專利名稱：一種以凍結(jié)管為地下?lián)Q熱器的熱泵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及凍結(jié)管地下?lián)Q熱技術(shù)，也涉及熱泵技術(shù)，特別是凍結(jié)管為地下?lián)Q 熱器的熱泵裝置。
背景技術(shù)：
在有較厚表土的地質(zhì)條件下，開鑿井筒前， 一般先將井筒周圍含水層用人工 制冷方法凍結(jié)成封閉的圓筒形凍結(jié)壁，以抵抗地壓并隔絕地下水與井筒的聯(lián)系， 在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行掘砌作業(yè)。凍結(jié)施工順序是在井筒周圍鉆若干凍結(jié)孔，孔 內(nèi)安裝由供液管、回液管和底端封閉的凍結(jié)管組成的凍結(jié)器；地面冷凍站將制出 的低溫媒劑(一般為-20 -35'C的鹽水)循環(huán)輸送到凍結(jié)器內(nèi)，吸收地層的熱量， 使含水層形成以凍結(jié)管為中心的凍結(jié)圓柱，逐漸擴(kuò)大與相鄰的凍結(jié)圓柱連成封閉 的凍結(jié)壁。凍結(jié)壁達(dá)設(shè)計厚度后，即可進(jìn)行井筒掘砌作業(yè)，直到順利穿過不穩(wěn)定 地層為止。
目前，在我國利用地源熱泵取代傳統(tǒng)的鍋爐供熱技術(shù)，已經(jīng)取得非常成功的 應(yīng)用。地源熱泵系統(tǒng)能否正常運行的關(guān)鍵為是否設(shè)計和布置了合理的地下?lián)Q熱器。 地下?lián)Q熱器一般由埋藏深度為60~120m的U型PE管組成。地下?lián)Q熱器的施工需 要較大的占地面積和較高的安裝成本。而對于礦山企業(yè)來說，大量的凍結(jié)管在凍 結(jié)施工完成后都將廢棄，以凍結(jié)管的孔徑為150mm，深度500m，平均地層溫度 為2(TC計算，單個凍結(jié)管換熱量可達(dá)到50kW以上，換熱量相當(dāng)于12個鉆孔深度 為100m的普通地埋管換熱器，可以提供的供暖面積為800m2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種以凍結(jié)管為地下?lián)Q熱器的熱泵裝置，將凍結(jié)管改 造成為地下?lián)Q熱器，與土壤和地下水進(jìn)行熱交換，為熱泵提供穩(wěn)定的熱源或熱匯， 冬季地下?lián)Q熱器作為蒸發(fā)端吸收熱量，通過熱泵的提升為用戶提供45 65'C的熱 源，滿足建筑物采暖及洗浴熱水加熱的需求。夏季地下?lián)Q熱器作為放熱端，吸收 經(jīng)熱泵從建筑物里面帶出的熱量，為用戶提供5 12'C的冷源，滿足建筑物空調(diào)的 需求。本發(fā)明還在于利用本裝置可以低成本高效率的提取凍結(jié)管周圍的熱量，用于礦山企業(yè)的采暖、洗浴和夏季空調(diào)，并且對環(huán)境無任何的污染和破壞。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的， 一種以凍結(jié)管為地下?lián)Q熱器的熱泵裝置，循環(huán) 管2插入凍結(jié)管1中，凍結(jié)管1頂部密封并設(shè)置引出管9，凍結(jié)管1和循環(huán)管2 組合成套筒式地下?lián)Q熱器，地下?lián)Q熱器與土壤和地下水進(jìn)行熱交換。冬季，循環(huán) 管2的出水端(即熱源水)，與蒸發(fā)器3的進(jìn)水端連接，熱源水在蒸發(fā)器3中與氟 利昂進(jìn)行熱交換，熱量被氟利昂吸收，溫度降低后由引出管9進(jìn)入凍結(jié)管1，與土 壤及地下水進(jìn)行熱交換后從循環(huán)管2出來，再進(jìn)入蒸發(fā)器3。吸收熱量后的氟利昂 通過壓縮機(jī)4壓縮，溫度升高壓力增加，進(jìn)入冷凝器5，氟利昂的熱量轉(zhuǎn)移到從用 戶7來的循環(huán)水中，溫度降低后通過節(jié)流閥6節(jié)流降溫降壓，進(jìn)入蒸發(fā)器3中吸 收熱量。從用戶7出來溫度較低的循環(huán)水進(jìn)入冷凝器5，溫度升高后，返回?zé)嵊脩?7。夏季，引出管9的出水端(即冷源水)，與冷凝器5的進(jìn)水端連接，冷源水在 冷凝器5吸收熱量溫度升高后從循環(huán)管2進(jìn)入熱交換器，向土壤和地下水排放熱 量。氟利昂在冷凝器5中冷卻后通過節(jié)流閥6節(jié)流，降溫降壓后，進(jìn)入蒸發(fā)器3 吸收由用戶7來的冷凍水中熱量，溫度升高后經(jīng)壓縮機(jī)4壓縮，進(jìn)入冷凝器6將 熱量傳遞給冷源水。在用戶7中吸收熱量后的冷凍水進(jìn)入蒸發(fā)器3放熱，溫度降 低后再進(jìn)入用戶7。在凍結(jié)管下部溫度較高的礦井，夏季從冷凝器5出來的高溫冷 源水從淺部循環(huán)管8進(jìn)入地下?lián)Q熱器，與熱交換器的上層土壤及地下水進(jìn)行熱交 換，避開凍結(jié)管下部的高溫區(qū)對夏季排熱的不良影響。
