專利名稱：一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可再生能源利用的技術(shù)領(lǐng)域，涉及地?zé)釤岜眉夹g(shù)，更具體地說，本發(fā)明 涉及一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地源熱泵利用儲存于地表淺層的可再生能源，為建筑空調(diào)提供冷源和熱源。地球 表面下的淺層水源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，一般為10 25°C，冬季比環(huán)境空氣溫度高， 夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水源熱泵同時解決了空調(diào)系統(tǒng)的 冷熱源，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)有的地下水源熱交換系統(tǒng)在使用地下水時，必須采用抽水、回灌的方式，即在抽 出地下水的過程中，同時往地下進(jìn)行回灌，一般采用“一抽兩灌”的方式。但是，傳統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng)的水源水直接進(jìn)入水源熱泵主機，冷水系統(tǒng)或冷卻水系 統(tǒng)采用開式膨脹水箱，這樣使得與水源熱泵主機相連的冷水和冷卻水系統(tǒng)中的水很容易在 水源熱泵主機的蒸發(fā)器和冷凝器水側(cè)結(jié)垢，進(jìn)而影響水源熱泵主機性能。為了減少水垢的 產(chǎn)生，保證換熱性能，只有增大水的流速。因而造成傳統(tǒng)的水源熱泵普遍存在水源水取水回 灌流量大，利用溫差小的問題，一般為5 10°C，尤其在部分負(fù)荷時水源利用溫差逐漸減小 為1 ;TC，取水回灌泵的耗能高，采用井水時取水量大還會帶來相關(guān)地質(zhì)水文的影響，這 些限制了水源熱泵的進(jìn)一步發(fā)展。地下水的水質(zhì)存在很大的不確定性，地下水中含有大量的砂石泥土，有的還含有 有毒、有害物質(zhì)，如重金屬元素及其它化學(xué)物質(zhì)，在抽出進(jìn)行熱交換的過程中，可能對環(huán)境、 對使用人員、對設(shè)備造成嚴(yán)重影響。因此，在上述地下水源熱交換系統(tǒng)工作過程中，需要對 地下水進(jìn)行過濾，去除砂石泥土等雜質(zhì)，以及進(jìn)行無害化處理。這對熱交換效率影響很大， 且需要專門的設(shè)備，消耗能源。綜上所述，現(xiàn)有的地下水源熱交換系統(tǒng)對地下水的自然形態(tài)影響較大，甚至造成 破壞，且整個工程投資大，存在一定的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其目的是不直接將地 下水抽出，而是通過清潔的介質(zhì)進(jìn)行換熱。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為本發(fā)明所提供的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，包括地源熱交換井、熱泵，所述的地下水 源冷熱交換系統(tǒng)設(shè)冷熱交換管，所述的冷熱交換管內(nèi)的液體介質(zhì)或水流與所述的地源熱交 換井內(nèi)的地下水源隔絕，即所述的冷熱交換管由單獨的供水系統(tǒng)提供液體介質(zhì)或水源；所 述的冷熱交換管為耐腐蝕導(dǎo)熱材料制成。所述的冷熱交換管在所述的地源熱交換井內(nèi)采用上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)折處采 用“U”形管連接結(jié)構(gòu)。
所述的上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu)的分布方式是在所述的地源熱交換井的橫截面上，向下 進(jìn)水的中心管分布在所述的地源熱交換井的中央，各個上、下往復(fù)的管路環(huán)繞在所述的中 心管的周圍。在所述的地源熱交換井的橫截面上，所述的各個上、下往復(fù)的管路在以所述的中 心管路的軸線為圓心的圓周上分布。所述的地源熱交換井的數(shù)量為二個或二個以上，各個地源熱交換井的冷熱交換管 之間，采用串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)。所述的各個地源熱交換井的冷熱交換管之間的串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)，設(shè)在高于地 源熱交換井的地下水源的水面以上位置，所述的冷熱交換管之間的串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)采
