CN110440470A - 一种地埋式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地埋式换热器，其特征在于：由承压柱、进水管及出水管构成，所述的承压柱为一内部设置圆柱形腔体的结构，该柱形腔体形成介质储存腔，在该腔体内垂直设置有进水管，进水管的进水端固装在承压柱的顶面上，进水管的出水端置于承压柱的底面上，在所述承压柱顶面的另一侧垂直设置有与腔体内部连通的出水管。本发明结构设计科学合理，具有结构简单、换热效果好、耐高温、工作可靠、使用寿命长、方便施工、易于实现的优点，是一种具有较高创新性的地埋式换热器。
Description
技术领域
本发明属于换热领域，涉及一种土壤蓄热放热的应用技术，是地源热泵/太阳能土壤蓄热的组成部分，特别是一种地埋式换热器。
背景技术
地源热泵是一种利用地下浅层的恒温地热资源(也称地能，包括地下水、土壤等)，通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现热能转移的高效节能的空调系统。以埋在地下的管路系统中的循环水作为载体，在冬季，流动水把地能中的热量输送到建筑内供取暖；在夏季，流动水又把建筑内的热量释放到地层中去，使室内凉爽。
地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量。由于地源热泵在热源温稳定的地区，其能效比可达5.0左右，与传统的空气源热泵相比，要高出40％左右，其运行费用为普通中央空调的50-60％。由于地源热泵属于可再生能源利用技术，属于经济有效的节能技术，环境效益显著，维护费用低，一机多用，应用范围广。但是地源热泵也有其弊端，源源不断的吸收土壤中的热量会使土壤的温度不断降低，会使土壤的水温条件发生变化，影响土壤环境，从而影响微生物等的生活环境，影响生态环境，同时也会使地源热泵的供暖效率越来越低，最终用两三年以后就不得不停止运行。
近年来具有补热功能的地源热泵空调系统在北美及中、北欧国家取得了较快的推广使用。在提倡开发和使用环保新能源的今天，在中国有着非常大的市场潜力。可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和制冷空调技术。
根据地源热泵从地下吸收热量的方式不同(即低温热源的不同)可分为：开式回路系统与闭式回路系统。开式系统的低温热源是直接利用水井、废弃的矿井的水及抽取的地下水；闭式系统是通过二次流体(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动，将热量传送到地下或从地下吸收热量。
由于我国很多地方地下水资源匮乏，抽取地下水的开式系统不适合我国国情，而且地下水的回灌问题也比较难解决。因此，国内目前所致力研究开发的地源热泵主要是闭式系统。闭式系统的地源热泵地下环路(即地埋式换热器)的埋管方式多种多样。在我国多采用垂直U型地埋管换热系统，即采用一根PE材质的U型地埋管，将其垂直的插入地下，适用于全地热资源的低温系统。但是，现有的系统还存在如下问题：1，U型的地埋管为PE材质，在钻井回填时多发生PE管壁受伤的情况，严重时可能造成PE管壁破裂、管井报废；2，在施工时，U型地埋管的埋地深度高达100～200米，对钻井施工有更高的要求，由于施工的问题，可使管井下方倾斜，严重时甚至造成本管井与相邻管井相通，形成“串孔”，使管井换热能力下降甚至管井报废；3、为了使U型地埋管具有更长的长度，在加工时，需要将多节PE管体进行热熔焊接，焊接时常因接头焊接问题造成地埋管漏水，出现管井报废等严重后果。
因此，针对目前垂直U型地埋管换热系统在实际应用的问题，迫切需要一种更高效更可靠的耐高温地埋换热器。
通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相同的公开专利文献。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、换热效果好、耐高温、工作可靠、使用寿命长、方便施工、易于实现的地埋式换热器。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种地埋式换热器，其特征在于：由承压柱、进水管及出水管构成，所述的承压柱为一内部设置圆柱形腔体的结构，该柱形腔体形成介质储存腔，在该腔体内垂直设置有进水管，进水管的进水端固装在承压柱的顶面上，进水管的出水端置于承压柱的底面上，在所述承压柱顶面的另一侧垂直设置有与腔体内部连通的出水管。
