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地熱能中央空調的補償式淺層地熱能同井轉換裝置.pdf

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地熱能 中央空調 補償 式淺層 轉換 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201510220172.4

申請日:

2015.05.04

公開號:

CN104896634A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F24F 5/00申請日:20150504|||公開
IPC分類號: F24F5/00 主分類號: F24F5/00
申請人: 河南潤恒節能技術開發有限公司
發明人: 索鳳; 花春奎; 子穎; 李玉軍; 牛青鋒; 劉進; 王躍慶; 管其燭; 王紅宇
地址: 451100河南省鄭州市新鄭市新華路街道辦事處新華路南側新華小區
優先權:
專利代理機構: 鄭州市華翔專利代理事務所(普通合伙)41122 代理人: 王明朗
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510220172.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.01.19|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種地熱能中央空調的補償式淺層地熱能同井轉換裝置,包括水源井及井蓋,內井管和外井管、出水管、回水管和潛水泵,其中,外井管套裝在水源井內側,內井管套裝于外井管中心,內井管與外井管之間設置有至少兩層錐形隔離支撐層;出水管攜帶潛水泵吊裝于內井管中的水位線以下,多個回水管分別引流至每個錐形隔離支撐層之間區域內;內井管設置有補償結構。本發明可以允許內井管和外井管長度不完全相等,降低施工難度,對切割誤差和焊接誤差有較寬的允許范圍,提高工作效率。克服井下盲區內多個隔離支撐層對接不嚴密問題和承力不平均問題。

權利要求書

權利要求書
1.  一種地熱能中央空調的補償式淺層地熱能同井轉換裝置,包括水源井及井蓋,內井管和外井管、出水管、回水管和潛水泵,其特征是:所述外井管套裝在水源井內側,內井管套裝于外井管中心,內井管與外井管之間設置有至少兩層錐形隔離支撐層;外井管位于錐形隔離支撐層之間的管壁上設置透水孔;出水管攜帶潛水泵吊裝于內井管中的水位線以下,多個回水管分別引流至每個錐形隔離支撐層之間區域內;所述內井管設置有補償結構,該補償結構是在內井管一的端口設置套管,在內井管二的端口設置內擋臺,內擋臺位于套管中并套裝有O型密封圈,并在套管端口固定有后加擋臺。

2.  根據權利要求1所述的地熱能中央空調的補償式淺層地熱能同井轉換裝置,其特征是:所述錐形隔離支撐層是在外井管內壁相應位置設置有橡膠環錐臺,并在內井管外壁上設置橡膠錐片,且橡膠錐片的上側面增設有金屬襯板,所述橡膠錐片與橡膠環錐臺的錐面能夠匹配套裝和支撐;位于下層的橡膠錐片外徑不大于上層橡膠環錐臺內徑。

3.  根據權利要求2所述的地熱能中央空調的補償式淺層地熱能同井轉換裝置,其特征是:錐形隔離支撐層是在外井管內壁相應位置設置內支撐環,所述橡膠環錐臺固定在內支撐環外側。

4.  根據權利要求1所述的地熱能中央空調的補償式淺層地熱能同井轉換裝置,其特征是:在出水管與內井管之間為空氣隔熱層,或者在出水管與內井管之間的夾層內灌注隔熱材料形成隔熱層,以避免回灌水與出水產生冷熱交換。

5.  根據權利要求1所述的地熱能中央空調的補償式淺層地熱能同井轉換裝置,其特征是:在水源井的井壁與外井管之間設置有環形滲水層,該環形滲水層為整體式環形滲水材料,或者環形滲水層設置了內、外支撐網并在內、外支撐網夾層中填充滲水材料,或者環形滲水層是填充于支撐透水管與土壤層之間的礫石料。