用保溫管結(jié)構(gòu)。所述的冷熱交換管為密閉的循環(huán)管路，所述的供水系統(tǒng)通過低壓自動補水控制裝 置向冷熱交換管補充水源，所述的低壓自動補水控制裝置設(shè)加壓泵和單向閥。所述的冷熱交換管與用水裝置連通，所述的供水系統(tǒng)為居民生活自來水系統(tǒng)。所述的冷熱交換管在井下接近于與所述的“U”形管的連接處，設(shè)冷熱交換管井下 扶正支架，所述的冷熱交換管井下扶正支架設(shè)扶正器；所述的冷熱交換管在井上接近于與所述的“U”形管的連接處，設(shè)冷熱交換管井上 扶正蓋，所述的冷熱交換管井上扶正蓋設(shè)扶正器；所述的扶正器為垂直于冷熱交換管的板狀結(jié)構(gòu)，所述的扶正器的外緣與所述的地 源熱交換井的井筒內(nèi)壁接觸，所述的冷熱交換管從所述的扶正器中穿過并與其緊固連接。所述的冷熱交換管的連接處設(shè)扶正聯(lián)軸節(jié)，所述的扶正聯(lián)軸節(jié)設(shè)扶正器和連接 管，所述的扶正聯(lián)軸節(jié)通過連接管將所述的冷熱交換管同軸地連接，所述的扶正器為垂直 于冷熱交換管的板狀結(jié)構(gòu)，所述的扶正器的外緣與所述的地源熱交換井的井筒內(nèi)壁接觸， 所述的連接管從所述的扶正器中穿過并與其緊固連接。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，提高了系統(tǒng)的熱交換效率，即提高了地下水能源的利 用率，獲得水質(zhì)優(yōu)良的換熱介質(zhì)，并能直接使用，降低工程投資和使用的成本，避免了地下 水中的砂石泥土和有毒有害物質(zhì)對環(huán)境、人員和設(shè)備的影響。


下面對本說明書各幅附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為多個地源熱交換井的冷熱交換管的串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為冷熱交換管在地源熱交換井內(nèi)上、下往復(fù)的分布結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為低壓自動補水控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為系統(tǒng)中設(shè)置用水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為冷熱交換管井下扶正支架示意圖；圖7為圖6所示結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；圖8為冷熱交換管中間扶正及聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為圖8所示結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；圖10為冷熱交換管的井上扶正支架示意圖11為圖10所示結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。圖中標(biāo)記為1、地源熱交換井，2、熱泵，3、冷熱交換管，4、供水系統(tǒng)，5、低壓自動補水控制裝置， 6、加壓泵，7、單向閥，8、居民生活自來水系統(tǒng)，9、中心管，10、用水裝置，11、空調(diào)裝置，12、 “U”形管，13、扶正器，14、扶正聯(lián)軸節(jié)，15、連接管。
具體實施例方式下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式
如所涉及的各構(gòu) 件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝 及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、 技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。如圖1至圖5所表達(dá)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明為一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)，包括 地源熱交換井1、熱泵2，所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)設(shè)冷熱交換管3。