CN109028607A - 一种盘管盘绕管径变化的微生物土壤净化的太阳能环路热管系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盘管盘绕管径变化的微生物土壤净化的太阳能环路热管系统，包括太阳能装置和环路热管装置，所述太阳能装置包括太阳能集热器、换热器，所述换热器连接太阳能集热器，所述风机将空气输入到换热器，在换热器中加热成热空气后，进入环路热管装置；所述环路热管装置包括空气进口通道、空气出口通道、环路热管和气体腔室，所述环路热管包括蒸发端和冷凝端，所述冷凝端设置在气体腔室的下部壁面上；所述气体腔室设置在土壤中，所述冷凝端是位于气体腔室下部外壁面的盘管，所述气体腔室的下部壁面是圆形结构，沿着圆形结构中心向径向方向，盘管的管径越来越大。主要原因是将通过如此设置，能够使得热量先从圆形结构的外端开始散热，然后逐渐向内。因为外端的盘管的管径大，需要更多热量，使得整体散热均匀，增强土壤修复效果。使得整体修复均匀。

Description

一种盘管盘绕管径变化的微生物土壤净化的太阳能环路热管 系统

技术领域

本发明涉及太阳能和热管领域，尤其涉及一种微生物土壤净化的太阳能环路热管系统。

背景技术

热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。

热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备，其中包括核电领域，例如核电的余热利用等。

随着工业化的飞速发展，土壤污染问题日益严重，寻找一种绿色高效的土壤净化方法迫在眉睫。上世纪八十年代以来，土壤修复行业逐渐兴起。刘阳生、陈同斌等学者在国内开展了土壤修复研究工作，提出利用微生物催化降解有机污染物的方法，并提出通过改变各种环境条件来强化微生物降解作用以达到治理目的。但该方案存在不足:一方面没有做到节能，另一方面受到更多的地域限制和自然条件限制。

本发明提供了一种微生物土壤净化的太阳能环路热管系统，通过环路热管极高的传热效率和精确控制土壤温度、湿度、酸碱度，来保证微生物的活性，以达到快速净化土壤，去除污染的效果。装置由太阳能驱动，环路热管(LHP)的使用，对太阳能加以高效利用，将太阳能平板传热效率最大化，减少其余能源的使用。

发明内容

本发明提供了一种微生物土壤净化的太阳能环路热管系统，利用太阳能和环路热管相结合，利用反重力热管的性能及其拓展的换热面积，从而解决前面出现的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种盘管盘绕管径变化的微生物土壤净化的太阳能环路热管系统，包括太阳能装置和环路热管装置，所述太阳能装置包括太阳能集热器、换热器，所述换热器连接太阳能集热器，所述风机将空气输入到换热器，在换热器中加热成热空气后，进入环路热管装置；所述环路热管装置包括空气进口通道、空气出口通道、环路热管和气体腔室，所述环路热管包括蒸发端和冷凝端，所述冷凝端设置在气体腔室的下部壁面上；所述气体腔室设置在土壤中，所述冷凝端是位于气体腔室下部外壁面的盘管，所述气体腔室的下部壁面是圆形结构，沿着圆形结构中心向径向方向，盘管的管径越来越大。

作为优选，沿着圆形结构中心向径向方向，盘管的管径越来越大的幅度不断增加。

作为优选，所述气体腔室是扁平结构。

作为优选，空气进口通道的出口、空气出口通道的入口与气体腔室连通，所述热空气从空气进口通道引入到气体腔室的过程中与蒸发端进行换热，冷凝端将热传导给气体腔室周边的土壤。

作为优选，所述环路热管是反重力热管，所述蒸发端位于冷凝端上部，所述冷凝端通向蒸发端的管路中设置毛细芯。

作为优选，所述毛细芯的一部分或者全部设置在蒸发端。

作为优选，所述蒸发端包括上升管，所述上升管的至少一部分设置毛细芯，从而实现反重力热管的作用；毛细芯中心设置冷凝端流向蒸发端的管路，蒸发端的外壁面环绕设置纵向竖直翅片；空气出口通道设置在相邻的两个竖直翅片之间并与相邻的两个竖直翅片接触；热管的下降管设置在相邻的两个竖直翅片之间并与相邻的两个竖直翅片接触；所述上升管和下降管的至少一部分设置在空气进口通道内。

