温度变化的情况下能够增大蓄热量。

附图说明

图1是季节蓄热体系统的种类和结构示意图。

图2是季节蓄热系统中的钻孔式的示意图。

图3是根据本发明实施例的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统的结构系统示意图。

图4是图3的蓄热管构件的结构的平面示意图。

图5是图3的蓄热管构件的部分结构的局部立体示意图。

图6至图8是根据本发明的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统的结构的系统示意图。

附图标记说明

10：主供给管 20：主回收管

30：季节蓄热体 31：钻孔

33：蓄热管构件 33a：供给管

33b：回收管 33c：竖直管

40：第一温度传感器 50：第二温度传感器部

60：电磁阀部 70：控制器

P：坑 T：箱体

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统详细说明如下。

以下对本发明的说明中，对相关公知功能或结构的详细说明在被判断为可能不必要地混淆本发明的要旨的情况下，可能省略其详细说明。此外，后述的术语作为考虑在本发明中的功能而被定义的术语，其可以根据使用者、应用者的意图或惯例等而不同。因此，其应当以本说明书整体的内容为基础被定义。

图3是根据本发明实施例的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统的结构的系统示意图，图4是图3的蓄热管构件的结构的平面示意图，图5是图3的蓄热管构件的部分结构的局部立体示意图。

参考图3至图5，根据本发明实施例的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统1包括主供给管10、主回收管20、季节蓄热体30、第一温度传感器40、第二温度传感器部50、电磁阀部60以及控制器70。

首先，主供给管10例如可以由太阳能集热器(未图示)供给加热的热。

此外，主回收管20将在蓄热体30蓄热后温度下降的热介质回收至太阳能集热器(未图示)。

此外，季节蓄热体30在地下凿出有多个钻孔31，并设置有蓄热管构件33以进行蓄热。

在此，蓄热管构件33为部分切开的环形并包括：供给管33a；以及成对形成的回收管33b和多个竖直管33c，该回收管33b和竖直管33c在供给管33a的侧面平行地形成，竖直管33c形成为“U”字型，一端连接于供给管33a的底面，另一端连接于回收管33b的底面，并分别插入于钻孔31，蓄热管构件33以直径以作为中心部的高温部为基准向外侧的低温部逐渐扩大的形态设置有多个。此时，各个蓄热管构件33的供给管33a和回收管33b与主供给管10和主回收管20连接，并且如图3所示，蓄热管构件33的所有竖直管33c长度相同，在本发明的实施例中示出了4个(a、b、c、d)。此外，各个蓄热管构件33的回收管33b与位于相邻的外侧的蓄热管构件33的供给管33a连接，从而使热从任意一个蓄热管构件33的供给管33a被供给至回收管33b之后，再次被供给至位于外侧的蓄热管构件33的供给管33a。

此外，优选为，钻孔31与钻孔31之间的间隔为数米(m)，竖直管33c的长度与季节蓄热体30的直径相同，从而把热损失降至最低(越接近于球形，热损失最小化)。

此外，第一温度传感器40被设置于主供给管10上，以检测热源的供给温度。

接着，第二温度传感器部50被设置于季节蓄热体30的任意钻孔，并形成有多个，以检测蓄热温度Ta、Tb、Tc、Td。此时，优选地，第二温度传感器部50的各个传感器位于钻孔31的中央深处，并优选为在各个蓄热管构件33的钻孔31中分别设置有为一个以上的传感器。

接着，电磁阀60如图3和图4所示，多个电磁阀V1～V9分别被设置于主供给管10和蓄热管构件33之间，根据控制器70的控制开闭，并被设置在主供给管10和季节蓄热体30的各个供给管33a之间以及主回收管20和季节蓄热体30的各个回收管33b之间，从而能够选择性地向各个蓄热管构件33供给热。

此外，控制器70接收蓄热时从第一温度传感器40和第二温度传感器部50输入的热源供给温度和地下温度，并控制电磁阀部60的开闭，以使主供给管10的热被供给至对应于热源供给温度的季节蓄热体30的蓄热管构件33侧而进行蓄热。在此，控制器70接收放热时从第二温度传感器部50输入的地下温度，并控制电磁阀部60的开闭，以通过对应于放热目标温度的季节蓄热体30的蓄热管构件33而实现放热。

另一方面，如图6至图8所示，根据本发明的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统1中，竖直管33c的长度可以不同，也可以形成有箱体T或坑P。

