CN107014114A - 一种闭式单井循环地源热泵高效地下换热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闭式单井循环地源热泵高效地下换热装置,设置有由渗漏管、微穿孔、防堵塞装置、分配器、连接管、分层防渗装置、岩土温湿度传感器岩土温湿度监控装置、加压装置、和控制器组成渗漏及渗漏控制系统,可将岩土温度传感器测得的温湿度参数传输到监控装置;监控装置可根据测定值和设定值之间的差异向控制器发出启停信号;在有信号差异时,控制器启动加压装置、通过连接管、分配器、渗漏管向地下岩土补充的水分,提高地下岩土的热传导能力,达到提高换热能力的目的;还设置有扰流装置以加强换热介质与换热井管壁的对流换热。
Description
技术领域
本发明涉及土壤源热泵高效地下换热装置,特别涉及可用于贫水或缺水地区的闭式单井循环调节地下热湿环境,改善单井循环换热性能的热交换装置。
背景技术
单井循环是地下水源热泵的一种形式,目前单循环井的形式有抽灌同井和填粒同井两种类型。为开式系统,两者均是抽取地下水和地源热泵机组换热后再回灌到地下。这种井具有较高的热交换效率,但由于受地下水资源的限制,在无水或贫水地区无法应用,在有地下水的地区因受地下水资源的严格管控(防治地下水污染)而不被大多数地区采用,同时,目前的抽灌同井存在热贯通问题,填粒同井存在长期运行后由于填粒堵塞造成回灌困难。本发明旨在发明一种闭式单循环井土壤源热泵高效地下换热装置。这种装置和目前的开式系统的单循环井相比较,可不用抽取地下水,避免地下水资源被污染的可能;也可解决在无水或贫水地区无法应用的问题;还可解决填粒同井长期运行后的回灌困难和抽灌同井的热贯通问题。
发明内容
本发明的目的旨在针对单井循环地下水源热泵地下换热装置的不足,提供一种不抽取地下水,避免地下水污染和解决热贯通问题,可以人为改善地下岩土的热物性参数,消除或减弱地下岩土热物性参数的差异性,提高地下换热装置的换热能力的地下换热装置。
本发明的技术方案是:一种闭式单井循环地源热泵高效地下换热装置,包括换热井管1、4根渗漏管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、扰流装置7、分层防渗装置8、吸水管9、绝热排水管10、岩土温湿度传感器11、岩土温湿度监控装置12、加压装置13、控制器14,其特征在于,它设置有由渗漏管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、分层防渗装置8、岩土温湿度传感器11岩土温湿度监控装置12、加压装置13、和控制器14组成渗漏及渗漏控制系统;该系统可将岩土温度传感器11测得的地下岩土的温湿度参数传输到岩土温湿度监控装置12;岩土温湿度监控装置12可根据测定值和设定值之间的差异向控制器14发出启停信号;在有信号差异时,控制器14启动加压装置13、通过连接管6、分配器5、渗漏管2向地下岩土补充的水分,补充入地下岩土的水分在分层防渗装置8的作用下沿岩层径向和轴向方向填充地下岩土中的节理、裂隙、置换岩土中的气态介质、形成热湿传递通道,提高地下岩土的热传导能力,从而达到提高换热能力的目的;同时在换热井管1内部设置扰流装置7,加强换热介质与换热井管壁的对流换热,用以提高其热交换能力。
本发明安装使用时,钻孔15内安装有换热井管1;换热井管1与钻孔15之间有钻孔回填料16;换热井内安装有吸水管9和绝热排水管10;排水管10上安装扰流装置7;排水管地面段安装有循环水泵14和地面热交换器15,它们相互连接组成热交换系统;地下岩层中安装的岩土温湿度传感器11和钻孔外安装的岩土温湿度监控装置12、加压装置13、控制器14相互连接组成渗漏监控系统;换热井管外壁沿轴向安装有4根带微穿孔3的渗流管2、防堵塞装置4、安装于各岩层分界处的分层防渗装置8、渗流管2通过安装于地面的连接管6、分配器5与加压装置13连接组成渗漏系统;换热井管内充满换热介质并通过循环泵18、排水管10将换热介质送入地下;换热介质通过换热井管管1与钻孔回填料16、地下岩土17发生热交换后通过吸水管9回到地面,将热量和地面热交换器19换热后再通过排水管10送入地下,完成一个热交换循环。循环过程中,安装于换热管内的扰流装置主要用于扰动和分配换热介质,达到强化换热的作用;由渗流管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、分层防渗装置8、岩土温湿度传感器11、岩土温湿度监控装置12、加压装置13、和控制器14组成渗漏及渗漏控制系统,可根据地下岩土的温湿度参数的测定值和设定值之间的差异,启动或停止向地下岩土补充水分,控制地下热湿环境处在最佳的换热状态。从而达到人为调控地下热湿环境,提高地下换热器换热效率;分层防渗装置8阻止渗流水沿钻孔回填料16直接下渗。
