專利名稱：?jiǎn)位芈返責(zé)峋聯(lián)Q熱器熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地?zé)岵膳夹g(shù)，具體涉及到單回路井下?lián)Q熱器與熱泵相結(jié)合的技術(shù)與裝置。
背景技術(shù)：
地?zé)峋聯(lián)Q熱器與地埋管換熱器有所不同，其本質(zhì)區(qū)別在于井下?lián)Q熱器是換熱器內(nèi)的流體與井內(nèi)地?zé)崴畬恿黧w以自然對(duì)流的方式進(jìn)行換熱，而地埋管換熱器(有時(shí)也稱為地源埋管換熱器)主要依靠埋入地下的管路與周圍土壤以導(dǎo)熱的方式進(jìn)行換熱。雖然地?zé)峋纳疃认嗖畈欢?，但地?zé)峋聯(lián)Q熱器其單井取熱量在百千瓦的數(shù)量級(jí)，最高提取熱量可以達(dá)到lOOOkW以上，而地源埋管換熱器只有幾千瓦的數(shù)量級(jí)， 一般僅有
2-5kW。從供熱負(fù)荷角度講， 一套地?zé)峋聯(lián)Q熱器提取的熱量可高出地埋管換熱器兩個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)然，采用哪種換熱器要根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件而定。有條件的地方采用地?zé)峋聯(lián)Q熱器系統(tǒng)要遠(yuǎn)比地埋管換熱器系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)。地?zé)峋聯(lián)Q熱器也具有不抽取地下水、無(wú)地?zé)崴欧?、無(wú)污染環(huán)境、可以保護(hù)地下水資源等優(yōu)點(diǎn)。由于地?zé)峋聯(lián)Q熱器依賴自然對(duì)流方式傳熱，其傳熱機(jī)理要比地埋管換熱器的導(dǎo)熱問(wèn)題復(fù)雜，因此，本發(fā)明提出了一種強(qiáng)化傳熱的方式，結(jié)合熱泵系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)，達(dá)到對(duì)井下?lián)Q熱器強(qiáng)化其自然對(duì)流的目的。
國(guó)外大多數(shù)地?zé)峋聯(lián)Q熱器，均在較高溫度的淺層地?zé)釤醿?chǔ)條件下運(yùn)行，我國(guó)具有這樣地?zé)釤醿?chǔ)條件的地方不多。實(shí)驗(yàn)和理論研究結(jié)果表明，流經(jīng)井下?lián)Q熱器的入口溫度越低，凈熱輸出越大。因此，為了突破受溫度資源條件的限制，使更多的地區(qū)可以應(yīng)用地?zé)峋聯(lián)Q熱器，提出將具有強(qiáng)化傳熱模式的井下?lián)Q熱器與熱泵相結(jié)合。這樣不僅可放寬地?zé)釤醿?chǔ)資源條件的限制，還可進(jìn)一步降低井下?lián)Q熱器的入口溫度，提高井下?lián)Q熱器在水層內(nèi)的吸熱量。
本發(fā)明的目的是提供一種單回路與地?zé)峋聯(lián)Q熱器結(jié)合的熱泵系統(tǒng)。通過(guò)優(yōu)化井管幾何配置參數(shù)，井下?lián)Q熱器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)出口水溫等強(qiáng)化地?zé)峋聯(lián)Q熱器的傳熱。