全文摘要
本实用新型涉及一种土壤换热器和地源热泵系统，土壤换热器包括井体、换热介质和换热管道；换热管道包括进水管道、回水管道和渗透补水管道；进水管道的一端、回水管道的一端分别延伸至井体底部；渗透补水管道延伸至井体底部，渗透补水管道位于井体的部分的管壁上设置有渗水孔；井体内设置换热介质；循环介质在进水管道和回水管道中进行热交换，渗透补水管道通过渗水孔向井体内渗水，渗透至换热介质内，提高换热介质的导热系数。本方案的渗透补水管道向换热介质内补水，提高了换热介质的含湿率，增大了导热系数，同时换热介质能够减缓水的流失，进而提高了土壤换热器的换热效率，降低了打井数量和占地面积。
主设计要求
1.一种土壤换热器，其特征在于，包括井体、换热介质和换热管道；所述换热管道包括进水管道、回水管道和渗透补水管道；所述进水管道的一端与所述回水管道的一端相连，所述进水管道和所述回水管道相连的一端延伸至所述井体底部；所述渗透补水管道延伸至所述井体底部，所述渗透补水管道位于井体内的部分的管壁上设置有渗水孔；所述井体内填充所述换热介质；循环介质在所述进水管道和所述回水管道中进行热交换，所述渗透补水管道通过所述渗水孔向所述井体内渗水，渗透至所述换热介质内，以提高所述换热介质的导热系数。
设计方案
1.一种土壤换热器，其特征在于，包括井体、换热介质和换热管道；
所述换热管道包括进水管道、回水管道和渗透补水管道；
所述进水管道的一端与所述回水管道的一端相连，所述进水管道和所述回水管道相连的一端延伸至所述井体底部；
所述渗透补水管道延伸至所述井体底部，所述渗透补水管道位于井体内的部分的管壁上设置有渗水孔；
所述井体内填充所述换热介质；
循环介质在所述进水管道和所述回水管道中进行热交换，所述渗透补水管道通过所述渗水孔向所述井体内渗水，渗透至所述换热介质内，以提高所述换热介质的导热系数。
2.根据权利要求1所述土壤换热器，其特征在于，所述渗水孔按照预设轴向间距设置。
3.根据权利要求2所述土壤换热器，其特征在于，径向相邻的所述渗水孔呈180度排列；
轴向相邻的所述渗水孔呈90度排列。
4.根据权利要求1所述土壤换热器，其特征在于，所述渗透补水管道延伸至所述井体底部一端的端口密封设置。
5.根据权利要求1所述土壤换热器，其特征在于，所述换热介质为低渗透粘性土。
6.根据权利要求1所述土壤换热器，其特征在于，所述进水管道和所述回水管道通过U形管连接。
7.根据权利要求1所述土壤换热器，其特征在于，所述进水管道设置在所述井体内的部分为螺旋管或直管或所述直管与所述螺旋管的结合。
8.根据权利要求1所述土壤换热器，其特征在于，所述换热管道为高密度聚乙烯管。
9.根据权利要求1所述土壤换热器，其特征在于，所述回水管道设置在所述井体外的部分，设置有保温层。
10.一种地源热泵系统，其特征在于，包括热泵机组、末端设备和如权利1-9所述的土壤换热器；
所述进水管道的另一端、所述回水管道的另一端分别与所述热泵机组相连；
所述热泵机组与所述末端设备相连；
所述循环介质通过所述进水管道、所述回水管道实现热交换后，通过所述热泵机组实现对所述末端设备的加热或制冷。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及地热利用技术领域，具体涉及一种土壤换热器和地源热泵系统。
背景技术
随着我国冬季雾霾越发严重，不可再生资源的逐渐枯竭，寻求一种节能环保的能源是我国需要重点解决的问题。我国疆域辽阔，地热资源丰富，平均地温梯度约3℃\/100米，即在恒温层以下，每向下增加100米，地温增加约3℃。地源热泵系统是利用地球表面浅层水源(如地下水、河流和湖泊)和土壤源中吸收的太阳能和地热能，并采用热泵原理，实现对末端设备的加热或制冷。其中，埋设于地表以下的土壤换热器是地源热泵系统的重要部分，是地源热泵系统能量的来源。
但是现有技术的土壤换热器大部分是通过换热管道直接与地下的土壤接触，进行换热，换热效率低，需要的井数多，占用的面积大。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种土壤换热器和地源热泵系统，以克服目前土壤换热器换热效率低，需要的井数多，占用的面积大的问题。
为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种土壤换热器，包括井体、换热介质和换热管道；
所述换热管道包括进水管道、回水管道和渗透补水管道；
所述进水管道的一端与所述回水管道的一端相连，所述进水管道和所述回水管道相连的一端延伸至所述井体底部；