图6至图8是根据本发明的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统的结构的系统示意图。

如图6所示，可以将蓄热管构件33的竖直管33c的长度形成为从低温部到高温部逐渐变短，但是如果高温部的长度形成的短，高温部的热会被集中在中心部而能够最小化热损失。

此外，如图7和图8所示，季节蓄热体30可以在高温部具有箱体T或坑P，季节蓄热体30的蓄热管构件33的竖直管33c可以优选地在箱体T或坑P内形成为之字形，以使热交换性能最大化。

首先，蓄热时控制器70接收从第一温度传感器40和第二温度传感器部50输入的热源供给温度和地下温度。

然后，比较热源供给温度和地下温度Ta、Tb、Tc、Td，当热源供给温度为Ta以上时，控制器70使电磁阀部60的阀门V7、V8、V9关闭，并打开其它阀门，向中心部的蓄热管构件33中的a供给热而进行加热后，以b到c再到d的顺序进行加热，从而排出热量，以使热从季节蓄热体30的中心部向外侧按顺序地流动。

此外，比较热源供给温度和地下温度Ta、Tb、Tc、Td，当热源供给温度为Ta以下、Tb以上时，控制器70使电磁阀部60的阀门V3、V4、V8、V9关闭，并打开其它阀门，向蓄热管构件33中的b供给热而进行加热后，以c到d的顺序进行加热，从而排出热量。

此外，比较热源供给温度和地下温度Ta、Tb、Tc、Td，当热源供给温度为Tb以下、Tc以上时，控制器70使电磁阀部60的阀门V2、V5、V9关闭，并打开其它阀门，以向蓄热管构件33中的c供给热而进行加热后再向d供给热的顺序进行加热，从而排出热量。

此外，比较热源供给温度和地下温度Ta、Tb、Tc、Td，当热源供给温度为Tc以下、Td以上时，控制器70使电磁阀部60的阀门V1、V6关闭，并打开其它阀门，从而只向蓄热管构件33中的d供给热而进行加热之后，排出热量。

另一方面，控制器70在放热时从第二温度传感器部50接收输入的地下温度，比较放热目标温度和地下温度，并以与上述类似的方式进行控制。但是，在放热时热介质的流动方向(未图示)与图3、4、6、7、8中表示的流向相反。

本发明可以多样化地变形而采用多种形态，上述本发明的详细说明中，只是对根据本发明的特殊实施例进行了记载。应当理解为本发明并不限定于在详细说明中所言及的特殊形态，相反，应理解为包括在根据附上的权利要求的范围的本发明的精神和范围内的所有变形物和同等物以及代替物。

Claims (5)

1.可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统，其特征在于，包括：

主供给管，该主供给管用于供给热源的热；

主回收管，该主回收管用于回收热；

季节蓄热体，该季节蓄热体包括蓄热管构件，所述蓄热管构件具有供给管，所述供给管为部分切开的环形，在所述供给管的侧面平行形成有成对形成的回收管和多个竖直管，所述竖直管形成为“U”字型并一端连接于所述供给管的底面，另一端连接于所述回收管的底面，并且分别插入于钻孔中，蓄热管构件以直径从中心部的高温部为基准向外侧的低温部逐渐扩大的形态设置有多个，各个所述供给管和所述回收管与所述主供给管和所述主回收管连接；

第一温度传感器，该第一温度传感器设置于所述主供给管以检测热源供给温度；

第二温度传感器部，该第二温度传感器部在季节蓄热体的任意钻孔处设置有多个以检测地下温度；

电磁阀部，该电磁阀部设置于所述主供给管和所述季节蓄热体的各个所述供给管之间以及所述主回收管和所述季节蓄热体的各个所述回收管之间；以及

控制器，该控制器接收从所述第一温度传感器和所述第二温度传感器部输入的热源供给温度和地下温度，并控制所述电磁阀部的开闭，从而向对应于所述热源供给温度的所述季节蓄热体的所述蓄热管构件侧供给所述主供给管的热以进行蓄热。

2.根据权利要求1所述的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统，其特征在于，

所述季节蓄热体的所述蓄热管构件的竖直管长度相同，或为从低温部到高温部长度逐渐变短。

3.根据权利要求1所述的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统，其特征在于，

所述季节蓄热体在高温部具有箱体或坑。

4.根据权利要求3所述的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统，其特征在于，

所述季节蓄热体的所述蓄热管构件的所述竖直管在所述箱体或所述坑内形成为之字形。

5.根据权利要求1所述的可根据热源供给温度选择蓄热空间的钻孔式季节蓄热系统，其特征在于，

所述控制器在放热时接收从所述第二温度传感器部输入的地下温度，并控制所述电磁阀部的开闭，以通过对应于放热目标温度的所述季节蓄热体的所述蓄热管构件实现放热。