作为优选，气体腔室的顶部和底部为平面结构。

作为优选，设置多个气体腔室，所述多个气体腔室的气体进口通道为并联结构。

作为优选，所述冷凝端设置在气体腔室的上部、下部和侧部的外壁面。

作为优选，气体腔室的顶部和底部为平面结构。

作为优选，设置多个气体腔室，所述多个气体腔室的气体进口通道为并联结构。

作为优选，蒸发端设置在气体腔室的入口管，蒸发端的至少一部分充满了毛细芯，毛细芯中心设置冷凝端流向蒸发端的管路，蒸发端的外壁面环绕设置纵向竖直翅片。

作为优选，气体出口通道设置在相邻的两个竖直翅片之间并与相邻的两个竖直翅片接触。

作为优选，蒸发端流向的冷凝端管路设置在相邻的两个竖直翅片之间并与相邻的两个竖直翅片接触。

所述管路为多个，所述气体出口通道为多个，所述管路与气体出口通道的数量相等。

进一步优选，所述管路设置在相邻的气体出口通道的之间，所述气体出口通道4在相邻的蒸发端流向冷凝端管路9之间。

进一步优选，所述蒸发端流向冷凝端管路9中心与相邻的气体出口通道4中心距离相同；所述气体出口通道4中心与相邻的气体蒸发端流向冷凝端管路9中心距离相同。

作为优选，气体出口通道4的半径为R，蒸发端流向冷凝端管路9的半径为r，相邻翅片之间的夹角为A，满足以下要求：

Sin(A)＝a*(r/R)-b*(r/R)²-c；

a,b,c是参数，

其中1.23<a<1.24,0.225<b<0.235，0.0185<c<0.0195；

14°<A<30°；

0.24<r/R<0.5；

进一步优选，0.26<r/R<0.38。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1)本发明通过盘管盘绕管径的变化，从而使得散热面积逐渐增加，能够使得热量先从圆形结构的外端开始散热，然后逐渐向内。因为外端的盘管的管径大，散热面积大，需要更多热量，使得整体散热均匀，增强土壤修复效果。使得整体修复均匀。

2)本发明提出了一种新式结构的土壤净化装置，利用太阳能和反重力热管进行换热，将气体中的热量传递给土壤，通过环路热管极高的传热效率和精确控制土壤温度、湿度、酸碱度，来保证微生物的活性，以达到快速净化土壤，去除污染的效果。

3)本发明通过反重力热管的冷凝端缠绕或者盘绕在气体腔室外壁，以及气体腔室的面积的扩大，增加了换热面积，提高了换热效果。

4)本发明对环路热管蒸发端的结构的改进和设计，进一步提高换热系数。

5)本发明通过大量的数值模拟和实验，对环路热管的气体出口通道、蒸发端流向冷凝端管路9和相邻翅片之间的夹角进行了优化，进一步提高换热效率。

附图说明

图1为本发明的太阳能集热系统结构示意图。

图2为本发明的热管装置的一个实施例的视意图。

图3为图2的底部视图。

图4是热管装置的另一个实施例的视意图

图5是图4中A-A的截面图。

图6为本发明的多个蒸发端流向冷凝端管路(下降段)的结构示意图。

图7为本发明设置毛细芯位置的管路连接结构示意图。

图8是设置多个气体出口管道的结构示意图。

附图标记如下：1太阳能集热器，2风机，3换热器，4气体出口通道，5气体进口通道，6环路热管蒸发端，7气体腔室，8环路热管冷凝端，9蒸发端流向冷凝端管路(下降段)，10冷凝端流向蒸发端管路，11气体腔室入口管，12翅片，13毛细芯，14高温熔盐罐，15低温熔盐罐

