CN108151455A - 一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统 - Google Patents

一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，由地热源供热装置、太阳能供热装置和烘干装置三部分组成；相互之间通过管路连接，管路内灌有热变化介质，形成三个闭合回路，以满足系统不同的加热、蓄热模式；三个闭合回路连接成一个系统；转换泵进行调节，选择地热源供热装置或太阳能供热装置对烘干装置供热。本发明提供的一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，太阳能与地热的结合解决了利用干热岩作为烘干系统的热源不能满足矿产品烘干需求的问题。解决了目前矿区地热能的使用存在的利用效率不高，抽采地下热水会抽出一些污染物质，造成地表水或地下水的污染，开采、维护成本较高的问题。

Description

一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统
技术领域
本发明涉及地热利用技术领域，特别涉及一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统。
背景技术
矿区存在明显的地热异常，平均地温梯度为6℃/100米，勘探时共施工了多眼钻孔，深度1500-2000米，实测孔底干热岩温度为105-135℃。因此，研究人员在矿产品需要烘干时，为降低能耗，利用部分勘探孔的干热岩作为烘干系统的热源。目前矿区地热能的使用通常为将冷水注入到有干热岩的钻孔中，冷水与干热岩进行热量置换后变成了热水，回抽到系统中进行热量交换，往复循环。这种方式热量的利用效率不高，抽采地下热水会抽出一些污染物质，造成地表水或地下水的污染，开采、维护成本较高；另外，地下水也是有限的，若不采取回灌，则地下热水会越抽越少，导致断流；而采用回灌技术，又增加了额外的成本。且地热的使用具有时间限制，有时其热量的使用不能满足矿产品烘干的需求。同时由于持续从地下取热，同时未及时对其进行补充，导致地温下降，降低了地源热泵的取热量和取热效率。
基于上述现有技术存在的问题，本发明提高一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，不需要抽取地下水，而是进行热交换；不会造成地表水、地下水的污染，降低了热回收利用的成本，具有极好的经济效益和环保效果。且太阳能与地热的结合解决了利用干热岩作为烘干系统的热源不能满足矿产品烘干需求的问题。同时，应用太阳能对地热进行升温用于回复地温。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，太阳能与地热的结合解决了利用干热岩作为烘干系统的热源不能满足矿产品烘干需求的问题。解决了目前矿区地热能的使用存在的利用效率不高，抽采地下热水会抽出一些污染物质，造成地表水或地下水的污染，开采、维护成本较高的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明提供一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，所述的高效烘干系统由地热源供热装置、太阳能供热装置和烘干装置三部分组成；相互之间通过管路连接，管路内灌有热变化介质，形成三个闭合回路，以满足系统不同的加热、蓄热模式；所述地热源供热装置包括第一出水管、第一进水管、热交换管和地源热泵，第一出水管、第一进水管分别与热交换管的两端连接，第一出水管、第一进水管与地源热泵连接形成第一闭合回路；太阳能供热装置包括太阳能集热器、热水存储器、第二进水管和第二出水管，第二进水管和第二出水管分别与供热进水管、供热出水管连接形成第二闭合回路；烘干装置包括供热进水管、供热出水管和供热管，供热管设置于烘干房内，供热进水管、供热出水管分别与转换泵、转换泵连接，与供热管形成第三闭合回路；地源热泵通过进水管道、出水管道分别与进水转换泵、出水转换泵连接，将三个闭合回路连接成一个系统；转换泵进行调节，选择地热源供热装置或太阳能供热装置对烘干装置供热，或太阳能供热装置对地热进行供热回温。