本發(fā)明的最大優(yōu)點是利用凍結(jié)管和循環(huán)管組合成的新型地下熱交換器，高效 的與土壤和地下水進(jìn)行熱交換，吸收土壤和地下水中的熱量或冷量，從而在冬季
向用戶提供穩(wěn)定的采暖、洗浴的熱源，夏季向用戶提供穩(wěn)定的空調(diào)冷源。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。 圖l本發(fā)明冬季工作原理及系統(tǒng)示意圖 圖2本發(fā)明夏季工作原理及系統(tǒng)示意圖 圖3本發(fā)明分層取熱工作原理及系統(tǒng)示意圖
圖中，l.凍結(jié)管，2.循環(huán)管，3.蒸發(fā)器，4.壓縮機(jī)，5.冷凝器，6.節(jié)流閥， 7.用戶，8.淺部循環(huán)管，9.引出管。
具體實施方式
在圖1中，從循環(huán)管2中出來的8 18'C的熱源水，進(jìn)入蒸發(fā)器3中釋放熱量， 溫度降低為2 1(TC后，由引出管9進(jìn)入凍結(jié)管1繼續(xù)吸收熱量，蒸發(fā)器3中的氟利 昂吸收熱量后溫度升高為5 13'C再經(jīng)壓縮機(jī)4后溫度升高到50 7(TC進(jìn)入冷凝器 5,溫度降低為45 65'C后通過節(jié)流閥6，溫度降低為0 8'C進(jìn)入蒸發(fā)器3。從用戶 7過來的40 50'C的循環(huán)水經(jīng)過冷凝器5加熱后溫度升高為45 65。C后再進(jìn)入用戶 7。
圖2所示示例中，從凍結(jié)管1中出來的20 3(TC冷卻水由引出管9進(jìn)入冷凝器5 中，溫度升高為25 35。C進(jìn)入循環(huán)管2向土壤和地下水排放熱量，溫度降為20 30 。C再次進(jìn)入冷凝器5，冷凝器5中的氟利昂溫度從30 35。C降為25 3(TC后，經(jīng)節(jié) 流閥6溫度降為3'C左右進(jìn)入蒸發(fā)器3，吸收冷凍水的熱量后溫度升高至8'C左右經(jīng) 壓縮機(jī)4進(jìn)入冷凝器5，從用戶7出來的12'C的冷凍水經(jīng)蒸發(fā)器3后溫度降低為7'C后 在進(jìn)入用戶7作為空調(diào)的冷源。
圖3所示示例中，由冷凝器5中出來的冷卻水，從淺部循環(huán)管8進(jìn)入凍結(jié)管1， 向淺部較低溫度的土壤和地下水排放熱量，避開凍結(jié)管深部的高溫對冷卻水排熱 的不利影響，其它部分工作原理與圖2相同，不再贅述。
權(quán)利要求
1、一種以凍結(jié)管為地下?lián)Q熱器的熱泵裝置，其特征是包括凍結(jié)管1，循環(huán)管2，蒸發(fā)器3，壓縮機(jī)4，冷凝器5，節(jié)流閥6，用戶7，淺部循環(huán)管8，引出管9以及連接管路構(gòu)成，蒸發(fā)器3，壓縮機(jī)4，冷凝器5，節(jié)流閥6順序連接構(gòu)成制冷回路，凍結(jié)管1與循環(huán)管2、淺部循環(huán)管8、引出管9、蒸發(fā)器3、冷凝器5構(gòu)成地下能量采集回路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l，所述的一種以凍結(jié)管為地下?lián)Q熱器的熱泵裝置，其特征在于 在冬季運行時循環(huán)管2出水連接蒸發(fā)器3的進(jìn)水，蒸發(fā)器3的出水連接引出管9的進(jìn) 水。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l，所述的一種以凍結(jié)管為地下?lián)Q熱器的熱泵裝置，其特征在于 在夏季運行時，引出管9的出水連接冷凝器5的進(jìn)水，冷凝器5的出水連接循環(huán)管2 的進(jìn)水。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l，所述的一種以凍結(jié)管為地下?lián)Q熱器的熱泵裝置，其特征在于 冬季運行引出管9進(jìn)水，循環(huán)管2出水，夏季運行循環(huán)管2進(jìn)水，引出管9出水。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l，所述的一種以凍結(jié)管為地下?lián)Q熱器的熱泵裝置，其特征在于 淺部循環(huán)管8進(jìn)水與冷凝器5出水連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以凍結(jié)管為地下?lián)Q熱器的熱泵裝置，所述裝置利用凍結(jié)管作為地下熱交換器為熱泵提供穩(wěn)定的熱源和冷源，冬季和夏季運行時可通過改變地下熱交換器中的水流方向以達(dá)到最佳的換熱效果。熱泵的最終熱源或冷源為土壤和地下水，熱泵的出水端連接用戶，冬季提供采暖洗浴的熱源夏季提供空調(diào)的冷源。
文檔編號F25B30/06GK101581519SQ20091008701
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者戴華東, 朱曉彥, 王素芬, 袁訓(xùn)濤 申請人:北京中礦大禹節(jié)能技術(shù)有限公司