CN107461963B - 一种大口径密闭式地源热泵集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大口径密闭式地源热泵集成系统，属于地源热泵设备技术领域。包括补液膨胀装置、连接管道、地源热泵机组以及和地源热泵机组相连通的地热交换系统，地热交换系统为设置在地面以下的热交换盲井；热交换盲井、地源热泵机组及补液膨胀装置通过连接管道循环连通，用户设备通过地源热泵机组分别与补液膨胀装置和热交换盲井循环连通；热交换盲井和地源热泵机组之间设有使流经热交换盲井的换热介质流向地源热泵机组和用户设备并回流至热交换盲井的循环泵。本发明结构简单，设计合理，高效节能，稳定可靠，占地面积小，成本低，运行费用低，换热效率高，自动化程度高，不会对地下水环境构成危害。
Description
技术领域
本发明涉及地源热泵设备技术领域。
背景技术
地源热泵是一种利用地下水或地下土壤所储藏的能量作为冷热源，进行能量转换的供暖、制冷系统，它是一种利用清洁可再生能源的技术，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物。地表土壤和水体是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，又是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的平衡，地源热泵技术的成功使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地热能成为现实，它消耗1kWh的能量，用户可得到4kWh以上的热量或冷量。现有的地源热泵热交换井数量较多，占地面积较大，施工繁琐且施工速度较慢，整体成本较高，不便于维修和养护，季节交替时变换工况操作复杂，无直供节能工作模式，投入运行时若出现故障难以排除；因此针对以上问题急需一种大口径密闭式地源热泵集成系统。
发明内容
本发明旨在针对上述现有技术的不足，提供一种大口径密闭式地源热泵集成系统，结构简单，设计合理，高效节能，占地面积小，稳定可靠，成本低，运行费用低，换热效率高,自动化程度高，不会对地下水环境造成危害。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种大口径密闭式地源热泵集成系统，包括补液膨胀装置、连接管道、地源热泵机组以及和地源热泵机组相连通的地热交换系统，地热交换系统为设置在地面以下的热交换盲井；热交换盲井、地源热泵机组及补液膨胀装置通过连接管道循环连通，用户设备通过地源热泵机组分别与补液膨胀装置和热交换盲井循环连通；热交换盲井和地源热泵机组之间设有使流经热交换盲井的换热介质流向地源热泵机组和用户设备并回流至热交换盲井的循环泵。
作为优选，热交换盲井包括井内保温套管、盲井井壁管以及和盲井井壁管上端密封连接的盲井上密封盖，盲井井壁管外周与钻孔壁之间填充有导热固井材料层；井内保温套管伸入至盲井井壁管底部并与井底保持一定距离。
进一步优选的，热交换盲井出口处的连接管道上设置有阀门，用于调控每眼井均衡换热。
更进一步优选的，补液膨胀装置包括膨胀补液箱和补液管；补液管设置在膨胀补水箱的上部，补液管的内端部设置有自动浮球补液阀。
更进一步优选的，地源热泵机组包括冷凝器、蒸发器、压缩机和膨胀阀；冷凝器的第一端口和蒸发器的第一端口通过膨胀阀连通；冷凝器的第二端口和蒸发器的第二端口通过压缩机连通；冷凝器和蒸发器的第一端口分别通过电控阀Ⅰ和电控阀Ⅱ与热交换盲井的出口连通，同时还分别通过电控阀Ⅲ和电控阀Ⅳ与用户设备的第一端口连通；冷凝器和蒸发器的第二端口分别通过电控阀Ⅰ’和电控阀Ⅱ’与热交换盲井的入口连通，同时还分别通过电控阀Ⅲ’和电控阀Ⅳ’与用户设备的第二端口连通。
更进一步优选的，用户设备的第一端口和第二端口分别通过直供阀Ⅴ和直供阀Ⅴ’与热交换盲井的出入口连通。
更进一步优选的，循环泵入口的连接管道上设置有净化过滤器。
更进一步优选的，热交换盲井出口处的连接管道上设置有第一温度计。
更进一步优选的，热交换盲井入口处的连接管道上设置有第二温度计。
