一種水平式地埋管系統的製作方法

2023-12-04 18:52:56

專利名稱：一種水平式地埋管系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於地源熱泵的一種地埋管，特別涉及一種能與土壤高效換熱，節約空間的一種水平式地埋管系統。
背景技術：
隨著能源危機的日益緊迫，節能技術的研究和應用得到了很快的發展。其中利用地表下具有良好溫度性質的土壤作為地源熱泵熱源(或冷源)的技術被越來越廣泛地應用。這是因為在製冷或制熱時，土壤源的溫度特性要比空氣源的溫度特性優越，使得地源熱泵比空氣源熱泵的節能性更好。隨著地源熱泵裝置的普及，地埋管換熱器作為地源熱泵的重要組成部分，其與土壤的換熱能力受到了地源熱泵行業的廣泛關注。地埋管換熱器，主要功能是在冬季時將土壤中的熱量傳遞至熱泵機組，夏季時將土壤的冷量傳遞至熱泵機組。地埋管目前主要分為兩種形式，一種是需要打井的豎直式地埋管，目前存在的問題有:一、打井有一定深度，造價較高；二、施工時地埋管間的分離支架較易破損，造成局部熱量短路，使熱泵機組運行性能下降。還有一種形式是水平式地埋管，主要特點是無需打井，成本與豎直式地埋管相比較低。目前存在的問題是:一、佔地面積較大；二、長期使用時，對於地下水流動不強的土壤會引發局部升溫，使熱泵在不經濟的情況下運行。地源熱泵的兩種埋管方式都有讓人不夠滿意之處。熱管於1944年初步提出以來，經歷了多年的研究和發展，已經廣泛應用於航天，電子，醫療等諸多領域，製作工藝成熟，性能穩定。熱管與地埋管的結合使用，還未見報導。
發明內容本實用新型的目的是針對現有水平式地埋管換熱器存在的問題，提出一種能與土壤高效換熱的水平式地埋管系統，採用兩組熱管均衡土壤上下層溫差，保證水平式地埋管在一個恆溫土壤層中，熱管作為一種高效的傳熱結構可以利用管中工質的相變將蒸發段的熱量迅速傳遞至冷凝段。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:一種水平式地埋管系統，其特徵在於:它包括分離式熱管、水平地埋管和重力式熱管；所述水平地埋管鋪設於地下土壤中，其輸入端和輸出端分別與地上的地源熱泵連接；所述分離式熱管布置於水平地埋管的上方；所述重力式熱管垂直布置於水平地埋管的下方。所述分離式熱管包括蒸發段、冷凝段、蒸汽上升管和液體下降管，蒸發段與冷凝段通過蒸汽上升管和液體下降管連通，形成一個循環迴路。所述重力式熱管包括熱管管殼和毛細吸液芯，熱管管殼為真空殼體，重力式熱管依次包括蒸發段、絕熱段和冷凝段，殼體內套裝毛細吸液芯，毛細吸液芯內灌裝工質冷凝液。本實用新型的優點和有益效果是:1、通過熱管的高效導熱，實現水平地埋管長期處於恆溫條件下，能夠增強其換熱能力，增大水平地埋管單位面積的換熱量，能夠使水平地埋管在相比於傳統水平地埋管在較小的面積內完成高效的換熱，節約水平地埋管的佔地面積，解決了水平地埋管佔地面積大的難題。2、均衡土壤的吸放熱能力，平衡土壤溫度場，提高地源熱泵的使用壽命。3、利用重力式熱管作為底部換熱熱管，重力式熱管主要由冷凝段，蒸發段，絕熱段三部分組成，其中絕熱段主要是敷設保溫層，減少管內工質與外界土壤的換熱，減少熱量的損耗。結構簡單。將重力式熱管布置於水平地埋管以下，使冷凝段與水平地埋管相接觸，蒸發段布置於更深層的土壤中，只需將管段垂直打入地下，更加便於安裝。4、利用分離式熱管作為頂部換熱熱管,分離熱管鋪滿水平埋管的上方,使地埋管受熱更均勻，換熱效果更好。

