一種熱力泵地暖裝置的製作方法

2023-06-06 02:52:46

本發明涉及一種用於調節室溫的供暖裝置，具體的說，是一種熱力泵地暖式供熱方式的裝置，屬於地暖供熱裝置技術領域。

背景技術：

目前我國北方冬季用於室溫調節裝置按各種使用率依次包括集中供熱、空調、電暖器、土暖氣、火爐及火炕等，其中漫灌式集中供熱的使用率最高，可達2/3以上，但其仍具有耗能大、熱利用率低、結構複雜、能量的交換和傳遞率不足的致命缺陷。

我國是人均資源貧乏的國家，但浪費尤其是能源浪費巨大。單從煤炭消耗分析，從90年的10億噸，增至2015年的40多億噸，且隨著城市化的發展，煤炭的需求量會持續不斷的增加，因此產生資源加速枯竭、空氣、水土汙染加重等諸多不利因素，嚴重影響我國可持續發展戰略和人民的身體健康。

以我國北方冬季取暖採取的漫灌式集體供暖為例，據統計，我國每年冬季用於供暖的用煤量達到15億噸，粗略統計每年浪費1/2煤炭，耗能相當大，對資源造成了浪費，對環境造成了汙染。

公開號cn2112025u是申請人於1992年申請的實用新型專利，其專利名稱為「渦流式導流泵」。該專利公開的技術內容主要解決了熱量載體介質從無序到有序的問題，但由於熱源裝置設在泵體外部，僅有軸嚮導流件，因此該技術方案公開的導流泵能量傳遞和轉換率均偏低。

此後，申請人一直致力於此類能夠將熱能轉換為液壓能的熱力泵研究。

2004年8月11日，申請人申請了一種名為「熱力泵」的發明專利申請，其授權公告號為cn100410548c。該專利公開的技術方案基於先前「渦流式導流泵」，提供了一種結構更加合理、傳遞轉換能量速度更快、節能和傳熱效果更好的熱量交換傳遞裝置。其結構主要是在泵體內依次布置了熱源裝置和軸嚮導流件，並在泵體內壁與軸嚮導流件之間設計了徑嚮導流件。以此加強熱交熱和傳遞效果。

此後，上述「熱力泵」在應用過程中，依然存在著一些技術弊端，經研究其主要原因在於泵體設計的軸嚮導流和徑嚮導流結構的銜接性不良，對其內部的導熱介質難以提供一個連續性的軸向循環空間，介質受到的阻尼比較大，因而導致了導熱介質在泵體內的連續性不強，軸向推力不足，循環能力差，熱能利用率不足，泵體產生的液壓能難以滿足實際的動力需求。

鑑於上述背景，申請人又經過多年的潛心研究，提出本申請的一種熱力泵地暖裝置。

技術實現要素：

本發明旨在解決針對現有供熱裝置存在的熱交換率低、耗能大、汙染嚴重、資源浪費等主要技術缺陷，進而提供一種具有結構設計科學合理、傳遞轉換熱能速度更快、無機械性摩擦和噪音、節能顯著、高效環保的一種熱力泵地暖裝置。

為解決上述問題，本發明所採用的技術方案是：

一種熱力泵地暖裝置，包括地暖管路a2，特殊之處在於，所述地暖管路a2的供熱源採用的是熱力泵a1。

所述地暖管路a2上安裝有安全閥a3以及用於控制所述地暖管路a2的控制電組件。

所述熱力泵a1包括分別具有介質入口1和介質出口2的泵體3，所述泵體3的一端通過所述介質出口2與所述地暖管路a2的進水管路a2-1相連通，所述泵體3的另一端通過所述介質入口1與所述地暖管路a2的回水管路a2-2相連通。

所述泵體3包括整體呈雙層螺旋套管狀的主體結構4，以及依賴並形成於所述主體結構4上的：

螺旋式內導流通道4-1，軸向形成於所述主體結構4的中部，其一端與所述介質入口1相通，另一端與所述介質出口2相通；

螺旋式外導流通道4-2，螺旋盤繞於所述螺旋式內導流通道4-1的外圍並與其保持同一螺旋方向；所述螺旋式內導流通道4-1與所述螺旋式外導流通道4-2分別間隔於主體結構內螺旋壁4-3的內外兩側；

