CN111351121A - 一种自修复液态取暖装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自修复液态取暖装置及其施工方法，包括输入循环装置、能量循环装置及输出循环装置。其施工时将导热管铺设在坑洞内并与循环水泵和蒸发室相连通，并将蒸发机与压缩机相连，压缩机与冷凝室相连，冷凝式与循环泵相连，循环泵再与蒸发机相连，将将冷凝室与注水管和出水管相连，向注水管注入冷水，并将出水管的出水端与热能转换装置相连接。该自修复液态取暖装置能够将地热中的能量转移，并辅助电热，使得能量更安全和高效；同时通过修复液对导热管进行自修复，能够大大提高取暖装置的使用寿命及使用效率。

Description

一种自修复液态取暖装置及其施工方法

技术领域

本发明属于地热取暖技术领域，尤其涉及一种自修复液态取暖装置及其施工方法。

背景技术

地热是来自地球内部的一种能量资源。地球上火山喷出的熔岩温度高达 1200～1300℃，天然温泉的温度大多在60℃以上，有的甚至高达100～140℃。这说明地球是一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能。这种热量渗出地表，于是就有了地热。地热能是一种清洁能源，是可再生能源，其开发前景十分广阔。

然而目前对地热资源的利用主要以开采地下热水作为热源利用，常见的地热采集为地下热水的直接利用，缺点是造成大量的地热尾水排放，可能会威胁生态安全；或是地热水取暖装置的使用，但是现有的地热取暖装置的利用率不高，且在使用损坏后难以修复，从而造成地热取暖装置的使用率不高。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够有效解决地热取暖装置中管道损坏不易修复，且地热能量利用率不高等问题的自修复液态取暖装置；

本发明的第二目的是提供上述自修复液态取暖装置的施工方法。

技术方案：本发明自修复液态取暖装置，包括输入循环装置、能量循环装置及输出循环装置；

其中，循环装置包括导热管、连接在所述导热管的管道中的循环水泵；

能量循环装置包括通过导管依次相连的蒸发室、压缩机、冷凝室和循环泵；

输出循环装置包括注水管和出水管，注水管和出水管分别与冷凝室相连；

导热管包括一级导热管、均匀设于一级导热管上的二级导热管和均匀分布在二级导热管外壁上的若干毛细导热管，一级导热管的输入端与输出端与蒸发室相连。

进一步说，该装置的循环水泵与一级导热管连接，该循环水泵上设有水源补充管道，对一级导热管内进行导热液体或自修复液体的补充或置换。二级导热管呈U型管状，其与一级导热管连接的入水端处设有楔形分流板。

再进一步说，该装置的蒸发室包括外室和内室；其中，外室位于内室的外部，且二者不连通，一级导热管的端部与外室相连，传热液体在内室和外室的夹层中流动；内室中设置有蒸汽导流槽，内室内腔中设置的制冷剂沿着蒸汽导流槽流动。冷凝室包括外仓和内仓，外仓位于内仓的外部，且二者不连通，注水管和所述出水管分别与外仓相连通，且外仓的内腔中设置有加热丝，内仓中均匀分布有冷凝板。

蒸汽导流槽的一端贯穿外室，且通过第一导管与压缩机相连，压缩机通过第二导管与内仓的内腔相连通，内仓的内腔再通过第三导管与循环泵相连，循环泵通过第四导管与蒸汽导流槽相连通。优选的，第一导管、第二导管、第三导管和第四导管中均设置有单向阀。

本发明自修复液态取暖装置的施工方法，包括如下步骤：

(1)将毛细导热管均匀连接在二级导热管的外壁上，再将二级导热管连接在一级导热管的外壁上，安装完整后，先通水检查导热管的完整性；

(2)将连接完整的导热管铺设在坑洞内，并在该导热管的外侧填埋导热填充物，且一级导热管的输入端和输出端延伸在地表上，与蒸发室相连通；

(3)将一级导热管的输入端还与循环水泵相连通，该循环水泵向一级导热管内补充或抽取水或自修复液体；

(4)将蒸发室与压缩机的输入端相连，压缩机的输出端与冷凝室相连通，冷凝室连接至循环泵的输入端，循环泵的输出端蒸发室相连通；

(5)将冷凝室与注水管和出水管相连；

(6)向注水管注入冷水，并将出水管的出水端与热能转换装置相连接。

更进一步说，上述的施工方法还包括如下步骤：(7)当一级导热管或二级导热管中出现裂缝时，开启循环水泵，将导热管内的水抽出，并泵入热空气对导热管的内腔进行干燥，再通过补充水管向导热管中注入自修复液体对裂缝进行自动修复。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该自修复液态取暖装置能够将地热中的能量转移，并辅助电热，使得能量更安全和高效；同时通过修复液对导热管进行自修复，能够大大提高取暖装置的使用寿命及使用效率。

