CN104501332B - 一种地下热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下热交换器，包括室内换热器和室外换热器以及水平铺设的浅层地埋管和竖直铺设的深层地埋管，所述室内换热器和室外换热器通过冷媒盘管相连，所述室外换热器内设置有换热水槽，所述冷媒盘管设置在换热水槽内，所述室外换热器一端连接有系统分集水装置、吸收式制冷系统、太阳能换热系统和室内制冷制热系统，所述换热水槽的出水端连接至浅层地埋管，所述浅层地埋管通过换向阀分别连接至深层地埋管和旁路管，所述深层地埋管和旁路管连接至换热水槽的回水端。本发明有效减小了土壤中热量累积的问题，能耗低，提高了除霜效率和热交换效率，运行稳定可靠。

Description

一种地下热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，具体涉及一种地下热交换器。

背景技术

地下热交换器技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被人们所用的高品位热能的装置。地源热泵是从土壤中获取热能的热泵，与其它形式的热泵相比，地源热泵的结构大部分处于地下，占用地上空间小，稳定性高。但是，由于土壤中热量的变化幅度小，如果长期处于放热和吸热的不平衡状态，会破坏土壤的热平衡，导致地源热泵效率的大幅度下降。我国大部分地区的制冷需求大于制热需求，这就导致土壤的温度逐步积累升高。为了解决这个问题，现有技术是使用冷却塔在夏季将土壤中多余的热量进行散发的方法，虽然效果明显，但是能耗较大，无形中降低了地源热泵的能效比。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种地下热交换器。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种地下热交换器，包括室内换热器和室外换热器以及水平铺设的浅层地埋管和竖直铺设的深层地埋管，所述室内换热器和室外换热器通过冷媒盘管相连，所述室外换热器内设置有换热水槽，所述冷媒盘管设置在换热水槽内，所述室外换热器一端连接有系统分集水装置、吸收式制冷系统、太阳能换热系统和室内制冷制热系统，所述换热水槽的出水端连接至浅层地埋管，所述浅层地埋管通过换向阀分别连接至深层地埋管和旁路管，所述深层地埋管和旁路管连接至换热水槽的回水端，所述深层地埋管内部设置有套管，所述套管上分别连接有冷却水循环管路和冷却空气循环管路，所述冷却空气循环管包括冷凝器和蒸发器，蒸发器上设置有翅片机构，所述翅片机构包括铰接在蒸发器上的若干个翅片，翅片水平铰接在蒸发器上，各个翅片之间相互平行，翅片的长度由上至下逐渐减小，蒸发器上设置有电机，电机通过连杆与各个翅片相连，处于顶部的翅片的上表面和处于底部的翅片的下表面分别设置有一个风压传感器，每个翅片的上下表面均设置有若干个竖直方向的冷凝水导流槽，每个翅片与蒸发器铰接的上下接缝处各设置有一排喷气嘴，喷气嘴连接有风机，每个翅片上表面的两端各设置有一个扰流板，扰流板一端铰接在翅片上，扰流板的另一端通过电动伸缩杆连接在翅片上，所述翅片机构还包括一个控制器，控制器的输入端连接有风压传感器，控制器的输出端分别连接至电机、风机和电动伸缩杆，所述冷凝器和蒸发器之间还设置有压力平衡毛细管，所述压力平衡毛细管成螺旋状，所述吸收式制冷系统包括太阳能集热器、溶液热交换器、混合器、第二冷凝器、双室涡旋发生器，所述双室涡旋发生器包括冷剂低压室、高压室、冷剂蒸汽出口、稀溶液进口、自由液面和浓溶液出口，所述高压室位于所述冷剂低压室上端，所述高压室两侧设有冷剂蒸汽出口，所述冷剂低压室一侧设有稀溶液进口，所述冷剂低压室下端设有浓溶液出口，所述自由液面位于所述冷剂低压室与所述浓溶液出口之间。

其中，所述翅片与蒸发器的铰接处设置有导热环。

其中，所述套管底部的内径小于套管两端的内径。

其中，所述套管底部交错设置有紊流块，浅层地埋管的铺设深度为3-5米，深层地埋管的最底部深度为60-80米。

其中，所述换热水槽上设置有自动补水装置。

其中，所述自动补水装置包括水箱，水箱与所述换热水槽之间的连接管，连接管上设有的电磁阀以及设置于换热水槽内的液位计，所述液位计上设有无线信号发射器，所述电磁阀上设有信号接收器，所述液位计与所述电磁阀通过无线信号连接。

