CN101984309A - 一种地下水源冷热交换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水源冷热交换系统，包括地源热交换井(1)、热泵(2)，所述的地下水源冷热交换系统设冷热交换管(3)，所述的冷热交换管(3)内的水流与所述的地源热交换井(1)内的地下水源隔绝，即所述的冷热交换管(3)由单独的供水系统(4)提供水源；所述的冷热交换管(3)为耐腐蚀导热材料制成。采用上述技术方案，提高了系统的热交换效率，既提高了地下水能源的利用率，获得水质优良的换热介质，并能直接使用，降低工程投资和使用的成本，避免了地下水中的砂石泥土和有毒有害物质对环境、人员和设备的影响。

Description

一种地下水源冷热交换系统

技术领域

本发明属于可再生能源利用的技术领域，涉及地热热泵技术，更具体地说，本发明涉及一种地下水源冷热交换系统。

背景技术

地源热泵利用储存于地表浅层的可再生能源，为建筑空调提供冷源和热源。地球表面下的浅层水源的温度一年四季相对稳定，一般为10～25℃，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，水源热泵同时解决了空调系统的冷热源，保证了系统的高效性和经济性。

现有的地下水源热交换系统在使用地下水时，必须采用抽水、回灌的方式，即在抽出地下水的过程中，同时往地下进行回灌，一般采用“一抽两灌”的方式。

但是，传统水源热泵系统的水源水直接进入水源热泵主机，冷水系统或冷却水系统采用开式膨胀水箱，这样使得与水源热泵主机相连的冷水和冷却水系统中的水很容易在水源热泵主机的蒸发器和冷凝器水侧结垢，进而影响水源热泵主机性能。为了减少水垢的产生，保证换热性能，只有增大水的流速。因而造成传统的水源热泵普遍存在水源水取水回灌流量大，利用温差小的问题，一般为5～10℃，尤其在部分负荷时水源利用温差逐渐减小为1～3℃，取水回灌泵的耗能高，采用井水时取水量大还会带来相关地质水文的影响，这些限制了水源热泵的进一步发展。

地下水的水质存在很大的不确定性，地下水中含有大量的砂石泥土，有的还含有有毒、有害物质，如重金属元素及其它化学物质，在抽出进行热交换的过程中，可能对环境、对使用人员、对设备造成严重影响。因此，在上述地下水源热交换系统工作过程中，需要对地下水进行过滤，去除砂石泥土等杂质，以及进行无害化处理。这对热交换效率影响很大，且需要专门的设备，消耗能源。

综上所述，现有的地下水源热交换系统对地下水的自然形态影响较大，甚至造成破坏，且整个工程投资大，存在一定的风险。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种地下水源冷热交换系统，其目的是不直接将地下水抽出，而是通过清洁的介质进行换热。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明所提供的地下水源冷热交换系统，包括地源热交换井、热泵，所述的地下水源冷热交换系统设冷热交换管，所述的冷热交换管内的液体介质或水流与所述的地源热交换井内的地下水源隔绝，即所述的冷热交换管由单独的供水系统提供液体介质或水源；所述的冷热交换管为耐腐蚀导热材料制成。

所述的冷热交换管在所述的地源热交换井内采用上、下往复的结构，其转折处采用“U”形管连接结构。

所述的上、下往复的结构的分布方式是：在所述的地源热交换井的横截面上，向下进水的中心管分布在所述的地源热交换井的中央，各个上、下往复的管路环绕在所述的中心管的周围。

在所述的地源热交换井的横截面上，所述的各个上、下往复的管路在以所述的中心管路的轴线为圆心的圆周上分布。

所述的地源热交换井的数量为二个或二个以上，各个地源热交换井的冷热交换管之间，采用串联或并联连接结构。

所述的各个地源热交换井的冷热交换管之间的串联或并联连接结构，设在高于地源热交换井的地下水源的水面以上位置，所述的冷热交换管之间的串联或并联连接结构采用保温管结构。