為了實現(xiàn)本發(fā)明的不直接將地下水抽出，而是通過清潔的介質(zhì)進(jìn)行換熱的發(fā)明目 的，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明采用了以下技術(shù)措施如圖1所示，本發(fā)明所提供的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其中所述的冷熱交換管3內(nèi) 的水流與所述的地源熱交換井1內(nèi)的地下水源隔絕，即所述的冷熱交換管3由單獨的供水 系統(tǒng)4提供液體介質(zhì)或水源。為了避免地下水源的腐蝕物質(zhì)對冷熱交換管3的腐蝕，所述的冷熱交換管3為耐 腐蝕導(dǎo)熱材料制成。由于冷熱交換管3內(nèi)的水流與所述的地源熱交換井1內(nèi)的地下水源隔絕，且能獨 立地進(jìn)行循環(huán)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的地下水中砂石泥土、有毒、有害物質(zhì)，如重金屬元素及 其它化學(xué)物質(zhì)，對地下水源冷熱交換系統(tǒng)、對環(huán)境以及對使用者的嚴(yán)重影響，且提高了系統(tǒng) 的熱交換效率，即提高了地下水能源的利用率；同時，降低工程投資和使用的成本。為了提高換熱的效果，如圖1、圖2和圖5所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3在所述 的地源熱交換井1內(nèi)采用上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)折處采用“U”形管結(jié)構(gòu)。采用上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu)，大大延長了冷熱交換管3在地源熱交換井1的長度，也就 是增加了冷熱交換管3內(nèi)的換熱液體介質(zhì)，如水流在地源熱交換井1內(nèi)的流經(jīng)長度，換熱 效果更好，換熱介質(zhì)水流溫度更進(jìn)一步地接近地下水的溫度；同時，轉(zhuǎn)折處采用“U”形管結(jié) 構(gòu)，減少了水流的阻力。為了合理地安排冷熱交換管3在地源熱交換井1的分布，所述的上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu) 的分布方式如圖3所示，在所述的地源熱交換井1的橫截面上，向下進(jìn)水的中心管9分布在 所述的地源熱交換井1的中央，各個上、下往復(fù)的管路環(huán)繞在所述的中心管9的周圍，并在 以所述的中心管9路的軸線為圓心的圓周上分布。中心管9的長度大于各個上、下往復(fù)的管路。這樣，中心管9與地下水的溫差最大，而經(jīng)過多次上、下往復(fù)后，在中心管9的周 圍，冷熱交換管3內(nèi)的冷熱交換介質(zhì)水流的溫度越來越接近地下水的溫度，最后流出，其換 熱的效率高。如圖2所示，本心知肚明所述的地源熱交換井1的數(shù)量為二個或二個以上，各地源熱交換井1的冷熱交換管3之間采用串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)。由于在一個地源熱交換井1換熱的效果還達(dá)不到要求，這時，可采用二個或二個 以上的地源熱交換井1，以增加換熱的效果。各個地源熱交換井1之間的冷熱交換管3的連接結(jié)構(gòu)為如圖2所示，所述的冷熱交換管3之間的串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)，設(shè)在高于地源熱交 換井1的地下水源的水面以上位置，即需要跨過井口 ；所述的冷熱交換管3之間的串聯(lián)或并 聯(lián)連接結(jié)構(gòu)為塑料保溫管。采用保溫管，且也呈“U”狀，同樣是為減少介質(zhì)流動的阻力，降 低泵的能量消耗。因為跨過井口的保溫管從井內(nèi)一直到地表上，為防止其能量損失，即防止其溫度 向環(huán)境溫度變化，“U”形連接管采用保溫管的結(jié)構(gòu)。下面是本發(fā)明應(yīng)用的兩個示例實施例一，介質(zhì)密閉循環(huán)如圖1和圖4所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3為密閉的循環(huán)管路，所述的供水系 統(tǒng)4通過低壓自動補水控制裝置5向冷熱交換管3補充水源，所述的低壓自動補水控制裝 置5設(shè)加壓泵6和單向閥7。從理論上來說，如果是完全密閉的循環(huán)管路，應(yīng)該不需要進(jìn)行介質(zhì)水流的補充，但 是考慮到不可避免的存在泄漏，所以應(yīng)該進(jìn)行介質(zhì)水流的補充。其補充的方式是利用低壓 自動補水控制裝置5向循環(huán)管路系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行補水，當(dāng)管內(nèi)的水壓有所降低時，所述的加壓 泵6開始工作，進(jìn)行補水；壓力上升后停止補水。