所述渗透补水管道延伸至所述井体底部，所述渗透补水管道位于井体内的部分的管壁上设置有渗水孔；
所述井体内填充所述换热介质；
循环介质在所述进水管道和所述回水管道中进行热交换，所述渗透补水管道通过所述渗水孔向所述井体内渗水，渗透至所述换热介质内，以提高所述换热介质的导热系数。
进一步地，以上所述土壤换热器，所述渗水孔按照预设轴向间距设置。
进一步地，以上所述土壤换热器，径向相邻的所述渗水孔呈180度排列；
轴向相邻的所述渗水孔呈90度排列。
进一步地，以上所述土壤换热器，所述渗透补水管道延伸至所述井体底部一端的端口密封设置。
进一步地，以上所述土壤换热器，所述换热介质为低渗透粘性土。
进一步地，以上所述土壤换热器，所述进水管道和所述回水管道通过U形管连接。
进一步地，以上所述土壤换热器，所述进水管道设置在所述井体内的部分为螺旋管或直管或所述直管与所述螺旋管的结合。
进一步地，以上所述土壤换热器，所述换热管道为高密度聚乙烯管。
进一步地，以上所述土壤换热器，所述回水管道设置在所述井体外的部分，设置有保温层。
本实用新型还提供了一种地源热泵系统，包括热泵机组、末端设备和以上所述土壤换热器；
所述进水管道的另一端、所述回水管道的另一端分别与所述热泵机组相连；
所述热泵机组与所述末端设备相连；
所述循环介质通过所述进水管道、所述回水管道实现热交换后，通过所述热泵机组实现对所述末端设备的加热或制冷。
本实用新型的土壤换热器和地源热泵系统，土壤换热器包括井体、换热介质和换热管道；换热管道包括进水管道、回水管道和渗透补水管道；进水管道的一端、回水管道的一端分别延伸至井体底部；渗透补水管道延伸至井体底部，渗透补水管道位于井体部分的管壁上设置有渗水孔；井体内设置换热介质；循环介质在进水管道和回水管道中进行热交换，渗透补水管道通过渗水孔向井体内渗水，渗透至换热介质内，提高换热介质的导热系数。本方案的渗透补水管道向换热介质内补水，提高了换热介质的含湿率，增大了导热系数，同时换热介质能够减缓水的流失，提高了土壤换热器的换热效率，单个井能够提供的热量增加，进而降低了打井数量和占地面积。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型土壤换热器的结构图；
图2是图1中渗透补水管道的结构图；
图3是本实用新型地源热泵系统的结构图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
图1是本实用新型土壤换热器的结构图，图2是图1中渗透补水管道的结构图。请参阅图1和图2，本实施例的土壤换热器可以包括井体11、换热介质12和换热管道13，换热管道13可以包括进水管道131、回水管道132和渗透补水管道133。
进水管道131的一端和回水管道132的一端相连，循环介质能够从进水管道131流入回水管道132内，进水管道131和回水管道132相连的一端延伸至井体11底部，渗透补水管道133也可以延伸至井体11底部，渗透补水管道133位于井体11内的管壁上设置有渗水孔1331，在井体11内可以设置换热介质12，渗透补水管道133通过渗水孔1331向井体11内渗水，水渗透至换热介质12内，换热介质12的含湿率增大，导热系数增大，循环介质在进水管道131和回水管道132中进行热交换的热交换率得以明显提高。具体地，本实施例的循环介质可以是水、乙二醇溶液或者其他物质。
本实施例的土壤换热器包括井体11、换热介质12和换热管道13；换热管道13包括进水管道131、回水管道132和渗透补水管道133；进水管道131的一端、回水管道132的一端分别延伸至井体11底部；渗透补水管道133延伸至井体11底部，渗透补水管道133位于井体11内的部分的管壁上设置有渗水孔1331；井体11内设置换热介质12；循环介质在进水管道131和回水管道132中进行热交换，渗透补水管道133通过渗水孔1331向井体11内渗水，渗透至换热介质12内，提高换热介质12的导热系数。本实施例的渗透补水管道133向换热介质12内补水，提高了换热介质12的含湿率，增大了导热系数，同时换热介质12能够减缓水的流失，提高了土壤换热器的换热效率，单个井能够提供的热量增加，进而降低了打井数量和占地面积。
在以上实施例的基础上，本实用新型还提供了另外一种实施例。请参阅图1和图2，本实施例的土壤换热器的渗水孔1331可以按照预设轴向间距设置，或者根据实际情况按照其他方式设置渗水孔1331的间距。具体地，本实施例优选预设轴向间距为10米，即本实施例的渗透补水管道133上，以10米为间距在轴向设置渗水孔1331。
