[发明专利]一种利用地热井实现高效蒸发的热泵系统及方法

说明书

本发明公开了一种利用地热井实现高效蒸发的热泵系统及方法，涉及地热能开发领域，包括阶梯式地下蒸发器、压缩机、冷凝器、蓄液罐和节流阀。地下蒸发器包括内管和外管，其内管被设计成多区段结构，每个区段都由气体导流管道、折流板和渗流孔组成，在该结构的作用下，流入地下蒸发器中液体工质都紧贴外管内壁向下流动，并从地下岩体中吸热气化，并变为气态工质向上流动至地面。与现有技术相比，本发明所设计的地下蒸发器，不会产生气液卷携及积液效应，可以利用地热井实现液态工质的高效蒸发，无需通过水泵循环进行供热，这不但简化了热泵系统的所需的地面设备，还能够显著提高热泵系统的运行效率，进而提升了地源热泵系统的总体经济性。

技术领域

本发明涉及地热能开发领域，具体涉及一种利用地热井实现高效蒸发的热泵系统及方法。

背景技术

随着化石燃料储量的减少，及其开发利用带来的环境问题日益严重，可再生且无污染的新能源备受人们关注。与其他可再生能源相比，地热能具有稳定可靠，不受天气、季节、气候和昼夜变化等因素影响的特点，更加适合作为供暖及电力系统的基础能源。目前地热资源开发利用不仅包括供暖、种植等直接利用，还能够实现地热制冷、中高温地热资源发电。

在我国北方地区存在大量的供暖需求。而现阶段，我国北方地区主要采用的是以燃煤为主的传统集中供暖方式，随着供暖需求的增加，以及对燃煤供暖的限制日趋严格，这种供暖方式已经逐渐地无法满足目前的供暖需求。

热泵是迫使热量由低品位热源流向高品位热源的装置。它可以把就是说热泵可以把不能直接利用的低品位热能如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等转换为可以利用的高位能，从而达到节能减排的目的。目前，热泵在暖通空调工程中得到了广泛的应用，这是一项很有潜力的节能技术。

而地源热泵系统利用电能将低品位的地热资源用于供暖，是一种高效、环保的新型空调系统。一般来说，该系统需要在地下铺设地埋管，并让水在管内循环，吸收浅层的低品位地热资源，用于给热泵系统的冷端供热。由于冬天浅层地热温度要明显高于室外空气温度，因此地缘热泵系统能够获得明显高于常规热泵系统的供暖效率，从而达到节约电能消耗的目的。

但是由于地源热泵的长期运行会导致土壤温度逐渐下降，进而导致热泵机组效率降低、制热能力不足等问题。为了降低土壤温度的下降速度，需要铺设大面积的换热管道，进而增加初投资成本，降低了系统的经济性，在一定程度上制约了该技术的广泛推广。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种一种利用地热井实现高效蒸发的热泵系统及方法，能够在不增加管道换热面积的基础上，大幅提升热泵系统的供暖效率。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种利用地热井实现高效蒸发的热泵系统，包括通过管道依次连通的地下蒸发器、蓄液罐、冷凝器和压缩机，所述蓄液罐上设有排气/注液阀，其中，所述地下蒸发器至少部分布置于地面以下且所述地下蒸发器布置包括内管和外管，所述内管包括沿轴向布置的多个分隔区段，所述分隔区段包括气体导流管道和折流板，所述气体导流管道位于所述外管的轴心附近且所述气体导流管道的轴心与所述外管的轴心重合或平行，所述折流板高的一端与所述气体导流管道的外壁面连接，低的一端与所述外管的内壁面连接，以形成具有倾斜内槽面的储液槽，该储液槽上设有若干渗流孔，所述气体导流管道与相邻分隔区段的气体导流管道之间存在一定的间隙，用以形成气体槽道，所述压缩机的上游管道连接至所述气体导流管道，所述蓄液罐的下游管道连接至储液槽。

如上所述的利用地热井实现高效蒸发的热泵系统，进一步地，所述蓄液罐上设有排气/ 注液阀，所述排气/注液阀用于排出蓄液罐中的不凝性气体，以及往蓄液罐中灌注流体工质。

如上所述的利用地热井实现高效蒸发的热泵系统，进一步地，所述地下蒸发器的底部内设有液位传感器，所述液位传感器用于检测所述地下蒸发器内的积液深度。