其加壓泵6的啟停控制，是由循環(huán)管路上的壓力開關(guān)來實現(xiàn)的。單向閥7防止水 流的倒流。實施例二 如圖5所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3與用水裝置10連通，所述的供水系統(tǒng)4 為居民生活自來水系統(tǒng)8。在一般情況下，冷熱交換管3的介質(zhì)水流如上述實施例所述的完全密閉，如只供 應(yīng)、空調(diào)裝置11的制熱或制冷；但是也可能出現(xiàn)需要直接使用水質(zhì)很清潔的介質(zhì)水流，這 時，就在管路引出水流，送到用水裝置10，供用戶直接使用，同時，通過居民生活自來水系統(tǒng) 8向本發(fā)明所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)中的冷熱交換管3補充民用自來水。由于冷熱交換管3與所述的地源熱交換井1的井壁相隔一定的距離，且平行的管 路之間也相隔一定的距離，冷熱交換管3需要在其橫向進(jìn)行支承，防止在下降過程中或在 運行過程中發(fā)生偏移，所以本發(fā)明采取了以下措施如圖6和圖7所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3在井下接近于與所述的“U”形管 12的連接處，設(shè)冷熱交換管井下扶正支架，所述的冷熱交換管井下扶正支架設(shè)扶正器13 ；如圖10和圖11所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3在井上接近于與所述的“U”形 管12的連接處，設(shè)冷熱交換管井上扶正蓋，所述的冷熱交換管井上扶正蓋設(shè)扶正器13 ；所述的扶正器13為垂直于冷熱交換管3的板狀結(jié)構(gòu)，所述的扶正器13的外緣與 所述的地源熱交換井1的井筒內(nèi)壁接觸，所述的冷熱交換管3從所述的扶正器13中穿過并 與其緊固連接。如圖6和圖10所示，扶正器13可以是互相平行的、相隔一定距離的多塊板組成。其形狀可以是如圖7和圖11所示的多塊小板拼接、鉚接而成的結(jié)構(gòu)。由于冷熱交換管3的長度很長，需要在地源熱交換井1內(nèi)對冷熱交換管3進(jìn)行連 接，以延長其長度，所以，與以上技術(shù)方案相同的目的，在連接處也需要進(jìn)行支承，因此，本 發(fā)明采取了相同的措施如圖8和圖9所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3的連接處設(shè)扶正聯(lián)軸節(jié)14，所述的 扶正聯(lián)軸節(jié)14設(shè)扶正器13和連接管15，所述的扶正聯(lián)軸節(jié)14通過連接管15將所述的冷 熱交換管3同軸地連接，所述的扶正器13為垂直于冷熱交換管3的板狀結(jié)構(gòu)，所述的扶正 器13的外緣與所述的地源熱交換井1的井筒內(nèi)壁接觸，所述的連接管15從所述的扶正器 13中穿過并與其緊固連接。如圖8所示，扶正器13可以是互相平行的、相隔一定距離的多塊板組成。其形狀 可以是如圖9所示的多塊小板拼接、鉚接而成的結(jié)構(gòu)。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改 進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)，包括地源熱交換井(1)、熱泵(2)，其特征在于所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)設(shè)冷熱交換管(3)，所述的冷熱交換管(3)內(nèi)的液體介質(zhì)或水流與所述的地源熱交換井(1)內(nèi)的地下水源隔絕，即所述的冷熱交換管(3)由單獨的供水系統(tǒng)(4)提供液體介質(zhì)或水源；所述的冷熱交換管(3)為耐腐蝕導(dǎo)熱材料制成。
2.按照權(quán)利要求1所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其特征在于所述的冷熱交換管(3) 在所述的地源熱交換井(1)內(nèi)采用上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)折處采用“U”形管(12)連接結(jié) 構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其特征在于所述的上、下往復(fù) 的結(jié)構(gòu)的分布方式是在所述的地源熱交換井(1)的橫截面上，向下進(jìn)水的中心管(9)分 布在所述的地源熱交換井(1)的中央，各個上、下往復(fù)的管路環(huán)繞在所述的中心管(9)的周圍。
