一種海水熱泵冷熱源的應用方法
2023-10-18 02:06:59 2
專利名稱：一種海水熱泵冷熱源的應用方法
技術領域：
本發明涉及一種利用熱泵技術提取海水中的冷熱量為建築物供熱與空調的方法， 屬於能源技術領域。
背景技術：
採用熱泵技術提取低品位的、可再生的清潔能源中的冷熱量為建築物供熱與空 調，是建築節能減排的有效途徑之一。這些冷熱源包括海水、地下水、土壤、城市汙水等等， 它們的溫度冬季介於(T20°C之間，將其作為熱泵的冷熱源進行利用時，熱泵系統的一次能 源(煤、石油、天然氣)利用效率可達133%甚至更高，節能幅度可在45%以上。但在利用這些 冷熱能源時，除只能因地制宜地加以利用以外，還由於它們自身的特點，需要解決一些關鍵 問題。海水熱泵冷熱源的關鍵問題是防腐、防藻、防生物、防垢以及控制水泵的輸送能 耗。防腐問題尤其難以解決，在採用特殊防腐材質時不僅有可靠性問題，而且造價很高，不 能達到推廣應用的目的，例如海軍銅、鎳白銅、鈦合金、特種不鏽鋼等等。防藻、防生物也難 以很好解決，通常還使得系統工藝流程複雜，維護量大，維護成本高。現在探討應用的方式方法主要有三種
一、利用防海水的熱泵機組，其蒸發器或冷凝器用防腐材質製作，海水直接進入熱泵機 組，可在海邊打井取水。該方式主要解決海水的腐蝕問題，其缺點是可靠性差，無法保證機 組在無腐蝕情況下運行15年以上，一旦出現衝刷腐蝕或清洗維護破壞等，機組可能報廢， 另外還需防生物等措施，初投資也較高。二、利用鈦板換熱器先進行換熱，將海水冷熱量先傳遞給乾淨水，再由乾淨水進入 普通熱泵機組，可直接抽取海水。該方式主要保護了熱泵機組，將問題集中在鈦板換熱器 上，其主要問題是鈦板換熱器的堵塞清洗問題，另外系統效率低，輸送能耗高，初投資更高， 達不到推廣應用的目的。三、利用塑料盤管換熱，將塑料管以螺旋形盤管等方式浸入海面下，管內流動乾淨 水與海水換熱，乾淨水再進入普通熱泵機組。該方式利用塑料管換熱，解決了防腐、防藻、防 生物、防垢問題，但將塑料管以盤管的形式集中沉浸在海邊，其缺點為(1)管與管之間過 於緊密，換熱效率低；(2)管環繞量大，管內流動阻力大；(3)影響海域；(4)只能為幾千平 方米的建築物小規模應用。中國專利「 CN1442658A」公開了「 一種可利用海水源的熱泵機組」、中國專利 「CN101158523A」公開了「海水地能熱泵系統及提取海水地能的方法」等都屬於第一種或第
二種方式。中國專利「CN201081572Y」公開了「換熱器及換熱器總成」、中國專利 「CN201014844Y」公開了 「海水源熱泵空調裝置」等屬於第三種方式。
還有一些專利文獻和公開發表的學術論文，都涉及到了海水冷熱源的應用問題， 但都未有效或很好地解決防腐、防藻、防生物、防垢、控制水泵的輸送能耗以及大規模推廣 應用等問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種海水熱泵冷熱源的應用方法，它可以有效地解決防腐、 防藻、防生物、防垢以及控制水泵的輸送能耗等問題，同時向深海提取遠距離海水冷熱量， 以實現海水熱泵冷熱源的大規模推廣應用。本發明提出的海水熱泵冷熱源的應用方法，如圖1所示，它由如下步驟組成(一) 將多根塑料管沿深海方向往返長直鋪設，塑料管長度為50至600米，其中的數根塑料管以 不同的形式形成單位管束，其進出水口通過分、集水管並聯起來，在單位管束上分散加設重 物，將單位管束沉於海底，單位管束與單位管束再通過管路並聯起來，管內介質為乾淨水或 含防凍
液的水溶液，介質在管內往返流動過程中吸收海水冷熱量，再通過介質輸送管線將冷 熱量傳遞給熱泵機組；(二)熱泵機組內部蒸發器與冷凝器的冷熱量傳遞與轉換，蒸發器吸 收低位熱量，冷凝器釋放較高位熱量；(三)末端冷熱水進入熱泵機組的冷凝器或蒸發器，將 蒸發器或冷凝器中的冷熱量帶走，並傳遞至末端散熱設備。運行原理為介質為乾淨水或含防凍液的水溶液進入長直往返鋪設於海底的換熱 塑料管內，在管內往返流動過程中吸收遠距離海水冷熱量，再通過輸送管線將冷熱量傳遞 給熱泵機組，熱泵機組內部蒸發器與冷凝器的冷熱量傳遞與轉換，蒸發器吸收低位熱量，冷 凝器釋放較高位熱量，末端冷熱水進入熱泵機組的冷凝器或蒸發器，將蒸發器或冷凝器中 的冷熱量帶走，並傳遞至末端散熱設備。本發明的應用方法具有如下特點及其有益效果
