CN1195185C - 一种能提供热水的地热空调系统 - Google Patents

Abstract

一种能提供热水的地热空凋系统，其包括通过管路连接的集热器(1)、集热器出液泵(2)、由蒸发器(14)、压缩机(11)、冷凝器(12)、膨胀阀(13)连接成的制热回路及热交换回路组成的能量提升器(10)和空调器(16)，在与冷凝器(12)相耦合的热交换器水侧管路(30)通过管线连接热水容器(20)。这种能够提供热水的地热空调系统在空调器(16)在运行或不运行时，都能够生产满足要求的热水。

Description

一种能提供热水的地热空调系统

技术领域

本发明涉及一种用于两种热交换介质的固定管状通道组件的热交换系统。

背景技术

本发明申请人在先申请的中国实用新型专利申请号01223582.2，名称为竖式地热蓄能空调系统为人们提供了一种收集地热作为能源，无污染，占地面积小，并同时提供生活用热水的竖式地热蓄能空调系统。该竖式地热蓄能空调系统，包括置于地下的地热蓄能器，换热器，能量提升器，出液泵，回液泵，空调器。能量提升器包括由压缩机、冷凝器、贮液器、干燥过滤器、节流器、蒸发器和气液分离器连接组成的制热回路及热交换回路。使用上述空调设备生产热水还不能满足用户的各种需要，特别是不能满足饭店、写字楼、医院、公寓等大型建筑用热水的需要。而且，在不使用空调器的季节，不能向用户提供热水。为提高水温，扩大热水用量，以及在任何季节都能向用户供应充足的热水，还需要对上述空调系统进一步改进。

发明内容

为了改善现有技术中存在的缺陷，能够满足用户需求，全年提供满足要求的热水，本发明提供一种能提供热水的地热空调系统。

本发明能提供热水的地热空调系统，包括通过管路连接的集热器、集热器出液泵、由蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀连接成的制热回路及热交换回路组成的能量提升器和空调器，在集热器和空调器之间设有分别由第一二位四通阀构成的第一旁路管线，和由第二二位四通阀构成的第二旁路管线，其中与所述冷凝器相耦合的热交换回路水侧第二管接口与第一二位四通阀的第一接口相连，其第一管接口与第二二位四通阀的第一接口相连，空调器的进液管经泵与第一二位四通阀的第二接口相连，空调器的回液管与第二二位四通阀的第四接口相连；与所述蒸发器相耦合的热交换回路的出液管第二接口与所述第一二位四通阀的第三接口相连，其进液管第一接口与第二二位四通阀的第三接口相连，所述集热器的回水端与第一二位四通阀的第四接口相连，其给水端经出液泵与第二二位四通阀的第二接口相连，在与冷凝器相耦合的热交换回路的水侧管路第一管接口和第二二位四通阀的第一接口之间依次连接热水容器的第一水管线的一个管接口和第四阀门，在第一水管线中，设有第三阀门，第一水管线的另一个管接口连接热水容器的一端，在与冷凝器相耦合的热交换回路水侧管路的第二管接口和第一二位四通阀的第一接口之间依次连接热水容器的第二水管线的一个管接口和第二阀门，在第二水管线中，设有水泵和第一阀门，第二水管线的另一个管接口连接热水容器的另一端。

在本发明提供的另一种能提供热水的地热空调系统中，所述第一水管线设有连接热水用户的给水管，所述第二水管线设有连接自来水的供水管，在热水容器上设有溢流阀。

在本发明提供的另一种能提供热水的地热空调系统中，在热水容器上，设有自来水供水管线，还设有热水循环管线，在热水循环管线中，包括连接热水用户的给水干管和回水干管，在给水干管或回水干管中设有水泵、单向阀或阀门。

在本发明提供的另一种能提供热水的地热空调系统中，在热水容器内设有加热盘管，所述加热盘管的一端口连接压缩机的出口端，加热盘管的另一端口连接冷凝器的制冷剂管路的入口端。