并結(jié)合熱泵技術(shù)，進(jìn)一步降低井下?lián)Q熱器的入水溫度，增大地?zé)釤醿?chǔ)層內(nèi)流體的自然對(duì)流驅(qū)動(dòng)溫差，提高換熱效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)原理是將井下?lián)Q熱器置入地下地?zé)峋校聯(lián)Q熱器的供、回水管路分別串接單向閥、三通閥、截止閥、循環(huán)水泵、循環(huán)水箱等，由冷凝器、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和節(jié)流閥串接構(gòu)成的熱泵系統(tǒng)并接于井下?lián)Q熱器的供、回水管路中(見附圖)。在供熱模式下，當(dāng)從井下?lián)Q熱器供出的熱水溫度滿足用戶要求時(shí)，該供水繞過(guò)熱泵系統(tǒng)中的冷凝器直接進(jìn)入用戶末端供熱；當(dāng)從井下?lián)Q熱器供出的熱水溫度較低不能滿足用戶要求時(shí)，該水將通過(guò)熱泵系統(tǒng)中的冷凝器被提高溫度后進(jìn)入用戶末端供熱。從用戶末端出來(lái)的溫度較低的回水根據(jù)其溫度的高低，或者直接進(jìn)入井下?lián)Q熱器或者經(jīng)熱泵系統(tǒng)中的蒸發(fā)器再次從地下水中取熱。即回水溫度較低時(shí)直接送入地?zé)峋聯(lián)Q熱器取熱，而回水溫度仍然較高時(shí)則通過(guò)熱泵蒸發(fā)器提取熱量，溫度進(jìn)一步降低后再進(jìn)入地?zé)峋聯(lián)Q熱器，以獲取更大的熱量，整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)單回路水循環(huán)。地?zé)峋聯(lián)Q熱器通過(guò)與地面熱泵機(jī)組相結(jié)合，進(jìn)一步降低井下?lián)Q熱器的入口水溫，增大地?zé)釤醿?chǔ)層內(nèi)流體的自然對(duì)流驅(qū)動(dòng)溫差，強(qiáng)化了地?zé)峋聯(lián)Q熱器的傳熱，從而提高井下?lián)Q熱器從淺層地?zé)崴畬踊虻叵滤畬觾?nèi)吸收的熱量。
井下?lián)Q熱系統(tǒng)是由成井花管與成井套管對(duì)接構(gòu)成井下?lián)Q熱器的護(hù)套埋入地下，井下?lián)Q熱器置于護(hù)套中。井下?lián)Q熱器通過(guò)兩種途徑取熱(l)與流過(guò)含水層的地下熱水進(jìn)行換熱；(2)與井壁圍巖進(jìn)行換熱。井壁以內(nèi)屬于純流體區(qū)域，熱交換主要以自然對(duì)流方式進(jìn)行，類似于管殼式換熱器。被井下?lián)Q熱器(換熱管束)冷卻的地下水一部分通過(guò)花管壁面流到井外含水層，而外部含水層中的熱水通過(guò)花管壁面流入井內(nèi)，形成連續(xù)的質(zhì)交換，補(bǔ)充井內(nèi)散失掉的熱量，保持熱輸出的穩(wěn)定性。井壁以外的地?zé)崴畬訉儆诙嗫捉橘|(zhì)區(qū)域，熱交換同時(shí)以自然對(duì)流和導(dǎo)熱兩種方式進(jìn)行。


附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理及部件連接簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。單回路地?zé)峋聯(lián)Q熱器熱泵系統(tǒng)具有井下?lián)Q熱器、單向閥、三通閥、截止閥、循環(huán)水泵、儲(chǔ)水箱、冷凝器、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和節(jié)流閥等。各部件具體連接方式為井下?lián)Q熱器l的供水管依次串接第一個(gè)單向闊2-1、第一個(gè)三通闊3-1、第二個(gè)截止閥4-2、第三個(gè)截止閥4-3、第二個(gè)三通閥3-2、第四個(gè)截止闊4-4，第一個(gè)截止閥4-1的兩端分別接于第一個(gè)三通閥3-1和第二個(gè)三通閥3-2的另一端；井下?lián)Q熱器l的回水管依次串接第二個(gè)單向閥2-2、儲(chǔ)水箱6、第五個(gè)截止闊4-5、循環(huán)水泵5、第三個(gè)三通閥3-3、第六個(gè)截止閥4-6、第七個(gè)截止閥4-7、第四個(gè)三通閥3-4和第八個(gè)截止閥4-8。