一种地源热泵系统的室外地能换热装置技术领域
本发明涉及一种地源热泵系统，尤其是涉及一种地源热泵系统的室外地能换热装
置。
背景技术
地源热泵系统是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术的环保能源利
用系统。地源热泵系统通常是转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方，还利用了地
下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地
下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环系统，实现节能减排的功能。
传统的地源热泵系统一般由室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末
端系统。而目前常见的用于地源热泵系统的室外地能换热装置一般为高密度聚乙烯换热
管，将该换热管直接埋入土壤中，通过换热管直接与土壤接触进行热量交换，但由于土壤的
导热率较小，使得热量交换的速度较慢，从而容易导致热量交换的不及时，效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单且换热效率高的地源热泵系统
的室外地能换热装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种地源热泵系统的室外地能换热装置，包括至少一组换热管组件，所述的换热管组
件包括换热部，所述的换热部的两个端头分别连接有换热入水管和换热出水管，还包括一
集水箱，所述的集水箱的内部中空形成一集水腔，所述的换热部设置在所述的集水腔内，所
述的换热入水管和所述的换热出水管均伸出所述的集水箱，所述的集水箱的上部连接有入
水管，所述的入水管的上端连接有一雨水收集箱，所述的入水管下端与所述的集水腔相连
通，所述的集水箱的下部连接有出水管，所述的出水管与所述的集水腔相连通。
所述的换热部包括多个中空的U型管，相邻的两个所述的U型管之间通过一中空的
倒U型中空的连接管密封连接。换热部由多个中空的U型管组成，增大了换热面积，有效提高
了换热效率，相邻的两个U型管之间通过一中空的倒U型中空的连接管密封连接，使得多个U
型管之间得以畅通，且进一步增大了换热面积。
所述的换热部竖向设置在所述的集水腔内，多组所述的换热管组件中的换热部前
后并列间隔设置。换热部竖向设置，可有效减少换热部的管壁在垂直方向上的受力面积，从
而可有效缓解集水箱中的水流对换热部管壁的冲击，使得换热部的使用寿命得以延长。
所述的换热部的上部通过上支撑管与所述的集水腔的上部内壁相连接，所述的换
热部的下部通过下支撑管与所述的集水腔的下部内壁相连接，所述的换热部的侧部通过侧
支撑管与所述的集水腔的侧部内壁相连接。换热部的上部、下部和侧部分别通过上支撑管、
下支撑管和侧支撑管与集水腔内壁相连接，使得换热部具有一个稳定的定位，确保换热部
在水流的冲击下不移位、不变形，从而保证了换热部的稳定使用。
所述的上支撑管、下支撑管和侧支撑管均采用不锈钢材质。
所述的入水管上设置雨水净化器，所述的雨水净化器将所述的入水管分隔成上入
水部和下出水部，所述的下出水部与所述的集水腔相连通。在入水管上设置雨水净化器，雨
水收集箱中收集的雨水进入到入水管的上入水部，然后进入到雨水净化器中得到净化，通
过入水管的下出水部进入到集水箱中供换热部进行热量交换，经过净化后的水除去了原来
雨水中的有害物质，可有效避免对换热部以及用于支撑换热部的上支撑管、下支撑管和侧
支撑管造成腐蚀，从而可有效延长上述部件的使用寿命，另外经过净化后的水完成热交换
任务后通过出水管排出，有效减少了对环境的污染。
所述的雨水净化器包括外壳体，所述的外壳体内设置有空腔，所述的外壳体的上
部和下部分别设置有上连接管和下连接管，所述的上连接管与所述的下连接管与所述的空
