CN102564183B - 一种地源热交换器 - Google Patents

Abstract

一种适用于地源空调带过冷装置的竖式地下热交换系统，主要包括导热部分和过冷部分，导热部分由导液管、三通阀、进液管、液泵、出液管、导气管、淋液环管、地下导热管和一些导热附件构成。导热部分中地下导热管下端深入地下恒温层中，导气管和地下导热管上部连接，出液管在导气管旁侧插入地下导热管直达其底部，出液管的上端连接液泵，进液管从密封的导热管上端边缘插入和淋液环管连接，进液管和出液管在地面上部通过三通阀汇合联通导液管；过冷部分由过冷压缩机、过冷管道、过冷盘管和节流毛细管构成；这样就组成了一种通过冷凝介质采集地源能量的竖式地下热交换系统。

Description

一种地源热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换系统，具体是涉及一种适用于从一定深度地下吸收能源的换热系统，特别是一种地源热交换器。

背景技术

随着科学技术的发展及人民生活水平的不断提高，人们对环境舒适程度的要求越来越高，供暖、供冷所需的能量消耗在总的能量消耗中所占的比重越来越大。由于燃料使用量的增加，加重了全球范围内的环境污染。现在合理的利用太用能、地源能、深水能等可再生能源成了必然的选择。

当前对于在换热领域中的地源能对于浅层地源的利用主要分为土壤源空调和地下水源空调两种方式。土壤源空调的地下系统需要在地上钻孔，在孔内设置U型闭式换热器(或者是粗管内镶套细管)，从周围土壤中吸收能量，由于管路与土壤传热效果不好，需要钻的孔很多，初投资很高，效率也较低；地下水源热泵空调的地下系统虽然效率高，但是它需要抽取地下水，对地下水的水文地质将会造成难以恢复的影响，并且只能应用在地下水充足又能够顺利回灌的地区。这两种地热能的利用都有一定的局限性。在现在适用的地源取能系统中，所选用的换热介质大部分是流动性液体，比如：自来水、盐水、溶入部分化学物的纯水等，由于地源能通常是利用地底下恒温层的能量，而恒温层通常位于地下7~15米，这就要求输送液体换热介质时系统提供更高的能耗。

地源换热用中间介质使用较易蒸发的冷媒就可以解决使用液体换热介质时存在的高能耗问题，但是这种介质为什么目前使用的少之又少？主要原因是在于易蒸发冷媒的蒸发与密闭管内的压强有密切的关系，而深层输送也就成了关键的问题，传统深源热泵使用液体中间换热介质时，输送泵可以放在地面上把液体向地面换热器部分抽送，不用考虑管内因抽送而降低的压强问题，而易蒸发冷媒就出现了抽送时因压强降低而出现的变相问题，当把动力泵送入地底时又出现了动力泵电力输送和日常维护的问题，这些问题就决定了深源热泵必须使用耗能高的液体中间介质，比如已有专利文献一种带过冷装置的地源热交换器（申请号：201120387909.9）和一种地源热管热泵空调（申请号：201110309088.1）等并没有过多的考虑易蒸发冷凝剂抽送时因压力变化而导致的暴沸问题，再比如已有专利一种地源热交换器（申请号：201120386646.X）就是为了解决暴沸问题考虑把动力部件放置在井底，但是这样维修时相当麻烦。

发明内容

该发明就是解决了以上现有地源热泵所存在的问题，一种地源热交换器，其和现有地源热泵相比主要增加了高压液泵、射流泵工作液输送管、射流泵、蒸发喷淋管这几个组件。

所述高压液泵通过射流泵工作液输送管提供高压液流给射流泵，热交换管底部的液体冷凝剂再通过射流泵中高压液流的带动从制冷液回液管流向地面中的储液罐中，这样不仅解决了因动力泵向上抽送时产生的压降问题，而且实现了动力泵不必放在深井底部。

为了解决现有地源换热器液态冷凝剂吸热效率不高的问题，该发明又增加了蒸发喷淋管，在蒸发喷淋管上加入很多蒸发喷淋嘴，使进入地源热交换管中准备吸收热量的液态冷凝剂，进行均匀喷洒下落，这样增加其吸热效率，提高整个系统的热使用率。为了提高地源热交换器吸热散热效率，该装置还可以适当的在管内管外加入一些辅助吸收（散出）能量的金属片或者槽沟。

附图说明：

图1是一种地源热交换器简单结构示意图；

（1）地面液路接口；（2）储液罐；（3）电磁阀一；（4）电磁阀二；（5）电磁阀三；（6）高压液泵；（7）地面气路接口；（8）输气管；（9）射流泵工作液输送管；（10）制冷液回液管；（11）蒸发喷淋管；（12）蒸发喷淋嘴；（13）射流泵；（14）热交换管。

一种地源热交换器，其主要由储液罐（2）、高压液泵（6）、射流泵（13）、热交换管（14）、多个管道和多个电磁阀组成；制冷剂通过热交换管（14）和地下恒温层进行能量交换，通过所述高压液泵（6）和射流泵（13）组成的系统提供热交换管（14）内液态制冷剂向上移动的动力，使地下恒温层的能量带向地面，通过中间介质冷凝剂达到地面控温的目的；所述射流泵工作液输送管（9）、制冷液回液管（10）和蒸发喷淋管（11）在热交换管（14）外同时接入储液罐（2）后分别接入一个控制阀门，射流泵工作液输送管（9）加入一个高压液泵（6）后导入热交换管（14）内，其它两个管道不接任何器件直接导入热交换管（14）内，在热交换管（14）内射流泵工作液输送管（9）终端加入射流泵（13）为制冷液回液管（10）提供动力；所述输气管（8）一端连接地面换热器件气路部分，一端接入热交换管（14）内，这样就组成了一种地源热交换器。