在本发明提供的另一种能提供热水的地热空调系统中，在加热盘管的两个端口之间装有连接两个端口的第一截止阀，在与压缩机出口端相连的管路上设有第二截止阀。

在本发明提供的另一种能提供热水的地热空调系统中，集热器包括真空井孔式地热提取装置、竖式地热蓄能器或地热蓄能器。

在本发明提供的另一种能提供热水的地热空调系统中，集热器是真空井孔式地热提取装置，其包括封闭容器，该封闭容器包括设置在其内上部的的真空室，以及设置在该真空室之下，且与其连通的换热器室，在所述换热器室的侧壁上开有多个孔，在所述换热器室中设有内部填充有液体的换热器，所述换热器的两端经所述真空室的顶部伸出，所述真空室经管线分别与真空泵和吸气阀连通，在所述换热器室的下方设置与其连通的沉沙室。

采用本发明的能提供热水的地热空调系统，在冬季，由水泵将集热器内的低温水(大约15℃)送到与蒸发器相耦合的热交换回路，蒸发器中的制冷剂受热蒸发成气体，通过压缩机压缩形成高温高压气体。这种高温高压气体通过冷凝器向与其相耦合的热交换回路水侧释放潜能，水侧的水得到热量升温，由另一个水泵将升温的水输送到空调器释放热量，从而达到采暖的目的。在夏季，通过阀门组水力切换使风机盘管即空调器与蒸发器相连通，吸收空气中的热量，使室内温度降低，从而达到制冷目的。

在本发明能提供热水的地热空调系统中，在压缩机和冷凝器之间的管路上连通热水容器中的加热管，或者与冷凝器相耦合的热交换回路的水侧的管路连通热水容器的进水管和出水管。通过控制阀门或阀门组的开启或关闭，改变向热水容器提供热量的管线。因此，本发明能提供热水的空调系统，在空调器运行，进行需要的制冷或制热的季节，以及在不需要空调器运行的春秋季节，都能够向家庭户型或大户型，例如饭店、写字楼、医院、公寓或住宅提供大量满足要求的热水。

附图说明

图1是本发明的一个优选实施例的示意图，其表示一种采用能够向家庭型用户提供热水的地热空调系统；

图2是本发明的另一个优选实施例的示意图，其表示一种能够向大户型用户提供热水的地热空调系统；

图3是在本发明能提供热水的地热空调系统中，采用真空井孔式地热提取装置作为集热器的示意图。

具体实施方式

如图1所示，其中描绘了一种能提供热水的地热空凋系统，其包括通过管路连接的集热器1、集热器出液泵2、蒸发器14、压缩机11、冷凝器12、膨胀阀13连接成的制热回路及热交换回路组成的能量提升器10和空调器16。在集热器1和空调器16之间设有分别由第一二位四通阀8构成的第一旁路管线81，和由第二二位四通阀9构成的第二旁路管线91，其中与冷凝器12相耦合的热交换回路30水侧第二管接口32与第一二位四通阀8的第一接口8a相连，其第一管接口31与第二二位四通阀9的第一接口9a相连。空调器16的进液管经泵17与第一二位四通阀8的第二接口8b相连。空调器16的回液管与第二二位四通阀9的第四接口9d相连。与所述蒸发器14相耦合的热交换回路60的出液管第二接口62与所述第一二位四通阀8的第三接口8c相连，其进液管第一接口61与第二二位四通阀9的第三接口9c相连。所述集热器1的回水端与第一二位四通阀8的第四接口8d相连，其给水端经出液泵2与第二二位四通阀9的第二接口9b相连。在与冷凝器12相耦合的热交换器水侧管路30的第一管接口31和第二二位四通阀9的第一接口9a之间依次连接热水容器20的第一水管线34的一个管接口33和第四阀门24。在第一水管线34中，设有第三阀门23。第一水管线34的另一个管接口37连接热水容器20的一端，在与冷凝器12相耦合的水侧管路30的第二管接口32和第一二位四通阀8的第一接口8a之间依次连接热水容器20的第二水管线36的一个管接口38和第二阀门22，在第二水管线36中，设有水泵27和第一阀门21，第二水管线36的另一个管接口39连接热水容器20的另一端。