附图说明

图1为本发明自修复液态取暖装置的整体结构示意图；

图2为本发明自修复液态取暖装置的整体平面结构示意图；

图3为本发明自修复液态取暖装置的能量循环装置连接结构示意图；

图4为本发明自修复液态取暖装置的导热管内水或自修复液体的流动方向示意图；

图5为本发明自修复液态取暖装置的制冷剂循环流动方向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1至图5所示，本发明的自修复液态取暖装置，该取暖装置中包括输入循环装置100、能量循环装置200和输出循环装置300，其中，输入循环装置100，包括导热管101、循环水泵102，循环水泵102连接在导热管101的管道中；能量循环装置200，包括蒸发室201、压缩机202、冷凝室203和循环泵204，蒸发室201、压缩机202、冷凝室203和循环泵204通过导管A依次相连；输出循环装置300，包括注水管301和出水管302，注水管301和出水管302分别与冷凝室203相连。

导热管101包括一级导热管101a、二级导热管101b和毛细导热管101c，一级导热管101a的输入端与输出端与蒸发室201相连，二级导热管101b设置有若干组且均匀设置在一级导热管101b上，毛线导热管101c均匀分布在二级导热管 101b的外壁上。

二级导热管101b呈U型管状，其与一级导热管101a连接的入水端设置有楔形分流板；循环水泵102与一级导热管101a连接，且循环水泵102还连接有补充管道102a。

输入循环装置100中还包括了自修复液体S，为一种粘滞度在10～80厘泊之间的液体，其具有在空气中不会硬化，在水中会硬化的特性。

蒸发室201包括外室201a和内室201b，所述外室201a位于所述内室201b 的外部，且二者不连通，所述一级导热管101a的端部与所述外室201a相连，传热液体在内室201b和外室201a的夹层中流动；所述内室201b中设置有蒸汽导流槽201b-1，所述内室201b内腔中设置的制冷剂沿着蒸汽导流槽201b-1流动。

冷凝室203包括外仓203a和内仓203b，外仓203a位于内仓203b的外部，且二者不连通，注水管301和出水管302分别与外仓203a相连通，且外仓203a 的内腔中设置有加热丝203a-1，内仓203b中均匀分布有冷凝板203b-1。

制冷剂沿着蒸汽导流槽201b-1的一端贯穿外室201a，且通过第一导管A1 与压缩机202相连，压缩机202通过第二导管A2与内仓203b的内腔相连通，内仓203b的内腔再通过第三导管A3与循环泵204相连，循环泵204通过第四导管A4与蒸汽导流槽201b-1相连通。

第一导管A1、第二导管A2、第三导管A3和第四导管A4中均设置有单向阀M。

其中，输入循环装置100用于地热能的装置输入，导热管101从地层中吸收地热能量，并传导至其内腔中的传递介质中，本装置中以含有导热材料的水为例，并通过循环水泵102实现水的循环，并间接实现能量的循环；能量循环装置200 用于输入能量与输出能量的循环转换，蒸发室201、压缩机202、冷凝室203和循环泵204构成一个能量循环装置，将输入循环装置100中采集的地热能持续转换给输出循环装置300中；而输出循环装置300则用于地热能的装置输出，通过注水管301注入冷水，经能量循环装置200中的冷凝室203放热后，从出水管 302输出被加热后的可安全使用的热水，再与后续的能量转换装置连接，从而提高地热能的能量利用效率和方式。

