CN216550403U - 一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统，包括热泵主机、地埋管、补水管路，沼气罐的内部铺设有换热管，地埋管包括两根竖管和弧形管，竖管包括弹性管体，弹性管体嵌入有多根金属丝，弹性管体的内壁一体连接有圆柱螺旋弹簧；竖管的外部套设有多组换热组件，相邻两组换热组件之间设置有挡架。本实用新型利用热泵主机和地埋管将深井处大量的低温热能进行热交换，变为高温热能，最终对沼气罐的内部进行加热、补热，从而加速沼气罐内部物料的发酵进程；通过地埋管、换热组件与挡架，解决现有PE管本身受压易发生蠕变和应力松弛的缺陷，同时提高换热效率和效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统，属于热泵技术领域。
背景技术
热泵是一种充分利用低品位热能的高效节能装置。热量可以自发地从高温物体传递到低温物体中去，但不能自发地沿相反方向进行。热泵的工作原理就是以逆循环方式迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，它仅消耗少量的逆循环净功，就可以得到较大的供热量，可以有效地把难以应用的低品位热能利用起来达到节能目的。
地源热泵是以岩土体、地层土壤、地下水或地表水为低温热源，由水/地源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热中央空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。低温热源为地下水或地表水时，该热泵即称为水源热泵。通常热泵消耗1kwh的能量，用户可以得到4kwh以上的热量或冷量。
以地源热泵为例，现有的地源热泵其运行参数如下：
冬季运行，地下埋管，进水温度5-7.5℃(平均7.15℃)，出水温度11-13℃(平均12.13℃，温差5℃左右)，热泵压缩机吸气压力0.45～0.5Mpa(t0在3～6℃)；水-空气热泵排气压力1.1.65Mpa(tk在40～45℃)；水-水热泵排气压力1.60～1.80Mpa(tk在45～50℃)。热泵运行7～10天后，进出水温度趋于稳定。
在冬季使用地源热泵用来取暖，无论是用于地暖取暖还是用于生活用水(55℃)，地源热泵都是正常运行。
沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。适宜的温度是沼气发酵的重要外部条件。根据反应所处的温度不同，沼气发酵可分为常温发酵、中温发酵和高温发酵，研究表明，在15～40℃范围内，随着温度的升高产气率相应地增高，温度每上升10℃，反应速率约增加2～3倍。通常肠胃发酵温度为10～25℃，中温发酵温度为30～45℃，高温发酵温度为50～65℃。
因此，以地源热泵给沼气罐/池来补热，来提高发酵效率是一种可行的方案。目前使用地/水源热泵来给沼气罐/池来补热时，通常热泵主机包括蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀、控制系统等。在制热时，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向供给的热水中放出热量而冷却成高压液体，并使供热水水温升高。制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收低温热源水中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使低温热源水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在冷凝器中获得冷却水。
地/水源热泵主机根据逆卡诺循环原理，通过吸收地下水中大量的低温热能，经过压缩机的压缩变为高温热能，传递给沼气罐(利用换热管)，把沼气罐内部的物料加热起来，为沼气罐/池提供发酵所需的热能。
但是，现有的地埋管(以水源热泵为例)通常是采用PE管，然后安装在深井内部，聚乙烯(PE)管与钢管材料不同，PE管本身具有受压发生蠕变和应力松弛的特性。由于在深井处安装施工地埋管，PE管可以弯曲以及无需分段安装的优势，取代金属管；但是，PE管的导热性能远低于钢管，因此，易使得水源热泵主机在启动时，需要运行较长时间(如需要运行3～4天以上)才能使得进/出水温度趋于稳定(温差不超过1℃)。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的不足，提供了一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统，具体技术方案如下：