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示，一种微生物土壤净化的太阳能环路热管系统，包括太阳能集热器1、换热器3和风机2，所述换热器3连接太阳能集热器1，所述风机2将空气输入到换热器3，在换热器3中加热成热气体后，进入环路热管装置的气体进口通道5。所述热管设置在土壤中，用于对土壤进行修复。

本发明利用太阳能加热本产生热源，将太阳能应用到土壤修复功能，节约了能源，开发成本大大降低。

进一步优选，所述太阳能集热器1与换热器3之间分别设置高温熔盐罐14和低温熔盐罐15，所述高温熔盐罐14设置在换热器3的上游，低温熔盐罐15设置在换热器3的下游。通过设置高温熔盐罐14和低温熔盐罐15，来存储太阳能的高温余热热能和低温余热热能，以满足在天气不好或者晚上进行热量利用。

参照图1，利用成熟的太阳能光热技术，产生可控的高温的热空气，产生的高温热空气通到埋藏土壤中的热管装置中。从而节约能量。

所述热管装置中包括反重力环路热管，如图4所示，所述热管包括蒸发端6和冷凝端8，所述蒸发端6位于冷凝端8上部，所述蒸发端6一部分设置在流体上升段，在流体上升段的蒸发端的至少一部分设置毛细芯13，如图6所示。

作为优选，蒸发端包括蒸发端流向冷凝端管路(下降段)9、上升段两部分。其中作为优选，上升段内设置冷凝端流向蒸发端管路10。

如图2所示的微生物土壤净化的太阳能环路热管系统，所述环路热管装置包括空气进口通道5、空气出口通道4、环路热管和气体腔室7，所述环路热管如图4所示，包括蒸发端6和冷凝端8，所述蒸发端6位于冷凝端8上部，所述冷凝端8通向蒸发端6的管路中设置毛细芯，所述冷凝端8设置在气体腔室的外壁上；所述气体腔室7设置在土壤中，所述环路热管是反重力热管，空气进口通道5的出口、空气出口通道4的入口与气体腔室7连通，所述热空气从空气进口通道5引入到气体腔室7的过程中与蒸发端进行换热，冷凝端将热传导给气体腔室周边的土壤。

本发明提供了一种新式结构的环路热管的土壤修复系统，通过设置环路热管作为高效传热工具，原理简单，结构紧凑，显著提高冷却效率。

作为优选，环路热管的蒸发端6的至少一部分安装在气体腔室7入口处。作为优选，所述环路热管的蒸发端6设置在气体腔室的入口管11中。气体腔室的入口管11连接空气进口通道5。

作为优选，所述气体进口通道5至少一部分设置在气体腔室7入口管中。通过如此设置，可以使得气体进口通道5中的气体直接通过入口管参与土壤修复的换热，使气体在流体和环路热管的共同作用下，进一步冷却，提高换热效果。

作为优选，气体腔室7是由导热材料组成，优选是金属，例如铜、铝。通过气体腔室的材料，使得气体的热量可以通过腔室向外传递，从而增加了一种换热方式，使得气体的热量通过环路热管、气体腔室传递给外部流体。

作为优选，如图2所示，所述气体腔室7是扁平结构。通过设置扁平管结构，可以使得气体腔室与土壤接触面积增加。

作为优选，如图3所述，从底部观察，所述气体腔室7是圆形结构。通过设置圆形结构，可以使得热量向周边散热均匀。

作为优选，如图3所示，所述冷凝端8是位于气体腔室下壁面的盘管。

作为优选，所述的空气出口通道4为多根。通过多根空气出口管道配合，可以快速的实现空气的排出。

作为优选，空气出口通道4的入口端从气体腔室的中心延伸到气体腔室的边部。例如图8。当然，图8仅仅展示了空气出口通道4，其它部件没有展示。通过将空气出口通道4的入口端设置在气体腔室的边部，可以迫使气体从中心流道边部，使得气体参与全程的换热，避免热空气发生短路。