本发明具有以下有益效果：有效减小了土壤中热量累积的问题，能耗低，提高了除霜效率和热交换效率，运行稳定可靠。

附图说明

图1为本发明实施例一种地下热交换器的结构示意图。

图2为图1中冷却空气循环管路的结构示意图。

图3为图1中吸收式制冷系统的结构示意图。

图4为图3中双室涡旋发生器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种地下热交换器，其特征在于，包括室内换热器1和室外换热器2以及水平铺设的浅层地埋管4和竖直铺设的深层地埋管5，所述室内换热器1和室外换热器2通过冷媒盘管3相连，所述室外换热器2内设置有换热水槽6，所述冷媒盘管3设置在换热水槽6内，所述室外换热器2一端连接有系统分集水装置14、吸收式制冷系统15、太阳能换热系统16和室内制冷制热系统17，所述换热水槽6的出水端连接至浅层地埋管4，所述浅层地埋管4通过换向阀7分别连接至深层地埋管5和旁路管8，所述深层地埋管5和旁路管8连接至换热水槽6的回水端，所述深层地埋管5内部设置有套管9，所述套管9上分别连接有冷却水循环管路10和冷却空气循环管路11；

如图2所示，所述冷却空气循环管路11包括包括冷凝器28和蒸发器19，蒸发器19上设置有翅片机构，所述翅片机构包括铰接在蒸发器19上的若干个翅片18，翅片18水平铰接在蒸发器19上，各个翅片18之间相互平行，翅片18的长度由上至下逐渐减小，蒸发器19上设置有电机20，电机20通过连杆21与各个翅片18相连，处于顶部的翅片18的上表面和处于底部的翅片18的下表面分别设置有一个风压传感器22，每个翅片18的上下表面均设置有若干个竖直方向的冷凝水导流槽23，每个翅片18与蒸发器19铰接的上下接缝处各设置有一排喷气嘴24，喷气嘴24连接有风机25，每个翅片18上表面的两端各设置有一个扰流板26，扰流板26一端铰接在翅片18上，扰流板26的另一端通过电动伸缩杆29连接在翅片18上，所述翅片机构还包括一个控制器27，控制器27的输入端连接有风压传感器22，控制器27的输出端分别连接至电机20、风机25和电动伸缩杆29，所述冷凝器28和蒸发器19之间还设置有压力平衡毛细管30，所述压力平衡毛细管30成螺旋状；

如图3-4所示，所述吸收式制冷系统15包括太阳能集热器39、溶液热交换器40、混合器41、第二冷凝器31、双室涡旋发生器32，所述双室涡旋发生器32包括冷剂低压室33、高压室34、冷剂蒸汽出口35、稀溶液进口37、自由液面36和浓溶液出口38，所述高压室34位于所述冷剂低压室33上端，所述高压室34两侧设有冷剂蒸汽出口35，所述冷剂低压室33一侧设有稀溶液进口37，所述冷剂低压室33下端设有浓溶液出口38，所述自由液面36位于所述冷剂低压室33与所述浓溶液出口38之间。

所述翅片18与蒸发器19的铰接处设置有导热环。

所述套管9底部的内径小于套管两端的内径。

所述套管9底部交错设置有紊流块13，浅层地埋管4的铺设深度为3-5米，深层地埋管5的最底部深度为60-80米。

所述换热水槽6上设置有自动补水装置12。

所述自动补水装置12包括水箱，水箱与所述换热水槽6之间的连接管，连接管上设有的电磁阀以及设置于换热水槽6内的液位计，所述液位计上设有无线信号发射器，所述电磁阀上设有信号接收器，所述液位计与所述电磁阀通过无线信号连接。