一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统，用来给沼气罐补热，所述用于给沼气罐补热的水源热泵系统包括热泵主机、多组呈U形设置的地埋管、用来给热泵主机补水的补水管路，所述热泵主机与地埋管的输入端之间设置有地埋管进水管路，所述热泵主机与地埋管的输出端之间设置有地埋管回水管路，所述沼气罐的内部铺设有换热管，所述换热管的输入端与热泵主机之间设置有换热介质输入管道，所述换热管的输出端与热泵主机之间设置有换热介质输出管道，所述地埋管包括两根竖管和用来连通两根竖管的弧形管，所述竖管包括弹性管体，所述弹性管体嵌入有多根金属丝，所述金属丝与弹性管体连接为一体，所述弹性管体的内壁一体连接有圆柱螺旋弹簧。
作为上述技术方案的改进，所述竖管的外部套设有多组换热组件，所述换热组件包括套设在弹性管体外部的内套管、套设在内套管外部的外套管，所述内套管与弹性管体胶接，所述内套管与外套管之间安装有多组换热片组。
作为上述技术方案的改进，所述换热片组包括U形第一金属片、V形第二金属片和等腰三角形状的第三金属片，所述第一金属片包括弧形段和位于弧形段两侧的侧边段，所述弧形段与外套管的内壁固定连接，所述侧边段与内套管的外壁固定连接；所述第二金属片设置在第一金属片的内部，所述第二金属片的底端与内套管的外壁固定连接，所述第二金属片的顶端与弧形段之间设置有间距；所述第三金属片设置在第二金属片的内部，所述第三金属片的底部与内套管的外壁固定连接。
作为上述技术方案的改进，两个侧边段之间的夹角为锐角。
作为上述技术方案的改进，所述换热组件在竖管的外部呈等间距设置，相邻两组换热组件之间设置有挡架，所述挡架包括两个套设在竖管外部的挡圈，两个挡圈之间固定安装有最少三根竖杆，所述竖杆的端部与挡圈固定连接。
本实用新型所述用于给沼气罐补热的水源热泵系统利用热泵主机和地埋管将深井处大量的低温热能进行热交换，变为高温热能，高温热能对换热介质进行加热，加热后的换热介质通过换热管对沼气罐的内部进行加热、补热，从而加速沼气罐内部物料的发酵进程，提高发酵效果。
通过对地埋管的结构进行优化设计，并加装换热组件与挡架，解决现有PE管本身受压易发生蠕变和应力松弛的缺陷，同时提高换热效率；最终沼气罐内部的换热管的温度在运行1～2天左右即可保持稳定，换热效果好，使得沼气罐的内部在冬季仍能保持长时间的中温发酵。
附图说明
图1为本实用新型所述用于给沼气罐补热的水源热泵系统的结构示意图；
图2为本实用新型所述地埋管的结构示意图；
图3为本实用新型所述地埋管、换热组件在深坑内的示意图；
图4为本实用新型所述竖管、换热组件的连接示意图；
图5为本实用新型所述竖管、换热组件、挡架的连接示意图；
图6为本实用新型所述挡圈、竖杆的连接示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1
如图1、4所示，所述用于给沼气罐补热的水源热泵系统，用来给沼气罐10补热，其包括热泵主机20、多组呈U形设置的地埋管50、用来给热泵主机20补水的补水管路31，所述热泵主机20与地埋管50的输入端之间设置有地埋管进水管路21，所述热泵主机20与地埋管50的输出端之间设置有地埋管回水管路23，所述沼气罐10的内部铺设有换热管11，所述换热管11的输入端与热泵主机20之间设置有换热介质输入管道12，所述换热管11的输出端与热泵主机20之间设置有换热介质输出管道16。
上述热泵主机20、补水管路31、地埋管进水管路21、地埋管回水管路23、换热管11、换热介质输入管道12、换热介质输出管道16等均为现有设备，其安装方式以及运行原理均为现有技术，不再进行赘述。
补水管路31从补水井30处进行补水，最终给热泵主机20进行补水；地埋管50安装在深井40的内部，热泵主机20内部的水依次通过地埋管进水管路21、地埋管50、地埋管回水管路23后，最终回流到热泵主机20的内部完成一次循环，在循环过程中，地埋管50内部的水与深井40处的水源进行热交换；热交换将深井40处大量的低温热能，在热泵主机20内部压缩机的压缩下，变为高温热能，高温热能对换热介质进行加热，加热后的换热介质依次通过换热介质输入管道12、换热管11、换热介质输出管道16，回流到热泵主机20内部的压缩机，在上述循环过程中，加热后的换热介质通过换热管11对沼气罐10的内部进行加热、补热，从而加速沼气罐10内部物料的发酵进程，提高发酵效果。
实施例2
在实施例1的基础上，如图1所示，补水管路31处安装有井水过滤器34、水泵32、水阀33，启动水泵32，打开水阀33，补水井30内的进水依次通过井水过滤器34的过滤被水泵32输送到热泵主机20内部进行补水作业。
地埋管进水管路21处安装有第一阀门22，地埋管回水管路23处安装有第一循环泵24；打开第一阀门22，启动第一循环泵24，完成地埋管进水管路21、地埋管50、地埋管回水管路23、热泵主机20内的水循环。