作为优选，如图3所示，气体腔室下壁面设置凹槽，所述盘管设置在凹槽中。以便于冷凝端的固定。

作为优选，盘管结构从圆形结构的中心伸出，延伸圆形结构的外端，然后向着圆形结构的圆心盘绕，如图3所示。通过如此设置，能够使得热量先从圆形结构的外端开始散热，然后逐渐向内。因为外端的直径大，需要热量更多，而且因为热空气进入气体腔室，热空气通过腔室向外传递热量，相对而言，中部热源最足，因为热空气先进入中部。通过上述设置能够使得整体上土壤受热均匀。

作为优选，沿着圆形结构中心向径向方向，盘管的分布密度越来越大(相邻盘管之间的间距越老越小)。主要原因是将通过如此设置，因为中部热源最足，因为热空气先进入中部，外端的直径大，需要热量更多，外端的盘管的密度大，散热面积大，可以更多散热，使得整体散热均匀，增强土壤修复效果。使得整体修复均匀。

进一步优选，作为优选，沿着圆形结构中心向径向方向，盘管的分布密度越来越大的幅度不断增加。通过数值模拟和实验发现，通过上述结构可以进一步提高土壤受热的均匀度。

作为优选，沿着圆形结构中心向径向方向，盘管的直径越来越大。主要原因是将通过如此设置，因为中部热源最足，因为热空气先进入中部，外端的直径大，需要热量更多，外端的盘管的管径大，散热面积大，可以更多散热，使得整体散热均匀，增强土壤修复效果。使得整体修复均匀。

进一步优选，作为优选，沿着圆形结构中心向径向方向，盘管的直径越来越大的幅度不断增加。通过数值模拟和实验发现，通过上述结构可以进一步提高土壤受热的均匀度。增强土壤修复效果，使得整体修复均匀。

作为优选，所述冷凝端是缠绕在气体腔室外壁的环形管。

作为优选，从下部看，所述气体腔室7是正方形结构。

作为另一个实施例(没有示出)，所述气体腔室7是圆管结构，所述冷凝端缠绕在圆管上。所述圆管与气体腔室入口管11垂直。

作为优选，所述的气体腔室内设置辅助加热的电加热器。当空气的热量不足的时候，通过电加热器补充加热。

作为优选，还包括控制系统，所述控制系统通过检测空气进口通道的空气温度来控制电加热器加热。

如果测量的空气温度低于规定值，则控制系统启动电加热器进行加热。

如果测量的空气温度高于规定值，则控制系统停止电加热器的加热。

进一步优选，气体腔室7的入口管连接气体进口通道。

图2所述的气体腔室的结构是一种优选的实施例。但是图4的结构相对于图2的结构，在拓展换热面积方面差一些，而且图4的结构存在埋置在土壤中困难一些，但是图4的结构也能实现土壤的修复功能，因此也属于本申请的一个方案。如图4所示，所述气体腔室7从连接入口管的位置向下，刚开始是直径逐渐变大，然后到了一定位置后直径开始逐渐变小。有利于气体在气体腔室内流动，完成气体循环，并增加气体与气体腔室壁之间的换热效率。作为优选，如图2所示，气体腔室7的底部和顶部为平面结构。

作为优选，设置多个气体腔室7，所述多个气体腔室的气体进口通道5为并联结构。

作为优选，所述多个气体腔室的气体出口通道5为并联结构。

作为优选，环路热管的蒸发端6安装在气体腔室入口管，环路热管的冷凝端8缠绕于气体腔室外部，和外部土壤直接接触。环路热管冷凝器缠绕在气体腔室外部，与外部土壤充分接触，增加对热管蒸发端气体的散热，提高冷却效率。

