专利名称：海水地能热泵系统及提取海水地能的方法
技术领域：
本发明涉及一种非燃烧热一地热能源的产生和利用技术，具体说是设计海水 地热的采集装置，利用热泵、散热器等构成的具有空调作用的海水地能热泵系统 及提取海水地能的方法。
背景技术：
利用海水这种天然的地热能源为人类服务是一个具有巨大经济效益的课题。 2004年4月5日CN1755294A公开了本发明人的"江河湖海低品位能量提取系统" 的中国专利，该系统公开了依次以耦合换热连接的能量采集装置，第一闭式热传 递回路、热泵、第二闭式热传递回路和散热装置，在第一和第二闭式热传递回路 之间设有2组共8个控制阀，根据需要使散热装置从热泵冷凝器获取高温热能， 或从热泵蒸发器获取低温冷气，形成一个地热空调系统。其中热泵是由蒸发器、 压缩机、冷凝器和膨胀阀依次相互连通构成，且蒸发器与第一闭式热传递回路的 能量输出盘管耦合，冷凝器与第二闭式热传递回路的能量输入盘管耦合。
其中能量釆集装置包括换热器和置于集热井中的水泵与集热器等构成的回 路，且集热井安装在陆地上；集热器包括虹吸管、排水管和真空系统。该系统只 能从集热井中提取低温度的海水，而要提取较高温度的海水就必需采用深海取水 的办法，这样需要建筑深海水下工程，显然造价昂贵，且运行成本又高，因而限 制了海水地能技术的开发和利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热效率高、安全可靠、造价低、运行成 本低的海水地能热泵系统。
本发明的另一目的是提供一种提取海水地能的方法，利用涨潮、落潮时海水 流动与沙滩的热量交换，提取地热，有效地确保地能热泵系统的正常运行。
本发明海水地能热泵系统，包括依次以耦合换热方式串接在一起的地能采集 装置、闭式热传递回路、热泵和输出装置；闭式热传递回路由第一换热器能量输 入盘管、第一循环泵、B控制阀、第二换热器能量输出盘管和A控制阀依次串接 而成；输出装置由第三换热器能量输入盘管、I控制阔、H控制阀、第二循环泵、 散热器和G控制阀依次串接而成；在闭式传热回路和输出装置之间还装有C、 D、 E、 F控制阀，其中地能采集装置包括建筑在发生海潮的沙滩中的集热井管，集 热井管上端设有密封井盖，置于其内的潜水泵通过管道穿出井盖与第一换热器能 量输出盘管一端连通，能量输出盘管另一端将换热后的海水回流大海。
本发明海水地能热泵系统，其中在集热井管下端口处设有砾石层。
本发明海水地能热泵系统，其中在集热井管上部周围建筑堤坝。
本发明提取海水地能的方法，其中包括下列步骤
1)在海潮的平均低潮线至波浪作用所能达到的最上界线之间的沙滩地带选
择建筑地能采集装置的位置；
2) 在沙层上钻井孔，其深度要位于落潮水位以下的沙层上，其底部填铺砾 石层；
3) 现场构筑或将预制好的四周不透水的井管安装在井孔内，使井管上端口 位于涨潮水位之上，并加密封井盖，其下端口立于砾石层上；
4) 将井管牢固地固定在沙滩上；
5) 将潜水泵安装到井管的底部，并将与潜水泵出水口相连的管道穿过井盖 与安装在地面上的换热器能量输出盘管连通，换热后的海水回流大海；
6) 采用热交换方式，并利用热泵提取能量输出盘管输出的热能供用户使用。 本发明提取海水地能的方法，其中在步骤4)中，在井管的周围建筑堤坝。 本发明提取海水地能的方法，其中在步骤1) 步骤3)中的井管建筑在沙
滩底部岩石层的低凹之处的上方。
本发明海水地能热泵系统及提取海水地能的方法是利用在涨潮和落潮时海 水流动与沙滩进行热交换后海水中的热能，即在冬季提取的海水温度高于大海温 度，夏季提取的海水温度低于大海温度，设计建造海水地能热泵系统，提取海水 中的这种广阔的天然环保地能资源，分别用于制热和制冷，为人类造福。该系统 没有复杂的深层地下水工建筑，造价低、运行成本低，效率高，安全可靠。
图1为本发明海水地能热泵系统结构原理示意图。
