熱管地表熱能利用系統的製作方法

2023-06-05 21:20:56 1

專利名稱：熱管地表熱能利用系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及地表熱能利用，用於地表熱能的傳熱、集熱、換熱，其應 用領域熱能的各種應用，包括建築供暖、溫室栽培、水產養殖等。
背景技術：
熱管在地表熱能的應用中，主要有"凍土防護"，如在青藏鐵路中所採用的 熱管，主要的目的是為了防止凍土解凍，將凍土中的熱能傳遞出來，此目的並 非將地表的熱能加以利用。其次，也有採用熱管用於冬季融雪，這種技術主要 是對道路交通、機場等進行融雪，熱管的整體都是被埋在地表以下，熱管的熱 能被直接在地表以下被利用，地下的熱能沒有被傳導到地面以上被利用。除此 之外的應用中，還沒有將熱管直接進行傳遞到地面，加以熱能的利用的案例。
發明內容
本實用新型的目的就是提供一種採用熱管技術實現對地表熱能進行利用的 設備，將熱管的冷凝端埋入到地表一下，在熱管的蒸發段上設置有一個換熱器， 將熱管的熱能通過換熱器進行熱能的交換後，實現對熱能的利用。
特別是針對熱泵的換熱，為熱泵技術提供了一種新的技術方法，實現與地 表熱能進行換熱。本實用新型能夠實現將地下的熱能快速、穩定、安全的傳導 到地面加以利用，在目前能源稀缺的時代，為人類的生活和生產帶來重要的意 義，地表熱能是太陽能的儲存形式，也是地球地心的熱能傳遞發散的交換地點， 因而其常年有穩定的利用價值，將此部分熱能加以利用，可以為人類能源的利
用提供一種新的技術方法，利用熱管技術的優勢，將地表熱能直接傳遞到地面 進行利用，可以為地表熱能的利用提供一種全新的技術方法。
具體實用新型的內容如下
熱管地表熱能利用系統，至少含有一個熱管，熱管的蒸發端被埋入地下， 熱管冷凝端設置有至少一個換熱設備，將地表熱能直接通過熱管傳輸到地面加 以利用。
利用熱管高效傳熱的特性，將地表熱能進行吸收後傳遞到冷凝端，通過冷凝端的換熱器進行熱能的交換後，實現對熱能的交換以及利用。
所述熱管的腔體為一個外形為直線、曲線但相互連通的空腔和/或一個外形 為環的相互連通的空腔。
熱管腔體可以是任何形狀和結構的一個相互連通的腔體，其外形為直線、 曲線，或外形為環的腔體。熱管的腔體包含有一個腔體的結構以及多個腔體的 結構，或者是一個環的腔體，或多個環的腔體。
熱管的斷面形狀為下列之一圓形、矩形、多邊形、橢圓形、菱形、方形；
熱管的形狀是下列至少下列形狀之一
彎曲的、蛇行、波浪形、螺旋形；
熱管腔體的直徑或截面的長度相同或不同；
熱管的至少一部分殼體內部或殼體外部上設計有翅片；
熱管的材質為下列的一種
碳鋼(鐵)、不鏽鋼、銅、鋁以及其合金金屬、非金屬管或金屬非金 屬複合管；
為實現對熱管的控制，在熱管上設置有控制器件、儀表、傳感器件，控制 器件可以採用閥門，但是所採用的閥門必須保持熱管腔體的真空度，採用控制 器件、儀表、傳感器件實現對熱管的傳熱大小、傳熱不傳熱、傳熱實際時間等 熱能性質進行控制。
熱管的埋入地下與地層接觸部分灌入導熱和/或防腐性能的物質，在與地面 接觸部份的外殼設置有保溫材料。
所述的換熱設備至少選擇自下列一種
A、通過熱管冷凝端的殼體或設置在熱管冷凝端殼體上的翅片與地面
空氣進行換熱；
B、 多個熱管的冷凝端被設置在一個共同的換熱器中進行換熱；
C、 在熱管的冷凝端設置有一個套管，在套管上設置有至少一個進口 以及一個出口，流體通過進口進入，通過出口流出實現與熱管的 換熱；
D、 通過一個一端與熱管冷凝端進行連接的換熱器進行換熱；
E、 建築牆體的內部，並嵌入到建築牆體之中，與建築牆體成為一體。 將換熱設備直接與下列設備至少之一進行連接
A、建築供暖設備；B、 農業溫窒栽培熱能設備；
C、 農業水產養殖熱能設備；
D、 農業畜牧養殖熱能設備；
E、 熱泵與地表換熱設備。
