本实用新型专利技术涉及一种中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置。它解决了现有中深层地源系统换热效率低等技术问题。包括垂直套管式地埋管，外套管通过增压泵和制冰桶相连，制冰桶连接有低温制冷结构，制冰桶通过冷冻水泵与地源热泵机组的蒸发器相连，地源热泵机组的蒸发器连接有冷凝器，垂直套管式地埋管的内套管分别连接有地源热泵机组的蒸发器和低温制冷结构的低温制冷压缩机组相连，高温地源热泵的蒸发器与冷凝器之间设有高温制冷压缩机，冷凝器通过供暖热水泵输送至用户侧末端。优点在于：提升水在地源井内循环流动中携带的热量，更大程度地挖掘中深层地热的利用潜力。
【技术实现步骤摘要】
中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置
本技术属于地源热泵领域，具体涉及一种中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置。
技术介绍
地热能作为一种绿色低碳、用之不竭的可再生能源越来越受到重视。中深层地热能是热应用领域最具价值和潜力的来源，主要是指地下2-3km，温度在70-90℃甚至更高范围的地层中蕴含的热能资源。中深层地热能热源充足，可利用价值高，不会对环境造成污染，还能实现全天候全时段应用，具有绿色低碳、清洁安全、储量大、分布广、稳定性好等特点。就目前现状来看，对于中深地热层的有效利用温度差较小，单井换热量只有350kW-450kW左右。通过实验测量及数值模拟发现，造成地热井换热量不足的主要原因是循环水在向下流动的过程中，不断受热升温，水温与岩土层的温度趋近一致，由于温差不足无法进一步地热量交换，致使地源井管的热交换面积不能有效利用，导致单井热功率小，经济效益不高。另外，由于中深层地源井深度达到两千米以上，通过增大流量强化对流的方式会使得水阻力大增，泵能耗大增，内外管耐压强度大增，其能效提升程度也有限。为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案，例如，中国专利文献公开了一种中深层地热能直接供热系统[申请号：201710557919.4]：包括设置在地岩热换热孔中的地热能换热器，地热能换热器上部为保温段，下部为高温换热段，内部有输出中层管，所述地热能换热器注有换热介质，换热介质在所述高温换热段内与地下高温蓄热岩层进行换热，动力泵将换热介质通过输出中层管输送至用户末端进行供热，供热后换热介质返回地热能换热器，形成循环回路。上述方案虽然在一定程度上缓解了中深层地热能换热系统换热效率低的问题，但是该方案依然存在着：换热装置的结构稳定性差，单位体积循环介质的换热量小的问题。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，提高单位体积循环介质的换热量的中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置。为达到上述目的，本技术采用了下列技术方案：本中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置，包括具有相互连通的外套管和内套管的垂直套管式地埋管，其特征在于，所述的垂直套管式地埋管的外套管通过增压泵和制冰桶相连，所述的制冰桶连接有低温制冷结构，所述的制冰桶通过冷冻水泵与地源热泵机组的蒸发器相连，所述的地源热泵机组的蒸发器连接有冷凝器，所述的垂直套管式地埋管的内套管分别连接有地源热泵机组的蒸发器和/或低温制冷结构的低温制冷压缩机组相连，所述的高温地源热泵的蒸发器与冷凝器之间设有能使蒸发器与冷凝器完成内部循环的高温制冷压缩机，且所述的冷凝器通过供暖热水泵输送至用户侧末端。本技术采用闭式循环系统，通过增压泵将制冰桶内的冰水混合物灌入中深层地源井中的垂直套管式地埋管，利用冰融化过程中相变温度保持不变，使得循环介质与地源井之间传热温差的平衡点位置下移，进而提升了水在地源井内循环流动中携带的热量，更大程度地挖掘中深层地热的利用潜力。本技术装置工作时，由地源热泵机组的蒸发器产生的冷冻水经由冷冻水泵流入制冰桶，冲刷制冰桶内的结冰板，生成的冰水混合物通过增压泵注入中深层地源井内的垂直套管式地埋管进行热量交换。冰水混合物在增压泵的驱动下从外套管向下流动，到达竖直管的底部后，再由内管向上流出换热装置。在向下流动的过程中，冰在岩土及地热水的传热作用下受热不断升温变为水。由于相变过程的温度保持不变，使得循环水与地热层之间的温度差在一定的深度范围内维持恒定。相比循环介质全为水的工况，温差的平衡点，即温差趋近于0℃，位置向下移动，进而提升了循环水在地源井内获得的热量。地热井的出水一部分流入制冷机组带走多余的热量，另一部分流入地源热泵机组的蒸发器进行下一次的循环。制冷机组的冷却水通过冷却水泵接至地热井的出水，一同输送至地源热泵的蒸发器侧。地源热泵机组的蒸发器与冷凝器在高温制冷压缩机的作用下完成内部循环，冷凝器中产生的45℃/40℃热水通过供暖热水泵输送至用户侧末端。在上述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置中，所述的低温制冷结构包括与制冰桶一端相连且用于输送载冷剂的载冷剂输送泵，所述的载冷剂输送泵通过低温制冷压缩机组和制冰桶另一端相连。低温制冷压缩机组通过载冷剂输送泵输送-10℃～-5℃载冷剂在制冰桶内产生冰。在上述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置中，所述的垂直套管式地埋管的内套管通过第一调节阀和地源热泵机组的蒸发器相连，且所述的垂直套管式地埋管的内套管通过第二调节阀连接有冷却水泵，且所述的冷却水泵和低温制冷压缩机组相连,且所述的第一调节阀和第二调节阀相互并联。在上述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置中，所述的低温制冷压缩机组连接有第三调节阀，且所述的第三调节阀连接在第一调节阀和地源热泵机组的蒸发器之间，且所述的第三调节阀和第二调节阀分别设置在第一调节阀两端。