更进一步优选的，换热介质为水、冷却液或其他液体导热介质。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明解决传统地源热泵热交换井数量众多、占地面积大、投资大、运行费用高、效率低等问题，提供一种大口径密闭式地源热泵集成系统，结构简单，设计合理，高效节能，稳定可靠，占地面积小，成本低，运行费用低，维护费用低，换热效率高,自动化程度高，不会对地下水环境造成危害。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1、热交换盲井；11、盲井井壁管；12、盲井上密封盖；13、导热固井材料层；14、井内保温套管；15、阀门；16、第一温度计；16’、第二温度计；2、连接管道；3、净化过滤器；4、循环泵；5、用户设备；6、地源热泵机组；61、蒸发器；62、冷凝器；7、补液膨胀装置；71、膨胀补液箱；72、自动浮球补液阀；73、补液管；8、地平面；Ⅰ、电控阀Ⅰ；Ⅱ、电控阀Ⅱ；Ⅲ、电控阀Ⅲ；Ⅳ、电控阀Ⅳ；Ⅴ、直供阀Ⅴ；Ⅰ’、电控阀Ⅰ’；Ⅱ’、电控阀Ⅱ’；Ⅲ’、电控阀Ⅲ’；Ⅳ’、电控阀Ⅳ’；Ⅴ’、直供阀Ⅴ’ 。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，凡在本发明的技术方案的基础上所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种大口径密闭式地源热泵集成系统，包括补液膨胀装置7、连接管道2、地源热泵机组6以及和地源热泵机组6相连通的地热交换系统；地热交换系统为设置在地面8以下的热交换盲井1；热交换盲井1包括井内保温套管14、盲井井壁管11以及和盲井井壁管11上端密封连接的盲井上密封盖12，盲井井壁管11外周与钻孔壁之间填充有导热固井材料层13；井内保温套管14伸入至盲井井壁管11底部并与井底保持一定距离；热交换盲井1出口处的连接管道2上设置有阀门15和第一温度计16，热交换盲井1进口处的连接管道2上设置有第二温度计16’；热交换盲井1、地源热泵机组6及补液膨胀装置7通过连接管道2循环连通，用户设备5通过直供阀Ⅴ和Ⅴ’分别与热交换盲井1和补液膨胀装置7循环连通；地源热泵机组6包括冷凝器62、蒸发器61、压缩机和膨胀阀；冷凝器62的第一端口通过膨胀阀与蒸发器61的第一端口连通，冷凝器62的第二端口通过压缩机与蒸发器61的第二端口连通，冷凝器62和蒸发器61的第一端口分别通过电控阀Ⅰ和电控阀Ⅱ与热交换盲井1的出口连通，同时还分别通过电控阀Ⅲ和电控阀Ⅳ与用户设备5的第一端口连通；冷凝器62和蒸发器61的第二端口分别通过电控阀Ⅰ’和电控阀Ⅱ’与热交换盲井1的入口连通，同时还分别通过电控阀Ⅲ’和电控阀Ⅳ’与用户设备5的第二端口连通；补液膨胀装置7包括膨胀补液箱71和补液管73；补液管73设置在膨胀补液箱71的上部，补液管73的内端部设置有自动浮球补液阀72；热交换盲井1和地源热泵机组6之间设有使流经热交换盲井1的循环液流向地源热泵机组6和用户设备5并回流至热交换盲井1的循环泵4，循环泵4入口的连接管道2上设置有净化过滤器3，循环泵4出口分别连接电控阀Ⅰ、Ⅱ和直供阀Ⅴ。
地源热泵换热技术属于可再生能源利用技术，它的工作原理为陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源（如电能）实现由低品位热能向高品位热能转移，通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4kWh以上的热量或冷量；地源热泵机组包括压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分，通过让液态工质(制冷剂或冷媒)不断完成：蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到用户系统。压缩机起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏； 蒸发器是输出冷量的设备，它的作用是使经膨胀阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的低温热量通过压缩机做功转化为高温热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的； 膨胀阀对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到补偿作用，使循环工质不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地循环作功。