根据用户的需求，该设备可以提供吸热和散热两种工作状态。

当进行吸热时，高压液泵（6）、电磁阀一（3）和电磁阀二（4）关闭，电磁阀三（5）打开。地面换热装置把低温液态制冷剂输入储液罐（2）后，通过蒸发喷淋管（11）上的蒸发喷淋嘴（12）喷淋，通过热交换管（14）吸收地下恒温层中的热量，吸收热量后的液态制冷剂变成气态，气态制冷剂通过输气管（8）进入地面上换热装置中，这样该设备就通过制冷剂把地源中的热能带向地面。

当进行散热时，高压液泵（6）、电磁阀一（3）和电磁阀二（4）打开，电磁阀三（5）关闭。高温气态制冷剂从地面上的换热装置中通过输气管（8）的地面气路接口（7）进入热交换管（14）中进行散热，散热后由气态变成液态落入热交换管（14）底部，高压液泵（6）从储液罐（2）中抽取少量液态制冷剂加速后通过射流泵工作液输送管（9）进入射流泵（13）中，高速液态制冷剂再从射流泵（13）进入制冷液回液管（10）带动热交换管（14）底部中的液态制冷剂上升到储液罐中，这样就用少量的液态制冷剂带动大量的液态制冷剂进行循环，且不会出现因抽送而产生的暴沸现象，而进入储液罐中的液态制冷剂通过地面液路接口（1）进入到地面换热部分，从而就实现了通过中间介质制冷剂把地面热量带入地下进行散热的目的。

该装置可以用于任何深井换热，提高现有地源换热器的工作效率，解决现有换热器所存在的因抽送而产生的一系列问题，且结构简单方便，节能环保。

Claims (3)

1.一种地源热交换器，其特征在于：主要由储液罐（2）、电磁阀一（3）、电磁阀二（4）、电磁阀三（5）、高压液泵（6）、输气管（8）、射流泵工作液输送管（9）、制冷液回液管（10）、蒸发喷淋管（11）、射流泵（13）、热交换管（14）组成；所述热交换管（14）的外部管壁上设置辅助吸收或者散出能量的金属片，来增加热交换管（14）和外界的接触面积；所述热交换管（14）的管内设置辅助吸收或者散出能量的金属片或者槽沟；所述射流泵（13）动力端接在射流泵工作液输送管（9）末端，输送端接在制冷液回液管（10）尾端，通过射流泵工作液输送管（9）为制冷液回液管（10）提供动力；射流泵工作液输送管（9）、制冷液回液管（10）和蒸发喷淋管（11）在热交换管（14）外同时接入储液罐（2）后分别接入一个控制阀门，射流泵工作液输送管（9）加入一个高压液泵（6）后导入热交换管（14）内，制冷液回液管（10）和蒸发喷淋管（11）不接任何器件直接导入热交换管（14）内，在热交换管（14）内射流泵工作液输送管（9）终端加入射流泵（13）为制冷液回液管（10）提供动力；输气管（8）一端连接地面换热器件气路部分，一端接入热交换管（14）内，系统中循环的制冷剂选用易蒸发冷媒，这样就组成了一种地源热交换器；制冷剂通过热交换管（14）和地下恒温层进行能量交换，通过所述高压液泵（6）和射流泵（13）组成的系统提供热交换管（14）内液态制冷剂向上移动的动力，使地下恒温层的能量带向地面，通过中间介质制冷剂达到地面控温的目的。

2.根据权利要求1所述的一种地源热交换器，其特征还在于：还包括该地源热交换器的使用方法：

当进行吸热时，高压液泵（6）、电磁阀一（3）和电磁阀二（4）关闭，电磁阀三（5）打开，地面换热装置把低温液态冷凝剂输入储液罐（2）后，通过蒸发喷淋管（11）上的多个蒸发喷淋嘴（12）喷淋，通过热交换管（14）吸收地下恒温层中的热量，吸收热量后的液态制冷剂变成气态，气态制冷剂通过输气管（8）进入地面上换热装置中，这样该设备就通过制冷剂把地源中的热能带向地面；

当进行散热时，高压液泵（6）、电磁阀一（3）和电磁阀二（4）打开，电磁阀三（5）关闭；高温气态制冷剂从地面上的换热装置中通过输气管（8）的地面气路接口（7）进入热交换管（14）中进行散热，散热后由气态变成液态落入热交换管（14）底部，高压液泵（6）从储液罐（2）中抽取少量液态制冷剂加速后通过射流泵工作液输送管（9）进入射流泵（13）中，高速液态制冷剂再从射流泵（13）进入制冷液回液管（10）中，同时带动热交换管（14）底部中的液态制冷剂上升到储液罐中，这样就用少量的液态制冷剂带动大量的液态制冷剂进行循环，且不会出现因抽送而产生的暴沸现象，而进入储液罐中的液态制冷剂通过地面液路接口（1）进入到地面换热部分，从而就实现了通过中间介质制冷剂把地面热量带入地下进行散热的目的。

3.根据权利要求1所述的一种地源热交换器，其特征还在于：所述储液罐（2）连接在地面热交换液路部分，输气管（8）一端连接地面热交换气路部分，使该系统和地面部分组成回路，循环利用系统内冷媒。