說明書

說明書地熱能中央空調的補償式淺層地熱能同井轉換裝置
技術領域
本發明屬于地(熱)能中央空調領域中關于淺層地(熱)能利用同井轉換裝置,尤其涉及一種地(熱)能中央空調地(熱)能利用同井轉換裝置。
背景技術
地(熱)能中央空調,是以溫度長年恒定的地下水為傳遞地熱能介質,通過熱泵機組,提高或降低水溫來達到制冷、制熱目的,為建筑物提供冷、熱源的中央空調。由于其能效比高,比傳統的其它形式中央空調節能40~60%,節能降耗效果顯著而逐步受到政府、機關、企業單位的青睞,同時達到了大多數的用戶的認可。目前,已實施安裝水源熱泵中央空調的回水方式均采用“多井回灌”方式。即從一口水源井抽水,通過熱泵主機的換熱器將水中的冷量或熱量取走后將水排出,向二口或二口以上的水源井回灌。此方式優點是能效比高,但存在排出的水無法及時全部回灌至地下的問題。首先,由于回水是在井口敞開式無壓力自然流淌,不僅回流速度慢,而且容易造成回水污染。而無法及時回到地下的水,會從井口溢出或由管道直接排放至地面。長期的排放,不僅導致水資源的浪費,還可能導致地下水位下降甚至枯竭,進而影響到周邊建筑物的安全;其次,需要打的井數較多,需占用的土地面積大,在占地面積較小的建筑群(物)中無法使用。“多井回灌”方式的上述缺點,使得水源熱泵中央空調的節能優勢被抵消,是在水源熱泵中央空調推廣,實施節能降耗、改善環境的過程中的一個瓶頸問題,也是國家水利部門嚴格禁止的行為。
由于其弊端已經大面積顯現,主要表現在取用的地下水不能做到100%全部回灌至地下,轉而向地面排放,造成水源井淤塞、水位下降。此方式在“取用”地下水溫度的同時,還“使用”了地下水,造成了寶貴的水資源極大的浪費,同時使水源熱泵中央空調因無水可用而導致整個系統癱瘓。因此。“多井回灌”方式的缺點成為水源熱泵中央空調推廣和發展的瓶頸。
現有同井回灌技術中,采用內外管分別安裝的方式,例如專利公布號為CN 103982956 A的專利文獻中,公開了由內井管和外井管的同井回灌技術,首先需要向井內下入外井管,到位后再下內井管。外井管內部設置有與內井管外壁之間相互配合的接觸面和隔離結構,只有每個接觸段的長度完全相同才能保持彼此密封連接,但由于井深通常上百米,外井管和內井管分別獨立的許多段通過焊接組成,而且不同井深情況不同需要現場進行切割與焊接作業,內、外井管分別下井后因位移、切割誤差或焊接誤差等因素影響,誤差積累程度之大導致內井管與外井管之間的接觸性密封性能不好,實際很難做到全部隔離層都實現密封連接。由于密封對接過程發生在井下,處于盲區,無法下人維護和檢測,更加使支撐力度和密封嚴密性不可預知,這是同井回灌設備在施工中存在的重要難題,該方案在日后的潛水泵費時、費工,長時間影響空調的使用。
專利公布號CN 103982955 A的專利文獻中,為了達到多個隔離結構都具有較好的密封性,采用了筒式套裝密封結構,由于該筒式結構具有一定長度,在井下盲區范圍中,因內外管長度誤差或因位移和焊接誤差可以允許較大范圍。然而,由于井深通常上百米,外井管和內井管分別獨立焊接組成,該結構中的內井管與外井管無承力關系,上百米的內井管質量很大,單純依靠井蓋提供強大支撐力會存在很大技術問題,無論是安裝或是維修難度都很大,井口密封層也容易因井蓋受壓太大而降低使用壽命。該方案的實施還需要很多特殊設計才能達標,在實際應用中有很大難度。
發明內容
本發明不僅要完全克服“多井回灌”的缺陷,使回水能100%全部回灌至地下,還能使出水溫度始終保持在合適的溫度;同時利用內管補償式的組裝結構可以使產品規格統一化和標準化,避免內外井軸向錯位問題,可使對接作業處于井外進行,確保密封連接的可操作性,提高密封對接質量和施工效率。
為實現上述目的,本發明采用如下技術方案:一種水源熱泵中央空調水源井連接式同井回灌裝置,包括水源井及井蓋,內井管和外井管、出水管、回水管和潛水泵,所述外井管套裝在水源井內側,內井管套裝于外井管中心,內井管與外井管之間設置有至少兩層錐形隔離支撐層;外井管位于錐形隔離支撐層之間的管壁上設置透水孔;出水管攜帶潛水泵吊裝于內井管中的水位線以下,多個回水管分別引流至每個錐形隔離支撐層之間區域內;所述內井管設置有補償結構,該補償結構是在內井管一的端口設置套管,在內井管二的端口設置內擋臺,內擋臺位于套管中并套裝有O型密封圈,并在套管端口固定有后加擋臺。
