CN110617654A - 一种用于土壤源热泵的地埋管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于土壤源热泵的地埋管，属于地源热泵领域，包括竖直设置的管体以及沿着所述管体的轴向设置在管体内的进水管和出水管，所述管体、进水管以及出水管均为薄壁管状结构，所述出水管位于所述管体的中心，所述进水管与所述出水管相隔且所述进水管均布在所述出水管的周向，所述进水管与所述管体固定连接，所述出水管与所述进水管固定连接，所述进水管的底部与所述出水管的底部连通，所述管体内填充有导热流体，所述管体的上下两端封闭使得所述管体的内壁与所述进水管以及出水管的外壁之间形成容纳所述导热流体的导热空间。本发明装置在可以保证较小的管径和长度下，更有效地解决进回水管之间的热短路问题，换热效率更高。

Description

一种用于土壤源热泵的地埋管

技术领域

本发明属于地源热泵领域，具体涉及一种用于土壤源热泵的地埋管。

背景技术

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源形成的既可供热又可制冷的高效节能环保的空调系统，但是由于地源热泵系统的初投资较高，制约和影响着地源热泵技术的推广和发展。其中钻井费用占整个系统初投资的50％以上。目前，在地源热泵系统中，根据埋管形式的不同，一般有单U形管，双U型管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管等形式，其中U形管型应用较为广泛，孔深一般在30-150m，根据国内数据经济分析数据当埋深超过80m以后，单位埋深初投资迅速提高，在很大程度上限制了深层U形地埋管换热器的应用。U形管型钻孔直径为100-150mm，U形管直径一般为25-40mm。由于土壤源热泵地埋管换热器的进出水管内流体之间存在温差，受钻孔直径大小的限制，U形管进出水管的间距较小，进出水管之间发生热量传递，就会导致“热短路”现象，从而使地埋管换热器的换热量减小，系统的换热效率降低。现有的一些地埋管通过在进出水管之间设置隔热板的方式防止两者之间进行热传递，在保证地埋管规格不变的情况下，采用此种方式只能暂时进行一些阻挡，在热水的不断输送过程中，隔热板起到的阻挡效果逐渐不明显，后面依然会存在“热短路”现象。

发明内容

有鉴于此，本申请主要提供一种用于土壤源热泵的地埋管，在可以保证较小的管径和长度下，更有效地解决进回水管之间的热短路问题，换热效率更高。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于土壤源热泵的地埋管，包括竖直设置的管体以及沿着所述管体的轴向设置在管体内的进水管和出水管，所述管体、进水管以及出水管均为薄壁管状结构，所述出水管位于所述管体的中心，所述进水管为若干根，所述进水管与所述出水管相隔且所述进水管均布在所述出水管的周向，所述进水管与所述管体固定连接，所述出水管与所述进水管固定连接，所述进水管的底部与所述出水管的底部连通，所述管体内填充有导热流体，所述管体的上下两端封闭使得所述管体的内壁与所述进水管以及出水管的外壁之间形成容纳所述导热流体的导热空间。

进一步，所述管体的上下两端分别通过上密封板和下密封板封闭，所述上密封板包括上圆板，所述上圆板上开设有进水管孔和出水管孔，所述上圆板的外圆与所述管体的内壁固定连接，所述进水管和出水管分别穿过所述进水管孔和出水管孔后与所述上圆板固定连接。

进一步，所述下密封板包括下圆板，所述下圆板上开设有进水管导向通道和出水管固定孔，所述下圆板的外圆与所述管体的内壁固定连接，所述出水管固定孔位于下圆板的中心，所述进水管导向通道为开设于下圆板外圆周的若干槽口，所述进水管的下端可沿着下圆板的径向在所述槽口内移动，所述槽口通过弹性密封面密封。

进一步，所述槽口的槽壁上开设有若干组用于卡合所述进水管的凹槽，若干组凹槽沿着下圆板的径向间隔设置。

进一步，所述出水管与进水管之间、所述进水管与管体之间均设置有固定连接筋，所述固定连接筋采用弹性材料制成。

进一步，所述导热空间内设置有用于加快所述导热流体流动的扰流装置。所述扰流装置包括主动叶轮以及与所述主动叶轮传动连接的被动叶轮，所述主动叶轮位于所述出水管内，所述被动叶轮位于所述导热空间内，所述出水管内的出水时带动主动叶轮旋转，所述主动叶轮带动所述被动叶轮沿竖直方向驱动所述导热流体流动。