電熱元件5，密封埋設於所述主體結構內螺旋壁4-3預留孔位中，對所述主體結構及其兩側的螺旋式內導流通道4-1和螺旋式外導流通道4-2內的流體介質提供加熱；

所述主體結構內螺旋壁4-3上設有用於連通所述螺旋式內導流通道4-1與螺旋式外導流通道4-2的流體通孔4-4。

所述螺旋式內導流通道4-1和螺旋式外導流通道4-2在軸向上的截面形狀可以為連續的波浪段或連續的鋸齒段；

當所述螺旋式內導流通道4-1和螺旋式外導流通道4-2在軸向上的截面形狀為連續的波浪段時，所述波浪段具有一波谷低點x，與所述波谷低點x相鄰的兩側高點分別定義為第一波峰高點y和第二波峰高點y1，以分別經過波谷低點x和第一波峰高點y的兩垂直軸線的交點為原點o，則oy大於零，所述原點o至所述波谷低點x的距離ox應小於兩個相鄰波谷低點之間的距離xx1，所述波谷低點x與第一波峰高點y之間為弧線段，所述波谷低點x與所述第二波峰高點y1之間為直線段或弧線段；

當所述螺旋式內導流通道4-1和螺旋式外導流通道4-2在軸向上的截面形狀為連續的鋸齒段時，所述鋸齒段具有一齒根點z，與所述齒根點z相鄰的兩側高點分別定義為第一齒尖點h和第二齒尖點h1；以分別經過齒根點z和第一齒尖點h的兩垂直軸線的交點為原點o，則原點o至第一齒尖點h之間的距離應大於零，即oh＞0；所述原點o至所述齒根點z之間的距離oz大於等於零或小於零，即oz≥0或oz＜0；所述原點o至齒根點z之間的距離oz應小於兩個相鄰齒根點之間的距離zz1，即oz<zz1；所述齒根點z與所述第一齒尖點h之間為直線段，所述齒根點z與所述第二齒尖點h1之間為直線段。

所述螺旋式外導流通道4-2形成於由所述主體結構4圍設而成的螺旋管腔內，其外周由主體結構外套筒4-5包覆密封。

進一步的，為了加強所述泵體3的保溫性能，所述外套筒4-5的外壁包覆有保溫隔熱層7；在所述保溫隔熱層7的外周設有作為防護層的外殼體8。

作為優選的結構，所述流體通孔4-4設有兩個，分別開設於鄰近於介質入口1和介質出口2的主體結構內螺旋壁4-3上；

所述泵體3的主體結構4採用的是超導溫陶瓷材料；所述電熱元件5採用的是電熱絲；所述流體介質採用的是水；

所述螺旋式內導流通道4-1、螺旋式外導流通道4-2及電熱元件5在整個泵體3中的螺旋方向和螺紋升角均保持一致。

所述泵體3的兩側端面分別設有密封圈9。

本發明的一種熱力泵地暖裝置，採用的熱力泵與採用傳統熱交換方式的熱泵、熱管、機械泵、電熱器等熱交換裝置相比，熱利用率大大提高，在現有具有軸嚮導流件和徑嚮導流件的熱力泵的基礎上，改善了流體介質在泵體內有序運動的連續性，將熱利用率提高了25%以上，其特點是結構更加簡單合理，堅固耐用免維護、無摩擦震動、無噪音和化學汙染，應用範圍廣泛，科技生命力持久，可用於保健床具、電熱水器、鍋爐改造等諸多領域，可替代集體供暖、空調等熱利用方式，適用於居戶、企事業單位、敬老院、邊防極地卡所、宇宙飛船等需要改變生存條件的所有區域。