一、利用塑料管形成管束換熱，避免了海水源的防腐、防藻、防生物、防垢等關鍵問題， 還提高了系統的可靠性，並最大限度地降低了系統的初投資；
二、將塑料管束長直往返鋪設，可向深海提取遠距離海水冷熱量，可實現沿深海方向大 範圍提取海水低位熱能；
三、塑料管束長直往返鋪設後，管間距相對稀疏，管外換熱係數大，不僅提高了傳熱效 率，還由於呈長直狀態，減小了管內流動阻力，可減小水泵能耗；
四、塑料管束長直往返鋪設沉於海底，海底海水溫度相對於海水表面溫度冬暖夏涼，提 高了熱泵系統的效率，另外，沉於海底後也儘可能不影響海域美觀和船舶流通；
五、利用塑料管束長直往返鋪設，由於可沿深海方向提取遠距離海水冷熱量，單位建築 物需要的海域面積較小，工程可大規模實施。本發明方法與「CN201081572Y」和「CN201014844Y」及其類似的技術的區別是 (1)方法的特徵不同。本發明方法是將多根塑料管沿深海方向長直往返鋪設，並形
成單位管束沉於海底，CN201081572Y是將單根塑料管集中起來呈螺旋狀等方式鋪設，而 CN201014844Y則是將塑料管埋於海邊沙底下，並呈蛇狀鋪設。CN201081572Y的分、集水管 都在海水裡，施工難度大、接口宜出故障、維護難度大，本發明的分、集水管接口可均不在海 水裡，海水裡無接頭。
(2)方法的功能不同。儘管都是提取海水的冷熱量，但本發明可沿深海方向提取遠 距離海水熱能，而CN201081572Y和CN201014844Y相對只能提取近距離的海水熱能；本發明 需要的海域面積較小，工程可大規模實施，而CN201081572Y和CN201014844Y只能小規模實 施；本發明的塑料管束都沉於海底，不影響海域，而CN201081572Y—旦實施，其所處海域受
嚴重影響。(3)方法的效果不同。本發明管間距相對稀疏，管外換熱係數大，不僅顯著提高了 傳熱效率，還由於呈長直狀態，減小了管內流動阻力，可減小水泵能耗；本發明的塑料管束 長直沉於海底，是分散布置，避免了 CN201081572Y單根塑料管集中設置從而引起管外局部 溫降，本發明可提高管內介質的溫度2度以上，有效地提高了熱泵機組的運行效率。
圖1是本發明方法的原理圖 圖2是具體實施方式
三的原理圖
圖中附圖標記1是熱泵機組，2是塑料管，3-1是管排單位管束，3-2是長龍單位管束，4 是加重物，5是分水管，6是集水管，7是介質輸送管線，8是介質循環水泵，9是末端輸送管 線，10是末端循環泵，11是末端散熱裝置。實施方式
具體實施方式
一(參見圖1)，本實施方式由如下步驟組成(一)將多根塑料管沿深海方 嚮往返長直鋪設，塑料管長度為50至600米，其中的數根塑料管以不同的形式形成單位管 束，其進出水口通過分、集水管並聯起來，在單位管束上分散加設重物，將單位管束沉於海
底，單位管束與單位管束再通過管路並聯起來，管內介質為乾淨水或含防凍液的水溶 液，介質在管內往返流動過程中吸收海水冷熱量，再通過介質輸送管線將冷熱量傳遞給熱 泵機組；(二)熱泵機組內部蒸發器與冷凝器的冷熱量傳遞與轉換，蒸發器吸收低位熱量，冷 凝器釋放較高位熱量；(三)末端冷熱水進入熱泵機組的冷凝器或蒸發器，將蒸發器或冷凝 器中的冷熱量帶走，並傳遞至末端散熱設備。
具體實施方式
二 (參見圖1)，本實施方式是其中的數根塑料管形成管排單位管束 的實施方式，數根長直塑料管在水平方向並排鋪設，形成管排單位管束，每根管的進水口與 分水管連接，出水口與集水管連接，管與管在水平方向留有間隙，在管排單位管束上分散加 設重物，其重量足以讓管排單位管束沉於海底。
具體實施方式