如图4所示，所述冷凝端是缠绕在气体腔室外壁的环形管。

作为优选，沿着高度方向从上部到下部，环路热管的冷凝端8在气体腔室6外壁的缠绕的密度越来越大(环形管之间的而间距越老越小)。主要原因是将热量尽量集中在下部进行换热，因为下步温度低，需要更多的热量，因此通过增加密度来增加换热面积，增强土壤修复效果。使得整体修复均匀。通过实验发现，通过上述结构可以进一步提高11％左右的修复效果。

进一步优选，沿着高度方向从上部到下部，环路热管的冷凝端8在气体腔室6外壁的缠绕的密度越来越大的幅度不断增加。通过实验发现，通过上述结构可以进一步提高5％左右的修复效果。

作为优选，沿着高度方向从上部到下部，环路热管的冷凝端8在气体腔室6外壁的管径越来越大。主要原因是将热量尽量集中在下部进行换热，因为下步温度低，需要更多的热量，因此通过增加管径来增加换热面积，增强土壤修复效果。使得整体修复均匀。通过实验发现，通过上述结构可以进一步提高10％左右的修复效果。

进一步优选，沿着高度方向从上部到下部，环路热管的冷凝端8在气体腔室6外壁的管径越来越大的幅度不断增加。通过实验发现，通过上述结构可以进一步提高5％左右的修复效果。

作为优选，所述蒸发端6的至少一部分内设置毛细芯13，其毛细力提供工质回流循环的动力，同时使得回流的工质量达到传热的需求，从而实现反重力热管的作用。

通过设置毛细芯13，而毛细芯13因为自身设置在蒸发端，使得蒸发端的上升段6内自然而然产生流动阻力，使得蒸发端产生的蒸汽自然流向阻力小的蒸发端流向冷凝端管路9，从而形成了反重力热管。

作为优选，所述毛细芯13只设置在蒸发端的的上升段中，作为优选设置在上升段的一部分中。例如图4、图6、7所示。

作为优选，气体出口通道4的至少一部分设置在气体腔室的入口管中，气体出口的冷气体预冷气体进口的热气体。通过出口气体与进口气体的换热，进一步实现换热效果，增加水的凝结效率。

作为优选，如图4所示，蒸发端设置在气体腔室的入口管，蒸发端的上升段充满了毛细芯13，以提供足够大的毛细力，毛细芯13中心设置冷凝端流向蒸发端的管路10，通过如此设置管路10(中无毛细芯)，可以减少管路的流体阻力，使得工质回流更顺利，提高抗重力状态下的传热能力，蒸发端的的上升段外壁面环绕设置纵向竖直翅片12，增加换热面积，提高与气体的换热效率。

管路10为气体或液体管路，实现一个柔性布置，既管径较小，容易弯曲。环路热管原理为，如蒸发器侧与管路10为蒸汽管线，则原理为蒸发器受热内部工质蒸发，蒸汽沿蒸发器上出口进入管路10，然后流动到下部环绕的管路，与流体接触开始冷凝，当蒸汽全部冷凝后，受到蒸发器毛细芯毛细力作用回到蒸发器，从而实现工质的循环。

作为优选,管路10与毛细芯13之间连通。通过连通，能够实现毛细芯13与管路10之间的流体的流通，使得液体通过毛细芯上升过程中，如果因为吸热而产生较大的压力，例如甚至可能出现气泡，则可以通过管路10来均衡蒸发段的压力，从而保证压力的均衡。

进一步优选，所述毛细芯13延伸到冷凝端，以便直接将冷凝端的液体吸上去。进一步提高反重力热管的循环能力。

作为优选，毛细芯沿着高度方向分布，如附图3所示。进一步优选，沿着高度下降方向，所述毛细芯的毛细力逐渐增强。越是靠近冷凝端，毛细力越大。通过实验发现，采取此种方式，能够进一步提高对液体的吸力，在相同的成本下能够提高20％以上的吸力，从而提高换热效果。