在本发明的能提供热水的地热空调系统的一个优选实施例中，所述第一水管线34设有连接热水用户50的给水管41。所述第二水管线36设有连接自来水的供水管42。在热水容器20上设有溢流阀43。该实施例生产的热水通常适合于家庭用户。家庭用户的特点是热水用户的出水口到热水容器20的距离相对较近。在此实施例中，当热水用户打开出水口的阀门时，热水容器20中的热水经第一水管线34进入给水管41，热水用户能够极方便地获得满足要求的热水。

在图1所示的本发明能提供热水的地热空调系统的一个优选实施例中，在热水容器20内，设有加热盘管28，加热盘管28的一端口25通过管线连接压缩机11的出口端，加热盘管28的另一端口26通过管线连接冷凝器12的制冷剂管路的入口端。在加热盘管28的两个端口25和26之间，安装有连接两个端口25和26的第一截止阀29。在与压缩机11出口端相连的管路上设有第二截止阀35。

当第一截止阀29开通，第二截止阀35关闭时，压缩机1I的出口直接连通冷凝器12的入口，来自压缩机11的高温高压气体直接进入冷凝器12。此时从压缩机11排出的高温高压气体不通过加热盘管28，因此，加热盘管28不向热水容器20提供热量。当第一截止阀29关闭，第二截止阀35开通时，来自压缩机11的出口的高温高压气体经过加热盘管28后，进入冷凝器12。此时加热盘管28向热水容器20提供热量。

如图2所示，在本发明提供的能提供热水的地热空调系统的另一个优选实施例中，在热水容器20上，设有自来水供水管线46，以及热水循环管线40。在热水循环管线40中，包括连接热水用户50的给水干管44和回水干管45。在给水干管44中设有水泵48和单向阀47。在回水干管45中设有阀门49。

在图1和图2所示的实施例中，图中所示的状态，表示冬季用空调器16采暖的情况，其中二位四通阀8、9处于图示的工作位置，即其中用涂黑的两个三角形符号表示关闭的流道，用空白的两个三角形符号表示开启的流道，此时空调器16和与冷凝器12相耦合的热交换回路30相接，吸收冷凝器12散发出的热量，利用其采暖；夏季，则将二位四通阀8、9换向，即将其中涂黑的流道打开，将空白的流道关闭，使空调器16和与蒸发器14相耦合的热交换回路60相接，利用其中的低温液体给居室降温。上述工作过程已在中国实用新型专利01223582.2号竖式地热蓄能空调系统中作了详细描述，为避免烦琐，本文不再赘述。

图2所示的能提供热水的地热空调系统的优选实施例适合于向大型用户供给热水，其中给水干管44、热水容器20和回水干管45构成热水循环回路，由水泵48推动热水容器20中的热水在该循环回路中不停的流动。此时，尽管热水用户到热水容器之间的距离比较远，因为在由给水干管44、热水容器20和回水干管45构成的热水循环回路中，水泵48使热水在该回路不停地循环流动，所以热水用户很容易在比较短的时间内获得满足要求的热水，水温在60℃以下。

在夏季，当采用本发明能提供热水的地热空调系统制冷，同时需要使用热水时，如果需要热水的温度较低用量较小时，可采用热水容器20中的加热盘管28加热热水容器20中的水，此时开启第二阀门22和第四阀门24，关闭第一阀门21和第三阀门23，水泵27停止运行，与此同时，空调器16正常运行，进行制冷操作。热水容器20中的水被第一阀门21和第三阀门23切断，不与冷凝器12的给水侧连通。使得压缩机11运行时产生的高温高压气体通过热水容器20中的加热盘管28后，再进入冷凝器12。此时，热水容器20中的水通过加热盘管28获得热量，从而提高热水容器20中的水温度。如果需用的热水量较大且温度较高时，则可打开第一阀门21和第三阀门23并开启水泵27，使热水容器20与热交换回路30相通利用冷凝器12散发出的热量加热热水容器20中的水。

在冬季需要使用热水时，不仅可以采用热水容器20中的加热盘管28加热热水容器20中的水，还可以利用第一水管线34、热水容器20、第二水管线36和与冷凝器12相耦合的热交换回路30的的给水侧形成的环路加热热水容器20中的水。此时，除加热盘管28向热水容器20中的水提供热量外，在与冷凝器12相耦合的热交换回路30的给水侧被加热的水在水泵27的泵送作用下，经过第二水管线36进入热水容器20，然后，从第一水管线34返回冷凝器12的给水侧。由此循环加热热水容器20中的水。