本實用新型的有益效果是，可以通過熱管技術將地下的熱能快速、穩定、 安全的傳導到地面加以利用，為地表熱能的利用提供一種全新的技術方法。


圖中所示的標號含義如下
1:蒸發端，2:冷凝端，3:進口， 4:出口， 5:地表，6:換熱設備，7: 保溫材料，8:導熱防腐材料，9:控制器件，10:儀表，11:環，12:建築腔體。
圖1是熱管地表熱能利用系統示意圖
一個熱管，其蒸發端被設置在地表內，並埋入土地中，其冷凝端上設置有 一個換熱設備，在換熱設備上設置有一個進口與一個出口，在接近地面的部位 設置有保溫材料，在蒸發端設置有導熱保溫材料，熱管的蒸發端將熱能傳遞到 冷凝端，在冷凝端換熱設備的進口流入的流體與冷凝端進行換熱，然後經由出 口流出，實現熱能的交換與利用。
圖2是帶翅片的熱管地表熱能利用系統示意圖
本系統在熱管的冷凝端設置有一個翅片，通過翅片與空氣直接進行換熱， 實現熱能的交換，此時，翅片即為換熱設備。
圖3是多個熱管冷凝端串聯換熱系統示意圖
多個熱管的冷凝端進行串聯，實現多個熱管的換熱，流體經由入口進入， 然後從出口流出，實現了對流體的換熱。
圖4是多個蒸發端並聯換熱系統示意圖
多個蒸發端與一個共同的冷凝端組成了一個地表熱能利用系統，在冷凝端 設置有一個換熱器，實現了地表熱能的交換與利用。
圖5是帶有一個環的熱管系統示意圖
含有一個環的熱管結構，熱管的腔體的形狀為一個環，在地表以上的環的 部分，設置有一個換熱器，換熱器與熱管的冷凝端進行換熱，在環上還是設置有控制器件以及儀表，用於對熱管系統的控制，採用帶環的熱管系統，實現了 對地表熱能的利用。
圖6是帶有一個環的熱管與換熱器系統示意圖
帶有一個環的換熱器，此時的換熱器為一個板式、管殼等不同形式的換熱 器，實現熱管與換熱器的結合與連接，使得熱能被高效的利用。 圖7是多個熱管與一個共同的換熱設備示意圖
多個熱管的冷凝端設置在一個共同的換熱器中進行換熱， 一個共同的換熱 器中含有三個熱管的冷凝端。
圖8是多個蒸發端與多個冷凝端的熱管系統示意圖-
含有多個蒸發端與多個冷凝端的熱管系統，在不同的熱管的冷凝端設置有 串聯的換熱設備，實現熱能的交換。三個蒸發端的熱管的直徑不相同，實現了 不同的直徑的熱管的地表熱能利用。
圖9是與建築腔體一體化的熱管系統示意圖
熱管的冷凝端設置在建築腔體的內部，熱管的蒸發端設置在地表一下，熱 管熱能直接的傳遞的建築腔體的內部，實現對建築隊的腔體的保溫與溫度控制。
具體實施方式
案例一、標準的熱管利用系統
參見圖1:採用直徑為38MM的碳鋼管，在其地表部位設置有保溫材料(7)， 在底部設置有導熱防腐材料(8)。其蒸發端設置在地表一下，其冷凝端(2)設 置在地面以上，在冷凝端設置有換熱設備(6)，在其上設置有進口以及一個出 口 (4)，採用水作為傳熱的流體介質，熱管將水加熱後加以利用。
案例二、翅片空氣熱交換器
參見圖2:本案例中，採用翅片(6)為熱交換器件，熱管的熱能直接被傳 送到地面，直接與空氣進行熱交換，該方式可以實現對建築物以及溫室的直接 加熱，熱量直接被傳遞到空氣中被利用。在其上還設置有控制器件(9)，實現 對熱管的控制。
案例三、含有多個冷凝端的熱管系統
參見圖3:採用直徑108MM的複合PVC管，其管的內壁為鋁，外層為PVC， 長度為13米，其蒸發端可以直接埋入到地下，其冷凝端(2)上設置有換熱器， 將四個換熱器進行串聯，熱流體為水，實現將熱流體進行連續加熱，從而得到 溫度為IO度的水，在冬季可以利用此種水作為熱泵的熱源，在利用熱泵將溫度提升，實現在冬季的供瞹。
案例四、含有三個蒸發端一個冷凝端的熱管系統
參見圖4:採用直徑為38薩的不鏽鋼管，每個長度為1米，三個蒸發端進 行焊接後與一個冷凝端(2)進行連接，冷凝端(2)也採用直徑為58醒的不鏽 鋼管，冷凝端(2)設置有一個進口以及一個出口的熱交換器，實現對地熱的利 用。
案例五、 一個閉環熱管
