基于地表水源和温泉尾水的地热利用系统的制作方法

本发明涉及地热利用领域，具体涉及基于地表水源和温泉尾水的地热利用系统。

背景技术：

地表水源指地表水中可以逐年更新的淡水量，是水资源的重要组成部分，包括冰雪水、河川水和湖沼水等，通常用还原后的天然河川径流量表示其数量。由于地表水和地下水之间存在着一定的联系，因此，在水资源评价中必须扣除地下水补给河流的那部分水量。但是目前的地热系统并没有应用到地表水源上，使得地表水源的热能没有被利用起来。

温泉是从地下自然涌出的自然水，泉口温度显著地高于当地年平均气温而又低于(等于)45度的地下水天然露头叫温泉，并含有对人体健康有益的微量元素的矿水。随着经济的发展，温泉相关产业的逢勃发展，创建以温泉为主轴的相关休闲设施已是温泉开发利用的主要方向之一，而温泉的价值来自于其中所含的水质、水温及水量的基本组成元素，也是大地给予我们宝贵的天然资源之一。温泉尾水是指温泉使用后的水，温泉尾水通常还具有一些可回收的热能，但是现有的温泉尾水通常都是直接排掉，温泉尾水中的热能没有被合理地利用，造成能源的浪费。

因此，亟需提供一种地热利用系统，能够用于收集地表水源和温泉尾水的热能，占用面积小，工程量小。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于地表水源和温泉尾水的地热利用系统，能够很好地收集地表水源和温泉尾水的热能，热能利用率高。

基于地表水源和温泉尾水的地热利用系统，包括换热系统、地表管道、以及热泵系统；热泵系统包括压缩机、蒸发器、膨胀阀以及冷凝器；蒸发器的入口分别与换热系统的出口和地表管道的出口连接，冷凝器的入口分别与换热系统的出口和地表管道的出口连接，蒸发器的出口分别与换热系统的入口和地表管道的入口连接，冷凝器的出口分别与换热系统的入口和地表管道的入口连接；所述换热系统包括循环泵、换热阀、多个存储地表水活温泉尾水的热源井和多个换热器；每个热源井内设有换热器；所有换热器并联连接后依次与循环泵和换热阀串联；所述地表管道埋于房屋室内地面下方且其上端和地面的距离为1～5米，地表管道上具有由圆管盘旋形成的整体为方形螺旋状的螺旋段，且螺旋段轴线与地面平行，螺旋段由多个与地面平行的上水平段圆管、位于与地面垂直平面内的侧纵向段圆管、以及与地面平行的下水平段圆管连接形成，所有上水平段圆管等距分布且与下水平段圆管交错设置，侧纵向段圆管的两端分别与上水平段圆管和下水平段圆管连接，且侧纵向段圆管与地面的夹角为30°～60°。

优选地，所述侧纵向段圆管与地面的夹角为45°。

优选地，所述地表管道上端和地面的距离为2米。

优选地，所述换热器包括换热管、以及设置在换热管两端的换热入口和换热出口；换热管包括换热内管、以及与换热内管同轴设置的换热外管，换热内管的内腔形成连通换热入口和换热出口的冷水通道，换热内管与换热外管之间的腔室形成连通换热入口和换热出口的热水通道；换热内管中依次相互平行设有第一隔板、第二隔板和第三隔板，将冷水通道分割为第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室；还包括第一连接管、第二连接管、第三连接管和第四连接管；第一连接管从第一腔室穿过第二腔室设置；第二连接管从第二腔室穿过第三腔室伸入第四腔室内，并从第四腔室弯曲穿回第三腔室设置；第三连接管从第三腔室穿过第二腔室伸入第一腔室内设置；第三连接管从第一腔室穿过第二腔室和第三腔室伸入第四腔室内设置。

优选地，所述换热内管由导热材料制成。

优选地，所述第一连接管、第二连接管、第三连接管和第四连接管的端部均设有单向阀；其中第一连接管上单向阀的阀瓣沿着从第一腔室穿过第二腔室的方向打开；第二连接管位于第二腔室内的端部中单向阀的阀瓣沿着从第二腔室穿过第三腔室的方向打开，第二连接管位于第三腔室内的端部中单向阀的阀瓣沿着从第四腔室穿过第三腔室的方向打开；第三连接管上单向阀的阀瓣沿着从第三腔室穿过第二腔室的方向打开；第四连接管上单向阀的阀瓣沿着从第一腔室穿过第二腔室的方向打开。