具体实施例方式
由图1可见，本发明海水地能热泵系统包括依次以耦合换热方式串接在一起 的地能采集装置、闭式循环换热回路、热泵和输出装置；闭式循环换热回路包括 由第一换热器能量输入盘管3、第一循环泵7、 B控制阀6、第二换热器能量输出 盘管5、和A控制阀4依次用管道串接连通构成；热泵1包括由第二换热器能量 输入盘管13 (即蒸发器)、压縮机14、第三换热器能量输出盘管16 (即冷凝器) 和膨胀阀15依次用管道串接连通构成，且能量输入盘管13与能量输出盘管5相 互耦合组成第二换热器，而能量输出盘管16与能量输入盘管17相互耦合组成第 三换热器。输出装置包括由第三换热器能量输出盘管17、 I控制阀26、 H控制阀 23、第二循环泵25、散热器2和G控制阀22依次用管道串接连通构成；I控制 阀26接在第三换热器能量输出盘管17的出口和H控制阀23之间；第二循环泵 25接在H控制阀23和散热器2之间；在闭式循环换热回路和输出装置之间连接 有用于换向的C控制阀18、 D控制阀19、 E控制阀20和F控制阀21，其位置如 图1所示，和己知技术中CN1755294A "江河湖海低品位能量提取系统"相同。 能量输出盘管8与能量输入盘管3耦合构成第一换热器。其中釆集装置包括建筑 在发生海潮的沙滩中的集热井管10,它的上端口位于涨潮水位之上，并加密封 井盖24，管壁阻挡海水流入管内，其下端口立于砾石层12上，且上部四周构筑 坝体9，将集热井牢固地固定在沙滩上。置于集热井中的潜水泵11通过管道穿 过井盖24与安装在地面上的海水地能热泵系统中的第一换热器能量输出盘管8 一端连通，能量输出盘管8另一端使换热后的海水回流大海。 实践证明，沙滩内的海水是随着涨潮、落潮而流动。夏季沙滩中海水流动加 热了沙滩，降低了进入井内的海水温度；冬季沙滩中海水流动又吸收了沙滩的热 量，提高了进入井内的海水温度，海潮促使海水与沙滩进行热量交换。本发明就 是利用这一原理，设计建筑海水地能采集装置、闭式热传递回路、热泵和和输出 装置，构成一个利用海水地能的地热空调系统，达到供热或供冷的目的，需要时， 通过加装一些辅助设备，还可以为人们提供生活用热水和饮用水等。本发明海水地能热泵系统采集装置的工作原理在海潮的平均低潮线至波浪 作用所能达到的最上界线之间的沙滩地域建筑地能采集装置中的集热井，也就是 说该地域海水涨潮时沙滩被淹没，退潮时沙滩露出水面。该井的底部通过沙滩和 砾石层与海水相连通，井内的水位与海水一致，即涨潮时，井内水位升高，落潮 时水位降低，也就是说提取的海水不是直接取自大海，而是海水流动通过沙滩进 行热交换后的海水。这里海水仅仅是作为一种取热的介质，通过沙滩时与沙滩进 行了热量交换，进入井内是升高或降低了温度的海水。在冬季，表面海水温度低， 但由于潮起潮落，海水流动与沙滩进行热交换后吸收了热量，所以从底部进入集 热井中的是升高温度的海水，不断地由水泵提取至换热器进行热交换，由热泵提 升到末端释放，达到冬季供热目的。在夏季，表面海水温度高，海水通过沙滩被 降温，更多的吸收从热泵冷凝器释放出的热量，使热交换效率更高，从而使热泵 系统的工作效率提高，达到夏季制冷目的。海水通过换热器换热后返回大海。地热空调系统的工作过程如"江河湖海低品位能量提取系统"发明专利中所 述在冬季，A、 B、 G、 H、 I控制阀4、 6、 22、 23、 26打开，C、 D、 E、 F控制 阀18、 19、 20、 21关闭，由潜水泵11不断地抽取与沙滩进行热交换后吸收了热 量的、从底部进入集热井中的升高温度的海水，由第一换热器的能量输出盘管8 释放热量，经闭式热循环回路将热量传给第二换热器的能量输入盘管13 (即热 泵蒸发器)，由热泵提升后再经第三换热器的输出盘管16 (即热泵冷凝器)传给 散热器2进行释放，即可向室内供暖。