矿区存在明显的地热异常，平均地温梯度为6℃/100米，勘探时共施工了多眼钻孔，深度1500-2000米，实测孔底干热岩温度为105-135℃。因此，研究人员在矿产品需要烘干时，为降低能耗，利用部分勘探孔的干热岩作为烘干系统的热源。而地热的使用具有时间限制，有时其热量的使用不能满足矿产品烘干的需求。因此，本发明为烘干装置提供了两个热源，一个为地热源一个为太阳能热源。将太阳能和地热能可再生能源同时应用于烘干装置，满足产品烘干的需求。且目前矿区地热能的使用通常为将冷水注入到有干热岩的钻孔中，冷水与干热岩进行热量置换后变成了热水，回抽到系统中进行热量交换，往复循环。这种方式热量的利用效率不高，抽采地下热水会抽出一些污染物质，造成地表水或地下水的污染，开采、维护成本较高；另外，地下水也是有限的，若不采取回灌，则地下热水会越抽越少，导致断流；而采用回灌技术，又增加了额外的成本。基于该问题，本发明高效烘干系统中地热源供热装置为管道内灌注热变化介质，不需要抽取地下水，而是进行热交换；不会造成地表水、地下水的污染，降低了热回收利用的成本，具有极好的经济效益和环保效果。
其中，所述地热源供热装置为通过所述热交换管中热变化介质吸收干热岩层的地热，所述热变化介质在管道内流动，经过第一出水管进入所述地源热泵，地源热泵，地源热泵采用热交换管的高温热变化介质作为热源进行供热，高温热变化介质进入进水管道，经转换泵调节，经供热进水管进入烘干装置后温度降低，之后，热变化介质通过供热出水管经转换泵调节，经过出水管道、地源热泵和第一进水管回流到热交换管，再次与干热岩层进行热交换。
其中，所述太阳能供热装置通过太阳能集热器吸收太阳能，并通过热水存储器进行热量的存储，热量通过热变化介质在第二进水管流动，调节转换泵进入供热管，后温度降低，调节转换泵，再通过第二出水管回流至热水存储器。
其中，所述太阳能供热装置通过太阳能集热器吸收太阳能，并通过热水存储器进行热量的存储，热量通过热变化介质传递，热变化介质在第二进水管流动，经转换泵调节，经过进水管道、地源热泵和第一进水管回流到热交换管，干热岩层进行热交换回温，再经过第一出水管、地源热泵、出水管道，调节转换泵，经第二出水管回流至热水存储器。
其中，第一出水管、第一进水管位于松散地层和固结成岩的地层，所述热交换管位于干热岩层。其中，所述地热源供热装置中第一出水管表面具有隔热层，第一进水管表面具有隔热层，热交换管表面具有导热层。其中，所述第一出水管、第一进水管隔热层外还具有防腐层。所述热交换管导热层外也具有防腐层。本发明在热交换层具有导热层，利于热能的吸收；而在热介质传递管道外具有隔热层，利于保温，减少能量的流失。管道的外部均有防腐层，避免外界物质造成的腐蚀和污损。
其中，所述热变化介质由下列重量份的物质组成：甲醇0.5～5份、乙醇5～20份、氯化钾0.1～5份、硝酸钡0.5～1.5份、四硼酸钠0.5～1份、蒸馏水 60～80份；热变化介质的PH值控制在7-10之间。通常使用热传导的介质为水，但由于在高温下会沸腾，在低温下会结冰，而且水容易结垢，清洗起来也很麻烦。由于水的特性，在使用中难以做到防锈和防垢。本发明采用的热变化介质整体比热容量降低，且具有沸点高和蒸气气压低的优势，能够在更宽的温度范围内工作，并削弱了传热介质的整体黏度，易于流动，能够在很短的时间内进行热交换，提升传热效率，能耗少，冷水及暖气的回水在很短的时间内就能达到令人满意的温度。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
1、本发明为烘干装置提供了两个热源，一个为地热源一个为太阳能热源。将太阳能和地热能可再生能源同时应用于烘干装置，满足产品烘干的需求。转换泵进行调节，选择地热源供热装置或太阳能供热装置对烘干装置供热，或太阳能供热装置对地热进行供热回温，提高地源热泵的取热量和取热效率。
2、本发明高效烘干系统中地热源供热装置为管道内灌注热变化介质，不需要抽取地下水，而是进行热交换；不会造成地表水、地下水的污染，降低了热回收利用的成本，具有极好的经济效益和环保效果。
3、本发明在热交换层具有导热层，利于热能的吸收；而在热介质传递管道外具有隔热层，利于保温，减少能量的流失。管道的外部均有防腐层，避免外界物质造成的腐蚀和污损。
4、本发明采用的热变化介质整体比热容量降低，且具有沸点高和蒸气气压低的优势，能够在更宽的温度范围内工作，并削弱了传热介质的整体黏度，易于流动，能够在很短的时间内进行热交换，提升传热效率，能耗少，冷水及暖气的回水在很短的时间内就能达到令人满意的温度。