优选地，所述热源井中还设有过滤器，过滤器包括：一级过滤装置和二级过滤装置，所述二级过滤装置设置于所述一级过滤装置内；所述一级过滤装置包括基础管、保护挡筋和包网，所述基础管为圆管，所述基础管管壁上均匀布置有透水孔，所述保护挡筋竖向焊接在基础管外壁上，保护挡筋等间距布置，所述包网包裹在保护挡筋及基础管外壁上，包网竖向包裹的范围大于保护挡筋的范围，包网外用铁丝缠绕固定在保护挡筋及基础管外壁上；所述二级过滤装置包括内管、外管、隔板和滤芯，所述内管和外管均为圆管，内管和外管同轴设置，外管管壁上均匀布置有透水孔，外管顶端设置有吊环，所述隔板一端与内管外壁固定连接，隔板另一端与外管内壁固定连接，隔板将内管与外管之间分割为多个腔室，所述滤芯填充在所述腔室中，腔室上下端为敞口，用于排出经滤芯过滤后的水；所述外管顶端设置有向外突出的环形外管突出体，所述基础管设置有向内突出的环形基础管上突出体和基础管下突出体，所述外管向下穿过所述基础管上突出体内圆，外管突出体压在基础管上突出体上，外管底部压在所述基础管下突出体上，所述基础管上突出体与外管突出体之间垫有胶垫，所述基础管下突出体与外管底部之间垫有胶垫。

优选地，所述滤芯为不锈钢滤芯，所述内管的外壁和隔板上设置有向外突出的固定件，所述固定件用于固定所述不锈钢滤芯。

优选地，每个所述腔室的横截面积相等。

优选地，所述基础管的透水孔为条形孔，所述条形孔上、下相邻两排相互错开。

由上述技术方案可知，本发明提供的基于地表水源和温泉尾水的地热利用系统，热源井中存储有地表水或温泉尾水，每个热源井中都设有换热器，用于收集地表水和温泉尾水的热能。埋于地面下方的地表管道具有方形螺旋状的螺旋段，且和地面的距离为1～5米，工程量小，占用面积小，既克服了现有技术中水平埋管占用面积大的缺陷，也克服了垂直埋管需要将管道埋在距离地面几十米的深度，工程量大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本实施例中提供的地热利用系统的结构示意图。

图2示出了本实施例中提供的地热利用系统中换热器的结构示意图；

图3为本发明实施例中过滤器的剖视结构示意图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为图3的B-B剖视图；

图6为图3的C-C剖视图；

图7为本发明实施例中过滤器的基础管与二级过滤装置结合的结构示意图；

图8为本发明实施例中过滤器的二级过滤装置的结构示意图。

附图中，41-换热系统，42-热泵系统，43-地表管道，21-第一腔室，22-第二腔室，23-第三腔室，24-第四腔室，25-第一隔板，26-第二隔板，27-第三隔板，30-换热入口，31-换热出口，32-第一连接管，33-第二连接管，34-第三连接管，35-第四连接管。1-基础管；11-基础管上突出体；12-基础管下突出体；2-保护挡筋；3-包网；4-铁丝；5-外管；51-外管突出体；52-吊环；6-内管；61-固定件；7-腔室；8-隔板；9-透水孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例：

基于地表水源和温泉尾水的地热利用系统，如图1所示，包括换热系统41、地表管道43、以及热泵系统42；热泵系统42包括压缩机、蒸发器、膨胀阀以及冷凝器；蒸发器的入口分别与换热系统的出口和地表管道的出口连接，冷凝器的入口分别与换热系统的出口和地表管道的出口连接，蒸发器的出口分别与换热系统的入口和地表管道的入口连接，冷凝器的出口分别与换热系统的入口和地表管道的入口连接；所述换热系统包括循环泵、换热阀、多个存储地表水或温泉尾水的热源井和多个换热器；每个热源井内设有换热器；所有换热器并联连接后依次与循环泵和换热阀串联；所述地表管道埋于房屋室内地面下方且其上端和地面的距离为1～5米，地表管道上具有由圆管盘旋形成的整体为方形螺旋状的螺旋段，且螺旋段轴线与地面平行，螺旋段由多个与地面平行的上水平段圆管、位于与地面垂直平面内的侧纵向段圆管、以及与地面平行的下水平段圆管连接形成，所有上水平段圆管等距分布且与下水平段圆管交错设置，侧纵向段圆管的两端分别与上水平段圆管和下水平段圆管连接，且侧纵向段圆管与地面的夹角为30°～60°。

