CN103017413A - 一种水平式地埋管系统 - Google Patents

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康喆
郑宗和
王善洪
曹建丰
张中奇
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TIANJIN XINYUAN TIANJIN-UNIVERSITY HEAT-PUMP TECHNOLOGY Co Ltd
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

一种水平式地埋管系统，属于换热设备领域，所述水平地埋管铺设于地下土壤中，其输入端与输出端分别与地上的地源热泵连接；所述分离式热管布置于水平地埋管的上方；所述重力式热管垂直布置于水平地埋管的下方。本发明的优点是：利用热管的高效传热特性，强化水平地埋管与深层土壤的换热效能，从而提高了换热量，节省了占地面积，具有结构简单、稳定、高效、可靠的优点。

Description

一种水平式地埋管系统
技术领域
 本发明属于地源热泵的一种地埋管，特别涉及一种能与土壤高效换热，节约空间的一种水平式地埋管系统。
背景技术
随着能源危机的日益紧迫，节能技术的研究和应用得到了很快的发展。其中利用地表下具有良好温度性质的土壤作为地源热泵热源（或冷源）的技术被越来越广泛地应用。这是因为在制冷或制热时，土壤源的温度特性要比空气源的温度特性优越，使得地源热泵比空气源热泵的节能性更好。随着地源热泵装置的普及，地埋管换热器作为地源热泵的重要组成部分，其与土壤的换热能力受到了地源热泵行业的广泛关注。地埋管换热器，主要功能是在冬季时将土壤中的热量传递至热泵机组，夏季时将土壤的冷量传递至热泵机组。地埋管目前主要分为两种形式，一种是需要打井的竖直式地埋管，目前存在的问题有：一、打井有一定深度，造价较高；二、施工时地埋管间的分离支架较易破损，造成局部热量短路，使热泵机组运行性能下降。还有一种形式是水平式地埋管，主要特点是无需打井，成本与竖直式地埋管相比较低。目前存在的问题是：一、占地面积较大；二、长期使用时，对于地下水流动不强的土壤会引发局部升温，使热泵在不经济的情况下运行。地源热泵的两种埋管方式都有让人不够满意之处。
热管于1944年初步提出以来，经历了多年的研究和发展，已经广泛应用于航天，电子，医疗等诸多领域，制作工艺成熟，性能稳定。热管与地埋管的结合使用，还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有水平式地埋管换热器存在的问题，提出一种能与土壤高效换热的水平式地埋管系统,采用两组热管均衡土壤上下层温差，保证水平式地埋管在一个恒温土壤层中，热管作为一种高效的传热结构可以利用管中工质的相变将蒸发段的热量迅速传递至冷凝段。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种水平式地埋管系统，其特征在于：它包括分离式热管、水平地埋管和重力式热管；所述水平地埋管铺设于地下土壤中，其输入端和输出端分别与地上的地源热泵连接；所述分离式热管布置于水平地埋管的上方；所述重力式热管垂直布置于水平地埋管的下方。
所述分离式热管包括蒸发段、冷凝段、蒸汽上升管和液体下降管，蒸发段与冷凝段通过蒸汽上升管和液体下降管连通，形成一个循环回路。
所述重力式热管包括热管管壳和毛细吸液芯，热管管壳为真空壳体，重力式热管依次包括蒸发段、绝热段和冷凝段，壳体内套装毛细吸液芯，毛细吸液芯内灌装工质冷凝液。
 