附圖說明

圖1：本發明的一種熱力泵地暖裝置結構示意圖；

圖2：本發明的一種執力泵地暖裝置採用的熱力泵半剖結構示意圖；

圖3：實施例1中截面形狀為波浪段的導流通道結構示意圖；

圖4：實施例2中截面形狀為波浪段的導流通道結構示意圖

圖5：實施例3中截面形狀為鋸齒段的導流通道結構示意圖；

在圖中，a1、熱力泵，a2、地暖管路，a2-1、進水管路，a2-2、回水管路，a3、安全閥，1、介質入口，2、介質出口，3、泵體，4、主體結構，4-1、螺旋式內導流通道，4-2、螺旋式外導流通道，4-3、主體結構內螺旋壁，4-4、流體通孔，4-5、主體結構外套筒，5、電熱元件，7、保溫隔熱層，8、外殼體，9、密封圈，x、波谷低點，y、第一波峰高點，y1、第二波峰高點，o、原點，z、齒根點，h、第一齒尖點，h1、第二齒尖點。

具體實施方式

下面就附圖1-5對本發明一種熱力泵地暖裝置作以下詳細說明。

實施例1

一種熱力泵地暖裝置，包括地暖管路a2以及安裝在所述地暖管路a2上的安全閥a3以及用於控制所述地暖管路的控制電組件；所述地暖管路a2由熱力泵a3提供供熱動力源，所述熱力泵a1包括分別具有介質入口1和介質出口2的泵體3，所述泵體3的一端通過所述介質出口2與所述地暖管路a2的進水管路a2-1相連通，所述泵體3的另一端通過所述介質入口1與所述地暖管路a2的回水管路a2-2相連通。所述熱力泵a1包括一端具有介質入口1、另一端具有介質出口2、內部灌裝有流體介質的泵體3，以及包繞在所述泵體3外周的保溫隔熱層7和外殼體8組合而成，其中所述泵體3的主體結構4採用超導溫陶瓷材料，其整體呈雙層的螺旋套管狀，圍繞所述主體結構4的形狀及結構，形成了泵體3的螺旋式內導流通道4-1和螺旋式外導流通道4-2，內、外兩個螺旋的導流通道在軸向的主體結構上形成了雙層的螺旋導流通道；其中，所述螺旋式內導流通道4-1位於所述主體結構4的中部，由呈螺旋結構的主體結構內螺旋壁4-3圍設而成，其一端與所述介質入口1相連通，另一端與所述介質出口2相連通；所述螺旋式外導流通道4-2基於所述主體結構內螺旋壁4-3在所述螺旋式內導流通道4-1的外圍形成了與其保持同一螺旋方向的外層螺旋通道；內外兩層螺旋導流通道之間由主體結構內螺旋壁4-3間隔。在所述主體結構內螺旋壁4-3均勻開設有用於埋設電熱元件5的預留線孔，所述預留線孔以同樣的螺旋角度和方向盤繞在所述主體結構內螺旋壁4-3內，作為電熱元件5的電熱絲密封埋置於所述預留線孔內，用以向內外兩層的導流通道中的流體介質提供加熱。在雙層的螺旋導流通道之間的主體結構內螺旋壁4-3上開設有用以貫通兩導流層的流體通孔4-4，所述流體通孔4-4設有兩個，分別設在介質入口處和介質出口處。所述螺旋式內導流通道4-1和螺旋式外導流通道4-2在軸向上的截面形狀為連續的波浪段；所述波浪段具有一波谷低點x，與所述波谷低點x相鄰的兩側高點分別定義為第一波峰高點y和第二波峰高點y1，以分別經過波谷低點x和第一波峰高點y的兩垂直軸線的交點為原點o，則oy大於零，所述原點o至所述波谷低點x的距離ox應小於兩個相鄰波谷低點之間的距離xx1，所述波谷低點x與第一波峰高點y之間為弧線段，所述波谷低點x與所述第二波峰高點y1之間為直線段。所述螺旋式外導流通道4-2呈螺旋盤繞在所述主體結構內螺旋壁4-3外圍的管腔結構，其外周由主體結構外套筒4-5包覆密封。在所述泵體3兩端面設有密封圈9進行密封。所述螺旋式內導流通道4-1、螺旋式外導流通道4-2及電熱元件5在整個泵體3中的螺旋方向、螺紋升角均保持一致。