第九個(gè)截止閥4-9的兩端分別接于第四個(gè)三通閥3-4和第三個(gè)三通閥3-3的另一端。由冷凝器7、壓縮機(jī)8、蒸發(fā)器9和節(jié)流閥10串接構(gòu)成的熱泵系統(tǒng)并接于井下?lián)Q熱器1的供、回水管路。具體接法是冷凝器7接于第二和第三個(gè)截止闊4-2、 4-3之間；蒸發(fā)器9接于第七和第六個(gè)截止闊4-7、 4-6之間。井下?lián)Q熱器l置入地下地?zé)峋畠?nèi)。
從地?zé)峋聯(lián)Q熱器1出來(lái)的供水如果溫度足夠高(比如末端供熱設(shè)備為風(fēng)機(jī)盤管時(shí)可高于45°C，為散熱片時(shí)可高于60°C)，則經(jīng)過(guò)第一個(gè)單向閥2-1、第一個(gè)三通閥3-1、第一個(gè)截止閥4-l、第二個(gè)三通闊3-2及第四個(gè)截止閥4-4直接送入用戶供熱。此時(shí)，供熱回水則經(jīng)第二個(gè)單向閥2-2、儲(chǔ)水箱6、第5個(gè)截止閥4-5、循環(huán)水泵5、第三個(gè)三通閥3-3，第九個(gè)截止閥4-9、第四個(gè)三通閥3-4及第八個(gè)截止閥4-8注入地?zé)峋聯(lián)Q熱器l?；氐骄?lián)Q熱器的循環(huán)冷水與地?zé)峋畠?nèi)熱水對(duì)流換熱，溫度升高后再流出井下?lián)Q熱器，使循環(huán)水不斷的從地?zé)峋蝎@取熱量。如前所述，流經(jīng)井下?lián)Q熱器的入口水溫度越低，凈熱輸出越大。為了獲取更多的熱量，利用熱泵系統(tǒng)進(jìn)一步降低注入地?zé)峋聯(lián)Q熱器的循環(huán)水溫度。此時(shí)水路的循環(huán)如下如果供水溫度不夠高，從地?zé)峋聯(lián)Q熱器出來(lái)的供水將經(jīng)過(guò)第一個(gè)單向閥2-l、第一個(gè)三通閥3-l、第二個(gè)截止閥4-2、冷凝器7，第三個(gè)截止閥4-3、第二個(gè)三通閥3-2、第四個(gè)截止閥4-4送入用戶供熱。供熱后回水經(jīng)第二個(gè)單向閥2-2、儲(chǔ)水箱6、第5個(gè)截止閥4-5、循環(huán)水泵5、第三個(gè)三通閥3-3、第六個(gè)截止閥4-6、蒸發(fā)器9、第七個(gè)截止閥4-7、第四個(gè)三通閥3-4及第八個(gè)截止閥4-8注入地?zé)峋聯(lián)Q熱器從地?zé)峋氯?，由于增大了循環(huán)水與地?zé)峋疅崴?qū)動(dòng)溫差，強(qiáng)化了對(duì)流換熱，增大了循環(huán)水從地?zé)峋蝎@取的熱量。
某地?zé)崴?02m，成井后花管內(nèi)徑302mm，含水層厚度約30m，井底最高溫度為60°C。井下?lián)Q熱器采用"U"形管布置，換熱器水管內(nèi)徑50mm，進(jìn)/出水管長(zhǎng)78m。本實(shí)施例在未結(jié)合熱泵條件下，井下?lián)Q熱器進(jìn)水溫度37°C，流量10 m3/h,井下?lián)Q熱器出水溫度43i:,從井下?lián)Q熱器提取熱量70kW。加8kW熱泵機(jī)組后，井下?lián)Q熱器進(jìn)水溫度35°C，流量9m3/h,井下?lián)Q熱器出水溫度46°C，從井下?lián)Q熱器提取熱量115kW。與不加熱泵系統(tǒng)比較增加供熱負(fù)荷45kW。供約2000m2的建筑物冬季采暖熱
