[发明专利]利用地热的热泵系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用地热的热泵系统。

背景技术

作为一般使用的能源，大多数情况下利用如煤、石油、天然气等的化石燃料，或者利用核燃料。但是，化石燃料由于在燃烧过程中产生的各种污染物而污染环境，核燃料存在产生如水质污染及放射能的有害物质的缺点，同时这些能源在储量上具有局限性。

因此，近年来，对可以代替这些的代替能源的开发非常活跃。在这种代替能源中，关于如风力、太阳热、地热等的自然能源的研究从很久之前便开始进行，实质上利用这些的制冷制热装置已被设置使用，这些自然能源具有几乎不影响环境污染和气候变化，同时可以获得无限的能源的优点，然而由于其能源密度相当低的缺点，所以提高其密度变换为可利用的形态是自然能源技术开发的核心关键。

作为这种自然能源技术之一而受到瞩目的，就是利用地热作为热源来进行制冷制热的热泵系统。利用地热的热泵系统是设置热交换器来作为热泵的热源使用的技术，热交换器回收温度为10℃～20℃的地中的热或者向地中排出热。

一般作为热泵的热源，使用如空调那样在大气中获得热或者排出热的空气热源方式，通过冷却塔排出热的水热源方式等。与空气热源相比，利用地热源具有能源效率非常高的优点。

尤其，四季变化明显的地域的全年大气温度为－20℃～40℃，以很大幅度变化，相反，就地中温度而言，地下5m以下的全年温度为10℃～20℃，几乎维持一定温度。

因此，在夏季制冷的情况下，空气热源的温度为30℃以上，从而为了排出制冷热需要消耗很多电力，而地热源的温度为10℃～20℃，顺畅地排出热，从而表现出高效率。相反，在冬季制热的情况下，空气热源的温度为最低－20℃，从而难以供应制热所需的热，而地中热源的温度高达10℃～20℃，从而可以稳定地向热泵供应制热的热。

利用这样的地热的热泵系统，在所有制冷制热技术中能源效率最高。因此，在能源资源不足且能源费用高的状况下可以说是非常必要的技术。

现有的利用地热源的热泵系统，为了对室内进行制冷或者制热，使室外侧热交换器不是在大气热与制冷剂之间进行热交换，而是在地热源与制冷剂之间进行热交换。

图1是基于现有技术的利用地热的热泵制冷制热装置的系统结构图。上述图1所示的现有的一般的地热源热泵制冷制热装置包括：压缩机21，压缩低温低压的制冷剂气体来变换为高温高压；室内热交换器23，设在室内侧，借助制冷剂对室内进行制冷或者制热；室外热交换器25，设在室外侧，将制冷剂的热交换为在地中获得的热；膨胀阀24，设在室内热交换器23与室外热交换器25之间，将已冷凝的制冷剂节流成低压；四通阀22，用于变更制冷剂的循环路径；以及控制部10，控制上述各结构来进行制冷运行或者制热运行。

此时，上述室外热交换器25与埋设在地中的地中热交换管40进行配管来形成水制冷剂的循环路径，借助由循环阀41循环的水制冷剂可以与制冷剂进行热交换。即，借助上述室外热交换器25与制冷剂热交换的水制冷剂向上述地中热交换管40移送，并由地中的热进行热交换，重新向上述室外热交换器25移送。最近，上述地中热交换管40形成为从海水或者湖水进行热交换，也形成为直接循环地下水。

首先，在制冷运行时，观察制冷剂的循环路径，将四通阀22控制成上述图1的由虚线表示的路径，从而向室外热交换器25移送由压缩机21压缩的制冷剂气体。然后，将压缩的制冷剂气体在室外热交换器25利用地热进行热交换来冷凝，利用膨胀阀24使冷凝的制冷剂膨胀（节流）来变换为低温的制冷剂之后，向室内热交换器23移送。那么，室内热交换器23使低温的制冷剂蒸发，从而在蒸发过程中可以对室内进行制冷，此时，借助在制冷过程中获得的室内的热变换为中温的制冷剂气体，经由四通阀向压缩机21移送。

接着，对于制热运行时的制冷剂的循环路径，将四通阀22控制成上述图1的由实线表示的路径控制，使得与制冷运行时的循环路径相反，制冷剂按照压缩机21、室内热交换器23、膨胀阀24及室外热交换器25的顺序循环。此时，室内热交换器23起到冷凝器的作用，利用冷凝过程中的热可以对室内进行制热，室外热交换器25起到蒸发器的作用，在蒸发过程中可以从地热吸收热。

并且，观察上述图1的现有技术可以知道，由压缩机21压缩的高温高压的制冷剂气体，是经由制热热交换器30向四通阀22移送的。即，上述制热热交换器30与当做制热或者供水用途使用的蓄热槽连接，利用从高温高压的制冷剂气体获得的热而积累在蓄热槽。