附图说明
图1为高效烘干系统的结构示意图；
图2为地热源供热装置的结构示意图；
图3为热交换管横截面的结构示意图；
图4为出水管、进水管横截面的结构示意图。
图中，第一出水管1、第一进水管2、热交换管3、地源热泵4、供热出水管5、供热进水管6、地表面7、进水转换泵8、出水转换泵9、第二进水管10、第二出水管11、热水存储器12、太阳能集热器13、供热管14、烘干房15、导热层16、隔热层17、隔热层18、防腐层19、防腐层20、进水管道41、出水管道42。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和要点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统
高效烘干系统由地热源供热装置、太阳能供热装置和烘干装置三部分组成；相互之间通过管路连接，管路内灌有热变化介质，形成三个闭合回路，以满足系统不同的加热、蓄热模式；所述地热源供热装置包括第一出水管（1）、第一进水管（2）、热交换管（3）和地源热泵（4），第一出水管（1）、第一进水管（2）分别与热交换管（3）的两端连接，第一出水管（1）、第一进水管（2）与地源热泵（4）连接形成第一闭合回路；太阳能供热装置包括太阳能集热器（13）、热水存储器（12）、第二进水管（10）和第二出水管（11），第二进水管（10）和第二出水管（11）分别与供热进水管（6）、供热出水管（5）连接形成第二闭合回路；烘干装置包括供热进水管（6）、供热出水管（5）和供热管（14），供热管（14）设置于烘干房（15）内，供热进水管（6）、供热出水管（5）分别与转换泵（8）、转换泵（9）连接，与供热管（14）形成第三闭合回路；地源热泵（4）通过进水管道（41）、出水管道（42）分别与进水转换泵（8）、出水转换泵（9）连接，将三个闭合回路连接成一个系统；转换泵（8）和转换泵（9）进行调节，选择地热源供热装置或太阳能供热装置对烘干装置供热，或太阳能供热装置对地热进行供热回温。所述地热源供热装置为通过所述热交换管（3）中热变化介质吸收干热岩层的地热，所述热变化介质在管道内流动，经过第一出水管（1）进入所述地源热泵（4），地源热泵（4）采用热交换管（3）的高温热变化介质作为热源进行供热，高温热变化介质进入进水管道（41），经转换泵（8）调节，经供热进水管（6）进入烘干装置后温度降低，之后，热变化介质通过供热出水管（5）经转换泵（9）调节，经过出水管道（42）、地源热泵（4）和第一进水管（2）回流到热交换管（3），再次与干热岩层进行热交换。所述太阳能供热装置通过太阳能集热器（13）吸收太阳能，并通过热水存储器（12）进行热量的存储，热量通过热变化介质在第二进水管（10）流动，调节转换泵（8）进入供热管（14），后温度降低，调节转换泵（9），再通过第二出水管（11）回流至热水存储器（12）。所述太阳能供热装置通过太阳能集热器（13）吸收太阳能，并通过热水存储器（12）进行热量的存储，热量通过热变化介质传递，热变化介质在第二进水管（10）流动，经转换泵（8）调节，经过进水管道（41）、地源热泵（4）和第一进水管（2）回流到热交换管（3），干热岩层进行热交换回温，再经过第一出水管（1）、地源热泵（4）、出水管道（42），调节转换泵（9），经第二出水管（11）回流至热水存储器（12）。所述热变化介质由下列重量份的物质组成：甲醇0.5～5份、乙醇5～20份、氯化钾0.1～5份、硝酸钡0.5～1.5份、四硼酸钠0.5～1份、蒸馏水60～80份，所述热变化介质的PH值为7-10。第一出水管（1）、第一进水管（2）位于松散地层和固结成岩的地层，所述热交换管（3）位于干热岩层。所述地热源供热装置中第一出水管（1）表面具有隔热层（17），第一进水管（2）表面具有隔热层（18），热交换管（3）表面具有导热层（16）。所述第一出水管（1）、第一进水管（2）隔热层外还具有防腐层。所述热交换管（3）导热层外也具有防腐层。