腔相连通，所述的上入水部的下端与所述的上连接管密封连接，所述的下入水部的上端与
所述的下连接管密封连接，所述的空腔内自上而下间隔设置有第一过滤网、第二过滤网和
半透膜，所述的第一过滤网与所述的外壳体之间围设成第一净化腔室，所述的第一过滤网、
所述的第二过滤网与所述的外壳体之间围设成第二净化腔室，所述的第二过滤网、所述的
半透膜与所述的外壳体之间围设成第三净化腔室，所述的半透膜与所述的外壳体之间围设
成第四净化腔室，所述的第三净化腔室内设置有离子交换器。上述雨水净化器结构简单，通
过上下依次设置的第一净化腔室、第二净化腔室、第三净化腔室和第四净化腔室进行四级
过滤，得到较为纯净的水质，第一过滤网可过滤掉颗粒直径较大的杂质，如沙粒等，第二过
滤网在第一过滤网过滤完成的基础上进一步过滤掉颗粒类杂质，离子交换器的作用为交换
金属离子，达到水质软化的目的，半透膜的作用为细化水质，使得进入到集水箱内的水质更
加细腻。
所述的第一过滤网上均布设置有多个第一过滤网孔，所述的第二过滤网上均布设
置有多个第二过滤网孔，所述的第一过滤网孔的直径大于所述的第二过滤网孔的直径。第
一过滤网孔的直径大于第二过滤网孔的直径，使得第二过滤网在第一过滤网过滤完成的基
础上进一步过滤掉颗粒直径较小的杂质。
所述的上连接管的内径大于所述的下连接管的内径。上连接管的内径较大，便于
带有杂质的雨水进入，不易造成堵塞，且便于清理。
所述的集水腔内设置有上液位监测传感器和下液位监测传感器，所述的下液位监
测传感器设置在所述的上液位监测传感器的下方。在集水腔内设置上液位监测传感器和下
液位监测传感器可有效监测到集水箱内的水位情况，从而进行相应的排水处理。
所述的出水管上设置有止回阀。在出水管上设置止回阀，上液位监测传感器、下液
位监测传感器和止回阀分别与外部的控制器相连接，当集水箱内的液位超出上液位检测传
感器所设定的位置时，上液位检测传感器给控制器一个信号，控制器控制止回阀开启，将集
水箱内的水排出，当集水箱内的液位低于下液位检测传感器所设定的位置时，下液位检测
传感器给控制器一个信号，控制器控制止回阀关闭，循环作用，保证集水箱内具有充足的水
源供换热部换热用，且使得集水箱内的水流具有一定的流速，达到较好的热交换效果。
与现有技术相比，本发明的优点在于：该室外地能换热装置包括一集水箱，将换热
管组件中的换热部设置在该集水箱中，集水箱上连接有入水管，入水管与一雨水收集箱相
连接，集水箱的下部连接有出水管，通过雨水收集箱收集到的雨水经过入水管进入到集水
箱内，通过水的流动提高换热部的换热效率，使得雨水得到二次利用，充分利用自然资源，
结构简单，换热效率高。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明拆去雨水收集箱的剖视结构示意图；
图3为本发明中换热管组件的结构示意图；
图4为本发明实施例二中雨水净化器的剖视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：如图1至图3所示，一种地源热泵系统的室外地能换热装置，包括至少一
组换热管组件1，换热管组件1包括换热部11，换热部11的两个端头分别连接有换热入水管
12和换热出水管13，还包括一集水箱2，集水箱2的内部中空形成一集水腔21，换热部11设置
在集水腔21内，换热入水管12和换热出水管13均伸出集水箱2，集水箱2的上部连接有入水
管22，入水管22的上端连接有一雨水收集箱3，入水管22下端与集水腔21相连通，集水箱2的
下部连接有出水管23，出水管23与集水腔21相连通。
在此具体实施例中，换热管组件1为3组，3组换热管组件1前后并列间隔设置。
在此具体实施例中，换热部11包括多个中空的U型管111，相邻的两个U型管111之
间通过一中空的倒U型中空的连接管112密封连接。换热部11由多个中空的U型管111组成，
增大了换热面积，有效提高了换热效率，相邻的两个U型管111之间通过一中空的倒U型中空
的连接管112密封连接，使得多个U型管111之间得以畅通，且进一步增大了换热面积。