换热介质输入管道12处安装有第二阀门12和第二循环泵14，换热介质输出管道16处安装有第三阀门15；打开第二阀门12、第二循环泵14、第三阀门15，完成换热介质输入管道12、换热管11、换热介质输出管道16、热泵主机20内的换热介质循环。
为提高换热效果且避免对沼气罐10内部的物料造成干扰，所述换热管11在沼气罐10的内壁呈蛇形分布。
实施例3
如图2～4所示，所述地埋管50包括两根竖管51和用来连通两根竖管51的弧形管52，所述竖管51包括弹性管体511，所述弹性管体511嵌入有多根金属丝512，所述金属丝512与弹性管体511连接为一体，所述弹性管体511的内壁一体连接有圆柱螺旋弹簧513。
其中，第一个竖管51与地埋管进水管路21连通，第二个竖管51与地埋管回水管路23连通。弹性管体511由PE制成，在加工时，嵌入金属丝512，金属丝512优选钢丝，不但能够降低其受压发生蠕变和应力松弛的缺陷，还能够提高其导热性能，还能够提高抗拉强度。优选地，金属丝512沿着弹性管体511的长度方向按照螺旋形设置，从而方便弹性管体511弯曲。圆柱螺旋弹簧513优选铜合金制成，主要用来提高导热性能，圆柱螺旋弹簧513的形成，还能够提高表面积；还能够进一步降低弹性管体511受压发生蠕变和应力松弛的缺陷。弧形管52就是由PE制成，两根竖管51与弧形管52连接为一体。
实施例4
所述竖管51的外部套设有多组换热组件60，所述换热组件60包括套设在弹性管体511外部的内套管61、套设在内套管61外部的外套管62，所述内套管61与弹性管体511胶接，所述内套管61与外套管62之间安装有多组换热片组63。
内套管61、外套管62均有不锈钢或铝合金制成，优选铝合金。内套管61一方面用来安装固定，还能够用来热交换。外套管62一方面用来热交换，还能够对换热片组63进行防护，同时提高安全性，即使发生碰撞，也不易损伤，如图3所示。
实施例5
如图4所示，所述换热片组63包括U形第一金属片631、V形第二金属片632和等腰三角形状的第三金属片633，所述第一金属片631包括弧形段6312和位于弧形段6312两侧的侧边段6311，所述弧形段6312与外套管62的内壁固定连接，所述侧边段6311与内套管61的外壁固定连接；所述第二金属片632设置在第一金属片631的内部，所述第二金属片632的底端与内套管61的外壁固定连接，所述第二金属片632的顶端与弧形段6312之间设置有间距；所述第三金属片633设置在第二金属片632的内部，所述第三金属片633的底部与内套管61的外壁固定连接。
所述换热片组63的整体全用不锈钢或铝合金制成，优选铝合金。第一金属片631、第二金属片632和第三金属片633，三者一方面都是为了提高换热面积，同时，由于是尖端结构，更容易进行换热。第一金属片631为U形，不能是V形结构，否则不好安装。V形第二金属片632和等腰三角形状的第三金属片633的设置，能够在第一金属片631的内部最大限度的利用空间，同时，还需留出足够大的间隙，便于流体流动。
在一些实施例中，两个侧边段6311之间的夹角优选为锐角。
实施例6
如图5、6所示，所述换热组件60在竖管51的外部呈等间距设置，相邻两组换热组件60之间设置有挡架，所述挡架包括两个套设在竖管51外部的挡圈71，两个挡圈71之间固定安装有最少三根竖杆72，所述竖杆72的端部与挡圈71固定连接。
如果不设置挡架，所述换热组件60在竖管51的外部呈等间距设置，就变得非常困难，尤其是在安装、施工的过程中。
所述挡圈71和竖杆72均采用金属制成，如不锈钢或铝合金制成，优选铝合金。挡架与换热组件60接触，也能够起到一部分提高换热面积的作用，从而增加一些换热效果；竖杆72优选设置为四根。挡圈71和竖杆72之间优选焊接的方式进行固定连接。
由于挡架与换热组件60不固定，因此，在竖管51弯曲的时候，对其影响不大，方便施工。
在上述实施例中，所述用于给沼气罐补热的水源热泵系统，利用热泵主机20和地埋管50将深井40处大量的低温热能进行热交换，变为高温热能，高温热能对换热介质进行加热，加热后的换热介质通过换热管11对沼气罐10的内部进行加热、补热，从而加速沼气罐10内部物料的发酵进程，提高发酵效果。
通过对地埋管50的结构进行优化设计，并加装换热组件60与挡架，解决现有PE管本身受压易发生蠕变和应力松弛的缺陷，同时提高换热效率。最终沼气罐内部的换热管11的温度在运行1～2天左右即可保持稳定(温差不超过1℃)，换热效果好，使得沼气罐10的内部在冬季仍能保持长时间的中温发酵。
本实用新型充分利用水源热泵优点(高效、清洁、无污染)，实现沼气罐全年高效满负荷的为某一村庄或小区，提供清洁能源，为某一地域有效的实现节能减排工作。
