CN114459066A - 供热系统 - Google Patents

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CN114459066A CN202210113991.9A CN202210113991A CN114459066A CN 114459066 A CN114459066 A CN 114459066A CN 202210113991 A CN202210113991 A CN 202210113991A CN 114459066 A CN114459066 A CN 114459066A
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米二龙
蔡浩飞
蒋莉
周贤
姚国鹏
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Huaneng Clean Energy Research Institute
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Huaneng Inner Mongolia East Energy Co ltd
Huaneng Clean Energy Research Institute
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种供热系统，所述供热系统包括第一管路、第二管路、第三管路和热管，所述第一管路用于将所述热站的热水输送至所述用户端，所述第二管路用于将所述用户端的热水输送至所述热站，所述第三管路位于所述热站与所述用户端之间，所述第三管路连通所述第一管路和所述第二管路，所述第三管路用于将所述第二管路内的热水回流至所述第一管路，所述第三管路包括换热段，所述热管内填充有换热介质，所述热管的一端适于埋在地下以便所述换热介质吸取地热，所述热管的另一端邻近所述换热段，且所述热管内的换热介质与所述换热段内的热水进行热交换。本发明实施例的供热系统具有耗能低、结构简单和稳定性高等优点。

Description

供热系统
技术领域
本发明涉及供热技术领域，具体涉及一种供热系统。
背景技术
地热能是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生能源，逐渐得到广泛的应用。在相关技术中，传统的供热系统存在供热不稳定的问题，如果合理的利用地热能辅助传统的供热系统，可以提高传统的供热系统的稳定性。但是地热能和传统供热系统耦合面临两个问题，一个是如何将地热能从地底提取，另一个是如何优化系统结构，实现节能减排。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明实施例提出一种供热系统，该供热系统耗能低、结构简单和稳定性高。
本发明实施例的供热系统包括：
第一管路，所述第一管路用于将热站的热水输送至用户端；
第二管路，所述第二管路用于将所述用户端的热水输送至所述热站；
第三管路，所述第三管路位于所述热站与所述用户端之间，所述第三管路连通所述第一管路和所述第二管路，所述第三管路用于将所述第二管路内的热水输送至所述第一管路，所述第三管路包括换热段；
热管，所述热管内填充有换热介质，所述热管的一端适于埋在地下以便所述换热介质吸取地热，所述热管的另一端邻近所述换热段，且所述热管内的所述换热介质与所述换热段内的热水进行热交换，以将所述换热介质的热量传递给所述换热段内的热水。
本发明实施例的供热系统具有耗能低、结构简单和稳定性高等优点。
在一些实施例中，所述热管为分离式热管，所述分离式热管包括冷凝段和蒸发段，所述蒸发段适于埋在地下，所述冷凝段适于设在地上以便和所述换热段进行热交换。
在一些实施例中，供热系统还包括换热器，所述换热器具有相互独立的第一通道和第二通道，所述冷凝段与所述第一通道连通，所述换热段与所述第二通道连通，所述第一通道内的换热介质和所述第二通道内的热水可进行热交换，以便所述换热介质将热量传递给所述换热段中的热水。
在一些实施例中，所述第一通道和所述第二通道在竖直方向上间隔设置，所述第一通道位于所述第二通道下方。
在一些实施例中，所述换热器还包括壳体，所述壳体内具有空腔，所述第一通道和所述第二通道贯穿所述壳体且所述第一通道和所述第二通道位于所述空腔内，所述空腔中填充有储热介质，所述储热介质位于所述第一通道和所述第二通道之间。
在一些实施例中，所述热管还包括连接段，所述连接段用于连通所述蒸发段与所述冷凝段，至少部分所述连接段的外周侧设有保温层。
在一些实施例中，供热系统还包括温度传感器，所述温度传感器设在所述第二管路上，所述温度传感器用于检测所述第二管路内的热水温度。
