本发明涉及热能装置,更具体说,涉及地热供热和供水装置。 本发明可在热能行业中用于生活住宅和生产厂房的取暖和热水供应。
与此同时,在该装置的使用过程中还可以提取盐水中所含化学元素和化合物。
现在大多数用于供热和供水的地热装置具有将使用过的盐水返回地热源的功能,为此目的,以及为了保证向用户输送热盐水,要使用多台离心泵,这些泵的特点是金属消耗量大和在热盐水工作条件下寿命短。因此在一系列装置中采用了热泵,它们较离心泵可靠和寿命长,然而又需要很大的能量消耗。所以,对地热装置的基本要求是要有高的生产率和经济性。
已知一种利用地热的供热和供水装置(苏联专利,A,823762),它用主热泵和辅助热泵与地热源连接。由主热泵的输出管向热水供应系统供水,而由辅助热泵的输出管向蓄水塔供水,再由蓄水塔向生活饮用供水系统供水。每一台热泵具有冷凝器、蒸发器和带电力传动的压缩机。供热系统的锅炉通过主热泵的冷凝器与地热源连接。该装置还具有冷室,装在主热泵的蒸发器与冷凝器之间。辅助热泵的蒸发器通过三通开关和反向阀与主热泵的冷凝器连接。
在冬季,该装置可借助主热泵用于取暖,借助辅助热泵供应热水。在夏季,切断取暖系统而将主热泵转接到冷室。对主热泵地冷凝器供给预先在辅助热泵蒸发器中预热的水,可保证提高主热泵的致冷效率,以及在夏季使用中使装置更为经济。
该装置在冬季不可能提高经济性。
此外,在该装置的热泵中使用带电力传动的压缩机需要引入附加的电源,这就降低了经济性。应当指出,在热水供应系统中使用的水,其化学成分与地热源相同,一般均含有较高的矿物盐。该装置不能将供热系统中使用后的水返回地热源,在长期使用地热源的情况下,会降低其储量并使土壤盐渍化。
还已知另一种地热供热和供水装置(苏联专利,A,1134854),可以将使用过的盐水返回地热源,它具有地热井可引出蒸汽与液体混合物形式的盐水,地热井与分离室连接,而分离室的蒸汽部分与喷射泵和喷射器的高压段连接,喷射器还与输送供热系统中使用过的水的导管相连,而分离室的液体部分与换热器的冷却边连接,冷却边又与喷射泵连接,该泵的输出管与抽送盐水液体部分的贮井连接。该装置还具有淡水源与换热器的加热边连接,而该加热边又与喷射器的低压段连接,由喷射器的输出管往供热和供热水系统供水。
在该装置中由喷射泵输出的盐水直接进入抽送盐水的液体部分的贮井内,而在供热系统中使用过的水进入喷射器的高压段。借助喷射器实现供热系统中水的循环并从淡水源汲取淡水。这时在供热系统中使用后返回高压段的水的温度相当高,这就决定了与此温度相应的压力。在喷射器高压段相当高的压力下,喷射器本身工作不稳定,同时消耗了少量的蒸汽和淡水,这样就导致喷射器输出管压力的降低,并使整个装置的生产率降低。
该装置的喷射泵用于抽送盐水的液体部分至地热源。为了克服地热井的阻力,要求在喷射泵输出管建立压力,该压力的大小取决于供给它的蒸汽的量。
借助增大蒸汽流量来提高抽送盐水的压力,导致进入喷射器的蒸汽减少,并造成工作不稳定。此外,抽送入贮井输入管的盐水温度不高,这会造成由盐水的高粘度决定的附加阻力。
由此可见,在该装置中不能充分而有效地利用地热源的热能,降低了装置的经济性。
本发明的基本任务是提供一种地热供热和供水的装置,该装置通过对供热系统中使用后的水抽热和对盐水液体部分进入抽送贮井前供热来提高经济性和生产率。
解决这一任务的措施是提供一种地热和供水装置,具有用于引出蒸汽与液体混合物形式的盐水的地热井,地热井与分离室连接,该分离室的蒸汽部分分别与喷射泵和喷射器的高压段连接,而喷射器的高压段又与输送供热系统中使用过的水的导管连接,而分离室的液体部分与换热器的冷却边连接,该冷却边又与喷射泵连接,该喷射泵的输出管与抽送盐水液体部分的贮井连接。该装置还具有淡水源,它与换热器的加热边连接,而该加热边又与喷射器的低压段连接,喷射器的输出管往供热和供水系统供水,按照本发明,该装置还具有热泵,在供热系统中使用过的水由冷却边进入热泵的输入管,而其输出管与输送在供热系统中使用过的水的导管相连接,同时,热泵的输入管从加热边与喷射泵的输出管连接,而该输出管与抽送盐水液体部分的贮井连接。
最好在热泵中设有蒸发器和冷凝器,并使它们的加热边和冷却边由中间载热体循环回路相互连接,在该回路中还设有节流阀和压缩机,它们分别安装在蒸发器按中间载热体循环方向的前面和后面,所述的压缩机还装有液压传动装置,与喷射器输出管连接。
本发明提供的地热供热和供水装置由于利用了热泵,在增加进入供热和供热水系统的淡水流量的同时,也增加了从由地热井引出盐水的流量。在抽送盐水液体部分进入贮井前实现加热,就能降低其粘度并增加抽送液体的体积。
此外,向喷射器高压段供入在通过热泵时温度已降低的水,可使喷射器达到更稳定的工作。热泵中采用带液压传动的压缩机,可以使装置的工作实现自动化,故无需外部能源的消耗。
因此,本发明装置具有的特点是高的经济性和生产率,并且不需要引入附加的能源。
下面通过具体的实施方案和附图来对本发明进行解释,图中示出本发明的地热供热和供水装置。