导热管101为多级设置，包括一级导热管101a、二级导热管101b和毛细导热管101c，目的在于，通过增加导热体，将地下更多的热量传导至一级导热管 101a内的水中，过程为，众多毛细导热管101c将岩层中的热量传导至二级导热管101b中，进而配合二级导热管101b的外壁本身对其内腔中的水进行加热，二级导热管101b为一级导热管101a的分流，作用是增加一级导热管101a与地热层及水的接触面积，从而提高地热能量向水中传导效率，缩短传导时间；楔形分流板的作用在于，当水在一级导热管101a内流动时，拨动引导水流向二级导热管101b内流动。还需要说明的是，一级导热管101a还与循环水泵102相连，循环水泵102用于向一级导热管101a内补充循环水或修复液，或是将一级导热管 101a内的水抽空。

一级导热管101a的端部连接在蒸发室201的外室201a中，一级导热管101a 内的热水经外室201a后再流出，从而对内室201b保持高温的状态，而内室201b 中的蒸汽导流槽201b-1内承装有制冷剂，制冷剂通过气态与液态的变化，将内室201b中的热量带走，并通过导管A将能量转移至冷凝室203中，实现能量的快速循环；在冷凝室203中，内仓203b接收气态的制冷剂，气态制冷剂遇到由冷水包围的内仓203b，迅速液化放热，将热量释放，进而加热位于外仓203a中的冷水。

需要说明的是，制冷剂在气态和液态的传输过程中，经过导管A的传导，在第一导管A1、第二导管A2、第三导管A3和第四导管A4中分别安装单向阀 M，目的在于保持传导过程均为单向传导，保证循环的单向连续性。

本发明自修复液态取暖装置的施工方法，包括如下步骤：

(1)安装前准备工作，将毛细导热管101c均匀连接在二级导热管101b的外壁上，再将二级导热管101b连接在一级导热管101a的外壁上，安装完整后，先通水检查导热管101的完整性，出现损坏时，及时更换或修补；

(2)选择施工及安装位置，挖掘合适深度坑洞；

(3)将连接完整的导热管101铺设在坑洞内，并在导热管101的外侧填埋导热填充物，一级导热管101a的输入端和输出端延伸在地表上，且与蒸发室201 的外室201a相连通；

(4)在一级导热管101a的输入端还与循环水泵102相连通，循环水泵102 通过连接的补充水管102a向一级导热管101a内补充或抽取水或自修复液体S。

(5)将蒸发室201的内室201b通过第一导管A1与压缩机202的输入端相连，压缩机202的输出端通过第二导管A2与冷凝室203的内仓203b相连通，而冷凝室203的内仓203b通过第三导管A3连接至循环泵204的输入端，循环泵204的输出端通过第四导管A4与蒸发室201的内室201b相连通；

(6)在第一导管A1、第二导管A2、第三导管A3和第四导管A4中均安装单向阀M；

(7)在冷凝室203的外仓203a侧壁上开设连接口，并分别与注水管301和出水管302相连；

(8)从注水管301注入冷水，将出水管302的出水端与热能转换装置相连接。

(9)当一级导热管101a或二级导热管101b中出现裂缝时，开启循环水泵 102，将导热管101内的水抽出，并泵入热空气对导热管101的内腔进行干燥，再通过所述补充水管102a向所述导热管101中注入自修复液体S，从而对裂缝进行自动修复。

其中，在安装施工前，需要对输入循环装置100进行安装并检查，以确保导热管101中各部件连接的稳固性，同时保持管道的密封性；安装时，尽可能保持毛细导热管101c分布均匀，且掩埋时保持毛细导热管101c占据更多的位置，以保持能够吸收更多的热量；施工位置和掩埋深度均选择有相对稳定的热源位置，优先选用含水地层，以提高地热采集的效率；能量循环装置200中，一级导热管 101a通过蒸发室201中的外室201a，使得内室201b一直处于相对高温的环境中，位于内室201b中的制冷剂在高温下吸热蒸发，从液态变成气态，沿着蒸汽导流槽201b-1流出蒸发室201，通过第一导管A1散发至压缩机202的腔室内，压缩机202运动加压，使之变成高温高压的气体，并经过第二导管A2引导至冷凝室 203内的内仓203b中，由于内仓203b被外仓203a包围，且外仓203a中有流动的冷水，高温高压的气态制冷剂遇到冷凝板203b-1和内仓203b的壁面液化放热，最终通过内仓将热量传递至内仓203b和外仓203a夹层中的冷水，而放热后液态的制冷剂经第三导管A3流向循环泵204，循环泵204工作，通过第四导管A4 将液态的制冷剂循环输送至蒸汽导流槽201b-1中，进而实现整个能量循环装置 200中制冷剂的循环，以及能量的循环传递。