本申请的技术方案为地源热泵集成系统利用水与地能进行冷热交换来作为地源热泵的冷热源，循环过程采用满液运行，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，地能为“热源”；冬季时，循环水1充满整个盲井井壁管11，从上往下循环吸收经井管壁传递的地热后，在循环泵4的作用下，井底之水经井内保温套管14、阀门15、第一温度计16、净化过滤器3和电控阀Ⅱ流入蒸发器61进行热交换，此时电控阀Ⅱ、电控阀Ⅲ、电控阀Ⅱ’和电控阀Ⅲ’呈打开状态，其余阀门均为关闭状态，地源热泵机组6内的压缩机对制冷剂做功，循环水1吸收的地热通过蒸发器61内制冷剂蒸发吸收至制冷剂中，在制冷剂循环的同时通过冷凝器62内的制冷剂的冷凝，由循环水2将制冷剂所携带的高位热量吸收并将热能输送给用户设备5，地下的热量源源不断转移至室内，向室内供暖；循环水1通过蒸发器降低温度后经电控阀Ⅱ’流出蒸发器61后经连接管道2从顶部流入热交换盲井1再次进行热量吸收；通过地源热泵机组6将土壤中的热量转移到房间内，对房间进行供暖，同时储存冷量于地下，以备夏用。
夏季把室内热量取出来，释放到地下，此时地能为“冷源”。夏季时，循环水1充满整个盲井井壁管11并散发热量，温度降低，在循环泵4的作用下，井底之水经井内保温套管14、阀门15、第一温度计16、净化过滤器3和电控阀Ⅰ流入冷凝器62进行热交换，此时电控阀Ⅰ、电控阀Ⅳ、电控阀Ⅰ’ 电控阀Ⅳ’呈打开状态，其余阀门均为关闭状态，地源热泵机组6内的压缩机对制冷剂做功，使其进行汽-液转化循环，通过蒸发器61内制冷剂的蒸发将循环水2所携带的热量吸收至制冷剂中，在制冷剂循环的同时通过冷凝器62内制冷剂的冷凝，由循环水1将制冷剂所携带的热量吸收并将热量转移至盲井1，循环水1温度升高经电控阀Ⅰ’流出地源热泵机组6后经连接管道2从顶部流入热交换盲井1再次进行热量传递。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过设备端口以冷风的形式为房间制冷；通过地源热泵机组6将房间内的热量转移到地下，对房间进项降温，同时储存热量于地下，以备冬用。
另外，夏季和冬季时节，学校、办公楼等一些公共场所放假无人时或家庭人员外出家庭住宅无人时，亦或是循环水的温度达到冬季供暖温度或夏季制冷温度时，用户设备5的第一端口和第二端口还可分别通过直供阀Ⅴ和直供阀Ⅴ’直接与热交换盲井1的出入口连通，使水1、水2连通，此时不再需要地源热泵机组6起动，循环水在热交换盲井1中吸收地热或放热后在循环泵4的作用下，经井内保温套管14、阀门15、第一温度计16、净化过滤器3和直供阀Ⅴ直接通过用户设备5的端口为室内供暖或制冷，并由将室内的热量或冷量带走转移到地下储存，通过直供阀Ⅴ和直供阀Ⅴ’直接与热交换盲井1的出入口连通，为室内提供冷量或热量；在冬季保证管道不冻，保护管道，另外，可保护屋内的绿植不受低温冻害；夏季可为室内提供冷量，保持屋内凉爽。
在这里需要说明的是，地源热泵集成系统可以供暖，制冷，还可以供生活用水，可广泛应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于商品楼、住宅、别墅的制冷或采暖。
进一步需要说明的是，本发明所用到的换热介质为水、冷却液或其他换热介质，可在换热介质中添加其他辅助介质来保护管道不被换热介质腐蚀，延长管道使用寿命。
进一步需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。