进一步，所述主动叶轮与从动叶轮通过传动装置传动连接，所述传动装置包括主动锥齿轮、被动锥齿轮、第一锥齿轮以及第二锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮同轴连接，所述第二锥齿轮与被动锥齿轮啮合。

进一步，所述管体的底部固定设置有下封头，所述下封头为半球形的盖状结构，所述管体的底部与下封头形成将进水管和出水管连通的下腔体。

进一步，所述管体的上端密封设置有上封头，所述上封头为筒状结构，所述管体的上端与上封头形成将所有进水管连通的上腔体，所述出水管经过所述上腔体且从所述上封头的外壁穿出形成出水管口，所述上封头的外壁上还开设有进水管口。

进一步，所述上圆板上还开设有导热流体注入孔，所述导热流体注入孔通过端盖密封。

本发明的有益效果在于：

本发明一种用于土壤源热泵的地埋管，包括竖直设置的管体以及沿着所述管体的轴向设置在管体内的进水管和出水管，所述管体内填充有导热流体，在进水管内的水进行换热前，导热流体通过管体外壁换热，其温度大于或者等于地热的温度，在进水管进水时，由于其填充在管体的内壁与所述进水管以及出水管的外壁之间，使得其可以同时对进水管和出水管进行加热，从而提高了换热效率，在同等换热条件下，可以减少管体的长度和直径，并且由于进水管和出水管之间是通过温度较高的导热流体进行隔离的，因此采用此装置也解决了现有U形地埋管之间进出水管之间存在温差产生的热短路问题，提高了地埋管地源热泵系统的换热效率，在一定程度上可以减少钻孔数目。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明地埋管的结构示意图；

图2为本发明地埋管热水的流向图；

图3为图2沿A-A向的剖面示意图；

图4为本发明上密封板的结构示意图；

图5为本发明下密封板的结构示意图；

图6为本发明凹槽的结构示意图。

图7为图1在B-B处的放大图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1为本发明地埋管的结构示意图，图2为本发明地埋管热水的流向图，图3为图2沿A-A向的剖面示意图，图4为本发明上密封板的结构示意图，图5为本发明下密封板的结构示意图，图6为本发明扰流装置的结构示意图。本发明一种用于土壤源热泵的地埋管，包括竖直设置的管体1以及沿着所述管体1的轴向设置在管体1内的进水管2和出水管3，所述管体1、进水管2以及出水管3均为薄壁管状结构，所述出水管3位于所述管体1的中心，所述进水管2为若干根，所述进水管2与所述出水管3相隔且所述进水管2均布在所述出水管3的周向，所述进水管2与所述管体1固定连接，所述出水管3与所述进水管2固定连接，所述进水管2的底部与所述出水管3的底部连通，所述管体1内填充有导热流体4，所述管体1的上下两端封闭使得所述管体1的内壁与所述进水管2以及出水管3的外壁之间形成容纳所述导热流体4的导热空间。

本发明一种用于土壤源热泵的地埋管，包括竖直设置的管体1以及沿着所述管体1的轴向设置在管体1内的进水管2和出水管3，所述管体1内填充有导热流体4，图2为本发明地埋管热水的流向图，在进水管2内的水进行换热前，导热流体4通过管体1外壁换热，其温度接近于地热的温度，并且充满了整个导热空间，导热流体4的温度和地热都为高，在进水管2进水时，进水管2内的水处于较低温度，出水管3在换热后处于中间的温度，由于导热流体4填充在管体1的内壁与所述进水管2以及出水管3的外壁之间，并且温度均高于进水管2和出水管3内的温度，使得导热流体4可以无时不刻对进水管2和出水管3进行加热，从而提高了换热效率，在同等换热条件下，可以减少管体1的长度和直径，并且由于进水管2和出水管3之间是通过温度较高的导热流体4进行隔离的，因此采用此装置也解决了现有U形地埋管之间进出水管之间存在温差产生的热短路问题，提高了地埋管地源热泵系统的换热效率，在一定程度上可以减少钻孔数目。

