水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置

《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》是河南潤恆節能技術開發有限公司於2014年3月25日申請的專利，該專利的申請號為2014101130943，公布號為CN103983045A，授權公布日為2014年8月13日，發明人是索鳳、李玉軍、牛青鋒、劉進、王躍慶、管其燭、王紅宇。

《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》公開了一種水源熱泵中央空調的硬管式同井出、回水裝置，在同一水源井的井口密封安裝井蓋，並設定出水管和回水管。其中出水管外側套裝有出水管套管構成複合出水管，出水管和出水管套管均有鋼管對接組成，並進行防腐處理。出水管藉助於潛水泵將地下水抽出給中央空調，而回水管內也施加了壓力。在水源井內設定多個回水空間通過環形滲水層及土壤層向外向下滲流和熱交換。該發明是在同一口井內實現等量的出水、回水，並與土壤充分的熱交換後，可以大幅提高水源熱泵機組效率。對水本身沒有任何污染；不浪費地下水；徹底杜絕出水與回水之間的直接熱交換，保持了出水溫度的恆定。從而避免水資源的浪費，避免地下水位因移動而下降甚至枯竭，確保地下構造穩定及周邊建築物的安全。

2018年12月20日，《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》獲得第二十屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置
• 公告號：CN103983045A
• 授權日：2014年8月13日
• 申請號：2014101130943
• 申請日：2014年3月25日
• 申請人：河南潤恆節能技術開發有限公司
• 地址：河南省鄭州市新鄭市新華路街道辦事處新華路南側新華小區
• 發明人：索鳳、李玉軍、牛青鋒、劉進、王躍慶、管其燭、王紅宇
• Int.Cl.：F25B30/06(2006.01)I
• 代理機構：鄭州市華翔專利代理事務所（普通合夥）
• 代理人：王明朗
• 類別：發明專利

專利背景

水源熱泵中央空調，是以溫度長年恆定的地下水為介質，通過熱泵機組，提高或降低水溫來達到製冷、制熱目的，為建築物提供冷、熱源的中央空調。由於其能效比高，比傳統的其它形式中央空調節能40～60%，節能降耗效果顯著而逐步受到政府、機關、企業單位的青睞，同時達到了大多數的用戶的認可。

截至2014年3月25日，已實施安裝水源熱泵中央空調的回水方式均採用“多井回灌”方式。即從一口水源井抽水，通過熱泵主機的換熱器將水中的冷量或熱量取走後將水排出，向二口或二口以上的水源井回灌。此方式優點是能效比高，但存在排出的水無法及時全部回灌至地下的問題。首先，由於回水是在井口敞開式無壓力自然流淌，不僅回流速度慢，而且容易造成回水污染。而無法及時回到地下的水，會從井口溢出或由管道直接排放至地面。長期的排放，不僅導致水資源的浪費，還可能導致地下水位下降甚至枯竭，進而影響到周邊建築物的安全；其次，需要打的井數較多，需占用的土地面積大，在占地面積較小的建築群（物）中無法使用。“多井回灌”方式的上述缺點，使得水源熱泵中央空調的節能優勢被抵消，是在水源熱泵中央空調推廣，實施節能降耗、改善環境的過程中的一個瓶頸問題，也是國家水利部門嚴格禁止的行為。

由於其弊端已經大面積顯現，主要表現在取用的地下水不能做到100%全部回灌至地下，轉而向地面排放，造成熱源井淤塞、水位下降。此方式在“取用”地下水溫度的同時，還“使用”了地下水，造成了寶貴的水資源極大的浪費，同時使水源熱泵中央空調因無水可用而導致整個系統癱瘓。因此。“多井回灌”方式的缺點成為水源熱泵中央空調推廣和發展的瓶頸。

發明內容

專利目的

《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》的目的是為了完全克服“多井回灌”的缺陷，解決熱源井淤塞、水位下降的問題，使回水能100%全部回灌至地下，同時能使出水溫度始終保持在合適的溫度。達到只“取用”地下水的溫度而不“使用”地下水資源，從而環保、節能循環經濟的目的。