请参阅图2，本实施例中，径向相邻的渗水孔1331可以呈180度排列，轴向相邻的渗水孔1331呈90度排列。具体地，按照预设轴向间距设置的渗水孔1331，在同一深度可以设置2个，2个渗水孔1331可以呈180度排列，也就是2个渗水孔1331相对设置；按照预设轴向间距设置且轴向相邻的渗水孔1331，可以呈90度排列。这样可以使渗透补水管道133中的水均匀地从渗水孔1331中渗出，以使换热介质12的含湿率整体提高，进而整体增大其导热系数，避免出现换热介质12存在没有被浸湿的地方，以及换热介质12有些位置含湿率过大，浪费水资源的情况。具体地，还可以根据实际情况按照其他方式设置渗水孔1331。
具体地，本实施例的渗透补水管道133延伸至井体11底部的一端，端口可以密封设置，避免水从渗透补水管道133的端口流出，使大量的水渗透在井体11底部，影响井体11其他位置的换热效率。具体地，端口可以使用端盖、焊接的方式密封，或者其他能够密封的方式。
进一步地，本实施例的换热介质12可以为低渗透粘性土，低渗透粘性土能够减缓水的流动，进而降低了水的流失速度，保证热交换介质的含湿率，进而保证较高导热系数，提高进水管道131和回水管道132的热交换率。
进一步地，进水管道131和回水管道132可以通过U形管134连接，根据实际的地质情况，进水管道131和回水管道132还可以使用其他方式连接。
进一步地，进水管道131设置在井体11内的部分，可以是螺旋管，可以是直管，也可以是螺旋管与直管的结合。螺旋管能够增加进水管道131的热交换面积，进而提高热交换率；而直管能够节省材料，降低施工成本；也可以根据地热的分布情况，在热交换集中的较深层的位置设置螺旋管，在热交换不明显的浅层位置设置直管，在提高热交换率的同时节约成本。本实施例优选为直管，如图1所示。
具体地，本实施例的换热管道13，包括进水管道131、回水管道132和渗透补水管道133，可以使用高密度聚乙烯管。为了保证回水管道132中完成热交换之后的温度不流失，回水管道132设置在井体11外的部分可以设置保温层，保温层的厚度与外界温度有关，一般情况下，保温层标准厚度为6.5～8.5mm，强化一般为6～8mm，三层为8～9mm。
在以上实施例的基础上，本实施例的回水管道132上可以设置地源侧循环泵，以将循环介质从井下运输到地上，供末端设备使用。本实施例的渗透补水管道133向换热介质12内补水，提高了换热介质12的含湿率，增大了导热系数，同时换热介质12能够减缓水的流失，提高了土壤换热器的换热效率，单个井能够提供的热量增加，进而降低了打井数量和占地面积。
图3是本实用新型地源热泵系统的结构图。请参阅图3，本实施例可以包括热泵机组21、末端设备22和以上实施例的土壤换热器23。其中进水管道131的另一端、回水管道132的另一端分别与热泵机组21相连，热泵机组21与末端设备22相连。
循环介质在进水管道131、回水管道132中，在地热的作用下，完成热交换后，通过热泵机组21，在热泵机组21的作用下实现对末端设备22的加热和制冷，为了加快末端设备22的循环，可以设置末端侧循环泵24。
本实施例的地源热泵系统，包括热泵机组21、末端设备22和以上实施例的土壤换热器23。其中进水管道131的另一端、回水管道132的另一端分别与热泵机组21相连，热泵机组21与末端设备22相连。其中土壤换热器23设置有井体11、换热介质12、进水管道131、回水管道132和渗透补水管道133，循环介质在进水管道131和回水管道132中进行热交换，渗透补水管道133通过渗水孔1331向井体11内渗水，渗透至换热介质12内，提高换热介质12的导热系数。本实施例的渗透补水管道133向换热介质12内补水，提高了换热介质12的含湿率，增大了导热系数，同时换热介质12能够减缓水的流失，提高了土壤换热器的换热效率，单个井能够提供的热量增加，进而降低了打井数量和占地面积。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920089191.1
申请日:2019-01-18
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN209459253U
授权时间:20191001
主分类号:F24T 10/13
专利分类号:F24T10/13;F25B30/06
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第一申请人:北京维源泰德机电设备有限公司
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