在此具体实施例中，换热部11竖向设置在集水腔21内，多组换热管组件1中的换热
部11前后并列间隔设置。换热部11竖向设置，可有效减少换热部11的管壁在垂直方向上的
受力面积，从而可有效缓解集水箱2中的水流对换热部管壁的冲击，使得换热部11的使用寿
命得以延长。
在此具体实施例中，换热部11的上部通过上支撑管4与集水腔21的上部内壁相连
接，换热部11的下部通过下支撑管5与集水腔21的下部内壁相连接，换热部11的侧部通过侧
支撑管6与集水腔21的侧部内壁相连接。换热部11的上部、下部和侧部分别通过上支撑管4、
下支撑管5和侧支撑管6与集水腔21内壁相连接，使得换热部11具有一个稳定的定位，确保
换热部11在水流的冲击下不移位、不变形，从而保证了换热部11的稳定使用。
在此具体实施例中，上支撑管4、下支撑管5和侧支撑管6均采用不锈钢材质。
在此具体实施例中，入水管22上设置雨水净化器7，雨水净化器7将入水管22分隔
成上入水部221和下出水部222，下出水部222与集水腔21相连通。在入水管22上设置雨水净
化器7，雨水收集箱3中收集的雨水进入到入水管22的上入水部221，然后进入到雨水净化器
7中得到净化，通过入水管22的下出水部222进入到集水箱2中供换热部11进行热量交换，经
过净化后的水除去了原来雨水中的有害物质，可有效避免对换热部11以及用于支撑换热部
11的上支撑管4、下支撑管5和侧支撑管6造成腐蚀，从而可有效延长上述部件的使用寿命，
另外经过净化后的水完成热交换任务后通过出水管23排出，有效减少了对环境的污染。
在此具体实施例中，集水腔21内设置有上液位监测传感器8和下液位监测传感器
9，下液位监测传感器9设置在上液位监测传感器8的下方。在集水腔21内设置上液位监测传
感器8和下液位监测传感器9可有效监测到集水箱2内的水位情况，从而进行相应的排水处
理。
在此具体实施例中，出水管23上设置有止回阀10。在出水管23上设置止回阀10，上
液位监测传感器8、下液位监测传感器9和止回阀10分别与外部的控制器（图中未显示）相连
接，当集水箱2内的液位超出上液位检测传感器8所设定的位置时，上液位检测传感器8给控
制器一个信号，控制器控制止回阀10开启，将集水箱2内的水排出，当集水箱2内的液位低于
下液位检测传感器9所设定的位置时，下液位检测传感器9给控制器一个信号，控制器控制
止回阀10关闭，循环作用，保证集水箱2内具有充足的水源供换热部11换热用。
具体安装时，将集水箱2深埋入土壤中，换热入水管12与地源热泵系统中热泵机组
中的蒸发器出水管相连，换热出水管13与地源热泵系统热泵机组中的蒸发器入水管相连，
雨水收集箱3安装在浅层土壤中，用于收集雨水，出水管23与排污管道相连通向污水池。
实施例二：如图1至图3所示，一种地源热泵系统的室外地能换热装置，包括至少一
组换热管组件1，换热管组件1包括换热部11，换热部11的两个端头分别连接有换热入水管
12和换热出水管13，还包括一集水箱2，集水箱2的内部中空形成一集水腔21，换热部11设置
在集水腔21内，换热入水管12和换热出水管13均伸出集水箱2，集水箱2的上部连接有入水
管22，入水管22的上端连接有一雨水收集箱3，入水管22下端与集水腔21相连通，集水箱2的
下部连接有出水管23，出水管23与集水腔21相连通。
在此具体实施例中，换热管组件1为3组，3组换热管组件1前后并列间隔设置。
在此具体实施例中，换热部11包括多个中空的U型管111，相邻的两个U型管111之
间通过一中空的倒U型中空的连接管112密封连接。换热部11由多个中空的U型管111组成，
增大了换热面积，有效提高了换热效率，相邻的两个U型管111之间通过一中空的倒U型中空
的连接管112密封连接，使得多个U型管111之间得以畅通，且进一步增大了换热面积。
在此具体实施例中，换热部11竖向设置在集水腔21内，多组换热管组件1中的换热
部11前后并列间隔设置。换热部11竖向设置，可有效减少换热部11的管壁在垂直方向上的