技術方案

《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》包括水源井及井蓋，出水管、回水管和潛水泵等，在同一水源井的井口密封安裝井蓋，在井蓋上同時貫穿設定有出水管和回水管（或稱回水支管），回水帶壓力被壓向回水管內；所述出水管深入井底與地下水連通，潛水泵安裝在出水管的進水口；出水管的外側套裝有出水管套管後構成複合出水管，出水管與出水管套管間隙配合；在水源井內匹配套裝有支撐透水管，該支撐透水管包括透水段和支撐段，在支撐透水管與水源井壁的土壤層之間設定有環形滲水層；在出水管套管的外側壁與支持透水管內側壁的支撐段之間設定有n個密封的隔離層，n≥1且為整數，從而組成共n個封閉的回水空間；所述各回水管分別伸入n個回水空間內；各回水空間內的回水在壓力和自重作用下分別通過側壁的透水段進入環形滲水層或土壤層中，充分熱交換後與同井地下水匯合實現全封閉水循環。

所述隔離層是在出水管套管的外側壁上自上而下固定有n個平面擋板，同時在所述支撐透水管的支撐段的內壁上自上而下固定有n個環形擋台；各平面擋板與相應的環形擋台匹配壓合併密封在一起形成n個隔離層。

或者，所述隔離層是在出水管套管的外側壁上自上而下固定有n個錐形活塞，同時在所述支撐透水管的支撐段的內壁上自上而下固定有n個錐形孔；各錐形活塞與相應的錐形孔匹配壓合併密封在一起形成n個隔離層。

或者，所述隔離層是在出水管套管的外側壁上自上而下固定有n個密封圈，同時在所述支撐透水管的支撐段的內壁上自上而下固定有n個凹陷柱段；各密封圈與相應的凹陷柱段匹配擠壓並密封在一起形成n個隔離層。

所述出水管與出水管套管之間為空氣隔熱層，或者在出水管與出水管套管之間的夾層內灌注隔熱材料形成隔熱層。在任意一對平面擋板和環形擋台之間的對接面上分別設定有柔性密封層。所述回水管的數量為n個，每個回水管的出水口分別位於n個隔離層上側的回水空間中；或者，回水管的數量不大於n個，同一回水管在相鄰回水空間設定有出水口。所述潛水泵固定在出水管套管的下端。所述出水管、回水管和出水管套管分別由多段鋼管密封對接組成，並進行防腐處理。所述環形滲水層為整體式環形滲水材料，或者環形滲水層設定了內、外支撐網並在內、外支撐網夾層中填充滲水材料，或者環形滲水層是填充於支撐透水管與土壤層之間的礫石料。

有益效果

1.《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》的同井出、回水熱交換裝置，是在同一口井內實現等量的出水、回水，並使回水在與土壤進行充分的熱交換後，溫度達到初始階段的出水溫度；同時使回水與出水管管壁接觸過程中，不與已達到初始出水溫度的出水產生新的熱交換，從而可以大幅提高水源熱泵機組效率。

2.此方式使地下水始終處於密閉狀態，第一，對水本身沒有任何污染；第二，絲毫不浪費地下水；第三，由於採用複合式出水源井管，將已取走的冷量、或熱量的回水通過空氣隔絕，徹底杜絕了彼此之間的接觸，使之不會因出、回水的溫差而產生新的熱交換，保持了出水溫度的恆定。

3.《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》將抽出的水被全部回灌至地下，真正地做到了只“利用”地下水的熱量和冷量而不浪費寶貴的地下水資源。相對於“地埋管”、“多井回灌”等方式，大大減少了占地面積，保證了地下水位正常，且不會影響建築物的基礎，使得面積狹小的場地也能採用節能的水源熱泵中央空調。

4.《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》結構設計合理，多對密封隔離層組成多層回水空間，實現多路同時回水的目的，在藉助於高壓回水，確保單井即可完成全部回水任務。藉助於環形滲水層及土壤層，降低回水流動速度，以便溫度高的回水與地層充分進行熱交換後在將回水匯總於地下水，最終達到同井水資源循環的目的。從而避免水資源的浪費，避免地下水位因移動而下降甚至枯竭，確保地下構造穩定及周邊建築物的安全。

附圖說明

圖1是《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》的剖面結構示意圖；

圖2是圖1中平板式密封隔離層的結構示意圖；

圖3是錐形密封隔離層的結構示意圖；

圖4是筒式密封隔離層的結構示意圖；

圖5是圖1中環形滲水層的一種結構示意圖。

圖中標號1為井蓋，2為出水管，3為回水管，31為回水支管一，32為回水支管二，4為出水管套管，5為支撐透水管，61為環形擋台，71為平面擋板，62為錐形孔，62為錐形活塞，63為凹陷柱段，73為密封圈，8為透水段，9為環形滲水層，10為潛水泵，11為土壤層，12為回水支管安裝孔，13為隔熱層。A為地下水空間，B1為回水空間一，B2為回水空間二。

