CN101936622A

CN101936622A - 一种海水源热泵系统

Info

Publication number: CN101936622A
Application number: CN 201010270082
Authority: CN
Inventors: 吴荣华; 迟芳
Original assignee: Qingdao Kc New Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Qingdao Kc New Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2011-01-05

Abstract

一种海水源热泵系统，它涉及一种用热泵技术提取海水中的冷热量的系统，属于能源技术领域。本发明的目的是有效地解决海水源的防腐、防藻、防生物、防垢以及控制水泵的输送能耗等问题。本发明它由热泵机组、介质循环水泵、介质供水管线、介质回水管线和长直塑料管换热装置等组成，长直塑料管换热装置采用工程导热塑料管沿深海方向远距离长直往返铺设，并沉于海底，介质在管内往返流动过程中吸收远距离海水冷热量，热泵机组再从介质中提取冷热量。该系统可向深海提取远距离海水冷热量，适用于海水源热泵系统。

Description

一种海水源热泵系统

技术领域

本发明涉及一种利用热泵技术提取海水中的冷热量的系统，属于能源技术领域。

背景技术

采用热泵技术提取低品位的、可再生的清洁能源中的冷热量为建筑物供热与空调，是建筑节能减排的有效途径之一。这些冷热源包括：海水、地下水、土壤、城市污水等等，它们的温度冬季介于0～20℃之间，将其作为热泵的冷热源进行利用时，热泵系统的一次能源(煤、石油、天然气)利用效率可达133％甚至更高，节能幅度可在45％以上。但在利用这些冷热能源时，除只能因地制宜地加以利用以外，还由于它们自身的特点，需要解决一些关键问题。

海水源热泵系统的关键问题是防腐、防藻、防生物、防垢以及控制水泵的输送能耗。防腐问题尤其难以解决，在采用特殊防腐材质时不仅有可靠性问题，而且造价很高，不能达到推广应用的目的，例如海军铜、镍白铜、钛合金、特种不锈钢等等。防藻、防生物也难以解决，通常使得系统工艺流程复杂，维护工作量大，维护成本高。

现在探讨应用的方式方法主要有三种：

一、利用防海水的热泵机组，其蒸发器或冷凝器用防腐材质制作，海水直接进入热泵机组，可在海边打井取水。该方式主要解决海水的腐蚀问题，其缺点是可靠性差，无法保证机组在无腐蚀情况下运行15年以上，一旦出现冲刷腐蚀或清洗维护破坏等，机组可能报废，另外还需防生物等措施，初投资也较高。

二、利用钛板换热器先进行换热，将海水冷热量先传递给干净水，再由干净水进入普通热泵机组，可直接抽取海水。该方式主要保护了热泵机组，将问题集中在钛板换热器上，其主要问题是钛板换热器的堵塞清洗问题，另外系统效率低，输送能耗高，初投资更高，达不到推广应用的目的。

三、利用塑料盘管换热，将塑料管以螺旋形盘管等方式浸入海面下，管内流动干净水与海水换热，干净水再进入普通热泵机组。该方式利用塑料管换热，解决了防腐、防藻、防生物、防垢问题，但将塑料管以盘管的形式集中沉浸在海边，其缺点为：(1)管与管之间过于紧密，换热效率低；(2)管环绕量大，管内流动阻力大；(3)影响海域；(4)只能为几千平方米的建筑物供热，应用规模小。

中国专利“CN1442658A”公开了“一种可利用海水源的热泵机组”、中国专利“CN101158523A”公开了“海水地能热泵系统及提取海水地能的方法”等都属于第一种或第二种方式。

中国专利“CN201081572Y”公开了“换热器及换热器总成”、中国专利“CN201014844Y”公开了“海水源热泵空调装置”等属于第三种方式。

还有一些专利文献和公开发表的学术论文，都涉及到了海水冷热源的应用问题，但都未有效或很好地解决防腐、防藻、防生物、防垢、控制水泵的输送能耗以及大规模推广应用等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种海水源热泵系统，它可以有效地解决防腐、防藻、防生物、防垢以及控制水泵的输送能耗等问题，同时向深海提取远距离海水冷热量，以实现海水源热泵系统的大规模推广应用。