通过进一步分析，初步原因可能是随着靠近冷凝端的毛细力越来越大，使得冷凝端的液体能够快速的吸到毛细芯中，并且液体不断的向蒸发端流动。在流动过程中，液体不断的吸热，则因为吸热导致的温度升高，密度变小，因此因为密度变化原因，使其需要的毛细力明显变小，因此在毛细力小的情况下也很容易就往上吸。上述的原因是本发明人通过大量的实验和研究得到的，非本领域的公知常识。

进一步优选，沿着高度下降方向，所述毛细芯的毛细力逐渐增强的幅度越来越大。通过实验发现，采取此种方式，能够进一步提高对液体的吸力，在相同的成本下能够进一步提高8％左右的吸力，从而提高换热效果。

作为优选，管路是在毛细芯中间开设的通孔形成。

作为优选，如图7所示，设置毛细芯的热管位置的管径大于不设置毛细芯的热管位置的管径。

进一步优选，如图7所示，所述设置毛细芯的热管位置的管子与不设置毛细芯的热管位置的管子之间的管径变化是连续变化。进一步优选是直线变化。大管径位置的管子和小管经的管子在连接处是通过收缩件连接的。收缩件的管径的变化是线性变化。

作为优选，气体出口通道4设置在相邻的两个竖直翅片12之间并与相邻的两个竖直翅片12接触。通过如此设置，可以减少设置独立的支撑气体出口通道4的机构，使得结构紧凑，出口通道的冷气体可通过管道与翅片换热，保持翅片的冷度，增强换热效果。

作为优选，蒸发端流向的冷凝端蒸发端流向冷凝端管路9设置在相邻的两个竖直翅片之间并与相邻的两个竖直翅片接触。通过如此设置，可以减少设置独立的支撑气体出口通道4的机构，使得结构紧凑,管道中的蒸汽可通过管道向翅片短暂少量传热，减少系统整体热阻，避免在地面抗重力情况下蒸发器内产生蒸汽过热，来减缓热管启动过程中的温度震荡现象。

进一步优选，所述蒸发端流向冷凝端管路9比气体出口通道4更靠近蒸发端管路的外壁，使得上述的两个传热过程能够同时实现，起到相应作用。

进一步优选，所述蒸发端流向冷凝端管路9的直径小于气体出口通道4。

作为优选，沿着可以设置多个蒸发端流向的冷凝端蒸发端流向冷凝端管路9，如图4、6所示。通过设置多个蒸发端流向冷凝端管路9，可以使得蒸发端吸热产生的蒸汽通过多个蒸发端流向冷凝端管路9进入冷凝端，进一步强化传热，而且因为热管内的流体吸热蒸发，导致体积增加，通过设置多个蒸发端流向冷凝端管路9，可以进一步缓解压力，提高换热效果。

进一步优选，所述竖直翅片延伸穿过气体腔室的入口管的圆心，所述蒸发端上升段管路与气体腔室的入口管具有相同的圆心。

作为优选，所述蒸发端流向冷凝端管路9为多个，所述多个蒸发端流向冷凝端管路9的圆心与蒸发端上升段管路之间的距离相同。

进一步优选，每相邻的两个竖直翅片12之间设置一个蒸发端流向冷凝端管路9。所述的蒸发端流向冷凝端管路9是并联结构。

作为优选，所述气体出口通道4为多个，所述多个气体出口通道4的圆心与蒸发端上升段管路之间的距离相同，使得翅片间温度分布更加均匀，且使得上述换热效果更明显。进一步优选，每相邻的两个竖直翅片12之间设置一个气体出口通道4。所述气体出口通道4是并联结构。