在一些实施例中，供热系统还包括水泵和阀门，所述阀门设在所述第三管路的一端，所述水泵设在所述第三管路的另一端以便将所述第二管路中的热水输送至所述第一管路。
在一些实施例中，供热系统还包括控制器，所述控制器与所述水泵、所述阀门、所述温度传感器中的每一者电连接，所述控制器用于接收所述温度传感器检测到的信息，以便控制所述水泵的运行和所述阀门的开合。
在一些实施例中，所述热管和所述第三管路均设有多个，多个所述热管与多个所述第三管路一一对应，多个所述热管和多个所述第三管路间隔设在所述用户端与所述热站之间。
附图说明
图1是本发明实施例的供热系统的示意图。
附图标记：
第一管路1；第二管路2；第三管路3；换热段31；热管4；冷凝段41；蒸发段42；连接段43；
换热器5；第一通道51；第二通道52；壳体53；
温度传感器6；阀门7；水泵8；控制器9；地面10；
第一开关阀11；第二开关阀12；地热提取位置13。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的供热系统包括第一管路1、第二管路2、第三管路3和热管4。
第一管路1用于将热站(图中未示出)的热水输送至用户端(图中未示出)。第二管路2用于将用户端的热水输送至热站。
第三管路3位于热站与用户端之间，第三管路3连通第一管路1和第二管路2，第三管路3用于将第二管路2内的热水输送至第一管路1，第三管路3包括换热段31。
热管4内填充有换热介质，热管4的一端适于埋在地下以便换热介质吸取地热，热管4的另一端邻近换热段31，且热管4内的换热介质与换热段31内的热水进行热交换，以将换热介质的热量传递给换热段31内的热水。
为了便于描述，下面以第一管路1的延伸方向与左右方向一致、以热管4的延伸方向与上下方向一致为例，进一步描述本申请的技术方案。
具体地，如图1所示，第一管路1的左端与热站连通，第一管路1的右端与用户端连通。第二管路2的左端与热站连通，第二管路2的右端与用户端连通。第一管路1将热站的热水提供给用户端使用，例如为用户提供暖气、地暖等，第二管路2将从用户端流出的热水输送至热站。第一管路1中的热水的温度高于第二管路2中的热水的温度。
第三管路3的一端与第一管路1连通，第三管路3的另一端与第二管路2连通，第二管路2中的热水可以进入换热段31中。
热管4沿着上下方向布置，热管4下端位于地热提取位置13，在地热提取位置13，液态的换热介质吸收地热后变为气态，气态的换热介质上升至换热段31处将热量传递给换热段31中的热水，气态的换热介质放热后变成液态，液态的换热介质在重力的作用下回流至热管4下端，如此循环流动，热管4可以不断地利用地热加热换热段31中的热水。
本领域的技术人员可知，如果在预设时间内第二管路2中的热水温度低于预设温度，则说明用户端的热水温度不达标，即热站提供的热量无法满足用户的正常使用，也就说明第一管路1中的热水温度不达标。
本发明的实施例的供热系统在工作时，如果第二管路2中的热水温度达标，则第三管路3与第二管路2断开，第三管路3与第一管路1断开，利用第一管路1提供的热能即可满足用户端的需求。如果第二管路2中的热水温度不达标，则第三管路3连通第一管路1和第二管路2，第二管路2中的热水流经换热段31时，热管4中的换热介质将热量传递给热水，经过加热后的热水流动至第一管路1中与第一管路1中的热水混合，从而提高了第一管路1中的热水的温度，使得第一管路1中的热水达到预设温度，进而使得用户端的热水温度达标，以便满足用户的需求。
在相关技术中，传统的供热系统存在供热不稳定的问题，如果合理的利用地热能辅助传统的供热系统，可以提高传统的供热系统的稳定性。但是地热能和传统供热系统耦合面临两个问题，一个是如何将地热能从地底提取，另一个是如何优化系统结构，实现节能减排。
本发明实施例的供热系统，一方面，换热介质依靠自身的相变即可循环流动，从而将地热能从地下提取至地上，而且不需要利用驱动件驱动换热介质循环流动，系统的耗能低，结构简单；另一方面，在热站和用户端之间增设第三管路3，第三管路3中的热水可以吸收热管4中的换热介质的热量，从而提高第一管路1中的热水温度，弥补第一管路1中水温不足的缺陷，提高了供热系统的稳定性，尤其是在用热高峰期，也可满足用户的用热需求。
因此，本发明实施例的供热系统具有耗能低、结构简单和稳定性高等优点。
在一些实施例中，如图1所示，热管4为分离式热管4，分离式热管4包括冷凝段41和蒸发段42，蒸发段42适于埋在地下，冷凝段41适于设在地上以便和换热段31进行热交换。具体地，蒸发段42埋在地面10下，冷凝段41设在蒸发段42上方且位于地面10上，热管4将地热能传递给换热段31。液态的换热介质在蒸发段42处吸收地热后变成气态，气态的换热介质浮升至冷凝段41处将热量传递给换热段31后变成液态，液态的换热介质在重力的作用下回到蒸发段42中，如此循环往复。分离式热管4与传统的热管4相比，传热效率高，由此，有利于提高换热段31与冷凝段41的换热效率，从而进一步提高供热系统的工作稳定性。