技術領域

《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》涉到水源熱泵中央空調技術領域的水源井回灌問題，尤其是一種水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置。

權利要求

1.一種水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，包括水源井及井蓋，出水管、回水管和潛水泵；其特徵在於，在同一水源井的井口密封安裝井蓋，在井蓋上同時貫穿設定有出水管和回水管，回水帶壓力被壓向回水管內；所述出水管深入井底與地下水連通，潛水泵安裝在出水管的進水口；出水管的外側套裝有出水管套管後構成複合出水管，出水管與出水管套管間隙配合；在水源井內匹配套裝有支撐透水管，該支撐透水管包括透水段和支撐段，在支撐透水管與水源井壁的土壤層之間設定有環形滲水層；在出水管套管的外側壁與支持透水管內側壁的支撐段之間設定有n個密封的隔離層，n≥1且為整數，從而組成共n個封閉的回水空間；各回水管分別伸入n個回水空間內；各回水空間內的回水在壓力和自重作用下分別通過側壁的透水段進入環形滲水層或土壤層中，充分熱交換後與同井地下水匯合實現全封閉水循環。

2.根據權利要求1所述的水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，其特徵在於，所述隔離層是在出水管套管的外側壁上自上而下固定有n個平面擋板，同時在所述支撐透水管的支撐段的內壁上自上而下固定有n個環形擋台；各平面擋板與相應的環形擋台匹配壓合併密封在一起形成n個隔離層。

3.根據權利要求1所述的水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，其特徵在於，所述隔離層是在出水管套管的外側壁上自上而下固定有n個錐形活塞，同時在所述支撐透水管的支撐段的內壁上自上而下固定有n個錐形孔；各錐形活塞與相應的錐形孔匹配壓合併密封在一起形成n個隔離層。

4.根據權利要求1所述的水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，其特徵在於，所述隔離層是在出水管套管的外側壁上自上而下固定有n個密封圈，同時在所述支撐透水管的支撐段的內壁上自上而下固定有n個凹陷柱段；各密封圈與相應的凹陷柱段匹配擠壓並密封在一起形成n個隔離層。

5.根據權利要求1-4任一項所述的水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，其特徵在於，出水管與出水管套管之間為空氣隔熱層，或者在出水管與出水管套管之間的夾層內灌注隔熱材料形成隔熱層。

6.根據權利要求2任一項所述的水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，其特徵在於，在任意一對平面擋板和環形擋台之間的對接面上分別設定有柔性密封層。

7.根據權利要求1-4任一項所述的水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，其特徵在於，回水管的數量為n個，每個回水管的出水口分別位於n個隔離層上側的回水空間中；或者，回水管的數量不大於n個，同一回水管在相鄰回水空間設定有出水口。

8.根據權利要求1-4任一項所述的水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，其特徵在於，潛水泵固定在出水管套管的下端。

9.根據權利要求1-4任一項所述的水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，其特徵在於，所述出水管、回水管和出水管套管分別由多段鋼管密封對接組成，並進行防腐處理。

10.根據權利要求1-4任一項所述的水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，其特徵在於，環形滲水層為整體式環形滲水材料，或者環形滲水層設定了內、外支撐網並在內、外支撐網夾層中填充滲水材料，或者環形滲水層是填充於支撐透水管與土壤層之間的礫石料。

實施方式

• 實施例1

第一種水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置，參見圖1，在同一水源井的井口密封安裝井蓋1，可以在井蓋1周圍設定密封層，以便井內能夠承受高壓回水壓力。

在井蓋1上同時貫穿設定有一根出水管2和兩根回水支管31和32。出水管2深入井底的地下水空間A中與地下水連通，出水管2下端的進水口與潛水泵10連線，形成高壓出水通路。回水管3同時與兩根回水支管31和32連通，並向回水管內施加壓力，形成高壓回水通路。