上水平段圆管是指处于与地面平行的平面内、且距离地面深度小的管段，下水平段圆管是指处于与地面平行的平面内、且距离地面深度大的管段。在供热工况下，所述热泵系统通过入口四通换向阀和出口四通换向阀控制循环水的流向，使室外循环水(既地表水源和温泉尾水)先进入所述蒸发器放热，将热量传递给热媒，降温后返回地埋孔再次吸热，形成室外循环。所述热泵系统通过所述压缩机做功，将在所述蒸发器吸收完热量的热媒传递给所述冷凝器，并在所述冷凝器中完成热媒与地表管道的室内循环水的热交换；传热降温后的热媒通过所述膨胀阀减压后，重新流入所述蒸发器再次吸热，形成热泵供热循环。室内循环水吸取所述冷凝器的热量达到供暖温度后，通过地表管道完成室内放热，降温后返回冷凝器再次吸热，形成室内循环，达到室内供暖效果。

在制冷工况下，换热系统中的室外循环水通过所述换热器将热量释放给热源井，后送入所述热泵系统的冷凝器，吸收冷媒中的热量，而后返回释放热量，形成室外循环。所述热泵系统做功，将在所述冷凝器中完成放热的冷媒传递给所述蒸发器，并在所述蒸发器中吸收地表管道中室内循环水的热量；吸热升温后的冷媒重新流入所述冷凝器再次放热，形成热泵制冷循环。经所述蒸发器放热降温的室内循环水，通过地表管道吸取室内热量，而后返回所述蒸发器再次放热，完成室内循环，实现室内降温的目的。

采用具有方形螺旋状的螺旋段的地表管道给室内供热，综合利用了水平埋管和竖直埋管的优点：水平埋管埋管深度浅，工程量小。竖直埋管占用面积小，但是埋管深度深，工程量大。采用螺旋状的管道进行室内供热，能够在保证供热需求的前提下，减小埋管占用面积，减小工程量。地表管道上端和地面的距离为1～5米，螺旋段的上水平段圆管与地面平行，能够保证更好的室内供热效果，侧纵向段圆管与地面的夹角为30°～60°，能够保证更好地室内供热效果。具体实施时，所述侧纵向段圆管与地面的夹角为45°。所述地表管道上端和地面的距离为2米。

该地热利用系统，换热器分别设置在热源井内，用于收集地表水源和温泉尾水的热能。埋于地面下方的地表管道具有方形螺旋状的螺旋段，且和地面的距离为1～5米，工程量小，占用面积小，既克服了现有技术中水平埋管占用面积大的缺陷，也克服了垂直埋管需要将管道埋在距离地面几十米的深度，工程量大的问题。

为了最大程度进行换热，达到更好的换热效果。所述换热器，如图2所示，包括换热管、以及设置在换热管两端的换热入口30和换热出口31；换热管包括换热内管、以及与换热内管同轴设置的换热外管，换热内管的内腔形成连通换热入口和换热出口的冷水通道，换热内管与换热外管之间的腔室形成连通换热入口和换热出口的热水通道；换热内管中依次相互平行设有第一隔板25、第二隔板26和第三隔板27，将冷水通道分割为第一腔室21、第二腔室22、第三腔室23和第四腔室24；还包括第一连接管32、第二连接管33、第三连接管34和第四连接管35；第一连接管从第一腔室穿过第二腔室设置；第二连接管从第二腔室穿过第三腔室伸入第四腔室内，并从第四腔室弯曲穿回第三腔室设置；第三连接管从第三腔室穿过第二腔室伸入第一腔室内设置；第三连接管从第一腔室穿过第二腔室和第三腔室伸入第四腔室内设置。

热媒从换热入口进入热水通道，并从换热出口流出；冷媒从换热入口进入冷水通道，并从换热出口流出，通过换热内管壁面的导热以及流体在壁面的对流，实现热媒和冷媒的换热。冷媒从换热入口进入冷水通道后，部分冷媒停留在第一腔室内，与热水通道的热媒实现换热，部分冷媒顺着第一连接管从第一腔室流向第二腔室。进入第二腔室的冷媒，部分冷媒停留在第二腔室内，与热水通道的热媒实现换热，部分冷媒顺着第二连接管从第二腔室流向第三腔室。进入第三腔室的冷媒，部分冷媒停留在第三腔室内，与热水通道的热媒实现换热，部分冷媒顺着第三连接管从第三腔室流向第一腔室。进入第一腔室的冷媒，部分冷媒停留在第一腔室内，与热水通道的热媒实现换热，部分冷媒顺着第四连接管从第一腔室流向第四腔室，并从换热出口流出。该冷媒能够在换能器中实现多次循环和多次换热，能够更高效地实现换热。所述换热内管由导热材料制成，能够更好地提高热媒和冷媒的换热效果。