本發(fā)明的有益效果是，利用單回路地?zé)峋聯(lián)Q熱器與熱泵技術(shù)結(jié)合，在提高供水溫度的同時(shí)，又降低了井下?lián)Q熱器的入水溫度，即增大地?zé)釤醿?chǔ)層內(nèi)流體的自然對(duì)流驅(qū)動(dòng)溫差，提高了換熱效率。本發(fā)明比土壤源埋管換熱器的熱器效率高出多倍。同時(shí)放寬了地?zé)岷畬觾?nèi)熱儲(chǔ)溫度的設(shè)計(jì)要求，地?zé)岷畬觾?nèi)部溫度可以拓展到5(TC以下。為普及利用地?zé)峋聯(lián)Q熱器，合理有效地開發(fā)利用淺層地?zé)崮芴峁┝艘环N新技術(shù)。
權(quán)利要求
1.單回路地?zé)峋聯(lián)Q熱器熱泵系統(tǒng)，具有井下?lián)Q熱器、單向閥、三通閥、截止閥、循環(huán)水泵、儲(chǔ)水箱、冷凝器、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和節(jié)流閥，其特征是井下?lián)Q熱器(1)的供水管依次串接第一個(gè)單向閥(2-1)、第一個(gè)三通閥(3-1)、第二個(gè)截止閥(4-2)、第三個(gè)截止閥(4-3)、第二個(gè)三通閥(3-2)、第四個(gè)截止閥(4-4)，第一個(gè)截止閥(4-1)的兩端分別接于第一個(gè)三通閥(3-1)和第二個(gè)三通閥(3-2)的另一端；井下?lián)Q熱器(1)的回水管依次串接第二個(gè)單向閥(2-2)、儲(chǔ)水箱(6)、第五個(gè)截止閥(4-5)、循環(huán)水泵(5)、第三個(gè)三通閥(3-3)、第六個(gè)截止閥(4-6)、第七個(gè)截止閥(4-7)、第四個(gè)三通閥(3-4)和第八個(gè)截止閥(4-8)，第九個(gè)截止閥(4-9)的兩端分別接于第四個(gè)三通閥(3-4)和第三個(gè)三通閥(3-3)的另一端，由冷凝器(7)、壓縮機(jī)(8)、蒸發(fā)器(9)和節(jié)流閥(10)串接構(gòu)成的熱泵系統(tǒng)并接于井下?lián)Q熱器(1)的供、回水管路，冷凝器(7)接于第二和第三個(gè)截止閥(4-2、4-3)之間；蒸發(fā)器(9)接于第七和第六個(gè)截止閥(4-7、4-6)之間，井下?lián)Q熱器(1)置入地下地?zé)峋畠?nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單回路井下?lián)Q熱器與熱泵相結(jié)合的技術(shù)與裝置。將井下?lián)Q熱器置入地?zé)峋校聯(lián)Q熱器的供、回水管路分別串接單向閥、三通閥、截止閥、循環(huán)水泵、循環(huán)水箱等，將熱泵系統(tǒng)并接于井下?lián)Q熱器的供、回水管路中。井下?lián)Q熱器供出的熱水不能滿足用戶要求時(shí)，供水將通過(guò)熱泵冷凝器提高溫度，供熱回水經(jīng)熱泵蒸發(fā)器從地下水中取熱。利用單回路地?zé)峋聯(lián)Q熱器與熱泵技術(shù)結(jié)合，在提高供水溫度的同時(shí)，又降低了井下?lián)Q熱器的入水溫度，即增大地?zé)釤醿?chǔ)層內(nèi)流體的自然對(duì)流驅(qū)動(dòng)溫差，提高了換熱效率。本發(fā)明比土壤源埋管換熱器的熱器效率高出多倍。同時(shí)放寬了地?zé)岷畬觾?nèi)熱儲(chǔ)溫度的設(shè)計(jì)要求，地?zé)岷畬觾?nèi)部溫度可以拓展到50℃以下。
文檔編號(hào)F25B30/06GK101581517SQ20091006928
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者孫平樂(lè), 濤 徐, 戴傳山, 王秋香, 雁 陳 申請(qǐng)人:天津大學(xué)