[发明专利]利用地下水作致冷剂的空调系统

说明书

本发明是一种用于降低室内气温，抽取地面下1～10公尺深处浅蓄水层中的地下水，利用地下水作致冷剂的空调系统。

在地面下较浅的蓄水层中，吸取水温常年稳定在12～24℃的地下水用于热交换的例子，已为人们熟知。即在夏天用泵抽取地下水作冷源，使其经过一个合适的热交换器与相对较热的空气接触，使空气降温，而冬天则相反。这种利用地下水作冷源或热源的空调系统，在具体应用中若仅使用一口井中的水，就可能碰到两个问题：1.要为经过换热器的排放水设置一个如排放池等的去处。2.连续使用，井水会干涸。从而使空调系统失去效能。为了解决这两个问题，人们增掘（钻）了若干个回水井。使该空调系统闭环运行。促使排放水回到地面下的蓄水层中，以便不断补充从抽水井中抽取的水。但是，回水井离抽水井要有一个较大的距离。否则，回水井排放的热量来不及在地下放出，就会与抽水井中的水混合，最终使系统失去或减弱换热效能。这样就又产生了两个问题：即1.增加了新开井的挖井费、管道增长费、施工费等费用。2.要占有一个较大的场地，对一些场地小的单位（如城镇住户）就难以办到。为了解决上述两个问题，欧州专利局公开的一篇专利EP051843文件，提出了在较浅的蓄水层中利用一只单井，形成一个闭路的空调系统。其主要的内容是：1.利用抽、回水的不同温度和密度，在一口井中形成的上下两个温度层。两个温度层的水通过井壁以层流形式向蓄水层发散和回流。通过竖直安装在同一井内的两个端口相距有一定距离的两根抽、回水管各自在两个温度层内抽水、排水。但是为了避免两个不同温度层的水短距混合，提出了要使抽水水位和回水水位间必须有足够距离的要求;2.提出了在水中两个不同的温度层中设置一个或多个阻挡层，以达到既缩短井深又使两个温度层的水不混合的基础体系;3.提出了在阻挡层上下的抽回水管进出口设置两个潜水泵，用以加速流动的优先方案;4.提出了在井中的阻挡层中安装一个泵和一个热交换器的方案;5.提出了以一个有上下调节阀门的内部有一潜水泵的水箱代替井中阻挡层的方案。可以看出从总体上讲EP051843文件提出的基础是节省了场地，达到了用一口井建立一个闭环的空调系统的目的，但是从投入的资金看，还是较高的。因为如果不用阻挡层，那么了为达到两个温度层的水不混合，必须有足够的距离，这样水井势必打得很深，费用将大大增加。用一个或若干个阻挡层，是可以避免上下水层在井中混合、缩短井深。但是累计阻挡层也要有一定厚度，因为两个温度层的水是靠通过井壁侧向与地下蓄水层平流换热和迂回补充的。如果阻挡层薄了，迂回路线将很短，也会造成两个温度层水的混合，所以串联的井也要有几十公尺深。同时要安装或施工这些阻挡层，特别是用水箱代替阻挡层的方案，其安装、施工、维护难度和投资都较大。阻挡层与井壁的密封也难办到，运行要求也高，由于渗透水的需要，这种井壁并不牢固，而井壁对阻挡层既要密封，又要承重耐震（潜水泵通过阻挡层的传递震动），特别是运行时上下水层中间产生的空隙，将导致整个阻挡层的重量（或整个水箱重量）长期震动性地加在井壁上，这是一个严重的问题。另外，因水箱所要求的容量、耐腐抗震、耐压和带来的安装难度，添置潜泵、阀门所增加的费用和维护量及难度也是大的。

本发明的目的是：1.达到土地占用量少，也只用一口井形成闭路的空调系统。2.克服上述EP051843在安装、施工、维护难度大，可靠性差、投资多等方面存在的不足之处。3.显著的降低成本费用做到施工简单、牢固可靠、少维护。本发明利用地下水作致冷剂的空调系统提出了与EP051843所提的将两个温度层水隔离串联运行的“纵向”构思相反的、将两个温度层的水隔离并联运行的“横向”构思。即以一口处于中心的抽水井（内筒井）存储一个温度区（层）的水用于致冷，以套在抽水井（内筒井）外的一层或二层外筒井代替EP051843所述的阻挡层，变横阻挡为竖阻挡。并以套井间的储存水为另一个温度区（层）的水与大地或大地中的蓄水层进行热交换。本发明主要由地下水井、抽水管道、抽水泵、输水管、室内空调风窗、回水管道构成。其特征是所述的地下水井为套筒式水井，它由一个内筒井（抽水井）和1～3个外套的外筒井组成。其中，内筒井通过抽水管与抽水泵连通。抽水泵通过输水管与室内空调风窗的进水口连通。空调风窗的出水口通过回水管与外筒井连通。