而且，所述的进水管由直管段及螺旋段构成，在所述直管段的底部联通有与其并列设置的螺旋段，直管段顶部的管口为进水口，螺旋段尾部的管口为出水口。
而且，所述的进水管及出水管为热镀锌钢管，所述的承压柱为金属或水泥材质。
本发明的优点和有益效果为：
1.本地埋式换热器作为土壤和介质水之间的换热，通过大管径承压管的设计，使该地埋换热器每延米具有更大的换热面积，与传统管径较小的单U管、地面管换热器相比，换热面积提高几十倍，因而本地埋式换热器每延米换热功率是普通单U地埋管的几十倍。通过密闭的具有圆柱形腔体的承压管的设置，使其具有更大的承压特性，在加工时可采用薄壁钢管、薄壁不锈钢管、水泥管等材质，与传统地埋管(PE管)相比具有更高的强度和导热率，换热效率更高，使用年限更长。在使用时，介质存储腔内储存定量的水，使用过程中不抽取地下水、地表水，从而不会对当地地质、水质造成影响，产生潜在的危害。同时使用也不受水层结构、地质条件限制，适用于任何地区；由于本发明良好的换热性能，使其在施工时，其地埋深度一般设定为10～50米即可，与传统地埋管高达100～200米的地埋深度相比，具备更低的施工难度和施工费用。
2.本地埋式换热器，通过将进水管设置为一端设置螺旋段的结构，使介质在出水时，可沿着螺旋段的导向在圆柱形的腔体内做螺旋运动，提高介质在腔体内的流动速度，从而可加速换热器内介质与土壤之间的换热速率，并能对腔壁上的污垢起到一定的冲刷作用，使其不容易结垢。
3.本发明结构设计科学合理，具有结构简单、换热效果好、耐高温、工作可靠、使用寿命长、方便施工、易于实现的优点，是一种具有较高创新性的地埋式换热器。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记
1-进水管、2-承压柱、3-介质储存腔、4-螺旋段、5-出水管。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种地埋式换热器，其创新之处在于：由承压柱2、进水管1及出水管5构成，所述的承压柱为一内部设置圆柱形腔体的结构，该柱形腔体形成介质储存腔3，在该腔体内垂直设置有进水管，进水管的进水端固装在承压柱的顶面上，进水管的出水端置于承压柱的底面上，在所述承压柱顶面的另一侧垂直设置有与腔体内部连通的出水管。
所述的进水管由直管段及螺旋段4构成，在所述直管段的底部联通有与其并列设置的螺旋段，直管段顶部的管口为进水口，螺旋段尾部的管口为出水口。
所述的进水管及出水管为热镀锌钢管，内径为20mm；所述的承压柱为金属或水泥材质，内径为270mm。
本发明通过大管径承压管的设计，使该地埋换热器每延米具有更大的换热面积，与传统管径较小的单U管、地面管换热器相比，换热面积提高几十倍。通过密闭的具有圆柱形腔体的承压管的设置，使其具有更大的承压特性，在加工时可采用薄壁钢管、薄壁不锈钢管、水泥管等材质，与传统地埋管(PE管)相比具有更高的强度和导热率，换热效率更高，使用年限更长。在使用时，介质存储腔内储存定量的水，使用过程中不抽取地下水、地表水，从而不会对当地地质、水质造成影响，产生潜在的危害。同时使用也不受水层结构、地质条件限制，适用于任何地区；由于本发明良好的换热性能，使其在施工时，其地埋深度一般设定为10～50米即可，与传统地埋管高达100～200米的地埋深度相比，具备更低的施工难度和施工费用。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (3)
1.一种地埋式换热器，其特征在于：由承压柱、进水管及出水管构成，所述的承压柱为一内部设置圆柱形腔体的结构，该柱形腔体形成介质储存腔，在该腔体内垂直设置有进水管，进水管的进水端固装在承压柱的顶面上，进水管的出水端置于承压柱的底面上，在所述承压柱顶面的另一侧垂直设置有与腔体内部连通的出水管。
2.根据权利要求1所述的一种地埋式换热器，其特征在于：所述的进水管由直管段及螺旋段构成，在所述直管段的底部联通有与其并列设置的螺旋段，直管段顶部的管口为进水口，螺旋段尾部的管口为出水口。
3.根据权利要求1所述的一种地埋式换热器，其特征在于：所述的进水管及出水管为热镀锌钢管，所述的承压柱为金属或水泥材质。
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