采用補償結構后,可以允許內井管和外井管長度不完全相等,降低施工難度,可以允許有切割誤差和焊接誤差,降低加工難度,提高工作效率。即使在較大誤差范圍內,內管可以實現自動伸或縮補償,克服井下盲區內多個隔離支撐層對接不嚴密問題和承力不平均問題。在具有補償結構的情況下,各內井管段為獨立承重結構,各隔離支撐層只承擔其上側一段內管的重力,不用分擔其他各段內管的重力,從而避免因局部支撐力度過大造成密封面過早老化問題,也避免因局部支撐力度不夠而漏水問題。該方案在實施過程中,能夠提高施工效率數倍,而且確保同井回灌裝置有最長使用壽命。而且,在將內井管出井維護或更換過程中,雖然內井管太長,但無需對內井管主體進行切割,只需將外加擋臺切割就能是內井管變為獨立的各內徑管段,待更換后在補焊外加擋臺即可。
所述錐形隔離支撐層是在外井管內壁相應位置設置有橡膠環錐臺,并在內井管外壁上設置橡膠錐片,且橡膠錐片的上側面增設有金屬襯板,所述橡膠錐片與橡膠環錐臺的錐面能夠匹配套裝和支撐;錐形隔離支撐層是在外井管內壁相應位置設置內支撐環,內支撐環外側固定橡膠環錐臺。位于下層的橡膠錐片外徑不大于上層橡膠環錐臺內徑。
通過設置橡膠環錐臺,以及下層的橡膠錐片外徑不大于上層橡膠環錐臺內徑,可以很方便地將內井管放入外井管中,以及很方便地將內井管從外井管中取出,為裝井和維護帶來方便,提高施工效率和降低維護成本和難度。本發明具有三層施工結構,其外井管一次性下井后永久使用;內井管與外井管的合理結構確保內井管可以在數年甚至數十年期間進行出井維護;吊裝于內井管中的潛水泵,可以根據實際需要隨時提升或下降或進行維護。
可以在出水管與內井管之間為空氣隔熱層,或者在出水管與內井管之間的夾層內灌注隔熱材料形成隔熱層,以避免回灌水與出水產生冷熱交換。
在水源井的井壁與外井管之間設置有環形滲水層,該環形滲水層為整體式環形滲水材料,或者環形滲水層設置了內、外支撐網并在內、外支撐網夾層中填充滲水材料,或者環形滲水層是填充于支撐透水管與土壤層之間的礫石料。
本發明的有益效果是:
1. 本發明設計結構更合理,可以允許內井管和外井管長度不完全相等,降低施工難度,對切割誤差和焊接誤差有較寬的允許范圍,提高工作效率。即使在較大誤差范圍內,內管可以實現自動伸或縮補償,克服井下盲區內多個隔離支撐層對接不嚴密問題和承力不平均問題。避免因軸向不統一造成的誤差或移位,可以確保每段對接都處于最佳連接狀態。避免因下置井管不當,導致土壤井壁坍塌,造成水源井報廢。
2.各內井管段為獨立承重結構,各隔離支撐層只承擔其上側一段內管的重力,不用分擔其他各段內管的重力,從而避免因局部支撐力度過大造成密封面過早老化問題,也避免因局部支撐力度不夠而漏水問題。能夠提高施工效率數倍,確保同井回灌裝置有最長使用壽命。而且,在將內井管出井維護或更換過程中,雖然內井管太長,但無需對內井管主體進行切割,只需將外加擋臺切割就能是內井管變為獨立的各內徑管段,待更換后在補焊外加擋臺即可。
通過設置橡膠環錐臺,以及下層的橡膠錐片外徑不大于上層橡膠環錐臺內徑,可以很方便地將內井管放入外井管中,以及很方便地將內井管從外井管中取出,為裝井和維護帶來方便,提高施工效率和降低維護成本和難度。本發明具有三層施工結構,其外井管一次性下井后永久使用;內井管與外井管的合理結構確保內井管可以在數年甚至數十年期間進行出井維護;吊裝于內井管中的潛水泵,可以根據實際需要隨時提升或下降或進行維護。
4.通過在車間內產業化制造和加工,使產品規格統一化和標準化,避免內外井軸向錯位問題,確保密封連接的可操作性,提高密封對接質量。產業化的標準件利于現場快速、準確定位和施工。裝管速度至少提高一倍。
5.潛水泵高度可以提升至內井管中部位置,而不用連接在內井管底部,節約了出水管長度和電纜線長度,也降低維護難度。