本发明提出的海水源热泵系统，它由热泵机组、介质循环水泵、介质供水管线、介质回水管线和长直塑料管换热装置组成，介质供水管线与热泵机组和长直塑料管换热装置的分水管相连，介质回水管线与热泵机组和长直塑料管换热装置的集水管相连，介质循环水泵连接在介质回水管线上，所述长直塑料管换热装置由分水管、集水管、长直工程导热塑料管、加重物组成，长直工程导热塑料管沿深海方向远距离长直往返铺设，并沉于海底，其一端与分水管相连，另一端与集水管相连，加重物分散设置在塑料管上，长直工程导热塑料管的长度为50～600m。

运行工作原理为：介质为干净水或含防冻液的水溶液在介质循环水泵的作用下进入长直铺设于海底的换热塑料管束内，在管内往返流动过程中吸收远距离海水冷热量，再通过介质供、回水管线将冷热量传递给热泵机组，热泵机组再通过内部的蒸发器与冷凝器进行冷热量传递与转换，蒸发器吸收低位热量，冷凝器释放较高位热量。

本发明与“CN201081572Y”和“CN201014844Y”及其类似的技术的区别是：

(1)结构特征不同。本发明是将塑料管沿深海方向长直往返铺设并沉于海底，CN201081572Y是将单根塑料管集中起来呈螺旋状等方式铺设，而CN201014844Y则是将塑料管埋于海边沙底下，并呈蛇状铺设。CN201081572Y的分、集水管都在海水里，施工难度大、接口易出故障、维护难度大，本发明的分、集水管接口可均不在海水里，海水里可无接头。

(2)实现功能不同。尽管都是提取海水的冷热量，但本发明可沿深海方向提取远距离海水热能，而CN201081572Y和CN201014844Y相对只能提取近距离的海水热能；本发明需要的海域面积较小，工程可大规模实施，而CN201081572Y和CN201014844Y只能小规模实施；本发明的塑料管束都沉于海底，不影响海域，而CN201081572Y一旦实施，其所处海域受严重影响。

(3)实现效果不同。本发明管间距相对稀疏，管外换热系数大，不仅提高了传热效率，还由于呈长直状态，减小了管内流动阻力，可减小水泵能耗；本发明的塑料管束长直沉于海底，是分散布置，避免了CN201081572Y单根塑料管集中设置从而引起管外局部温降，本发明可提高管内介质的温度2度以上，有效地提高了热泵机组的运行效率。

本发明具有如下特点及其有益效果：

一、利用塑料管形成管束换热，避免了海水源的防腐、防藻、防生物、防垢等关键问题，还提高了系统的可靠性，并最大限度地降低了系统的初投资；

二、将塑料管束长直往返铺设，可向深海提取远距离海水冷热量，可实现沿深海方向大范围提取海水低位热能；

三、塑料管束长直往返铺设后，管间距相对稀疏，管外换热系数大，不仅提高了传热效率，还由于呈长直状态，减小了管内流动阻力，可减小水泵能耗；

四、塑料管束长直往返铺设沉于海底，海底海水温度相对于海水表面温度冬暖夏凉，提高了热泵系统的效率，另外，沉于海底后也尽可能不影响海域美观和船舶流通；

五、利用塑料管束长直往返铺设，由于可沿深海方向提取远距离海水冷热量，单位建筑物需要的海域面积较小，工程可大规模实施。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图

图2是具体实施方式二的结构示意图

图3是具体实施方式三的结构示意图

实施方式

具体实施方式一(参见图1)，本实施方式由热泵机组1、介质循环水泵2、介质供水管线3-1、介质回水管线3-2和长直塑料管换热装置4组成，介质供水管线3-1与热泵机组1和长直塑料管换热装置4的分水管4-1相连，介质回水管线3-2与热泵机组1和长直塑料管换热装置4的集水管4-2相连，介质循环水泵2连接在介质回水管线3-2上，所述长直塑料管换热装置4由分水管4-1、集水管4-2、长直工程导热塑料管4-3、加重物4-4组成，长直工程导热塑料管4-3沿深海方向远距离长直往返铺设，并沉于海底，其一端与分水管4-1相连，另一端与集水管4-2相连，加重物4-4分散设置在塑料管上，长直工程导热塑料管的长度为50～600m。