受力面积，从而可有效缓解集水箱2中的水流对换热部管壁的冲击，使得换热部11的使用寿
命得以延长。
在此具体实施例中，换热部11的上部通过上支撑管4与集水腔21的上部内壁相连
接，换热部11的下部通过下支撑管5与集水腔21的下部内壁相连接，换热部11的侧部通过侧
支撑管6与集水腔21的侧部内壁相连接。换热部11的上部、下部和侧部分别通过上支撑管4、
下支撑管5和侧支撑管6与集水腔21内壁相连接，使得换热部11具有一个稳定的定位，确保
换热部11在水流的冲击下不移位、不变形，从而保证了换热部11的稳定使用。
在此具体实施例中，上支撑管4、下支撑管5和侧支撑管6均采用不锈钢材质。
在此具体实施例中，入水管22上设置雨水净化器7，雨水净化器7将入水管22分隔
成上入水部221和下出水部222，下出水部222与集水腔21相连通。在入水管22上设置雨水净
化器7，雨水收集箱3中收集的雨水进入到入水管22的上入水部221，然后进入到雨水净化器
7中得到净化，通过入水管22的下出水部222进入到集水箱2中供换热部11进行热量交换，经
过净化后的水除去了原来雨水中的有害物质，可有效避免对换热部11以及用于支撑换热部
11的上支撑管4、下支撑管5和侧支撑管6造成腐蚀，从而可有效延长上述部件的使用寿命，
另外经过净化后的水完成热交换任务后通过出水管23排出，有效减少了对环境的污染。
在此具体实施例中，雨水净化器7包括外壳体71，外壳体71内设置有空腔，外壳体
71的上部和下部分别设置有上连接管72和下连接管73，上连接管72与下连接管73与空腔相
连通，上入水部221的下端与上连接管72密封连接，下入水部222的上端与下连接管73密封
连接，空腔内自上而下间隔设置有第一过滤网74、第二过滤网75和半透膜76，第一过滤网74
与外壳体71之间围设成第一净化腔室741，第一过滤网74、第二过滤网75与外壳体71之间围
设成第二净化腔室751，第二过滤网75、半透膜76与外壳体71之间围设成第三净化腔室761，
半透膜76与外壳体71之间围设成第四净化腔室771，第三净化腔室761内设置有离子交换器
77。上述雨水净化器7结构简单，通过上下依次设置的第一净化腔室741、第二净化腔室751、
第三净化腔室761和第四净化腔室771进行四级过滤，得到较为纯净的水质，第一过滤网74
可过滤掉颗粒直径较大的杂质，如沙粒等，第二过滤网75在第一过滤网74过滤完成的基础
上进一步过滤掉颗粒类杂质，离子交换器77的作用为交换金属离子，达到水质软化的目的，
半透膜76的作用为细化水质，使得进入到集水箱2内的水质更加细腻，如图4所示。
在此具体实施例中，第一过滤网74上均布设置有多个第一过滤网孔742，第二过滤
网75上均布设置有多个第二过滤网孔752，第一过滤网孔742的直径大于第二过滤网孔752
的直径。第一过滤网孔742的直径大于第二过滤网孔752的直径，使得第二过滤网75在第一
过滤网74过滤完成的基础上进一步过滤掉颗粒直径较小的杂质。
在此具体实施例中，上连接管72的内径大于下连接管73的内径。上连接管72的内
径较大，便于带有杂质的雨水进入，不易造成堵塞，且便于清理。
在此具体实施例中，集水腔21内设置有上液位监测传感器8和下液位监测传感器
9，下液位监测传感器9设置在上液位监测传感器8的下方。在集水腔21内设置上液位监测传
感器8和下液位监测传感器9可有效监测到集水箱2内的水位情况，从而进行相应的排水处
理。
在此具体实施例中，出水管23上设置有止回阀10。在出水管23上设置止回阀10，上
液位监测传感器8、下液位监测传感器9和止回阀10分别与外部的控制器（图中未显示）相连
接，当集水箱2内的液位超出上液位检测传感器8所设定的位置时，上液位检测传感器8给控
制器一个信号，控制器控制止回阀10开启，将集水箱2内的水排出，当集水箱2内的液位低于
下液位检测传感器9所设定的位置时，下液位检测传感器9给控制器一个信号，控制器控制
止回阀10关闭，循环作用，保证集水箱2内具有充足的水源供换热部11换热用。