本具体实施通过浅层地埋管4和深层地埋管5的联合工作，可以实现最高性价比地增加功率。当深层地埋管5暂时不工作的时间里，通过冷却空气循环管路11向套管9内充入冷却空气，对深层土壤中积累的热量进行平衡；翅片的倾斜角度在电机的带动下可以变化，控制器通过接受风压传感器的数据，调整翅片的倾斜角度，使翅片一直处于最适于气流流动的角度。扰流板根据翅片倾斜角度的变化进行升降，使相邻翅片之间形成多个局部气流循环环境，提高翅片的换热效率。喷气嘴在翅片除霜时向外喷气，将液态水从翅片表面去除，避免除霜结束后液态水重新霜冻，提高除霜效果。翅片的长度由上至下逐渐减小，可以避免上层翅片除霜产生的液态水落入下层的翅片上。冷凝水导流槽有利于喷气嘴喷出的气流将冷凝水快速吹除。压力平衡毛细管冷热温度互补作用，通过温度补偿的作用原理，克服了现有热泵系统，在夏天高温较环境下，因内部回气温度过高、效率过高而造成压缩机损坏的情况，同时在在冬天时，因回气温度过低造成蒸发器容易结霜的问题；翅片通过导热铜环与蒸发器相连，改变了现有的翅片与蒸发器之间部分焊接的形式连接，提高了传热效率。本具体实施同时设计了冷却水循环管路10，在需要高效率散热的情况下，开启冷却水循环管路10。冷媒盘管3设置在换热水槽6内，可以充分利用冷媒盘管3的换热面积进行换热。换热用水随着使用会出现正常的消耗，补水装置12可以自动平衡装置内换热用水的存量，套管9底部的内径小于套管两端的内径，可以加大套管9底部的流速，紊流块13可以使水流形成局部的紊流状态，起到将沉淀冲刷出去的作用，减少杂质沉积；同时其制冷系数将随着制冷天数的增加而下降，最终在相对较低的数值下趋于稳定。故夏季优先采用太阳能吸收式制冷，这样可减少地源热泵的运行时间，使土壤温度场得到及时恢复。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种地下热交换器，其特征在于，包括室内换热器(1)和室外换热器(2)以及水平铺设的浅层地埋管(4)和竖直铺设的深层地埋管(5)，所述室内换热器(1)和室外换热器(2)通过冷媒盘管(3)相连，所述室外换热器(2)内设置有换热水槽(6)，所述冷媒盘管(3)设置在换热水槽(6)内，所述室外换热器(2)一端连接有系统分集水装置(14)、吸收式制冷系统(15)、太阳能换热系统(16)和室内制冷制热系统(17)，所述换热水槽(6)的出水端连接至浅层地埋管(4)，所述浅层地埋管(4)通过换向阀(7)分别连接至深层地埋管(5)和旁路管(8)，所述深层地埋管(5)和旁路管(8)连接至换热水槽(6)的回水端，所述深层地埋管(5)内部设置有套管(9)，所述套管(9)上分别连接有冷却水循环管路(10)和冷却空气循环管路(11)，所述冷却空气循环管路(11)包括冷凝器(28)和蒸发器(19)，蒸发器(19)上设置有翅片机构，所述翅片机构包括铰接在蒸发器(19)上的若干个翅片(18)，翅片(18)水平铰接在蒸发器(19)上，各个翅片(18)之间相互平行，翅片(18)的长度由上至下逐渐减小，蒸发器(19)上设置有电机(20)，电机(20)通过连杆(21)与各个翅片(18)相连，处于顶部的翅片(18)的上表面和处于底部的翅片(18)的下表面分别设置有一个风压传感器(22)，每个翅片(18)的上下表面均设置有若干个竖直方向的冷凝水导流槽(23)，每个翅片(18)与蒸发器(19)铰接的上下接缝处各设置有一排喷气嘴(24)，喷气嘴(24)连接有风机(25)，每个翅片(18)上表面的两端各设置有一个扰流板(26)，扰流板(26)一端铰接在翅片(18)上，扰流板(26)的另一端通过电动伸缩杆(29)连接在翅片(18)上，所述翅片机构还包括一个控制器(27)，控制器(27)的输入端连接有风压传感器(22)，控制器(27)的输出端分别连接至电机(20)、风机(25)和电动伸缩杆(29)，所述冷凝器(28)和蒸发器(19)之间还设置有压力平衡毛细管(30)，所述压力平衡毛细管(30)成螺旋状，所述吸收式制冷系统(15)包括太阳能集热器(39)、溶液热交换器(40)、混合器(41)、第二冷凝器(31)、双室涡旋发生器(32)，所述双室涡旋发生器(32)包括冷剂低压室(33)、高压室(34)、冷剂蒸汽出口(35)、稀溶液进口(37)、自由液面(36)和浓溶液出口(38)，所述高压室(34)位于所述冷剂低压室(33)上端，所述高压室(34)两侧设有冷剂蒸汽出口(35)，所述冷剂低压室(33)一侧设有稀溶液进口(37)，所述冷剂低压室(33)下端设有浓溶液出口(38)，所述自由液面(36)位于所述冷剂低压室(33)与所述浓溶液出口(38)之间。

2.根据权利要求1所述的一种地下热交换器，其特征在于，所述翅片(18)与蒸发器(19)的铰接处设置有导热环。

3.根据权利要求1所述的一种地下热交换器，其特征在于，所述套管(9)底部的内径小于套管两端的内径。

4.根据权利要求1所述的一种地下热交换器，其特征在于，所述套管(9)底部交错设置有紊流块(13)，浅层地埋管(4)的铺设深度为3-5米，深层地埋管(5)的最底部深度为60-80米。

5.根据权利要求1所述的一种地下热交换器，其特征在于，所述换热水槽(6)上设置有自动补水装置(12)。

6.根据权利要求5所述的一种地下热交换器，其特征在于，所述自动补水装置(12)包括水箱，水箱与所述换热水槽(6)之间的连接管，连接管上设有的电磁阀以及设置于换热水槽(6)内的液位计，所述液位计上设有无线信号发射器，所述电磁阀上设有信号接收器，所述液位计与所述电磁阀通过无线信号连接。