在夏季，海水温度高，潮起潮落与沙滩进行热交换后，温度降低，潜水泵 ll抽取降温后的海水，这样关闭A、 B、 G、 H控制阀4、 6、 22、 23，打开C、 D、 E、 F、 I控制阀l8、 19、 20、 21、 26。第一换热器能量输入盘管3通过第三换热 器能量输入盘管17间接吸收第三换热器能量输出盘管16(冷凝器)释放的热量， 将其交换给第一换热器的能量输出盘管8送回大海；而与第二换热器能量输入盘 管13 (蒸发器)耦合的第二换热器能量输出盘管5中流动的低温液体在第二循 环泵25作用下经E控制阀20被送往散热器2向室内释放冷气，达到制冷的目的。由于海水通过沙滩降低后仅为15'C左右，因此夏季大部分时间无需启动热 泵，只需打开F、 H、 G、 C控制阀21、 23、 22、 18，关闭其它控制阀，启动第一、 第二循环泵，通过第一换热器直接供冷。
权利要求
1、一种海水地能热泵系统，包括依次以耦合换热方式串接在一起的地能采集装置、闭式热传递回路、热泵和输出装置；所述闭式热传递回路由第一换热器能量输入盘管(3)、第一循环泵(7)、B控制阀(6)、第二换热器能量输出盘管(5)和A控制阀(4)依次串接而成；所述输出装置由第三换热器能量输入盘管(17)、I控制阀(26)、H控制阀(23)、第二循环泵(25)、散热器(2)和G控制阀(22)依次串接而成；在所述闭式传热回路和输出装置之间还装有C、D、E、F控制阀(18、19、20、21)，其特征是所述地能采集装置包括建筑在发生海潮的沙滩中的集热井管(10)，所述集热井管(10)上端设有密封井盖(24)，置于其内的潜水泵(11)通过管道穿出所述井盖(24)与所述第一换热器能量输出盘管(8)一端连通，所述能量输出盘管(8)另一端将换热后的海水回流大海。
2、 根据权利要求1所述海水地能热泵系统，其特征是在所述集热井管(1U) 下端口处设有砾石层(12)。
3、 根据权利要求1或2所述海水地能热泵系统，其特征是在所述集热井管 (10)上部周围建筑堤坝(9)。
4、 一种提取海水地能的方法，其特征是包括下列步骤-1) 在海潮的平均低潮线至波浪作用所能达到的最上界线之间的沙滩地带选 择建筑地能采集装置的位置；2) 在沙层上钻井孔，其深度要位于落潮水位以下的沙层上，其底部填铺砾 石层；3) 现场构筑或将预制好的四周透水的井管安装在井孔内，使井管上端口位 于涨潮水位之上，并加密封井盖，其下端口立于砾石层上；4) 将井管牢固地固定在沙滩上；5) 将潜水泵安装到井管的底部，并将与潜水泵出水口相连的管道穿过井盖 与安装在地面上的第一换热器能量输出盘管连通，换热后的海水回流大海；6) 采用热交换方式，并利用热泵提取能量输出盘管输出的热能供用户使用。
5、 根据权利要求4所述的提取海水地能的方法，其特征是在步骤4)中， 在井管的周围建筑堤坝。
6、 根据权利要求5所述的提取海水地能的方法，其特征是在步骤1) 步 骤3)中的井管建筑在沙滩底部岩石层的低凹之处的上方。
全文摘要
海水地能热泵系统及提取海水地能的方法。该系统包括依次以耦合换热方式串接在一起的地能采集装置、闭式热传递回路、热泵和输出装置；其中地能采集装置包括建筑在发生海潮的沙滩中的集热井管，集热井管上端设有密封井盖，置于其内的潜水泵通过管道穿出井盖与第一换热器能量输出盘管一端连通，能量输出盘管另一端将换热后的海水回流大海。其方法是在海潮的平均低潮线至波浪作用所能达到的最上界线之间的沙滩地带建筑集热井、筑坝。本发明的特点为提取海水中的这种广阔的天然环保地能资源，分别用于制热和制冷，为人类造福。该系统没有复杂的深层地下水工建筑，造价低、运行成本低，效率高，安全可靠。
文档编号F25B30/06GK101158523SQ20071017702
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月8日 优先权日2007年11月8日
发明者徐生恒 申请人:徐生恒