圖1為重力式熱管結構示意圖，圖2為分離式熱管結構示意圖，圖3為本實用新型結構示意圖。其中:1-重力式熱管蒸發段，2-重力式熱管絕熱段，3-重力式熱管冷凝段，4-毛細吸液芯，5-重力式熱管管殼，6-水平地埋管，7-土壤，8-分離式熱管，9-分離式熱管蒸發段，10-分離式熱管冷凝段，11-蒸汽上升管，12-液體下降管，13-排氣閥，14-重力式熱管，15-水平地埋管輸入端，16-水平地埋管輸出端。
具體實施方式
實施例:如圖3所示，安裝前應該確定地埋管所需的工作溫度，選擇匹配工質。本實施例選擇重力式熱管的工質為乙醇，根據地埋管工作溫度確定重力式熱管冷凝溫度，即熱管工作溫度。選擇分離式熱管的工質為甲醇，根據地埋管的工作溫度確定分離式熱管的蒸發溫度。重力式熱管長度選用3米，分離式熱管的換熱面積鋪滿整體地埋管區域。安裝時，先挖好敷設水平地埋管的管溝，將抽真空的重力式熱管I 4垂直打入地下，管溝的底部為重力式熱管的蒸發段I，向上依次為絕熱段2和冷凝段3，在重力式熱管的管殼5內套裝毛細吸液芯4，毛細吸液芯4中灌裝工質冷凝液乙醇，重力式熱管的絕熱段2外敷設保溫層，減少管內工質與外界土壤的換熱，減少熱量的損耗；水平地埋管6布置於重力式熱管的上方，使重力式熱管的冷凝段3與水平地埋管6相接觸，重力式熱管的蒸發段I布置於更深層的土壤7中，水平地埋管6的輸入端I 5和輸出端I 6分別與地上的地源熱泵連接；最後，在水平地埋管6的上方鋪滿分離式熱管8，分離式熱管8的蒸發段9位於水平地埋管6附近，分離式熱管8的冷凝段I O位於地表面土壤7，分離式熱管8的蒸發段9中灌裝工質冷凝液甲醇，蒸發段9與冷凝段I O通過蒸汽上升管I I和液體下降管I 2連通，形成一個循環迴路，分離式熱管的冷凝段安裝排氣閥13。採用兩組熱管，其中一組是重力式熱管，一組是分離式熱管。重力式熱管布置於水平地埋管下方，當水平地埋管層溫度降低至底部重力式熱管的工作溫度時，底部重力式熱管開始工作，工質在接近水平地埋管處冷凝，放出熱量，提升水平地埋管附近溫度，冷凝為飽和液的工質由於密度差，回落至地下，地下溫度較高，故工質在熱管底部蒸發，上升至地埋管附近，如此反覆，詳見圖1。分離式熱管布置於水平地埋管以上，當地埋管附近溫度過高時，分離式熱管底部工質蒸發，吸收地埋管附近土壤熱量，降低附近溫度，直到地埋管的正常工作溫度。詳見圖2。
權利要求1.一種水平式地埋管系統，其特徵在於:它包括分離式熱管、水平地埋管和重力式熱管；所述水平地埋管鋪設於地下土壤中，其輸入端和輸出端分別與地上的地源熱泵連接；所述分離式熱管布置於水平地埋管的上方；所述重力式熱管垂直布置於水平地埋管的下方。
2.如權利要求1所述的一種水平式地埋管系統，其特徵在於:所述分離式熱管包括蒸發段、冷凝段、蒸汽上升管和液體下降管，蒸發段與冷凝段通過蒸汽上升管和液體下降管連通，形成一個循環迴路。
3.如權利要求1所述的一種水平式地埋管系統，其特徵在於:所述重力式熱管包括熱管管殼和毛細吸液芯，熱管管殼為真空殼體，重力式熱管依次包括蒸發段、絕熱段和冷凝段，殼體內套裝毛細吸液芯，毛細吸液芯內灌裝工質冷凝液。
4.如權利要求1所述的一種水平式地埋管系統，其特徵在於:所述分離式熱管的冷凝段安裝排氣閥。
專利摘要一種水平式地埋管系統，屬於換熱設備領域，所述水平地埋管鋪設於地下土壤中，其輸入端與輸出端分別與地上的地源熱泵連接；所述分離式熱管布置於水平地埋管的上方；所述重力式熱管垂直布置於水平地埋管的下方。本實用新型的優點是利用熱管的高效傳熱特性，強化水平地埋管與深層土壤的換熱效能，從而提高了換熱量，節省了佔地面積，具有結構簡單、穩定、高效、可靠的優點。
文檔編號F25B30/06GK203068877SQ201320027230
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者康喆, 鄭宗和, 王善洪, 曹建豐, 張中奇 申請人:天津新源天大熱泵技術有限公司