当春秋季节或不需要空调器16工作，同时还需要生产热水时，关闭第二阀门22和第四阀门24，开启第一阀门21和第三阀门23，使能量提升器10正常运行。由于第二阀门22和第四阀门24切断了与冷凝器12相耦合的热交换回路30给水侧中的水与空调器16之间的联系，空调器16不再进行制冷或制热操作。此时在与冷凝器12相耦合的热交换回路30中被加热的水在水泵27的推动作用下，通过第一阀门21进入热水容器20。热水容器20中的水通过管路34中的第三阀门23，返回与冷凝器12相耦合的热交换回路30的给水侧，由此循环加热热水容器20中的水。

利用图2所示的实施例加热热水的方法与图1加热热水的方法相同，为避免烦琐，本文不再赘述。

如图3所示，在本发明提供的能提供热水的地热空调系统的另一个优选实施例中，集热器1是真空井孔式地热提取装置，其包括封闭容器120，该封闭容器120包括设置在其内上部的的真空室130以及设置在该真空室130之下，且与其连通的换热器室140，在所述换热器室140的侧壁上开有多个孔141。封闭容器120内的其余部分均与外界封闭，即封闭容器120仅通过设置在换热器室140上的孔141实现与外部地下水的交换。在所述换热器室140中设有内部填充有液体的换热介质的盘管式换热器150，所述盘管式换热器150的两端151、152经所述真空室130的顶部伸出，换热器150的一端151连通出液泵2。出液泵2通过管路连接与蒸发器14相耦合的给水侧管线的入口端。换热器150的另一端152通过管路连通与蒸发器14相耦合的给水侧管线的回水端口。所述真空室130经管线160分别与真空泵170和吸气阀115连通，以便分别通过真空泵170和吸气阀115来调节真空室130内的压力。

在通过在地面上钻出的井口将该真空井孔式地热提取装置构成的集热器1埋于地下时，使真空室130底部与地下水位B齐平，以此使真空室130的顶部高出地下水位B，以便当工作时通过真空室130实现地下水的抽取和排放。

另外，可以在该真空井孔式地热提取装置中的换热器室140的下方设置与换热器室140连通的沉沙室190，以便在为了实现换热而使地下水反复进出换热器室140时，该沉沙室190能够使地下水中所携带的泥沙沉积到沉沙室190中。沉沙室190的大小可根据实际情况进行设置。

当启动真空泵170，并关闭吸气阀115时，随着真空室130内的压力逐渐降低，会使真空室130内的水位相应逐步升高，例如由图3中的B水位升至A水位处(如图3中真空室130内单箭头所示)。与此同时，真空井孔式地热提取装置构成的集热器1外的地下水经换热器室140侧壁上的孔141进入换热器室140内。相反，当关闭真空泵170，并打开吸气阀115时，真空室130内的压力逐渐升高，真空室130内的水位便逐步降低，例如由图3中的A水位降至B水位(如图3中真空室130内双箭头所示)。与此同时，真空井孔式地热提取装置构成的集热器1内的水便经换热器室140侧壁上的孔141排出。

由此可见，随着真空室130中水的上下往复运动，换热器室140中的液体介质与周围地下水源之间不断进行往复交换。在此期间，当换热器150中的液体温度与地下水源的温度不一致时，换热器150中的液体便会与地下水源之间进行热交换，从而使换热器150中的液体温度升高或降低，并通过能量提取装置10(见图1和2)提升换热器150中换热后的液体能量，将其输送至用户。

专业人员可以得知，不仅可以采用真空井孔式地热提取装置作为集热器1，还可以采用竖式地热蓄能器或地热蓄能器等作为集热器1。这种蓄能器的构造可以参阅中国实用新型专利申请01223582.2和中国发明专利00123489.7。