所述的冷热交换管为密闭的循环管路，所述的供水系统通过低压自动补水控制装置向冷热交换管补充水源，所述的低压自动补水控制装置设加压泵和单向阀。

所述的冷热交换管与用水装置连通，所述的供水系统为居民生活自来水系统。

所述的冷热交换管在井下接近于与所述的“U”形管的连接处，设冷热交换管井下扶正支架，所述的冷热交换管井下扶正支架设扶正器；

所述的冷热交换管在井上接近于与所述的“U”形管的连接处，设冷热交换管井上扶正盖，所述的冷热交换管井上扶正盖设扶正器；

所述的扶正器为垂直于冷热交换管的板状结构，所述的扶正器的外缘与所述的地源热交换井的井筒内壁接触，所述的冷热交换管从所述的扶正器中穿过并与其紧固连接。

所述的冷热交换管的连接处设扶正联轴节，所述的扶正联轴节设扶正器和连接管，所述的扶正联轴节通过连接管将所述的冷热交换管同轴地连接，所述的扶正器为垂直于冷热交换管的板状结构，所述的扶正器的外缘与所述的地源热交换井的井筒内壁接触，所述的连接管从所述的扶正器中穿过并与其紧固连接。

本发明采用上述技术方案，提高了系统的热交换效率，即提高了地下水能源的利用率，获得水质优良的换热介质，并能直接使用，降低工程投资和使用的成本，避免了地下水中的砂石泥土和有毒有害物质对环境、人员和设备的影响。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为多个地源热交换井的冷热交换管的串联连接结构示意图；

图3为冷热交换管在地源热交换井内上、下往复的分布结构示意图；

图4为低压自动补水控制装置的结构示意图；

图5为系统中设置用水装置的结构示意图；

图6为冷热交换管井下扶正支架示意图；

图7为图6所示结构的俯视示意图；

图8为冷热交换管中间扶正及联轴节结构示意图；

图9为图8所示结构的俯视示意图；

图10为冷热交换管的井上扶正支架示意图；

图11为图10所示结构的俯视示意图。

图中标记为：

1、地源热交换井，2、热泵，3、冷热交换管，4、供水系统，5、低压自动补水控制装置，6、加压泵，7、单向阀，8、居民生活自来水系统，9、中心管，10、用水装置，11、空调装置，12、“U”形管，13、扶正器，14、扶正联轴节，15、连接管。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1至图5所表达的本发明的结构，本发明为一种地下水源冷热交换系统，包括地源热交换井1、热泵2，所述的地下水源冷热交换系统设冷热交换管3。

为了实现本发明的不直接将地下水抽出，而是通过清洁的介质进行换热的发明目的，克服现有技术的缺陷，本发明采用了以下技术措施：

如图1所示，本发明所提供的地下水源冷热交换系统，其中所述的冷热交换管3内的水流与所述的地源热交换井1内的地下水源隔绝，即所述的冷热交换管3由单独的供水系统4提供液体介质或水源。

为了避免地下水源的腐蚀物质对冷热交换管3的腐蚀，所述的冷热交换管3为耐腐蚀导热材料制成。

由于冷热交换管3内的水流与所述的地源热交换井1内的地下水源隔绝，且能独立地进行循环，解决了现有技术中的地下水中砂石泥土、有毒、有害物质，如重金属元素及其它化学物质，对地下水源冷热交换系统、对环境以及对使用者的严重影响，且提高了系统的热交换效率，即提高了地下水能源的利用率；同时，降低工程投资和使用的成本。

为了提高换热的效果，如图1、图2和图5所示，本发明所述的冷热交换管3在所述的地源热交换井1内采用上、下往复的结构，其转折处采用“U”形管结构。

采用上、下往复的结构，大大延长了冷热交换管3在地源热交换井1的长度，也就是增加了冷热交换管3内的换热液体介质，如水流在地源热交换井1内的流经长度，换热效果更好，换热介质水流温度更进一步地接近地下水的温度；同时，转折处采用“U”形管结构，减少了水流的阻力。