具体实施方式二(参见图2)，本实施方式的长直塑料管换热装置4中的数根长直工程导热塑料管4-3在水平方向并排往返铺设，形成管排单位管束4-5，管排单位管束4-5再与分水管4-1和集水管4-2连接，多个分水管4-1和集水管4-2将多个管排单位管束4-5并联起来，加重物4-4分散设置在管排单位管束4-5上，其它组成与连接关系同具体实施方式一。

具体实施方式三(参见图3)，本实施方式的长直塑料管换热装置4中的数根长直工程导热塑料管4-3捆扎在加重物4-4上，形成长龙单位管束4-6，长龙单位管束4-6再与分水管4-1和集水管4-2连接，多个分水管4-1和集水管4-2将多个长龙单位管束4-6并联起来，其它组成和连接关系同具体实施方式一。

具体实施方式四，本实施方式的长直工程导热塑料管的直径为16mm或20mm或25mm或32mm，其它组成和连接关系同具体实施方式一。

具体实施方式五，本实施方式的长直工程导热塑料管的长度为100～400m，其它组成和连接关系同具体实施方式一。

具体实施方式六，本实施方式的长直工程导热塑料管的长度为200～300m，其它组成和连接关系同具体实施方式五。

具体实施方式七，本实施方式与具体实施方式三不同的是长龙单位管束4-6由1根管或2根管或3根管组成，其它组成和连接关系同具体实施方式三。

具体实施方式八，本实施方式的加重物4-4呈柱状，其它组成和连接关系同具体实施方式一。

Claims

1.一种海水源热泵系统，它由热泵机组1、介质循环水泵2、介质供水管线3-1、介质回水管线3-2和长直塑料管换热装置4组成，介质供水管线3-1与热泵机组1和长直塑料管换热装置4的分水管4-1相连，介质回水管线3-2与热泵机组1和长直塑料管换热装胃4的集水管4-2相连，介质循环水泵2连接在介质回水管线3-2上，其特征在于所述长直塑料管换热装置4由分水管4-1、集水管4-2、长直工程导热塑料管4-3、柱状加重物4-4组成，长直工程导热塑料管4-3沿深海方向远距离长直铺设，并沉于海底，其一端与分水管4-1相连，另一端与集水管4-2相连，柱状加重物4-4分散设置在塑料管束上。

2.根据权利要求1所述的海水源热泵系统，其特征在于长直塑料管换热装置4中的数根长直工程导热塑料管4-3在水平方向并排往返铺设，形成管排单位管束4-5，管排单位管束4-5再与分水管4-1和集水管4-2连接，多个分水管4-1和集水管4-2将多个管排单位管束4-5并联起来，加重物4-4分散设置在管排单位管束4-5上。

3.根据权利要求1所述的所述的海水源热泵系统，其特征在于长直塑料管换热装置4中的数根长直工程导热塑料管4-3捆扎在加重物4-4上，形成长龙单位管束4-6，长龙单位管束4-6再与分水管4-1和集水管4-2连接，多个分水管4-1和集水管4-2将多个长龙单位管束4-6并联起来。

4.根掘权利要求1所述的海水源热泵系统，其特征在于长直工程导热塑料管的直径为16mm或20mm或25mm或32mm。

5.根据权利要求1所述的海水源热泵系统，其特征在于长直工程导热塑料管的长度为100～400m。

6.根掘权利要求5所述的海水源热泵系统，其特征在于长直工程导热塑料管的长度为200～300m。

7.根据权利要求3所述的海水源热泵系统，其特征在于长龙单位管束4-6由1根管或2根管或3根管组成。

8.根据权利要求1所述的海水源热泵系统，其特征在于加重物4-4呈柱状。