本发明解决传统地源热泵热交换井数量众多、占地面积大、投资大、运行费用高、效率低等问题，提供一种大口径密闭式地源热泵集成系统，该大口径密闭式地源热泵集成系统采用大口径密闭式的热交换盲井，结构简单，设计合理，占地面积小，成本低，运行费用低，换热效率高，无任何污染，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料及其废物的场地，且不需要远距离输送，运行稳定可靠；取热不取水，不污染地下水，工作过程采用变频数控满液运行，循环泵功率小，每口大口径盲井可代替100眼传统小口径热交换井，整个地源热泵集成系统所消耗的功仅为供热量的四分之一或更低，高效节能，且供暖、制冷、直供工况模式自动切换。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对本实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本领域技术人员根据本发明的原理设计出其他结构的产品，均属于本发明的保护范围，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种大口径密闭式地源热泵集成系统，包括补液膨胀装置（7）、连接管道（2）、地源热泵机组（6）以及和所述地源热泵机组（6）相连通的地热交换系统，其特征在于：所述地热交换系统为设置在地面（8）以下的热交换盲井（1）；所述热交换盲井（1）、所述地源热泵机组（6）及所述补液膨胀装置（7）通过所述连接管道（2）循环连通，用户设备（5）通过所述地源热泵机组（6）分别与所述补液膨胀装置（7）和所述热交换盲井（1）循环连通；所述热交换盲井（1）和所述地源热泵机组（6）之间设有使流经所述热交换盲井（1）的换热介质流向所述地源热泵机组（6）和所述用户设备（5）并回流至所述热交换盲井（1）的循环泵（4）；
所述热交换盲井（1）包括井内保温套管（14）、盲井井壁管（11）以及和盲井井壁管（11）上端密封连接的盲井上密封盖（12），所述盲井井壁管（11）外周与钻孔壁之间填充有导热固井材料层（13）；所述井内保温套管（14）伸入至所述盲井井壁管（11）底部并与井底保持一定距离。
2.根据权利要求1所述的一种大口径密闭式地源热泵集成系统，其特征在于：所述热交换盲井（1）出口处的连接管道（2）上均设置有阀门（15）。
3.根据权利要求1所述的一种大口径密闭式地源热泵集成系统，其特征在于：所述补液膨胀装置（7）包括膨胀补液箱（71）和补液管（73）；所述补液管（73）设置在所述膨胀补液箱（71）的上部，所述补液管（73）的内端部设置有自动浮球补液阀（72）。
4.根据权利要求1所述的一种大口径密闭式地源热泵集成系统，其特征在于：所述地源热泵机组（6）包括冷凝器（62）、蒸发器（61）、压缩机和膨胀阀；所述冷凝器（62）的第一端口和蒸发器（61）的第一端口通过膨胀阀连通；所述冷凝器（62）的第二端口和蒸发器（61）的第二端口通过压缩机连通；所述冷凝器（62）和蒸发器（61）的第一端口分别通过电控阀Ⅰ和电控阀Ⅱ与所述热交换盲井（1）的出口连通，同时还分别通过电控阀Ⅲ和电控阀Ⅳ与所述用户设备（5）的第一端口连通；所述冷凝器（62）和蒸发器（61）的第二端口分别通过电控阀Ⅰ’和电控阀Ⅱ’与所述热交换盲井（1）的入口连通，同时还分别通过电控阀Ⅲ’和电控阀Ⅳ’与所述用户设备（5）的第二端口连通。
5.根据权利要求4所述的一种大口径密闭式地源热泵集成系统，其特征在于：所述用户设备（5）的第一端口和第二端口分别通过直供阀Ⅴ和直供阀Ⅴ’与所述热交换盲井（1）的出入口连通。
6.根据权利要求1所述的一种大口径密闭式地源热泵集成系统，其特征在于：所述循环泵（4）入口的连接管道（2）上设置有净化过滤器（3）。
7.根据权利要求1所述的一种大口径密闭式地源热泵集成系统，其特征在于：所述热交换盲井（1）出口处的连接管道（2）上设置有第一温度计（16）。
8.根据权利要求1所述的一种大口径密闭式地源热泵集成系统，其特征在于：所述热交换盲井（1）入口处的连接管道（2）上设置有第二温度计（16’）。
9.根据权利要求1所述的一种大口径密闭式地源热泵集成系统，其特征在于：所述换热介质为水、冷却液或其他液体导热介质。
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2017
- 2017-09-22 CN CN201710864494.1A patent/CN107461963B/zh active Active
Patent Citations (5)
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