该地热供热和供水装置具有引出蒸汽与液体混合物形式的盐水的地热井1,地热井1与分离室2连接。分离室2的蒸汽部分分别与喷射器6的高压段5的蒸汽喷嘴3,以及喷射泵7的蒸汽喷嘴4连接,而分离室2的液体部分与换热器9的冷却边8连接,而冷却边8又与喷射泵7的液体喷嘴10连接。
本装置还具有淡水源11,它与换热器9的加热边连接,而加热边又与喷射器6的低压段13的输入导管12连接。
由喷射器6的输出管往供热系统14和供水系统15供热水。
此外,本装置还具有包括蒸发器17和冷凝器18的热泵16,它们的加热边19和冷却边20用中间载热体循环回路21相互连接,该回路还具有节流阀22和压缩机23。节流阀22和压缩机23分别安装在按箭头在图中所示中间载热体循环方向上蒸发器17的前面和后面。在本实施例中压缩机23装有液压传动装置24,并与喷射器6的输出管连接。水在供热系统14中使用后进入蒸发器17的冷却边25的输入管,而蒸发器17的输出管则与导管26连接,以便输送在供热系统中使用过的水。冷凝器18的加热边27的输入管与喷射泵7的输出管连接,而其输出管与抽送盐水液体部分的贮井28连接,部分盐水则可用于提取化学元素和化合物。
在分离室2与喷射器6的蒸汽喷嘴3和与喷射泵7的蒸汽喷嘴4连接的导管上以及与喷射泵7的液体喷嘴10连接的导管上,相应装有阀29,30,31,用以调节盐水中液体和蒸汽的流量。在淡水源11与换热器9的连接导管上装有阀32,可用于调节向喷射器6的输入管12输送的淡水流量。
本发明地热供热和供水装置的工作方式如下。
由地热井1抽出的蒸汽液体混合物形式的盐水在压力作用下进入分离室2,在这里分离为液体和蒸汽两部分,温度为110~150℃的蒸汽沿着装有阀29和30的导管通过蒸汽喷嘴3和4分别进入喷射器6的高压段5和喷射泵7。盐水的液体部分沿着装有阀31的导管进入换热器9,通过换热器9的冷却边8将热量传导给由淡水源11来的温度为5~20℃的淡水。在换热器9内加热至35~45℃的淡水进入喷射器6的低压段13的输入导管12。淡水的流量取决于淡水源11与喷射器6低压段13混合室之间的压力差,并可用阀32来调节。低压段13的混合室的压力取决于高压段5中介质的压力和温度。在喷射器6中,盐水的蒸汽部分完全凝结,与在供热系统14中使用过的水以及由淡水源11来的淡水混合,在喷射器6的扩散段内压力增加至0.13~1.0兆帕,可使温度为65~95℃的水输往供热系统14和供水系统15。
盐水的液体部分通过换热器9的冷却边8后,又通过液体喷嘴10进入喷射泵7的混合室,而盐水的蒸汽部分也通过蒸汽喷嘴4进入该混合室。在喷射泵7内,盐水的蒸汽部分冷凝,热能转化为机械能,结果在出口处的压力增加至0.3~1.4兆帕,而喷射泵7的入口处泵压力为0.1~0.5兆帕。
温度40~60℃的盐水液体部分由喷射泵7的输出管进入热泵16输入管的加热边,而供热系统14中使用过的水进入热泵16输入管的冷却边。
通过蒸发器17的冷却边25的水由30~45℃冷却至10~20℃,将热量传导给通过蒸发器17加热边19的中间载热体(低沸点液体)。在蒸发器17中的中间载热体转变为蒸汽,然后在压缩机23中被压缩,压缩机23装有液压传动装置24,其工质为由喷射器6输出管供给的水。
压缩机23的液压传动装置24的水流量不大(约为总流量的10%),实际上不会降低供热系统14和供水系统15水的流量。
由于压缩的结果,中间载热体的温度和热函增高,而中间载热体进入冷凝器18,通过其冷却边20而冷凝,并将热量传导给通过冷凝器18的加热边27的盐水液体部分,此液体部分随后流往抽送贮井28,而在必要时也可流往提取化学元素的系统中,其温度为80~95℃。
中间载热体的压力经过冷凝器18后借助安装在循环回路21上的节流阀22来提高。
在本装置中采用的热泵16,可以降低供热系统14中使用过的水的温度,并提高送入贮井28中盐水的温度,从而更有效地利用热量。沿导管26进入喷射器高压段5的水的温度降低,引起高压段5的压力降低,从而保证了喷射器6稳定的工作,并可提高来自分离室2蒸汽流量和来自淡水源11的淡水的流量。进入喷射器6的蒸汽和淡水可借助阀29,32来调节。结果使喷射器6输出的水压和流量得到提高,这样就可提高供热和供水系统14、15的生产率。
提高淡水的流量就可以使具有规定流量的盐水的液体部分冷却至较低的温度,或者将更大量的盐水液体部分冷却至规定的温度,这点可由阀31来调节。
向喷射泵7供应大量液体可使泵更有效地工作,因为降低了取决于蒸汽和液体流移位的损耗。
由于抽送入贮井28之前盐水的液体部分的温度的升高,盐水的粘度降低,因而降低了贮井28的阻力。
当盐水溶液部分含盐量高时,有可能在换热器9的冷却边8形成积垢。为了保证供热和供水的连续性,希望沿冷却边8并列联接至少两个换热器9,这样就可交替使用,以便进行必要的清洗和修理。
由此可见,本装置使用的热泵可把大量的盐水抽送至贮井,即使地热源强化,同时防止了土壤的盐渍化。此外,本装置可自动化工作,和有高的经济性和生产率等特点。