可选地，换热介质为R-134a或R-125。
在一些实施例中，如图1所示，供热系统还包括换热器5，换热器5具有相互独立的第一通道51和第二通道52，冷凝段41与第一通道51连通，换热段31与第二通道52连通，第一通道51内的换热介质和第二通道52内的热水可进行热交换，以便换热介质将热量传递给换热段31中的热水。由此，利用换热器5方便将换热介质将热量传递给热水。
在一些实施例中，如图1所示，第一通道51和第二通道52在竖直方向上(图中所示的上下方向)间隔设置，第一通道51位于第二通道52下方。由此布置，利用温度高的介质密度小且会携带热量向上传递的原理，将第二通道52设在第一通道51上方，便于第二通道52中的热水吸收第一通道51中的换热介质的热量。
在一些实施例中，如图1所示，换热器5还包括壳体53，壳体53内具有空腔，第一通道51和第二通道52贯穿壳体53且第一通道51和第二通道52位于空腔内，空腔中填充有储热介质(图中未示出)，储热介质位于第一通道51和第二通道52之间。
具体地，第一通道51位于第二通道52下方，且第一通道51和第二通道52之间设有储热介质，通过上下的位置分布，可利用温度高的储热介质密度小的原理，使得温度高的储热介质集中于空腔上部，便于第二通道52吸热，从而提高换热段31中的热水的加热速率；在第二通道52附近放热结束的储热介质，密度增大，便沉积于空腔的下部，从而便于储热介质吸取第一通道51中的热量。
此外，在供热系统启动时，热管4将热量从地下提取至地上需要一定的时间，在这期间，换热段31中的热水热水的温度不稳定。利用储热介质，在供热系统不需要为第一管路提供热量的时候，可以将热量先储存起来，能源的利用效率高。这样在供热系统启动时，储热介质即可为换热段31提供热量，从而弥补地热能热量不稳定的问题，进而提高供热系统的稳定性。
由此，本发明实施例的供热系统，不仅可以提高第一通道51和第二通道52的换热效率，而且可以提高供热系统的稳定性。
可以理解的是，在其他实施例中，不仅在第一通道51和第二通道52之间填充有储热介质，而且空腔内的其他区域也有储热介质。例如，空腔内填满了储热介质。储热介质可以为流体或者固态的，例如，储热介质为显石子、导热油、石蜡、脂肪酸等。
在一些实施例中，如图1所示，热管4还包括连接段43，连接段43用于连通蒸发段42与冷凝段41，至少部分连接段43的外周侧设有保温层(图中未示出)。具体地，连接段43为连通蒸发段42和冷凝段41的管路，连接段43的外周侧设有保温层，保温层可以增强连接段43的绝热效果，从而减少甚至避免换热介质在流动过程中损失热量。由此，利用保温层可以提高热管4的传热效率，从而提高供热系统的热量利用效率，进而有利于进一步提高供热系统的工作稳定性。
可选地，在连接段43的外周侧均设有保温层，或者在部分连接段43的外周侧设有保温层，保温层的材料为玻璃棉。
在一些实施例中，如图1所示，供热系统还包括温度传感器6，温度传感器6设在第二管路2上，温度传感器6用于检测第二管路2内的水温。
具体地，温度传感器6设在热站和用户端之间，且位于第三管路3的上游。当温度传感器6显示在预设时间内第二管路2中的热水的温度低于预设温度时，第三管路3接通第一管路1和第二管路2，利用热管4加热换热段31中的热水，从而提高第一管路1中的热水的温度。当温度传感器6显示在预设时间内第二管路2中的热水的温度高于或等于预设温度时，第三管路3与第一管路1、第二管路2断开。由此，利用温度传感器6可以方便控制第三管路3的运行。
可以理解的是，温度传感器6不仅可以在第二管路2上，而且可以设在第三管路3上。需要说明的是，当温度传感器6设在第三管路3上的时候，温度传感器6设在第三管路3邻近第二管路2的一端，从而方便准确的检测出第二管路2中的热水温度。
在一些实施例中，如图1所示，供热系统还包括水泵8和阀门7，阀门7设在第三管路3的一端，水泵8设在第三管路3的另一端以便将第二管路2中的热水输送至第一管路1。
具体地，水泵8设在第三管路3邻近第二管路2的一端，阀门7设在第三管路3邻近第一管路1的一端。在第一管路1的水温达标时，水泵8停止运行，阀门7关闭，从而避免第一管路1或第二管路2中的热水进入第三管路3中吸收热量，从而浪费热能。由此，利用阀门7和水泵8，便于控制第三管路3与第一管路1的通断、第三管路3与第二管路2的通断，从而提高供热系统的热量利用效率，进而有利于进一步提高供热系统的工作稳定性。需要说明的是，水泵8设置为单向抽水的，利用水泵8可以将第二管路2中的热水输送至第一管路1中，不可以将第一管路1中的热水输送至第二管路2中，从而避免第一管路1中热量损失。
可以理解的是，水泵8和阀门7的位置可以互换，例如，阀门7设在第三管路3邻近第二管路2的一端，水泵8设在第三管路3邻近第一管路1的一端。