在水源井內匹配套裝有支撐透水管5，該支撐透水管5包括透水段8和支撐段，透水段8和支撐段交替分布。在支撐透水管5與水源井壁的土壤層之間設定有環形滲水層9，該環形滲水層9與水源井壁的土壤層11接觸。環形滲水層9的結構方式多樣，例如可以參加圖5的整體式環形滲水材料。環形滲水層9也可以設定內、外支撐網並在內、外支撐網夾層中填充滲水材料。環形滲水層9也可以是填充於支撐透水管5與土壤層之間的礫石料。

所述出水管2的外側套裝有出水管套管4構成複合出水管，出水管2與出水管套管4均有鋼管逐段密封對接組成，並進行防腐處理。出水管2與出水管套管4間隙配合，形成空氣隔熱的夾層，防止高溫回水與低溫抽水管2發生熱交換。另外，回水支管31和回水支管32分別由多段鋼管密封對接組成。

參加圖1或圖2，在出水管套管4的外側壁上自上而下固定有兩個平面擋板7，同時在所述支撐透水管5的支撐段的內壁上自上而下固定有兩個環形擋台6；每個平面擋板7與對應環形擋台6壓合併密封在一起，組成共兩個個封閉的回水空間B1和B2。為了提高密封效果，可以在任意一對平面擋板7和環形擋台6之間的對接面上分別設定有柔性密封層。

回流支管31伸入回水空間一B1中，回流支管32伸入回水空間二B2中。各回水空間內的回水在壓力和自重作用下分別通過側壁的透水段8進入環形滲水層9或土壤層10中，充分熱交換後與同井地下水匯合。

在該實施例中，“同井回灌”方式水源熱泵中央空調，熱源來自於地下水。即從一口水源井抽水，通過主機的換熱器將水中的冷量或熱量取走後，將水排向同一口水源井，回水通過與滲水層和大地土壤層進行熱交換，使得回水在被重新抽取之前的溫度回落到與初始溫度相差無幾的狀況下循環利用。其優點在於：（1）、由於抽出的水被全部回灌至地下，真正地做到了只“利用”地下水的熱量和冷量而不浪費寶貴的地下水資源；（2）、整個過程地下水在密閉循環使用，絲毫不會污染地下水。（3）、相對於“地埋管”、“多井回灌”等方式，大大減少了占地面積，保證了地下水位正常，且不會影響建築物的基礎，使得面積狹小的場地也能採用節能的水源熱泵中央空調。

該實施例的工作流程：潛水泵10工作後開始將最底處水通過出水管道送至中央空調主機，在主機交換器內將井水中所需的熱量或冷量取走。通過二至三個密閉的回水支管，將水逐次回灌至井內的各個回水空間內。各個回水空間的回水，在壓力作用下通過支撐透水管5快速地向井管外滲流，並繼續通過填充於支撐透水管5與土壤層之間的礫石料向外、向下滲流。在這個過程中，回流的水與土壤及地下水層進行充分的冷、熱量交換後，重新達到或接近出水時的溫度，流向出水處，從而完成一個完整的冷熱交換周期，周而復始地輸送來自土壤的冷熱量供中央空調主機使用。

由於此方式使地下水始終處於密閉狀態，第一，對水本身沒有任何污染；第二，絲毫不浪費地下水；第三，由於採用複合式出水源井管，將已取走的冷量、或熱量的回水通過空氣隔絕，徹底杜絕了彼此之間的接觸，使之不會因出、回水的溫差而產生新的熱交換，保持了出水溫度的恆定，從而提高了機組的效率。

• 實施例2

參加圖1和圖3，內容與實施例1基本相同，相同之處不重述，不同的是：所述隔離層是在出水管套管4的外側壁上自上而下固定有n個錐形活塞72，同時在所述支撐透水管5的支撐段的內壁上自上而下固定有n個錐形孔62；各錐形活塞72與相應的錐形孔62匹配壓合併密封在一起形成n個隔離層。

• 實施例3

參加圖1和圖4，內容與實施例1基本相同，相同之處不重述，不同的是：所述隔離層是在出水管套管的外側壁上自上而下固定有n個密封圈，同時在所述支撐透水管的支撐段的內壁上自上而下固定有n個凹陷柱段；各密封圈與相應的凹陷柱段匹配擠壓並密封在一起形成n個隔離層。

榮譽表彰

2018年12月20日，《水源熱泵中央空調的水源井硬管式同井出、回水裝置》獲得第二十屆中國專利優秀獎。