以上内容仅是本发明的优选实施例。应强调的是，在不脱离本发明思想的前提下，本领域普通技术人员对本发明作出的各种变型或改进均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种能提供热水的地热空凋系统，其包括通过管路连接的集热器(1)、集热器出液泵(2)、由蒸发器(14)、压缩机(11)、冷凝器(12)、膨胀阀(13)连接成的制热回路及热交换回路组成的能量提升器(10)和空调器(16)，在集热器(1)和空调器(16)之间设有分别由第一二位四通阀(8)构成的第一旁路管线(81)，和由第二二位四通阀(9)构成的第二旁路管线(91)，其中与所述冷凝器(12)相耦合的热交换回路(30)水侧第二管接口(32)与第一二位四通阀(8)的第一接口(8a)相连，其第一管接口(31)与第二二位四通阀(9)的第一接口(9a)相连，空调器(16)的进液管经泵(17)与第一二位四通阀(8)的第二接口(8b)相连，空调器(16)的回液管与第二二位四通阀(9)的第四接口(9d)相连；与所述蒸发器(14)相耦合的热交换回路(60)的出液管第二接口(62)与所述第一二位四通阀(8)的第三接口(8c)相连，其进液管第一接口(61)与第二二位四通阀(9)的第三接口(9c)相连，所述集热器(1)的回水端与第一二位四通阀(8)的第四接口(8d)相连，其给水端经出液泵(2)与第二二位四通阀(9)的第二接口(9b)相连，其特征是：在与冷凝器(12)相耦合的热交换回路(30)的水侧管路第一管接口(31)和第二二位四通阀(9)的第一接口(9a)之间依次连接热水容器(20)的第一水管线(34)的一个管接口(33)和第四阀门(24)，在第一水管线(34)中设有第三阀门(23)，第一水管线(34)的另一个管接口(37)连接热水容器(20)的一端，在与冷凝器(12)相耦合热交换回路(30)的水侧管路的第二管接口(32)和第一二位四通阀(8)的第一接口(8a)之间依次连接热水容器(20)的第二水管线(36)的一个管接口(38)和第二阀门(22)，在第二水管线(36)中，设有水泵(27)和第一阀门(21)，第二水管线(36)的另一个管接口(39)连接热水容器(20)的另一端。

2.按照权利要求1所述能提供热水的地热空调系统，其特征是：所述第一水管线(34)设有连接热水用户(50)的给水管(41)，所述第二水管线(36)设有连接自来水的供水管(42)，在热水容器(20)上设有溢流阀(43)。

3.按照权利要求1所述能提供热水的地热空调系统，其特征是：在热水容器(20)上，设有自来水供水管线(46)，还设有热水循环管线(40)，在热水循环管线(40)中，包括连接热水用户(50)的给水干管(44)和回水干管(45)，在给水干管(44)或回水干管(45)中设有水泵(48)、单向阀(47)或阀门(49)。

4.按照权利要求2所述能提供热水的地热空调系统，其特征是：在热水容器(20)中，设有加热盘管(28)，所述加热盘管(28)的一端口(25)连接压缩机(11)的出口端，加热盘管(28)的另一端口(26)连接冷凝器(12)的制冷剂管路的入口端。

5.按照权利要求4所述能提供热水的地热空调系统，其特征是：所述加热盘管(28)两个端口(25、26)之间装有连接两个端口(25、26)的第一截止阀(29)，在与压缩机(11)出口端相连的管路上设有第二截止阀(35)。

6.按照权利要求1～5之一所述能提供热水的地热空调系统，其特征是：集热器(1)包括真空井孔式地热提取装置或地热蓄能器。

7.按照权利要求6所述能提供热水的地热空调系统，其特征是：所述地热蓄能器包括竖式地热蓄能器。

8.按照权利要求6所述能提供热水的地热空调系统，其特征是：所述真空井孔式地热提取装置包括封闭容器(120)，该封闭容器(120)包括设置在其内上部的的真空室(130)以及设置在该真空室(130)之下，且与其连通的换热器室(140)，在所述换热器室(140)的侧壁上开有多个孔(141)，在所述换热器室(140)中设有内部填充有液体的换热器(150)，所述换热器(150)的两端(151、152)经所述真空室(130)的顶部伸出，所述真空室(130)经管线(160)分别与真空泵(170)和吸气阀(115)连通，在所述换热器室(140)的下方设置与其连通的沉沙室(190)。

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