为了防止冷媒回流，所述第一连接管、第二连接管、第三连接管和第四连接管的端部均设有单向阀；其中第一连接管上单向阀的阀瓣沿着从第一腔室穿过第二腔室的方向打开；第二连接管位于第二腔室内的端部中单向阀的阀瓣沿着从第二腔室穿过第三腔室的方向打开，第二连接管位于第三腔室内的端部中单向阀的阀瓣沿着从第四腔室穿过第三腔室的方向打开；第三连接管上单向阀的阀瓣沿着从第三腔室穿过第二腔室的方向打开；第四连接管上单向阀的阀瓣沿着从第一腔室穿过第二腔室的方向打开。

上述连接管中单向阀的设置保证了冷媒从换热入口进入第一腔室后，经第一连接管进入第二腔室，再经过第二连接管进入第三腔室，经第三连接管进入第一腔室，最后从第一腔室进入第四腔室后，从换热出口流出，这样保证了冷媒经过多次循环和多次换热后才从换热出口流出，换热效果更好。

热源井为整个热泵系统提供循环水源，是整个系统的重要组成部分，用于热源井的过滤器主要用于对循环水源进行过滤。但是现有的热源井的过滤器比较粗糙，只能挡一部分大颗粒的砂子，虑砂效果差，泥沙容易进入热源井中，造成井道淤塞，潜水泵将含泥沙的水抽出进行利用，容易造成设备的损坏，影响系统运行，造成重大损失；如果采用现有的滤孔较小的精密过滤器，虽然过滤效果较好，但是由于滤孔小，容易堵塞，井内清洗及其不方便，热源井过滤器的好的虑砂效果和滤孔容易堵塞之间存在矛盾的关系。

为此本实施例中还提供用于地热井的过滤器，如图3-8所示，包括一级过滤装置和二级过滤装置，二级过滤装置设置于一级过滤装置内；一级过滤装置包括圆形的基础管1、保护挡筋2和包网3，基础管1管壁上均匀布置有透水孔9，透水孔9为条形孔，上、下相邻两排相互错开，保护挡筋2采用直径为4mm的防锈圆钢，竖向焊接在基础管1外壁上，其间距为20mm，包网3为尼龙丝包网3，包裹在保护挡筋2及基础管1外壁上，包网3竖向包裹的范围大于保护挡筋2的范围，包网3外用镀锌铁丝4以10mm间距缠绕固定在保护挡筋2及基础管1外壁上；二级过滤装置包括内管6、外管5、隔板8和滤芯，内管6和外管5均为圆管，内管6和外管5同轴设置，外管5管壁上均匀布置有透水孔9，透水孔9为圆形孔，左、右两列相互错开，基础管的透水孔9的过水面积大于外管的透水孔9的过水面积，外管5顶端设置有四个吊环52，隔板8一端与内管6外壁固定连接，隔板8另一端与外管5内壁固定连接，隔板8将内管6与外管5之间分割为多个横截面积相等的腔室7，滤芯采用不锈钢滤芯，填充在腔室7中，腔室7上下端为敞口，用于排出经滤芯过滤后的水，内管6的外壁和隔板8上设置有向外突出的固定件61，固定件61用于固定不锈钢滤芯，基础管1内外表面、内管6的内外表面、外管5的内外表面和透水孔9的表面均涂有防腐蚀层；外管5顶端设置有向外突出的环形外管突出体51，基础管1设置有向内突出的环形基础管上突出体11和基础管下突出体12，外管5向下穿过基础管上突出体11内圆，外管突出体51压在基础管上突出体11上，外管5底部压在基础管下突出体12上，基础管上突出体11与外管突出体51之间垫有胶垫，基础管下突出体12与外管5底部之间垫有胶垫。