为了合理地安排冷热交换管3在地源热交换井1的分布，所述的上、下往复的结构的分布方式如图3所示，在所述的地源热交换井1的横截面上，向下进水的中心管9分布在所述的地源热交换井1的中央，各个上、下往复的管路环绕在所述的中心管9的周围，并在以所述的中心管9路的轴线为圆心的圆周上分布。

中心管9的长度大于各个上、下往复的管路。

这样，中心管9与地下水的温差最大，而经过多次上、下往复后，在中心管9的周围，冷热交换管3内的冷热交换介质水流的温度越来越接近地下水的温度，最后流出，其换热的效率高。

如图2所示，本心知肚明所述的地源热交换井1的数量为二个或二个以上，各地源热交换井1的冷热交换管3之间采用串联或并联连接结构。

由于在一个地源热交换井1换热的效果还达不到要求，这时，可采用二个或二个以上的地源热交换井1，以增加换热的效果。

各个地源热交换井1之间的冷热交换管3的连接结构为：

如图2所示，所述的冷热交换管3之间的串联或并联连接结构，设在高于地源热交换井1的地下水源的水面以上位置，即需要跨过井口；所述的冷热交换管3之间的串联或并联连接结构为塑料保温管。采用保温管，且也呈“U”状，同样是为减少介质流动的阻力，降低泵的能量消耗。

因为跨过井口的保温管从井内一直到地表上，为防止其能量损失，即防止其温度向环境温度变化，“U”形连接管采用保温管的结构。

下面是本发明应用的两个示例：

实施例一，介质密闭循环：

如图1和图4所示，本发明所述的冷热交换管3为密闭的循环管路，所述的供水系统4通过低压自动补水控制装置5向冷热交换管3补充水源，所述的低压自动补水控制装置5设加压泵6和单向阀7。

从理论上来说，如果是完全密闭的循环管路，应该不需要进行介质水流的补充，但是考虑到不可避免的存在泄漏，所以应该进行介质水流的补充。其补充的方式是：利用低压自动补水控制装置5向循环管路系统内进行补水，当管内的水压有所降低时，所述的加压泵6开始工作，进行补水；压力上升后停止补水。

其加压泵6的启停控制，是由循环管路上的压力开关来实现的。单向阀7防止水流的倒流。

实施例二：

如图5所示，本发明所述的冷热交换管3与用水装置10连通，所述的供水系统4为居民生活自来水系统8。

在一般情况下，冷热交换管3的介质水流如上述实施例所述的完全密闭，如只供应、空调装置11的制热或制冷；但是也可能出现需要直接使用水质很清洁的介质水流，这时，就在管路引出水流，送到用水装置10，供用户直接使用，同时，通过居民生活自来水系统8向本发明所述的地下水源冷热交换系统中的冷热交换管3补充民用自来水。

由于冷热交换管3与所述的地源热交换井1的井壁相隔一定的距离，且平行的管路之间也相隔一定的距离，冷热交换管3需要在其横向进行支承，防止在下降过程中或在运行过程中发生偏移，所以本发明采取了以下措施：

如图6和图7所示，本发明所述的冷热交换管3在井下接近于与所述的“U”形管12的连接处，设冷热交换管井下扶正支架，所述的冷热交换管井下扶正支架设扶正器13；

如图10和图11所示，本发明所述的冷热交换管3在井上接近于与所述的“U”形管12的连接处，设冷热交换管井上扶正盖，所述的冷热交换管井上扶正盖设扶正器13；

所述的扶正器13为垂直于冷热交换管3的板状结构，所述的扶正器13的外缘与所述的地源热交换井1的井筒内壁接触，所述的冷热交换管3从所述的扶正器13中穿过并与其紧固连接。

如图6和图10所示，扶正器13可以是互相平行的、相隔一定距离的多块板组成。其形状可以是如图7和图11所示的多块小板拼接、铆接而成的结构。

由于冷热交换管3的长度很长，需要在地源热交换井1内对冷热交换管3进行连接，以延长其长度，所以，与以上技术方案相同的目的，在连接处也需要进行支承，因此，本发明采取了相同的措施：