进一步优选，所述蒸发端流向冷凝端管路9为多个，所述气体出口通道4为多个，所述蒸发端流向冷凝端管路9与气体出口通道4的数量相等。

进一步优选，所述蒸发端流向冷凝端管路9设置在相邻的气体出口通道4的之间，所述气体出口通道4在相邻的蒸发端流向冷凝端管路9之间。进一步优选，所述蒸发端流向冷凝端管路9中心与相邻的气体出口通道4中心距离相同；所述气体出口通道4中心与相邻的气体蒸发端流向冷凝端管路9中心距离相同。即所述蒸发端流向冷凝端管路9设置在相邻的气体出口通道4的中间，所述气体出口通道4在相邻的蒸发端流向冷凝端管路9中间。即如图4所示，蒸发端流向冷凝端管路9所在的圆心与蒸发端6的圆心之间的第一连线，相邻的气体出口通道4圆心与蒸发端6的圆心之间形成第一连线、第三连线，第一连线与第二连线之间形成的第一夹角等于第一连线与第三连线之间形成的第二夹角。同理，气体出口通道4所在的圆心与蒸发端6的圆心之间的第四连线，相邻的蒸发端流向冷凝端管路9圆心与蒸发端6的圆心之间形成第五连线、第六连线，第四连线与第五连线之间形成的第三夹角等于第四连线与第六连线之间形成的第四夹角。即沿着圆周方向上，蒸发端流向冷凝端管路9和出口通道4均匀分布。

通过上述设置，可以保证蒸发端流向冷凝端管路9和气体出口通道4对入口气体进行吸热的均匀，避免局部受热不均。气体出口通道4吸收热量后可以继续参与换热，将热量通过翅片传递给蒸发端。

在数值模拟和实验中发现，气体出口通道4和蒸发端流向冷凝端管路9的管径相差不能太大，也不能太小，太大的话导致气体出口通道4和蒸发端流向冷凝端管路9分布的距离太远，导致通道4和蒸发端流向冷凝端管路9之间的气体换热不好，导致整体换热不均匀，太小的话导致气体出口通道4和蒸发端流向冷凝端管路9分布的距离太近，导致靠近入口管11的外壁的气体和/或靠近蒸发端6的外壁的气体换热不好，导致整体入口管11内的气体换热不均匀；同样的道理，相邻翅片12之间的夹角不能太大，太大的话会导致分布翅片少，换热效果过不好，同时导致气体出口通道4和蒸发端流向冷凝端管路9分布的数量太少，导致换热不均匀以及换热效果不好，同理，相邻翅片12之间的夹角不能太小，太小的话导致翅片分布太密，流动阻力大增，而且气体出口通道4和蒸发端流向冷凝端管路9的管径相差不大，但是他们同等面积的换热能力相差很大，因此此种情况下换热不均匀，导致换热效果不好。因此需要通过大量的数值模拟及其实验确定最佳的尺寸关系。

气体出口通道4的半径为R，蒸发端流向冷凝端管路9的半径为r，相邻翅片之间的夹角为A，满足以下要求：

Sin(A)＝a*(r/R)-b*(r/R)²-c；

a,b,c是参数，

其中1.23<a<1.24,0.225<b<0.235，0.0185<c<0.0195；

14°<A<30°；

0.24<r/R<0.5；进一步优选，0.26<r/R<0.38。

上述经验公式是通过大量数值模拟和实验得到，而且比先前的对数函数具有更高的准确度，而且经过试验验证，误差基本上在2.4以内。

进一步优选，a＝1.235,b＝0.231,c＝0.0190。

作为优选，所述的3<R<10mm；所述的1.5<r<4.0mm；

进一步优选，设置毛细芯位置的热管管径是30-40mm，进一步优选为32mm；

进一步优选，没有设置毛细芯位置的热管管径是5.0-6.4mm；

进一步优选，冷凝端流向蒸发端的管路的管径是5.0-6.4mm；

进一步优选，入口管11管径是80-200mm；优选，120-150mm；

进一步优选，翅片的竖直方向长度为780-1500mm，优选1200mm；翅片纵向延伸的长度占蒸发端6外径与气体出口通道4内径差值的95％。此长度下翅片的整体换热能力显著提高，换热系数也在合适的范围内，且对边界层的破环作用及流体流动效果的影响相对较小