實施例2

本實施例與實施例1的不同之處在於

所述螺旋式內導流通道4-1和螺旋式外導流通道4-2在軸向上的截面形狀為連續的波浪段，所述波浪段具有一波谷低點x，與所述波谷低點x相鄰的兩側高點分別定義為第一波峰高點y和第二波峰高點y1，以分別經過齒根點z和第一齒尖點h的兩垂直軸線的交點為原點o，則oy大於零，所述原點o至所述波谷低點x的距離ox應小於兩個相鄰波谷低點之間的距離xx1，所述波谷低點x與第一波峰高點y之間為弧線段，所述波谷低點x與所述第二波峰高點y1之間為弧線段。

實施例3

本實施例與實施例1的不同之處在於

所述螺旋式內導流通道4-1和螺旋式外導流通道4-2在軸向上的截面形狀為連續的鋸齒段；所述鋸齒段具有一齒根點z，與所述齒根點z相鄰的兩側高點分別定義為第一齒尖點h和第二齒尖點h1；以分別經過齒根點z和第一齒尖點h的兩垂直軸線的交點為原點o，則原點o至第一齒尖點h之間的距離應大於零，即oh＞0；所述原點o至所述齒根點z之間的距離oz大於等於零或小於零，即oz≥0或oz＜0；所述原點o至齒根點z之間的距離oz應小於兩個相鄰齒根點之間的距離zz1，即oz<zz1；所述齒根點z與所述第一齒尖點h之間為直線段，所述齒根點z與所述第二齒尖點h1之間為直線段。

以下對本發明的一種熱力泵地暖裝置的工作過程及設計原理作詳細的描述：

本發明的一種熱力泵地暖裝置，將地暖管路的進水管路和出水管路分別與熱力泵的介質出口和介質入口相連，形成的是一個封閉的串並聯迴路（有串聯有並聯的迴路）。當此迴路中的流體導熱水處於自然平衡狀態時，迴路中的水處於靜態無序的非循環狀態，其內能處於無序紊亂的狀態；而當熱力泵通電工作，電熱元件5加熱時，水分子在微觀上發生了劇烈的運動變化，內能劇增，水分子在螺旋式內導流通道4-1和螺旋式外導流通道4-2構成的雙層螺旋管路的結構作用下，發生了連續的軸向渦流和徑向渦流，產生了有序的軸向運動，由此而產生液壓推力，在軸向渦流和徑向渦流的協同作用下，產生的類似龍捲風的螺旋渦流，使泵體對內部介質產生了泵送效應，促使介質從介質入口方向向介質出口方向流動。在整個工作過程中，該熱力泵的電熱元件與介質之間的溫差越大，介質的流速越快，泵吸效果越好，即泵送的吸力大小與溫差大小成正比。

本發明的一種熱力泵地暖裝置，採用的熱力泵通過在泵體上形成的雙層螺旋狀導流通道，給泵體內部的流體介質提供了一個連續性強且能夠產生泵吸效果的軸嚮導流空間，將流體介質的旋轉運動轉換成熱量載體的有序的軸向直線運動，在這個過程中，流體介質在泵體內做強制性流動，微觀狀態下，流體介質分子的無序運動逐漸向有序的運動方向轉變。

本發明的一種熱力泵地暖裝置與傳統換熱裝置相比，將熱能直接轉化為液壓能的能力大大提高，轉換過程中熱能損耗小，利用率高。本明的熱力泵除了能夠應用在現有熱泵、熱管所涉及的領域外，還能夠廣泛的應用於不允許有機械摩擦和化學汙染的領域。

根據實驗驗證，以下給出本發明的一種熱力泵地暖裝置與傳統供熱方式在各種指標中的性能對比：

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