CN113883735A - 一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，包括地埋管，所述地埋管的内部设置有内管组件和外管，所述内管组件包括有内管管道，所述内管管道的内部固定安装有内管，所述内管与外管之间设置有空腔管道，所述地埋管的外部设置有岩石层，所述岩石层与地埋管之间设置有回填层，所述内管管道的顶部固定连接有压缩机，所述地埋管的右侧固定连接有膨胀阀，膨胀阀与压缩机通过冷凝器固定连接。该利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，通过在空腔内部设置有以R134a的循环工质，根据R134a蒸发温度低的特点，能够利用其汽化潜热所吸收的热量，提高循环工质的吸热量，能够有效提高热泵系统的效率。

Description

一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统

技术领域

本发明涉及地热资源利用技术领域，具体为一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统。

背景技术

随着能源消耗，传统能源储量不断下降，为助力实现碳达峰和碳中和的战略目标，开发使用清洁能源势在必行，地热能是一种清洁环保的可再生能源，在清洁能源利用领域的竞争力越来越强，目前地热能从利用形态上可划分成水热型地热(水源)与干热岩(地源)两种形式，其中干热岩开采技术采用闭式循环系统，能够充分利用中深层地热资源，具备取热不取水的特点，是地热资源开发利用的重点研究方向之一。

干热岩(地源)采用闭式循环，通常采用地埋管的形式利用深井换热技术开采中深层地热资源，通过同轴套管的形式，冷水从外套管入口流入，冷水在下降过程中通过导热和传热被岩石层加热升温，在到达套管底部后再从内管通道向上流动到井口，加热后的水再通过热泵机组抬升，将低品位的热源转化为高品位的热源，供作建筑供暖，而冷却后的循环水再次进入地下换热系统进行循环。

但目前现有的地埋管换热系统存在结构单一和换热功率低等问题，无法达到预想效果，故而提出一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统来解决上述问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，具备换热效果好的优点，解决了现有的地埋管换热系统存在结构单一和换热功率低等问题，无法达到预想效果的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，包括地埋管，所述地埋管的内部设置有内管组件和外管；

所述内管组件包括有内管管道，所述内管管道的内部固定安装有内管，所述内管与外管之间设置有空腔管道。

进一步，所述地埋管的外部设置有岩石层，所述岩石层与地埋管之间设置有回填层。

进一步，所述内管管道的顶部固定连接有压缩机，所述地埋管的右侧固定连接有膨胀阀，所述膨胀阀与压缩机通过冷凝器固定连接。

进一步，所述地埋管处于地下，所述压缩机、膨胀阀和冷凝器均处于地上。

进一步，所述地埋管设置为套管式换热器，所述压缩机设置为磁悬浮压缩机。

进一步，所述回填层的内部设置有特性水泥。

进一步，所述空腔管道呈环形分布。

进一步，所述空腔管道的内部设置有循环工质，所述循环工质为R134a。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，具备以下有益效果：

1、该利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，通过在空腔内部设置有以R134a的循环工质，根据R134a蒸发温度低的特点，能够利用其汽化潜热所吸收的热量，提高循环工质的吸热量，能够有效提高热泵系统的效率。

2、该利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，通过采用的循环工质为R134a，R134a具有良好的综合性能，无毒不可燃，安全性能良好，蒸发温度低和具备良好的气、液导热性能。

附图说明

图1为本发明提出的一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统结构示意图；

图中：1地埋管、2压缩机、3冷凝器、4膨胀阀、5内管组件、51内管管道、52内管、53空腔管道、6外管、7回填层、8岩石层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，包括地埋管1，地埋管1处于地下，地埋管1的内部设置有内管组件5和外管6，地埋管1的外部设置有岩石层8，岩石层8处于地下，岩石层8与地埋管1之间设置有回填层7，回填层7的内部设置有特性水泥，使得回填层7具有良好导热性能。

其中，地埋管1设置为套管式换热器，承担热泵系统中蒸发器的作用，能够充分利用地层的热量使空腔管道53中的循环工质蒸发吸热，同时减少内管组件5内部工质的热量损耗。

具体的，通过将地埋管1设置为套管式换热器，达到了减少地埋管1内部热量损耗的目的，通过设置有回填层7和岩石层，起到热量传递的作用。

本实施例中，内管组件5包括有内管管道51，内管管道51的内部固定安装有内管52，内管52与外管6之间设置有空腔管道53，空腔管道53的内部设置有循环工质，循环工质为R134a，空腔管道53呈环形分布，方便循环。

其中，内管管道51的顶部固定连接有压缩机2，压缩机2设置为磁悬浮压缩机，磁悬浮压缩机不需用油系统，维护简单方便，机组效率高，具备高效节能的特点。

其中，地埋管1的右侧固定连接有膨胀阀4，膨胀阀4的设置能够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，膨胀阀4与压缩机2通过冷凝器3固定连接，且压缩机2、膨胀阀4和冷凝器3均处于地上。

需要说明的是，冷凝器3通过与冷却介质进行热量交换，将蒸发器吸收的热量和压缩机做功转化的热量一同传递给冷却介质，从而实现制热的目的。

具体的，通过设置有空腔管道53，起到热量循环目的，在空腔管道53内部的循环工质得到流动。

上述实施例的工作原理为：

该利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，地埋管1处于地下，岩石层8中的热量通过回填层7和外管6传递给空腔管道53中设置的循环工质，循环工质吸收热量温度升高，到达临界点后发生相变吸热形成高温蒸气，到达井底后通过内管管道52循环至井口，然后在压缩机2的作用下转变为高温高压的蒸气，蒸气随后进入冷凝器3与冷却介质进行换热，为供热回路提供热量，而冷却后的循环工质经降温液化后经膨胀阀4作用后重新进入地下地埋管1进行循环。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，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者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，包括地埋管(1)，其特征在于：所述地埋管(1)的内部设置有内管组件(5)和外管(6)；

所述内管组件(5)包括有内管管道(51)，所述内管管道(51)的内部固定安装有内管(52)，所述内管(52)与外管(6)之间设置有空腔管道(53)。

2.根据权利要求1所述的一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，其特征在于：所述地埋管(1)的外部设置有岩石层(8)，所述岩石层(8)与地埋管(1)之间设置有回填层(7)。

3.根据权利要求1所述的一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，其特征在于：所述内管管道(51)的顶部固定连接有压缩机(2)，所述地埋管(1)的右侧固定连接有膨胀阀(4)，所述膨胀阀(4)与压缩机(2)通过冷凝器(3)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，其特征在于：所述地埋管(1)处于地下，所述压缩机(2)、膨胀阀(4)和冷凝器(3)均处于地上。

5.根据权利要求4所述的一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，其特征在于：所述地埋管(1)设置为套管式换热器，所述压缩机(2)设置为磁悬浮压缩机。

6.根据权利要求2所述的一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，其特征在于：所述回填层(7)的内部设置有特性水泥。

7.根据权利要求1所述的一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，其特征在于：所述空腔管道(53)呈环形分布。

8.根据权利要求1所述的一种利用工质相变吸热的深井换热热泵系统，其特征在于：所述空腔管道(53)的内部设置有循环工质，所述循环工质为R134a。

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