參見圖5:採用直徑為38MM的碳鋼管，使其成為長度為3米，寬度為5米 的長方形，在其上設置有儀表以及開關閥門，其冷凝端(2)為長方形的地面部 分，在其上設置有一個換熱器(6)，通過換熱器加工熱流體製冷劑R134，實現 對製冷劑的加熱。
案例六、 一個板式換熱器的熱管系統
參見圖6:採用直徑為10MM的銅金屬管，銅管埋入地表一下的深度為1.5 米，長度為10米，將其兩端與板式換熱器(6)的兩端進行連接，被加熱的流體為 氨氣，通過板式換熱器實現對氨氣的加熱，可以用於熱泵的熱源端。
案例七、含有三個熱管冷凝端的換熱器
參見圖7:釆用截面為長方形的鋁型材管，作為本案例的熱管殼體，其規格 為12MM長15顧寬，埋入地下部分為3米，三個熱管的冷凝端(2)被設置在一
個共同的換熱器中，換熱器上設置有進口以及出口，實現對地表熱能的利用。 案例八、多個蒸發端以及多個冷凝端的熱管系統
參見圖8:採用一個"循環自激振蕩熱管的結構"，多個蒸發端都被埋入到 地面一下，多個冷凝端(2)被設置在地面以上，熱管的殼體採用直徑為30麗 的不鏽鋼管，整體長度為20米，採用一個換熱器將多個冷凝端(2)進行換熱， 實現採用"循環自激振蕩熱管的結構"的地表熱能的利用。
案例九建築物的直接加熱利用
參見圖9:將直徑為12MM的PVC複合管的蒸發端埋入地下，地下部分的長 度為30米，冷凝端(2)直接被加入到建築牆體中，直接將熱能通過建築腔體 加熱到建築物的內部，實現溫度的調價與控制。
權利要求1、熱管地表熱能利用系統，其特徵是含有至少一個熱管，熱管的至少一個蒸發端被埋入地下，熱管的至少一個冷凝端設置有至少一個換熱設備。
2、 根據權利要求1所述的熱管地表熱能利用系統，其特徵是所述熱管的腔 體為一個外形為直線、曲線且相互連通的空腔和/或一個外形為環的相互 連通的空腔。
3、 根據權利要求1所述的熱管地表熱能利用系統，其特徵是熱管的材質為 下列的一種碳鋼、不鏽鋼、銅、鋁以及其合金金屬、非金屬管或金屬非金屬複合管。
4、 根據權利要求1所述的熱管地表熱能利用系統，其特徵是在熱管上設置 有控制器件、儀表、測量傳感器。
5、 根據權利要求1所述的熱管地表熱能利用系統，其特徵是熱管的埋入地 下與地層接觸部分設置有導熱和/或防腐性能的物質，在與地面接觸部份 的外殼設置有保溫材料。
6、 根據權利要求1所述的熱管地表熱能利用系統，其特徵是將多個熱管的 蒸發端或一個熱管的多個蒸發端埋入到地表一下，多個熱管的冷凝端進行 串聯、並聯或共用一個換熱器進行換熱。
7、 根據權利要求1所述的熱管地表熱能利用系統，其特徵是所述的地面換 熱設備至少選擇自下列一種A、 通過熱管冷凝端的殼體或設置在熱管冷凝端殼體上的翅片與地面空氣進行換熱；B、 多個熱管的冷凝端被設置在一個共同的換熱器中進行換熱；C、 在熱管的冷凝端設置有一個套管，在套管上設置有至少一個進口 以及一個出口，流體通過進口進入，通過出口流出實現與熱管的換熱；D、 通過一個一端與熱管冷凝端進行連接的換熱器進行換熱；E、 建築牆體的內部，並嵌入到建築牆體之中，與建築牆體成為一體。
8、 根據權利要求1所述的熱管地表熱能利用系統，其特徵是將換熱設備直 接與下列設備至少之一進行連接A、建築供暖設備；B、 農業溫室栽培熱能設備;C、 農業水產養殖熱能設備;D、 農業畜牧養殖熱能設備;E、 熱泵與地表換熱設備。
專利摘要本實用新型涉及一種採用熱管實現對地表熱能進行利用的系統，採用將熱管的蒸發端埋入到地下，其蒸發端設置在地面上，在其蒸發端上設置有一個熱交換設備，將熱管的熱能進行熱交換後加以利用。採用本實用新型的技術可以實現對地表的熱能進行利用，可以廣泛的應用於建築供暖、建築供暖、農業溫室栽培熱能提供、農業水產養殖熱能系統、農業畜牧養殖熱能系統、熱泵地熱應用等領域。
文檔編號F24J3/08GK201145446SQ20072007827
公開日2008年11月5日 申請日期2007年1月19日 優先權日2007年1月19日
發明者李建民 申請人:李建民