本实施例中，所述管体1的上下两端分别通过上密封板5和下密封板6封闭，所述上密封板5和下密封板6的结构相同，所述上密封板5包括上圆板501，所述上圆板501上开设有进水管孔502和出水管孔503，所述上圆板501的外圆与所述管体1的内壁固定连接，所述进水管2和出水管3分别穿过所述进水管孔502和出水管孔503后与所述上圆板501固定连接。本实施例通过上密封板5和下密封板6对管体1进行密封封闭，形成用于容纳导热流体4的导热空间，采用此种密封板的结构，方便加工制造成型，采用装配式的配合。

本实施例中，所述下密封板6包括下圆板601，所述下圆板601上开设有进水管导向通道602和出水管固定孔603，所述下圆板601的外圆与所述管体1的内壁固定连接，所述出水管固定孔603位于下圆板601的中心，所述进水管导向通道602为开设于下圆板601外圆周的若干槽口，所述进水管2的下端可沿着下圆板601的径向在所述槽口内移动，所述槽口通过弹性密封面604密封，弹性密封面604可采用具有弹性恢复能力的弹性面，如现有技术经常使用的波纹密封面等，也可采用橡胶面，可随着进水管2的移动时，适应地对下圆板601的空间进行密封。本发明装置，进水管2的下端可以偏移一定的距离，使其更接近于管体1的内壁，即与地热更接近，由于越接近越可以提高换热效率，因此通过改变，可以根据进水管2的下端偏移距离，可以根据用户的需要改变换热的温度，对其温度进一步进行调整。同时本发明装置中，上圆板501与进水管2之间通过弹性密封环17密封，弹性密封环17具有一定的可变形能力，在进水管2的下端偏移一定的距离时，进水管2的上端也可以适应性地对弹性密封环17进行挤压，同时还能进行密封，使得进水管2的下端在进行偏移时，其上端也能保持稳定。

本实施例中，所述槽口的槽壁上开设有若干组用于卡合所述进水管2的凹槽605，每一组凹槽605可用于卡合所述进水管，凹槽605的深度根据需要调整即可，多余的开口部分通过弹性密封面604密封，若干组凹槽605沿着下圆板601的径向间隔设置。可以根据进水管2的下端偏移距离，预先对进水管2的偏移程度进行一个调整。

本实施例中，所述出水管3与进水管2之间、所述进水管2与管体1之间均设置有固定连接筋15，所述固定连接筋15采用弹性材料制成，可起到固定作用的同时，随着进水管2竖直角度的转变进行适应性的改变，防止固定破坏。

本实施例中，所述导热空间内设置有用于加快所述导热流体4流动的扰流装置16。所述扰流装置16包括主动叶轮161以及与所述主动叶轮161传动连接的被动叶轮162，所述主动叶轮161位于所述出水管3内，所述被动叶轮162位于所述导热空间内，所述出水管3内的出水时带动主动叶轮161旋转，所述主动叶轮161带动所述被动叶轮162沿竖直方向驱动所述导热流体流动。所述主动叶轮161与从动叶轮162通过传动装置传动连接，所述传动装置包括主动锥齿轮163、被动锥齿轮164、第一锥齿轮165以及第二锥齿轮166，所述主动锥齿163轮与所述第一锥齿轮168啮合，所述第一锥齿轮165通过中心轴167与第二锥齿轮166同轴连接，中心轴167通过轴承168与出水管3的管壁转动密封连接，所述第二锥齿轮166与被动锥齿轮164啮合。扰流装置16用于加快导热流体4流动，从而使得出水管3与进水管2之间的导流流体4可以不断地在换热后进行更换，使得其一直达到较高的温度(接近地热的温度)，增加了换热效率，减少了热短路的形成。

本实施例中，所述上圆板501上还开设有导热流体注入孔504，所述导热流体注入孔504通过端盖505密封，通过导热流体注入孔504向内添加或者释放导热流体4，使其处于一个比较合适的体积，还可以用其排空管体1内的内部压力，增强整个装置的结构稳定性。

本实施例中，所述管体1的底部固定设置有下封头7，所述下封头7为半球形的盖状结构，所述管体1的底部与下封头7形成将进水管2和出水管3连通的下腔体8，半球形的盖状结构的下封头7对进水管2内的水起到一个导流的作用，并将其引导在出水管3的入口处，提交了换热效率。