本发明用于热源井的过滤器包括一级过滤装置和二级过滤装置。其中一级过滤装置对泥沙进行粗虑，主要用于过滤掉大颗粒的砂子；基础管1管壁上均匀布置有条形透水孔9，上、下相邻两排相互错开，使透水孔9分布更均匀，过滤进入基础管1的地下水也更均匀，尼龙丝包网3通过保护挡筋2垫衬，包裹在管外，用镀锌铁丝4固定，地下水要进入热源井中，首先要经过尼龙丝包网3及基础管的透水孔9两层过滤，过滤掉大颗粒的砂子。二级过滤装置对泥沙进行精虑，主要用于过滤掉细小的泥沙，二级过滤装置包括内管6、外管5、隔板8和滤芯，内管6与外管5同轴布置，隔板8是内管6与外管5的连接骨架，同时将内管6与外管5之间的空间隔为多个横截面积相等的腔室7，通过这样的分割过滤，各腔室7水量均匀，能提升过滤的效果和效率，腔室7内填充不锈钢滤芯，通过这样的设计，使整个二级过滤装置为一个整体，结构牢固；同时，不锈钢滤芯具有良好的过滤性能，过滤后的地下水能满足系统使用要求，其耐蚀性、耐热性、耐压性、耐磨性好，能满足恶劣的地下环境，其芯气孔均匀、精确的过滤精度，单位面积的流量大，能提高精虑的效率，满足系统用水需求，其清洗之后可以再使用，免更换，节约资源，降低成本；二级过滤装置主要靠设在外管5管壁上的透水孔9和腔室7中的滤芯两层过滤，透水孔9左、右相邻两列相互错开，使透水孔9分布更均匀，进入腔室7的地下水也更均匀；基础管的透水孔9的过水面积大于外管的透水孔9的过水面积,能保证粗虑为精虑提供足够的水量，提升过滤效率；内管6未设置透水孔9，腔室7上、下端开口，地下水进入腔室7后，向腔室7两端流动，从腔室7上、下端排出，通过这样的设计，延长了地下水在滤芯中的流动路径，提高了过滤效果，由于过滤过程中，滤芯容易发生位移、结团，固定件61对不锈钢滤芯起固定作用，过滤时，水的流动不会使滤芯发生位移，滤芯不会结团，从而保证了滤芯的正常工作，提高了过滤效果；地下的环境一般都比较恶劣，腐蚀性较强，在基础管1内外表面、内管6的内外表面、外管5的内外表面和透水孔9的表面这些与地下水或土壤直接接触的部分涂一层防腐蚀层，能减小过滤器部件的腐蚀，延长使用寿命。

一级过滤装置滤孔较大，不易堵塞，能过滤掉大颗粒砂子，二级过滤装置滤孔小，容易堵塞，能过滤掉细小泥沙，采用这种分级过滤的方式，既能较彻底地过滤掉砂子，又能减小过滤器堵塞的概率。

外管5向下穿过基础管上突出体11内圆，外管突出体51压在基础管上突出体11上，外管5底部压在基础管下突出体12上，通过这种可拆卸的方式将二级过滤装置和一级过滤装置结合在一起，同时结合位置之间均垫有胶垫，通过二级过滤装置的自重压实胶垫，密封效果好，泥沙不会从缝隙流出；二级过滤装置和一级过滤装置可拆卸分离，可以通过外管5顶端设置的吊环52将二级过滤装置整体吊起来清洗、维修或更换，清洗、维修或更换后再将二级过滤装置吊入热源井中，与一级过滤装置组合在一起使用，从而解决了好的虑砂效果与滤孔容易堵塞之间的矛盾。

本发明的用于热源井的过滤器在抽水和回灌中运行方式不同，具体如下：

抽水时，需要一级过滤装置和二级过滤装置共同作用，将二级保护装置吊入热源井中，外管5向下穿过基础管上突出体11内圆，外管突出体51压在基础管上突出体11上，与一级过滤装置组装在一起，含有泥沙的地下水流过尼龙丝包网3，经基础管1上的条形透水孔9进入热源井中，在井外经过尼龙丝包网3和条形透水孔9的过滤完成泥沙的一级过滤；经过粗虑后的地下水经外管5上的圆形透水孔进入腔室7，经不锈钢滤芯的精虑，从腔室7上、下敞口排出，完成泥沙的二级过滤，从而得到满足生产需求的地下水源。

回灌是要将利用后的水源经热源井灌回地下，为了减小回灌的阻力，需要将二级过滤装置整体吊出井外，回灌水经基础管1上的条形透水孔9流出，然后透过尼龙丝包网3流回到地下，与抽水过滤时的水流流向相反，对一级过滤装置有清洗的作用，防止虑孔堵塞，同时，二级过滤装置吊出后，可对其进行清洗、维修或保养。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。