一种闭式单井循环地源热泵高效地下换热装置的制作方法

本发明涉及土壤源热泵高效地下换热装置，特别涉及可用于贫水或缺水地区的闭式单井循环调节地下热湿环境，改善单井循环换热性能的热交换装置。

背景技术：

单井循环是地下水源热泵的一种形式，目前单循环井的形式有抽灌同井和填粒同井两种类型。为开式系统，两者均是抽取地下水和地源热泵机组换热后再回灌到地下。这种井具有较高的热交换效率，但由于受地下水资源的限制，在无水或贫水地区无法应用，在有地下水的地区因受地下水资源的严格管控（防治地下水污染）而不被大多数地区采用，同时，目前的抽灌同井存在热贯通问题，填粒同井存在长期运行后由于填粒堵塞造成回灌困难。本发明旨在发明一种闭式单循环井土壤源热泵高效地下换热装置。这种装置和目前的开式系统的单循环井相比较，可不用抽取地下水，避免地下水资源被污染的可能；也可解决在无水或贫水地区无法应用的问题；还可解决填粒同井长期运行后的回灌困难和抽灌同井的热贯通问题。

技术实现要素：

本发明的目的旨在针对单井循环地下水源热泵地下换热装置的不足，提供一种不抽取地下水，避免地下水污染和解决热贯通问题，可以人为改善地下岩土的热物性参数，消除或减弱地下岩土热物性参数的差异性，提高地下换热装置的换热能力的地下换热装置。

本发明的技术方案是：一种闭式单井循环地源热泵高效地下换热装置，包括换热井管1、4根渗漏管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、扰流装置7、分层防渗装置8、吸水管9、绝热排水管10、岩土温湿度传感器11、岩土温湿度监控装置12、加压装置13、控制器14，其特征在于，它设置有由渗漏管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、分层防渗装置8、岩土温湿度传感器11岩土温湿度监控装置12、加压装置13、和控制器14组成渗漏及渗漏控制系统；该系统可将岩土温度传感器11测得的地下岩土的温湿度参数传输到岩土温湿度监控装置12；岩土温湿度监控装置12可根据测定值和设定值之间的差异向控制器14发出启停信号；在有信号差异时，控制器14启动加压装置13、通过连接管6、分配器5、渗漏管2向地下岩土补充的水分，补充入地下岩土的水分在分层防渗装置8的作用下沿岩层径向和轴向方向填充地下岩土中的节理、裂隙、置换岩土中的气态介质、形成热湿传递通道，提高地下岩土的热传导能力，从而达到提高换热能力的目的；同时在换热井管1内部设置扰流装置7，加强换热介质与换热井管壁的对流换热，用以提高其热交换能力。

本发明安装使用时，钻孔15内安装有换热井管1；换热井管1与钻孔15之间有钻孔回填料16；换热井内安装有吸水管9和绝热排水管10；排水管10上安装扰流装置7；排水管地面段安装有循环水泵14和地面热交换器15，它们相互连接组成热交换系统；地下岩层中安装的岩土温湿度传感器11和钻孔外安装的岩土温湿度监控装置12、加压装置13、控制器14相互连接组成渗漏监控系统；换热井管外壁沿轴向安装有4根带微穿孔3的渗流管2、防堵塞装置4、安装于各岩层分界处的分层防渗装置8、渗流管2通过安装于地面的连接管6、分配器5与加压装置13连接组成渗漏系统；换热井管内充满换热介质并通过循环泵18、排水管10将换热介质送入地下；换热介质通过换热井管管1与钻孔回填料16、地下岩土17发生热交换后通过吸水管9回到地面，将热量和地面热交换器19换热后再通过排水管10送入地下，完成一个热交换循环。循环过程中，安装于换热管内的扰流装置主要用于扰动和分配换热介质，达到强化换热的作用；由渗流管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、分层防渗装置8、岩土温湿度传感器11、岩土温湿度监控装置12、加压装置13、和控制器14组成渗漏及渗漏控制系统，可根据地下岩土的温湿度参数的测定值和设定值之间的差异，启动或停止向地下岩土补充水分，控制地下热湿环境处在最佳的换热状态。从而达到人为调控地下热湿环境，提高地下换热器换热效率；分层防渗装置8阻止渗流水沿钻孔回填料16直接下渗。