三(參見圖2)，本實施方式是其中的數根塑料管形成長龍單位管束 的實施方式，數根塑料管綑紮在長直重物上，形成長龍單位管束，每根管的進水口與分水管 連接，出水口與集水管連接，管與管之間留有間隙，長直重物可分段設置，其重量足以讓長 龍單位管束沉於海底。
具體實施方式
四，本實施方式的其中的數根塑料管以不同的形式形成單位管束 時，所述數根塑料管是廣60根塑料管，其它同具體實施方式
一。
具體實施方式
五，本實施方式的其中的數根塑料管以不同的形式形成單位管束 時，所述數根塑料管是1根塑料管，其它同具體實施方式
一。
具體實施方式
六，本實施方式的換熱塑料管為工程導熱塑料管，其直徑為16mm或 20mm或25mm或32mm，其它同具體實施方式
一。
具體實施方式
七，本實施方式的換熱塑料管長度為10(T400m，其它同具體實施方具體實施方式
八，本實施方式的換熱塑料管長度為20(T300m，其它同具體實施方
權利要求
一種海水熱泵冷熱源的應用方法，其特徵在於它由如下步驟組成(一)將多根塑料管沿深海方向往返長直鋪設，塑料管長度為50至600米，其中的數根塑料管以不同的形式形成單位管束，其進出水口通過分、集水管並聯起來，在單位管束上分散加設重物，將單位管束沉於海底，單位管束與單位管束再通過管路並聯起來，管內介質為乾淨水或含防凍液的水溶液，介質在管內往返流動過程中吸收海水冷熱量，再通過介質輸送管線將冷熱量傳遞給熱泵機組；(二)熱泵機組內部蒸發器與冷凝器的冷熱量傳遞與轉換，蒸發器吸收低位熱量，冷凝器釋放較高位熱量；(三)末端冷熱水進入熱泵機組的冷凝器或蒸發器，將蒸發器或冷凝器中的冷熱量帶走，並傳遞至末端散熱設備。
2.根據權利要求1所述的一種海水熱泵冷熱源的應用方法，其特徵在於其中的數根長 直塑料管在水平方向並排鋪設，形成管排單位管束，每根管的進水口與分水管連接，出水口 與集水管連接，管與管在水平方向留有間隙，在管排單位管束上分散加設重物，其重量足以 讓管排單位管束沉於海底。
3.根據權利要求1所述的一種海水熱泵冷熱源的應用方法，其特徵在於數根塑料管 綑紮在長直重物上，形成長龍單位管束，每根管的進水口與分水管連接，出水口與集水管連 接，管與管之間留有間隙，長直重物可分段設置，其重量足以讓長龍單位管束沉於海底。
4.根據權利要求1所述的一種海水熱泵冷熱源的應用方法，其特徵在於數根塑料管以 不同的形式形成單位管束時，所述數根塑料管是廣60根塑料管。
5.根據權利要求1所述的一種海水熱泵冷熱源的應用方法，其特徵在於數根塑料管以 不同的形式形成單位管束時，所述數根塑料管是1根塑料管。
6.根據權利要求1所述的一種海水熱泵冷熱源的應用方法，其特徵在於換熱塑料管為 工程導熱塑料管，直徑為16mm或20mm或25mm或32mm。
7.根據權利要求1所述的一種海水源熱泵應用方法，其特徵在於換熱塑料管的長度為 100 400m。
8.根據權利要求1所述的一種海水源熱泵應用方法，其特徵在於換熱塑料管的長度為 200 300m。
全文摘要
一種海水熱泵冷熱源的應用方法，它涉及一種用熱泵技術提取海水中的冷熱量的方法，屬於能源技術領域。本發明可有效地解決海水源的防腐、防藻、防生物、防垢等問題，其特徵在於將數根塑料管沿深海方向往返長直鋪設，塑料管長度可為100至400米或更長，數根塑料管以不同的形式形成單位管束，其進出水口通過分、集水管並聯起來，在單位管束上分散加設重物，將單位管束沉於海底，單位管束與單位管束再通過管路並聯起來，管內介質為乾淨水或含防凍液的水溶液，介質在管內往返流動過程中吸收海水冷熱量，再通過輸送管線將冷熱量傳遞給熱泵機組。該方法可向深海提取遠距離海水冷熱量，以實現海水熱泵冷熱源的大規模推廣應用。
文檔編號F25B30/06GK101922825SQ20101028376
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者吳榮華, 遲芳 申請人:青島科創新能源科技有限公司