本发明的优点和有益效果是：
1、通过热管的高效导热，实现水平地埋管长期处于恒温条件下，能够增强其换热能力，增大水平地埋管单位面积的换热量，能够使水平地埋管在相比于传统水平地埋管在较小的面积内完成高效的换热，节约水平地埋管的占地面积，解决了水平地埋管占地面积大的难题。
2、均衡土壤的吸放热能力，平衡土壤温度场，提高地源热泵的使用寿命。
3、利用重力式热管作为底部换热热管，重力式热管主要由冷凝段，蒸发段，绝热段三部分组成，其中绝热段主要是敷设保温层，减少管内工质与外界土壤的换热，减少热量的损耗。结构简单。将重力式热管布置于水平地埋管以下，使冷凝段与水平地埋管相接触，蒸发段布置于更深层的土壤中，只需将管段垂直打入地下，更加便于安装。
4、利用分离式热管作为顶部换热热管，分离热管铺满水平埋管的上方，使地埋管受热更均匀，换热效果更好。
附图说明
图1为重力式热管结构示意图，
图2为分离式热管结构示意图，
图3为本发明结构示意图。
其中： 1-重力式热管蒸发段，2-重力式热管绝热段，3-重力式热管冷凝段，4-毛细吸液芯， 5-重力式热管管壳，6-水平地埋管，7-土壤，8-分离式热管，9-分离式热管蒸发段，10-分离式热管冷凝段，11-蒸汽上升管，12-液体下降管，13-排气阀，14-重力式热管，15-水平地埋管输入端，16-水平地埋管输出端。
具体实施方式
实施例：如图3所示，安装前应该确定地埋管所需的工作温度，选择匹配工质。本实施例选择重力式热管的工质为乙醇，根据地埋管工作温度确定重力式热管冷凝温度，即热管工作温度。选择分离式热管的工质为甲醇，根据地埋管的工作温度确定分离式热管的蒸发温度。重力式热管长度选用3米，分离式热管的换热面积铺满整体地埋管区域。
安装时，先挖好敷设水平地埋管的管沟，将抽真空的重力式热管１４垂直打入地下，管沟的底部为重力式热管的蒸发段１，向上依次为绝热段２和冷凝段３，在重力式热管的管壳５内套装毛细吸液芯４，毛细吸液芯４中灌装工质冷凝液乙醇，重力式热管的绝热段２外敷设保温层，减少管内工质与外界土壤的换热，减少热量的损耗；水平地埋管６布置于重力式热管的上方，使重力式热管的冷凝段３与水平地埋管６相接触，重力式热管的蒸发段１布置于更深层的土壤７中，水平地埋管６的输入端１５和输出端１６分别与地上的地源热泵连接；最后，在水平地埋管6的上方铺满分离式热管８，分离式热管８的蒸发段９位于水平地埋管６附近，分离式热管８的冷凝段１０位于地表面土壤７，分离式热管８的蒸发段９中灌装工质冷凝液甲醇，蒸发段９与冷凝段１０通过蒸汽上升管１１和液体下降管１２连通，形成一个循环回路，分离式热管的冷凝段安装排气阀13。
采用两组热管，其中一组是重力式热管，一组是分离式热管。重力式热管布置于水平地埋管下方，当水平地埋管层温度降低至底部重力式热管的工作温度时，底部重力式热管开始工作，工质在接近水平地埋管处冷凝，放出热量，提升水平地埋管附近温度，冷凝为饱和液的工质由于密度差，回落至地下，地下温度较高，故工质在热管底部蒸发，上升至地埋管附近，如此反复，详见图1。分离式热管布置于水平地埋管以上，当地埋管附近温度过高时，分离式热管底部工质蒸发，吸收地埋管附近土壤热量，降低附近温度，直到地埋管的正常工作温度。详见图2。

Claims (4)

1.一种水平式地埋管系统，其特征在于：它包括分离式热管、水平地埋管和重力式热管；所述水平地埋管铺设于地下土壤中，其输入端和输出端分别与地上的地源热泵连接；所述分离式热管布置于水平地埋管的上方；所述重力式热管垂直布置于水平地埋管的下方。
2.如权利要求1所述的一种水平式地埋管系统，其特征在于：所述分离式热管包括蒸发段、冷凝段、蒸汽上升管和液体下降管，蒸发段与冷凝段通过蒸汽上升管和液体下降管连通，形成一个循环回路。
3. 如权利要求1所述的一种水平式地埋管系统，其特征在于：所述重力式热管包括热管管壳和毛细吸液芯，热管管壳为真空壳体，重力式热管依次包括蒸发段、绝热段和冷凝段，壳体内套装毛细吸液芯，毛细吸液芯内灌装工质冷凝液。
4. 如权利要求1所述的一种水平式地埋管系统，其特征在于：所述分离式热管的冷凝段安装排气阀。
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