与现有技术相比,本发明增加了由渗漏管、微穿孔、分层防渗装置、防堵塞层、温湿度传感器、温湿度监控器、连接管、控制器和加压装置组成 的渗漏控制系统,可以通过渗漏水来增加地下岩土的导热性能和热扩散能 力(渗漏水可以填补地下岩层中的孔隙和裂隙,这样岩土的导热和传热就可以大大 提高),在此基础上提高换热器器的换热能力,防止热扩散不充分造成的换热效率下降或换热失效的问题。特别适用于贫水或缺水地区,完全能达到发明目的。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。说明书附图是本发明的一个实施例。
图1为装置主视图;图2装置俯视图;图3为装配主视图;图4为装配俯视图。图中1为换热管井管、2为渗漏管、3为微穿孔、4为防堵塞装置、5为分配器、6为连接管、7为扰流装置、8为分层防渗装置、9为吸水管、10为绝热排水管、11为地下岩土温湿度传感器、12为地下岩土温湿度监控装置、13为加压装置、14为控制器、15为钻孔、16为钻孔回填料、17为地下岩土、18为循环泵、19为地面热交换器。
具体实施方式
一种闭式单井循环地源热泵高效地下换热装置,包括换热井管1(防腐金属材质)、4根渗漏管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、扰流装置7、分层防渗装置8、吸水管9、绝热排水管10、岩土温湿度传感器11、岩土温湿度监控装置12、加压装置13、控制器14;其特征在于:由渗流管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、分层防渗装置8、岩土温湿度传感器11、岩土温湿度监控装置12、加压装置13、和控制器14组成渗漏及渗漏控制系统;该系统可将岩土温度传感器11测得的地下岩土的温湿度参数传输到岩土温湿度监控装置12;岩土温湿度监控装置12可根据测定值和设定值之间的差异向控制器14发出启停信号,在有信号差异时,控制器14启动加压装置13、通过连接管6、分配器5、渗漏管2向地下岩土补充的水分,补充入地下岩土的水分在分层防渗装置8的作用下沿岩层径向和轴向方向填充地下岩土中的节理、裂隙、置换岩土中的气态介质、形成热湿传递通道,提高地下岩土的热传导能力,从而达到提高换热能力的目的,同时,在换热井管1内部设置扰流装置7,加强换热介质与换热井管壁的对流换热,用以提高其热交换能力。
安装使用时,在钻孔15内安装换热井管1,换热井管1与钻孔15之间用钻孔回填料16回填,在换热井内安装吸水管9和排水管10(绝热)并在排水管10上安装扰流装置7;排水管地面段安装循环水泵14和地面热交换器15,相互连接组成热交换系统;地下岩层中安装岩土温湿度传感器11(安装于地下各岩层中)、钻孔外安装岩土温湿度监控装置12、加压装置13、控制器14并相互连接组成渗漏监控系统;在换热井管外壁沿轴向安装渗流管2(4根含微穿孔3)、防堵塞装置4、分层防渗装置8(安装于各岩层分界处),渗流管2通过安装于地面的连接管6、分配器5与加压装置13连接组成渗漏系统;换热井管1内充满换热介质(水或其它介质)通过循环泵18、排水管10将换热介质送入地下,换热介质通过换热井管管1与钻孔回填料16、地下岩土17发生热交换后通过吸水管9回到地面,将热量和地面热交换器19换热后再通过排水管10送入地下,完成一个热交换循环。循环过程中,安装于换热管内的扰流装置主要用于扰动和分配换热介质,达到强化换热的作用。由渗流管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、分层防渗装置、岩土温湿度传感器11岩土温湿度监控装置12、加压装置13、和控制器14组成渗漏及渗漏控制系统,可根据地下岩土的温湿度参数的测定值和设定值之间的差异,启动或停止向地下岩土补充水分,控制地下热湿环境处在最佳的换热状态。从而达到人为调控地下热湿环境,提高地下换热器换热效率;其中分层防渗装置8的作用是阻止渗流水沿钻孔回填料16直接下渗。
Claims (1)
1.一种闭式单井循环地源热泵高效地下换热装置,其特征在于,它设置有由渗漏管(2)、微穿孔(3)、防堵塞装置(4)、分配器(5)、连接管(6)、分层防渗装置(8)、岩土温湿度传感器(11)岩土温湿度监控装置(12)、加压装置(13)和控制器(14)组成渗漏及渗漏控制系统,该系统可将岩土温度传感器(11)测得的地下岩土的温湿度参数传输到岩土温湿度监控装置(12);岩土温湿度监控装置(12)可根据测定值和设定值之间的差异向控制器(14)发出启停信号;在有信号差异时,控制器(14)启动加压装置(13)、通过连接管(6)、分配器(5)、渗漏管(2)向地下岩土补充的水分;补充入地下岩土的水分在分层防渗装置(8)的作用下沿岩层径向和轴向方向填充地下岩土中的节理、裂隙、置换岩土中的气态介质、形成热湿传递通道,提高地下岩土的热传导能力,从而达到提高换热能力的目的;同时在换热井管(1)内部设置扰流装置(7),加强换热介质与换热井管壁的对流换热,用以提高其热交换能力。
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