在一些实施例中，如图1所示，供热系统还包括控制器9，控制器9与水泵8、阀门7、温度传感器6中的每一者电连接，控制器9用于接收温度传感器6检测到的信息，以便控制水泵8的运行和阀门7的开合。
具体地，温度传感器6将检测到的信息传递给控制器9，控制器9根据水温判断是否打开水泵8和阀门7。当控制器9判断在预设时间内第二管路2中的热水的温度低于预设温度时，控制器9打开阀门7并控制水泵8运行，将热水从第二管路2输送至第三管路3中，热水在换热段31被加热后，流向第一管路1中；控制器9判断在预设时间内第二管路2中的热水的温度等于或高于预设温度时，控制器9关闭阀门7，并控制水泵8停止运行。由此，利用控制器9可以方便控制供热系统的运行，提高供热系统的自动化程度。
在一些实施例中，如图1所示，热管4和第三管路3均设有多个，多个热管4与多个第三管路3一一对应，多个热管4和多个第三管路3间隔设在用户端与热站之间。具体地，在用户端和热站之间设置多个热管4和多个第三管路3，利用多个热管4和多个第三管路3同时为第一管路1提供热量，可以提高第一管路1的水温上升速率，从而可以提高供热系统的稳定性，进而满足用户端的用热需求。
例如，在早上或者晚上的用热高峰期，多个第三管路3和多个热管4同时工作，可以解决高峰期热站供热紧张的问题，减少热站的耗能，节能环保。
在另一些实施例中，如图1所示，第一管路1上设有第一开关阀11，第二管路2上设有第二开关阀12。由此，利用第一开关阀11方便控制第一管路1的通断，利用第二开关阀12方便控制第二管路2的通断。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种供热系统，其特征在于，包括：
第一管路，所述第一管路用于将热站的热水输送至用户端；
第二管路，所述第二管路用于将所述用户端的热水输送至所述热站；
第三管路，所述第三管路位于所述热站与所述用户端之间，所述第三管路连通所述第一管路和所述第二管路，所述第三管路用于将所述第二管路内的热水输送至所述第一管路，所述第三管路包括换热段；
热管，所述热管内填充有换热介质，所述热管的一端适于埋在地下以便所述换热介质吸取地热，所述热管的另一端邻近所述换热段，且所述热管内的所述换热介质与所述换热段内的热水进行热交换，以将所述换热介质的热量传递给所述换热段内的热水。
2.根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于，所述热管为分离式热管，所述分离式热管包括冷凝段和蒸发段，所述蒸发段适于埋在地下，所述冷凝段适于设在地上以便和所述换热段进行热交换。
3.根据权利要求2所述的供热系统，其特征在于，还包括换热器，所述换热器具有相互独立的第一通道和第二通道，所述冷凝段与所述第一通道连通，所述换热段与所述第二通道连通，所述第一通道内的换热介质和所述第二通道内的热水可进行热交换，以便所述换热介质将热量传递给所述换热段中的热水。
4.根据权利要求3所述的供热系统，其特征在于，所述第一通道和所述第二通道在竖直方向上间隔设置，所述第一通道位于所述第二通道下方。
5.根据权利要求4所述的供热系统，其特征在于，所述换热器还包括壳体，所述壳体内具有空腔，所述第一通道和所述第二通道贯穿所述壳体且所述第一通道和所述第二通道位于所述空腔内，所述空腔中填充有储热介质，所述储热介质位于所述第一通道和所述第二通道之间。
6.根据权利要求2所述的供热系统，其特征在于，所述热管还包括连接段，所述连接段用于连通所述蒸发段与所述冷凝段，至少部分所述连接段的外周侧设有保温层。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的供热系统，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器设在所述第二管路上，所述温度传感器用于检测所述第二管路内的热水温度。
8.根据权利要求7所述的供热系统，其特征在于，还包括水泵和阀门，所述阀门设在所述第三管路的一端，所述水泵设在所述第三管路的另一端以便将所述第二管路中的热水输送至所述第一管路。
9.根据权利要求8所述的供热系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述水泵、所述阀门、所述温度传感器中的每一者电连接，所述控制器用于接收所述温度传感器检测到的信息，以便控制所述水泵的运行和所述阀门的开合。
10.根据权利要求9所述的供热系统，其特征在于，所述热管和所述第三管路均设有多个，多个所述热管与多个所述第三管路一一对应，多个所述热管和多个所述第三管路间隔设在所述用户端与所述热站之间。
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