与现有技术相比，本发明增加了由渗漏管、微穿孔、分层防渗装置、防堵塞层、温湿度传感器、温湿度监控器、连接管、控制器和加压装置组成的渗漏控制系统，可以通过渗漏水来增加地下岩土的导热性能和热扩散能力（渗漏水可以填补地下岩层中的孔隙和裂隙，这样岩土的导热和传热就可以大大提高），在此基础上提高换热器器的换热能力，防止热扩散不充分造成的换热效率下降或换热失效的问题。特别适用于贫水或缺水地区，完全能达到发明目的。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。说明书附图是本发明的一个实施例。

图1为装置主视图；图2装置俯视图；图3为装配主视图；图4为装配俯视图。图中1为换热管井管、2为渗漏管、3为微穿孔、4为防堵塞装置、5为分配器、6为连接管、7为扰流装置、8为分层防渗装置、9为吸水管、10为绝热排水管、11为地下岩土温湿度传感器、12为地下岩土温湿度监控装置、13为加压装置、14为控制器、15为钻孔、16为钻孔回填料、17为地下岩土、18为循环泵、19为地面热交换器。

具体实施方式

一种闭式单井循环地源热泵高效地下换热装置，包括换热井管1（防腐金属材质）、4根渗漏管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、扰流装置7、分层防渗装置8、吸水管9、绝热排水管10、岩土温湿度传感器11、岩土温湿度监控装置12、加压装置13、控制器14；其特征在于：由渗流管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、分层防渗装置8、岩土温湿度传感器11、岩土温湿度监控装置12、加压装置13、和控制器14组成渗漏及渗漏控制系统；该系统可将岩土温度传感器11测得的地下岩土的温湿度参数传输到岩土温湿度监控装置12；岩土温湿度监控装置12可根据测定值和设定值之间的差异向控制器14发出启停信号，在有信号差异时，控制器14启动加压装置13、通过连接管6、分配器5、渗漏管2向地下岩土补充的水分，补充入地下岩土的水分在分层防渗装置8的作用下沿岩层径向和轴向方向填充地下岩土中的节理、裂隙、置换岩土中的气态介质、形成热湿传递通道，提高地下岩土的热传导能力，从而达到提高换热能力的目的，同时，在换热井管1内部设置扰流装置7，加强换热介质与换热井管壁的对流换热，用以提高其热交换能力。

安装使用时，在钻孔15内安装换热井管1，换热井管1与钻孔15之间用钻孔回填料16回填，在换热井内安装吸水管9和排水管10（绝热）并在排水管10上安装扰流装置7；排水管地面段安装循环水泵14和地面热交换器15，相互连接组成热交换系统；地下岩层中安装岩土温湿度传感器11（安装于地下各岩层中）、钻孔外安装岩土温湿度监控装置12、加压装置13、控制器14并相互连接组成渗漏监控系统；在换热井管外壁沿轴向安装渗流管2（4根含微穿孔3）、防堵塞装置4、分层防渗装置8（安装于各岩层分界处），渗流管2通过安装于地面的连接管6、分配器5与加压装置13连接组成渗漏系统；换热井管1内充满换热介质（水或其它介质）通过循环泵18、排水管10将换热介质送入地下，换热介质通过换热井管管1与钻孔回填料16、地下岩土17发生热交换后通过吸水管9回到地面，将热量和地面热交换器19换热后再通过排水管10送入地下，完成一个热交换循环。循环过程中，安装于换热管内的扰流装置主要用于扰动和分配换热介质，达到强化换热的作用。由渗流管2、微穿孔3、防堵塞装置4、分配器5、连接管6、分层防渗装置、岩土温湿度传感器11岩土温湿度监控装置12、加压装置13、和控制器14组成渗漏及渗漏控制系统，可根据地下岩土的温湿度参数的测定值和设定值之间的差异，启动或停止向地下岩土补充水分，控制地下热湿环境处在最佳的换热状态。从而达到人为调控地下热湿环境，提高地下换热器换热效率；其中分层防渗装置8的作用是阻止渗流水沿钻孔回填料16直接下渗。