在同一口井內實現等量的出水、回水,并使回水在與土壤進行充分的熱交換后,溫度達到初始階段的出水溫度;同時使回水與出水管管壁接觸過程中,不與已達到初始出水溫度的出水產生新的熱交換,從而可以大幅提高水源熱泵機組效率。多對密封隔離層組成多層回水空間,實現多路同時回水的目的,再借助于高壓回水,確保單井即可完成全部回水任務。借助于環形滲水層及土壤層,降低回水流動速度,以便溫度高低的回水與地層充分進行冷熱交換后在將回水匯總于地下水,最終達到同井水資源循環的目的。從而避免水資源的浪費,避免地下水位因移動而下降甚至枯竭,確保地下構造穩定及周邊建筑物的安全。此方式使地下水始終處于密閉狀態,第一,對水本身沒有任何污染;第二,絲毫不浪費地下水;第三,由于采用復合式出水源井管,將已取走的冷量、或熱量的回水通過空氣隔絕,徹底杜絕了彼此之間的接觸,使之不會因出、回水的溫差而產生新的熱交換,保持了出水溫度的恒定。本發明將抽出的水被全部回灌至地下,真正地做到了只“利用”地下水的熱量和冷量而不浪費寶貴的地下水資源。占地面積小,保證了地下水位正常,且不會影響建筑物的基礎,使得面積狹小的場地也能采用節能的水源熱泵中央空調。
附圖說明
圖1是本發明的剖面結構示意圖。
圖中標號1為外井管,2為內井管,3為出水管,4為回水管,5為井蓋,6為橡膠環錐臺,7為襯板,8為橡膠錐片,9為套管,10為后加擋臺,11為內擋臺,12為O型密封圈,13為潛水泵,14為內支撐環,15為環形滲水層。
具體實施方式:
實施例:參見圖1,一種水源熱泵中央空調水源井連接式同井回灌裝置,包括水源井及井蓋5,內井管2和外井管1、出水管3、回水管4和潛水泵13,環形滲水層15等。
其中,外井管1套裝在水源井內側,在水源井的井壁與外井管1之間設置有環形滲水層15。環形滲水層15的形式多樣,例如以下三種結構:(1)可以使整體式環形滲水材料;(2)可以將環形滲水層15設置內、外支撐網并在內、外支撐網夾層中填充滲水材料;(3)環形滲水層15是填充于支撐透水管與土壤層之間的礫石料。
外井管1位于錐形隔離支撐層之間的管壁上設置透水孔。
內井管2套裝于外井管1中心,內井管2與外井管1之間通過多層錐形隔離支撐層密封連接和支撐。錐形隔離支撐層是在外井管1內壁相應位置設置內支撐環14,內支撐環14外側固定橡膠環錐臺6,并在內井管2外壁上設置橡膠錐片8,且橡膠錐片8的上側面增設有金屬襯板7,所述橡膠錐片8與橡膠環錐臺6的錐面能夠匹配套裝和支撐,達到密封連接并能支撐的作用。
出水管3攜帶潛水泵13吊裝于內井管2中的水位線以下,圖1中H1為下水位,H2為上水位,潛水泵13位于下水位之下即可。
錐形隔離支撐層設置有通孔以便回水管4能夠穿過并密封。多個回水管4分別加壓后引流至每個錐形隔離支撐層之間區域內,在壓力作用下回水通過外井管1側壁透水孔進入環形滲水層15,再由環形滲水層15向下流入地下水,或經環形滲水層15進入土壤層后再流入地下水,達到熱交換目的。
內井管2設置有補償結構。補償結構的形式至少有兩種:(1)在下部內井管2的上端口設置套管9,在上部內井管2的下端口設置內擋臺11,內擋臺11位于套管9中并套裝有O型密封圈12,并在套管9的上端口固定有后加擋臺10;(2)在上部內井管2的下端口設置套管9,在下部內井管2的上下端口設置內擋臺11,內擋臺11位于套管9中并套裝有O型密封圈12,并在套管9的下端口固定有后加擋臺10。補償結構可以使內井管2有一定伸縮范圍,從而允許內井管2和外井管1長度不完全相等,從而可以忽略誤差因素影響,簡化設計要求,降低施工難度,提供施工效率。內管自動伸或縮的補償作用,克服井下盲區內多個隔離支撐層對接不嚴密問題和承力不平均問題,使各內井管2段為獨立承重結構,各隔離支撐層只承擔其上側一段內管的重力,不用分擔其他各段內管的重力,從而避免因局部支撐力度過大造成密封面過早老化問題,也避免因局部支撐力度不夠而漏水問題。
在將內井管2出井維護或更換過程中,雖然內井管2長達百米,但無需對內井管2主體進行切割,只需將外加擋臺切割就能是內井管2變為獨立的各內徑管段,待更換后在補焊外加擋臺即可。
下層的橡膠錐片8外徑不大于上層橡膠環錐臺6內徑,可以很方便地將內井管2放入外井管1中,以及很方便地將內井管2從外井管1中取出,為裝井和維護帶來方便,提高施工效率和降低維護成本和難度。
 外井管1一次性下井后永久使用;內井管2與外井管1的合理結構確保內井管2可以在數年甚至數十年期間進行出井維護;吊裝于內井管2中的潛水泵13,可以根據實際需要隨時提升或下降或進行維護。另外,還可以在出水管3與內井管2之間為空氣隔熱層,或者在出水管3與內井管2之間的夾層內灌注隔熱材料形成隔熱層,以避免回灌水與出水產生冷熱交換。

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