如图8和图9所示，本发明所述的冷热交换管3的连接处设扶正联轴节14，所述的扶正联轴节14设扶正器13和连接管15，所述的扶正联轴节14通过连接管15将所述的冷热交换管3同轴地连接，所述的扶正器13为垂直于冷热交换管3的板状结构，所述的扶正器13的外缘与所述的地源热交换井1的井筒内壁接触，所述的连接管15从所述的扶正器13中穿过并与其紧固连接。

如图8所示，扶正器13可以是互相平行的、相隔一定距离的多块板组成。其形状可以是如图9所示的多块小板拼接、铆接而成的结构。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下水源冷热交换系统，包括地源热交换井(1)、热泵(2)，其特征在于：所述的地下水源冷热交换系统设冷热交换管(3)，所述的冷热交换管(3)内的液体介质或水流与所述的地源热交换井(1)内的地下水源隔绝，即所述的冷热交换管(3)由单独的供水系统(4)提供液体介质或水源；所述的冷热交换管(3)为耐腐蚀导热材料制成。

2.按照权利要求1所述的地下水源冷热交换系统，其特征在于：所述的冷热交换管(3)在所述的地源热交换井(1)内采用上、下往复的结构，其转折处采用“U”形管(12)连接结构。

3.按照权利要求1或2所述的地下水源冷热交换系统，其特征在于：所述的上、下往复的结构的分布方式是：在所述的地源热交换井(1)的横截面上，向下进水的中心管(9)分布在所述的地源热交换井(1)的中央，各个上、下往复的管路环绕在所述的中心管(9)的周围。

4.按照权利要求3所述的地下水源冷热交换系统，其特征在于：在所述的地源热交换井(1)的横截面上，所述的各个上、下往复的管路在以所述的中心管(9)路的轴线为圆心的圆周上分布。

5.按照权利要求1或2或4所述的地下水源冷热交换系统，其特征在于：所述的地源热交换井(1)的数量为二个或二个以上，各个地源热交换井(1)的冷热交换管(3)之间，采用串联或并联连接结构。

6.按照权利要求5所述的地下水源冷热交换系统，其特征在于：所述的各个地源热交换井(1)的冷热交换管(3)之间的串联或并联连接结构，设在高于地源热交换井(1)的地下水源的水面以上位置，所述的冷热交换管(3)之间的串联或并联连接结构采用保温管结构。

7.按照权利要求6所述的地下水源冷热交换系统，其特征在于：所述的冷热交换管(3)为密闭的循环管路，所述的供水系统(4)通过低压自动补水控制装置(5)向冷热交换管(3)补充水源，所述的低压自动补水控制装置(5)设加压泵(6)和单向阀(7)。

8.按照权利要求6所述的地下水源冷热交换系统，其特征在于：所述的冷热交换管(3)与用水装置(10)连通，所述的供水系统(4)为居民生活自来水系统(8)。

9.按照权利要求2所述的地下水源冷热交换系统，其特征在于：

所述的冷热交换管(3)在井下接近于与所述的“U”形管(12)的连接处，设冷热交换管井下扶正支架，所述的冷热交换管井下扶正支架设扶正器(13)；

所述的冷热交换管(3)在井上接近于与所述的“U”形管(12)的连接处，设冷热交换管井上扶正盖，所述的冷热交换管井上扶正盖设扶正器(13)；

所述的扶正器(13)为垂直于冷热交换管(3)的板状结构，所述的扶正器(13)的外缘与所述的地源热交换井(1)的井筒内壁接触，所述的冷热交换管(3)从所述的扶正器(13)中穿过并与其紧固连接。

10.按照权利要求2所述的地下水源冷热交换系统，其特征在于：所述的冷热交换管(3)的连接处设扶正联轴节(14)，所述的扶正联轴节(14)设扶正器(13)和连接管(15)，所述的扶正联轴节(14)通过连接管(15)将所述的冷热交换管(3)同轴地连接，所述的扶正器(13)为垂直于冷热交换管(3)的板状结构，所述的扶正器(13)的外缘与所述的地源热交换井(1)的井筒内壁接触，所述的连接管(15)从所述的扶正器(13)中穿过并与其紧固连接。

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