本实用新型充分利用地下水源恒温的特性，不受制于冬冷夏热的影响，保证COP值的高效稳定，无污染。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统，用来给沼气罐(10)补热，所述用于给沼气罐补热的水源热泵系统包括热泵主机(20)、多组呈U形设置的地埋管(50)、用来给热泵主机(20)补水的补水管路(31)，所述热泵主机(20)与地埋管(50)的输入端之间设置有地埋管进水管路(21)，所述热泵主机(20)与地埋管(50)的输出端之间设置有地埋管回水管路(23)，所述沼气罐(10)的内部铺设有换热管(11)，所述换热管(11)的输入端与热泵主机(20)之间设置有换热介质输入管道(12)，所述换热管(11)的输出端与热泵主机(20)之间设置有换热介质输出管道(16)，其特征在于：所述地埋管(50)包括两根竖管(51)和用来连通两根竖管(51)的弧形管(52)，所述竖管(51)包括弹性管体(511)，所述弹性管体(511)嵌入有多根金属丝(512)，所述金属丝(512)与弹性管体(511)连接为一体，所述弹性管体(511)的内壁一体连接有圆柱螺旋弹簧(513)。
2.根据权利要求1所述的一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统，其特征在于：所述竖管(51)的外部套设有多组换热组件(60)，所述换热组件(60)包括套设在弹性管体(511)外部的内套管(61)、套设在内套管(61)外部的外套管(62)，所述内套管(61)与弹性管体(511)胶接，所述内套管(61)与外套管(62)之间安装有多组换热片组(63)。
3.根据权利要求2所述的一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统，其特征在于：所述换热片组(63)包括U形第一金属片(631)、V形第二金属片(632)和等腰三角形状的第三金属片(633)，所述第一金属片(631)包括弧形段(6312)和位于弧形段(6312)两侧的侧边段(6311)，所述弧形段(6312)与外套管(62)的内壁固定连接，所述侧边段(6311)与内套管(61)的外壁固定连接；所述第二金属片(632)设置在第一金属片(631)的内部，所述第二金属片(632)的底端与内套管(61)的外壁固定连接，所述第二金属片(632)的顶端与弧形段(6312)之间设置有间距；所述第三金属片(633)设置在第二金属片(632)的内部，所述第三金属片(633)的底部与内套管(61)的外壁固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统，其特征在于：两个侧边段(6311)之间的夹角为锐角。
5.根据权利要求2所述的一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统，其特征在于：所述换热组件(60)在竖管(51)的外部呈等间距设置，相邻两组换热组件(60)之间设置有挡架，所述挡架包括两个套设在竖管(51)外部的挡圈(71)，两个挡圈(71)之间固定安装有最少三根竖杆(72)，所述竖杆(72)的端部与挡圈(71)固定连接。
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| CN202123435995.9U CN216550403U (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统 |
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| CN202123435995.9U CN216550403U (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种用于给沼气罐补热的水源热泵系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114891604A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-12 | 兰州理工大学 | 应用于尾菜规模化处理的回热回质系统 |
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2021
- 2021-12-31 CN CN202123435995.9U patent/CN216550403U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
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