本实施例中，所述下封头7与所述管体1的外壁螺纹连接，可拆卸的方式进行连接，还能起到密封效果。

本实施例中，所述下封头7的内壁上设置有凸环9，所述凸环9用于所述管体1在其轴向限位，方便其装配，增加了结构的稳定性。

本实施例中，所述管体1的上端密封设置有上封头10，所述上封头10为筒状结构，所述管体1的上端与上封头10形成将所有进水管2连通的上腔体11，所述出水管3经过所述上腔体11且从所述上封头10的外壁穿出形成出水管口12，所述上封头10的外壁上还开设有进水管口13。

本实施例中，所述导热流体4为烷基联苯型导热油。采用烷基联苯型导热油这一类型的导热油为联苯基环上连接烷基支链一类的化合物。它是由短链的烷基(乙基、异丙基)与联苯环相结合构成，导热油品质最好，其沸点>330℃，热稳定性亦好，可以良好地适应地热环境。

本实施例中，所述管体1、进水管2以及出水管3均采用聚乙烯材料制成。采用聚乙烯材料，密度较高，导热系数也较高，成本较低，当然也可以采用其他导热系数比较高的材料。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：包括竖直设置的管体以及沿着所述管体的轴向设置在管体内的进水管和出水管，所述管体、进水管以及出水管均为薄壁管状结构，所述出水管位于所述管体的中心，所述进水管为若干根，所述进水管与所述出水管相隔且所述进水管均布在所述出水管的周向，所述进水管与所述管体固定连接，所述出水管与所述进水管固定连接，所述进水管的底部与所述出水管的底部连通，所述管体内填充有导热流体，所述管体的上下两端封闭使得所述管体的内壁与所述进水管以及出水管的外壁之间形成容纳所述导热流体的导热空间。

2.根据权利要求1所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述管体的上下两端分别通过上密封板和下密封板封闭，所述上密封板包括上圆板，所述上圆板上开设有进水管孔和出水管孔，所述上圆板的外圆与所述管体的内壁固定连接，所述进水管和出水管分别穿过所述进水管孔和出水管孔后与所述上圆板固定连接。

3.根据权利要求2所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述下密封板包括下圆板，所述下圆板上开设有进水管导向通道和出水管固定孔，所述下圆板的外圆与所述管体的内壁固定连接，所述出水管固定孔位于下圆板的中心，所述进水管导向通道为开设于下圆板外圆周的若干槽口，所述进水管的下端可沿着下圆板的径向在所述槽口内移动，所述槽口通过弹性密封面密封。

4.根据权利要求3所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述槽口的槽壁上开设有若干组用于卡合所述进水管的凹槽，若干组凹槽沿着下圆板的径向间隔设置。

5.根据权利要求4所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述出水管与进水管之间、所述进水管与管体之间均设置有固定连接筋，所述固定连接筋采用弹性材料制成。

6.根据权利要求1所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述导热空间内设置有用于加快所述导热流体流动的扰流装置，所述扰流装置包括主动叶轮以及与所述主动叶轮传动连接的被动叶轮，所述主动叶轮位于所述出水管内，所述被动叶轮位于所述导热空间内，所述出水管内的出水时带动主动叶轮旋转，所述主动叶轮带动所述被动叶轮沿竖直方向驱动所述导热流体流动。

7.根据权利要求6所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述主动叶轮与从动叶轮通过传动装置传动连接，所述传动装置包括主动锥齿轮、被动锥齿轮、第一锥齿轮以及第二锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮同轴连接，所述第二锥齿轮与被动锥齿轮啮合。

8.根据权利要求7所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述管体的底部固定设置有下封头，所述下封头为半球形的盖状结构，所述管体的底部与下封头形成将进水管和出水管连通的下腔体。

9.根据权利要求8所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述管体的上端密封设置有上封头，所述上封头为筒状结构，所述管体的上端与上封头形成将所有进水管连通的上腔体，所述出水管经过所述上腔体且从所述上封头的外壁穿出形成出水管口，所述上封头的外壁上还开设有进水管口。

10.根据权利要求2所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述上圆板上还开设有导热流体注入孔，所述导热流体注入孔通过端盖密封。