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，所述的高效烘干系统由地热源供热装置、太阳能供热装置和烘干装置三部分组成；相互之间通过管路连接，管路内灌有热变化介质，形成三个闭合回路，以满足系统不同的加热、蓄热模式；所述地热源供热装置包括第一出水管（1）、第一进水管（2）、热交换管（3）和地源热泵（4），第一出水管（1）、第一进水管（2）分别与热交换管（3）的两端连接，第一出水管（1）、第一进水管（2）与地源热泵（4）连接形成第一闭合回路；太阳能供热装置包括太阳能集热器（13）、热水存储器（12）、第二进水管（10）和第二出水管（11），第二进水管（10）和第二出水管（11）分别与供热进水管（6）、供热出水管（5）连接形成第二闭合回路；烘干装置包括供热进水管（6）、供热出水管（5）和供热管（14），供热管（14）设置于烘干房（15）内，供热进水管（6）、供热出水管（5）分别与转换泵（8）、转换泵（9）连接，与供热管（14）形成第三闭合回路；地源热泵（4）通过进水管道（41）、出水管道（42）分别与转换泵（8）、转换泵（9）连接，将三个闭合回路连接成一个系统；转换泵（8）和转换泵（9）进行调节，选择地热源供热装置或太阳能供热装置对烘干装置供热，或太阳能供热装置对地热进行供热回温。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，所述地热源供热装置为通过所述热交换管（3）中热变化介质吸收干热岩层的地热，所述热变化介质在管道内流动，经过第一出水管（1）进入所述地源热泵（4），地源热泵（4）采用热交换管（3）的高温热变化介质作为热源进行供热，高温热变化介质进入进水管道（41），经转换泵（8）调节，经供热进水管（6）进入烘干装置后温度降低，之后，热变化介质通过供热出水管（5）经转换泵（9）调节，经过出水管道（42）、地源热泵（4）和第一进水管（2）回流到热交换管（3），再次与干热岩层进行热交换。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，所述太阳能供热装置通过太阳能集热器（13）吸收太阳能，并通过热水存储器（12）进行热量的存储，热量通过热变化介质在第二进水管（10）流动，调节转换泵（8）进入供热管（14），后温度降低，调节转换泵（9），再通过第二出水管（11）回流至热水存储器（12）。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，所述太阳能供热装置通过太阳能集热器（13）吸收太阳能，并通过热水存储器（12）进行热量的存储，热量通过热变化介质传递，热变化介质在第二进水管（10）流动，经转换泵（8）调节，经过进水管道（41）、地源热泵（4）和第一进水管（2）回流到热交换管（3），干热岩层进行热交换回温，再经过第一出水管（1）、地源热泵（4）、出水管道（42），调节转换泵（9），经第二出水管（11）回流至热水存储器（12）。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，所述热变化介质由下列重量份的物质组成：甲醇0.5～5份、乙醇5～20份、氯化钾0.1～5份、硝酸钡0.5～1.5份、四硼酸钠0.5～1份、蒸馏水 60～80份。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，所述热变化介质的PH值为7-10。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，第一出水管（1）、第一进水管（2）位于松散地层和固结成岩的地层，所述热交换管（3）位于干热岩层。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，所述地热源供热装置中第一出水管（1）表面具有隔热层（17），第一进水管（2）表面具有隔热层（18），热交换管（3）表面具有导热层（16）。
9.根据权利要求8所述的一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，所述第一出水管（1）、第一进水管（2）隔热层外还具有防腐层（20）。
10.根据权利要求8所述的一种太阳能与地热结合利用的高效烘干系统，其特征在于，所述热交换管（3）导热层外还具有防腐层（19）。
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