气体过滤后，通过引风机将过滤后的气体吸入气体腔。外界热气体首先在所述进气通道5内与出气通道内正在排往室外的相对的温度低气体进行换热，换热后温度低的气体将热量通过翅片传递给蒸发端，与流体的金属外壁也有导热功能，二者共同作用完成气体换热。气体开始进入气体腔室后，较热气体先缓慢通过环路热管蒸发器翅片通道，与环路热管内介质完成换热，自身温度显著降低。剩余气体深入气体腔室7，通过腔体金属外壁与外界流体换热，随着气体的进一步换热，此时主要冷源由环路热管提供。所述环路热管的蒸发端6吸收热气体的热量，将液态工质蒸发成气态，然后通过气体腔室外部缠绕的环路热管冷凝端8将热量传导给外部流体，使气态工质冷凝成液态，且反重力环路热管具有能够使液体回流的特点。

作为优选，使用粉末冶金方法制备环路热管毛细芯。启动前，环路热管的蒸发器的毛细芯、补充腔及输液管中充满工质，而蒸汽通道、冷凝器及蒸汽管中处于两相态。

冷却室部位采用流体冷却为辅、反重力环路热管为主的协同换热方式，可大大提高气体冷却速度，提高换热量。

作为优选，环路热管冷凝端缠绕在气体腔室外部，增加散热面积。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)在日光充足时利用太阳光的热量直接对装置进行加热，并可以将太阳能储存在蓄热装置中的蓄热介质当中。在没有光照时，利用储存的能量对装置进行加热，做到了完全不需要输入能源，达到土壤升温的目的。

2)环路热管作为高效传热工具，原理简单，结构紧凑，可以有效增大空气换热面积，显著提高冷却效率。

3)环路热管冷凝器缠绕在冷凝室外部，与外部土壤充分接触，增加对热管蒸发端空气的散热，提高冷却效率。

4)以微生物为净化任务的承担者，而不是化工产品，土壤净化后的剩余物质为对自然生态结构完全无害并可以被其吸收利用的物质，因此不会产生二次污染也不会消耗新的化工产品。

5)微生物作为净化的承担者，维护成本低，可长期使用而不用投入新的资料，与我们的设计装置有完美的配合。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种盘管盘绕管径变化的微生物土壤净化的太阳能环路热管系统，包括太阳能装置和环路热管装置，所述太阳能装置包括太阳能集热器、换热器，所述换热器连接太阳能集热器，所述风机将空气输入到换热器，在换热器中加热成热空气后，进入环路热管装置；所述环路热管装置包括空气进口通道、空气出口通道、环路热管和气体腔室，所述环路热管包括蒸发端和冷凝端，所述冷凝端设置在气体腔室的下部壁面上；所述气体腔室设置在土壤中，所述冷凝端是位于气体腔室下部外壁面的盘管，所述气体腔室的下部壁面是圆形结构，沿着圆形结构中心向径向方向，盘管的管径越来越大。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，沿着圆形结构中心向径向方向，盘管的管径越来越大的幅度不断增加。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体腔室是扁平结构。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，空气进口通道的出口、空气出口通道的入口与气体腔室连通，所述热空气从空气进口通道引入到气体腔室的过程中与蒸发端进行换热，冷凝端将热传导给气体腔室周边的土壤。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环路热管是反重力热管，所述蒸发端位于冷凝端上部，所述冷凝端通向蒸发端的管路中设置毛细芯。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述毛细芯的一部分或者全部设置在蒸发端。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述蒸发端包括上升管，所述上升管的至少一部分设置毛细芯，从而实现反重力热管的作用；毛细芯中心设置冷凝端流向蒸发端的管路，蒸发端的外壁面环绕设置纵向竖直翅片；空气出口通道设置在相邻的两个竖直翅片之间并与相邻的两个竖直翅片接触；热管的下降管设置在相邻的两个竖直翅片之间并与相邻的两个竖直翅片接触；所述上升管和下降管的至少一部分设置在空气进口通道内。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，气体腔室的顶部和底部为平面结构。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，设置多个气体腔室，所述多个气体腔室的气体进口通道为并联结构。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝端设置在气体腔室的上部、下部和侧部的外壁面。