4.按照權(quán)利要求3所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其特征在于在所述的地源熱交換 井(1)的橫截面上，所述的各個上、下往復(fù)的管路在以所述的中心管(9)路的軸線為圓心的 圓周上分布。
5.按照權(quán)利要求1或2或4所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其特征在于所述的地源 熱交換井(1)的數(shù)量為二個或二個以上，各個地源熱交換井(1)的冷熱交換管(3)之間，采 用串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)。
6.按照權(quán)利要求5所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其特征在于所述的各個地源熱交 換井(1)的冷熱交換管(3)之間的串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)，設(shè)在高于地源熱交換井(1)的地 下水源的水面以上位置，所述的冷熱交換管(3)之間的串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)采用保溫管結(jié) 構(gòu)。
7.按照權(quán)利要求6所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其特征在于所述的冷熱交換管(3) 為密閉的循環(huán)管路，所述的供水系統(tǒng)(4)通過低壓自動補水控制裝置(5)向冷熱交換管(3) 補充水源，所述的低壓自動補水控制裝置(5)設(shè)加壓泵(6)和單向閥(7)。
8.按照權(quán)利要求6所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其特征在于所述的冷熱交換管(3) 與用水裝置(10)連通，所述的供水系統(tǒng)(4)為居民生活自來水系統(tǒng)(8)。
9.按照權(quán)利要求2所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其特征在于所述的冷熱交換管⑶在井下接近于與所述的“U”形管(12)的連接處，設(shè)冷熱交換管 井下扶正支架，所述的冷熱交換管井下扶正支架設(shè)扶正器(13)；所述的冷熱交換管⑶在井上接近于與所述的“U”形管(12)的連接處，設(shè)冷熱交換管 井上扶正蓋，所述的冷熱交換管井上扶正蓋設(shè)扶正器(13)；所述的扶正器(13)為垂直于冷熱交換管(3)的板狀結(jié)構(gòu)，所述的扶正器(13)的外緣 與所述的地源熱交換井(1)的井筒內(nèi)壁接觸，所述的冷熱交換管(3)從所述的扶正器(13) 中穿過并與其緊固連接。
10.按照權(quán)利要求2所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其特征在于所述的冷熱交換管 (3)的連接處設(shè)扶正聯(lián)軸節(jié)(14)，所述的扶正聯(lián)軸節(jié)(14)設(shè)扶正器(13)和連接管(15)，所 述的扶正聯(lián)軸節(jié)(14)通過連接管(15)將所述的冷熱交換管(3)同軸地連接，所述的扶正 器(13)為垂直于冷熱交換管(3)的板狀結(jié)構(gòu)，所述的扶正器(13)的外緣與所述的地源熱 交換井(1)的井筒內(nèi)壁接觸，所述的連接管(15)從所述的扶正器(13)中穿過并與其緊固連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)，包括地源熱交換井(1)、熱泵(2)，所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)設(shè)冷熱交換管(3)，所述的冷熱交換管(3)內(nèi)的水流與所述的地源熱交換井(1)內(nèi)的地下水源隔絕，即所述的冷熱交換管(3)由單獨的供水系統(tǒng)(4)提供水源；所述的冷熱交換管(3)為耐腐蝕導(dǎo)熱材料制成。采用上述技術(shù)方案，提高了系統(tǒng)的熱交換效率，既提高了地下水能源的利用率，獲得水質(zhì)優(yōu)良的換熱介質(zhì)，并能直接使用，降低工程投資和使用的成本，避免了地下水中的砂石泥土和有毒有害物質(zhì)對環(huán)境、人員和設(shè)備的影響。
文檔編號F25B30/06GK101984309SQ20101053913
公開日2011年3月9日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者于曉明, 宋文波, 程崇鈞, 程巍 申請人:蕪湖市科華新型材料應(yīng)用有限責(zé)任公司