在上述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置中，所述的冷冻水泵为冷冻螺旋水泵。在上述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置中，所述的垂直套管式地埋管设置在中深层地源井内，所述的外套管上端敞口，下端封闭，所述的内套管两端分别敞口且所述的内套管下端和外套管下端相连通，所述的外套管和内套管同轴相互套接相连，所述的外套管位于内套管的周向外侧。在上述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置中，所述的增压泵下端延伸至垂直套管式地埋管的外套管内且位于外套管和内套管之间。在上述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置中，所述的增压泵为单螺杆增压泵。在上述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置中，所述的用户侧末端为风机盘管、地暖和散热器中的任意一种或多种。在上述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置中，所述的载冷剂为-5℃/0℃乙二醇。与现有的技术相比，本技术的优点在于：1、为了保证地下换热装置的结构稳定性，该装置将低温制冷系统、高温地源热泵系统及中深层地源井换热系统组合一个封闭的循环，在地源井内通过闭式循环系统为循环工质(水)提供热量，具有只取热不取水的特点。利用过程不影响地下水位及地下水环境，能够有效保护地热资源，消除地下水位下降和地面沉降的不利影响。换热器管内使用的循环水处于密闭状态，能使设备表面腐蚀和杂质沉积的问题最小化。2、该系统利用了冰在相变吸热过程中温度不变的特点，将冰水混合物注入地源井中，提升了循环水在井内的换热量。冰水混合物由制冷机组与制冰桶采用冰片滑落式动态制冰，由于水一直处于流动状态，制冰桶内形成的冰片或冰晶被持续剥离结冰板,为继续结冰提供更优的传热特性。冰水混合物是由水溶液和冰晶粒子组成的泥浆状悬浊液，具有蓄冷能力大、流动性强、较快的供冷速率等特点。由于冰的密度小于水，在冰变为水的过程中，体积不断减小，因此还能够提升单位体积循环介质的换热量，更大程度地挖掘中深层地热的利用潜力，尤其在北方地区的利用价值更高，在为用户供暖、供热水方面具有广阔的应用前景。3、低温制冷压缩机组的排热以冷却水为载体，经由冷却水泵输送至高温地源热泵机组的蒸发器，较高温度的循环水提高了地源热泵机组的性能系数，整个系统完成了能量的梯级利用。附图说明图1是本技术的结构示意图；图中，垂直套管式地埋管1、外套管11、内套管12、第一调节阀13、第二调节阀本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置，包括具有相互连通的外套管(11)和内套管(12)的垂直套管式地埋管(1)，其特征在于，所述的垂直套管式地埋管(1)的外套管(11)通过增压泵(2)和制冰桶(3)相连，所述的制冰桶(3)连接有低温制冷结构(4)，所述的制冰桶(3)通过冷冻水泵(5)与地源热泵机组(6)的蒸发器(61)相连，所述的地源热泵机组(6)的蒸发器(61)连接有冷凝器(62)，所述的垂直套管式地埋管(1)的内套管(12)分别连接有地源热泵机组(6)的蒸发器(61)和/或低温制冷结构(4)的低温制冷压缩机组(41)，所述的地源热泵机组的蒸发器(61)与冷凝器(62)之间设有能使蒸发器(61)与冷凝器(62)完成内部循环的高温制冷压缩机(7)，且所述的冷凝器(62)通过供暖热水泵(8)输送至用户侧末端(9)。
【技术特征摘要】
1.一种中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置，包括具有相互连通的外套管(11)和内套管(12)的垂直套管式地埋管(1)，其特征在于，所述的垂直套管式地埋管(1)的外套管(11)通过增压泵(2)和制冰桶(3)相连，所述的制冰桶(3)连接有低温制冷结构(4)，所述的制冰桶(3)通过冷冻水泵(5)与地源热泵机组(6)的蒸发器(61)相连，所述的地源热泵机组(6)的蒸发器(61)连接有冷凝器(62)，所述的垂直套管式地埋管(1)的内套管(12)分别连接有地源热泵机组(6)的蒸发器(61)和/或低温制冷结构(4)的低温制冷压缩机组(41)，所述的地源热泵机组的蒸发器(61)与冷凝器(62)之间设有能使蒸发器(61)与冷凝器(62)完成内部循环的高温制冷压缩机(7)，且所述的冷凝器(62)通过供暖热水泵(8)输送至用户侧末端(9)。2.根据权利要求1所述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置，其特征在于，所述的低温制冷结构(4)包括与制冰桶(3)一端相连且用于输送载冷剂的载冷剂输送泵(42)，所述的载冷剂输送泵(42)通过低温制冷压缩机组(41)和制冰桶(3)另一端相连。3.根据权利要求2所述中深层地源井闭式循环换热量提升系统装置，其特征在于，所述的垂直套管式地埋管(1)的内套管(12)通过第一调节阀(13)和地源热泵机组(6)的蒸发器(61)相连，且所述的垂直套管式地埋管(1)的内套管(12)通过第二调节阀(14)连接有冷却水泵(15)，且所述的冷却水泵(15)和低温制冷压缩机组(41)相连,且所述的第一调节阀(13)和第...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏惊涛，秦祥熙，代伯清，金磊，石磊，丁伟翔，吴宏伟，王清，
申请(专利权)人：河北陆特新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：河北,13
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。