在冷凝室203的外仓203a中，还设置有加热丝203a-1，加热丝设置在外室 203a的出水处，用于加热出水处的水，以补充采热不充分情况下的热量，使得从出水管302输出的水达到所需的温度，安装在出水口位置处的温度传感器，用于检测出水口的出水温度，依据工程需要，调整加热丝203a-1的工作状态；出水管302引出的热水可直接利用取暖，或者与其他形式的取暖装置相连，进一步利用地热能。

还需要说明的是，自修复液体S为粘滞度在10～80厘泊之间的液体，能够在遇水时凝固硬化。取暖装置在长时间使用过程中，可能会出现导热管101破损的情况，由于导热管101位于地下，不易修复。此时，通过循环水泵102将导热管 101内的水抽尽，并泵入热空气对一级导热管101a和二级导热管101b的内腔进行干燥，干燥完成后，通过补充水管102a向导热管101中注入自修复液体S，并通过循环水泵102使得自修复液体S在导热管101循环流动，当自修复液体S 在缝隙处与地下水或者泄露的水体相遇后，凝固硬化，实现对破损缝隙处修复，一段时间后，抽干自修复液体S。检测破损是否还存在，不存在，重新注水，继续使用；未修复，重新注入自修复液体S循环修复，直至修复完成。

Claims (9)

1.一种自修复液态取暖装置，其特征在于：包括输入循环装置(100)、能量循环装置(200)及输出循环装置(300)；

其中，循环装置(100)包括导热管(101)、连接在导热管(101)管道中的循环水泵(102)；

能量循环装置(200)包括通过导管依次相连的蒸发室(201)、压缩机(202)、冷凝室(203)及循环泵(204)；

输出循环装置(300)包括注水管(301)和出水管(302)，注水管(301)和出水管(302)分别与冷凝室(203)相连；

导热管(101)包括一级导热管(101a)、均匀设于一级导热管(101a)上的二级导热管(101b)和均匀分布在二级导热管(101b)外壁上的若干毛细导热管(101c)，一级导热管(101a)的输入端与输出端与所述蒸发室(201)相连。

2.根据权利要求1所述的自修复液态取暖装置，其特征在于：所述二级导热管(101b)呈U型管状，其与一级导热管(101a)连接的入水端处设有楔形分流板。

3.根据权利要求1所述的自修复液态取暖装置，其特征在于：所述循环水泵(102)与一级导热管(101a)连接，该循环水泵(102)上设有水源补充管道(102a)，对一级导热管内进行导热液体或自修复液体的补充或置换。

4.根据权利要求1所述的自修复液态取暖装置，其特征在于：所述蒸发室(201)包括外室(201a)和内室(201b)，外室(201a)位于所述内室(201b)的外部，且二者不连通；一级导热管(101a)的端部与所述外室(201a)相连，传热液体在内室(201b)和外室(201a)的夹层中流动，内室(201b)中设置有蒸汽导流槽(201b-1)，内室(201b)的内腔中设置的制冷剂沿着蒸汽导流槽(201b-1)流动。

5.根据权利要求4所述的自修复液态取暖装置，其特征在于：冷凝室(203)包括外仓(203a)和内仓(203b)，外仓(203a)位于内仓(203b)的外部，且二者不连通；注水管(301)和出水管(302)分别与所述外仓(203a)相连通，且外仓(203a)的内腔中设置有加热丝(203a-1)，内仓(203b)中均匀分布有冷凝板(203b-1)。

6.根据权利要求5所述的自修复液态取暖装置，其特征在于：蒸汽导流槽(201b-1)的一端贯穿外室(201a)，且通过第一导管(A1)与压缩机(202)相连，压缩机(202)通过第二导管(A2)与所述内仓(203b)的内腔相连通，内仓(203b)的内腔再通过第三导管(A3)与循环泵(204)相连，循环泵(204)通过第四导管(A4)与蒸汽导流槽(201b-1)相连通。

7.根据权利要求6所述的自修复液态取暖装置，其特征在于：所述第一导管(A1)、第二导管(A2)、第三导管(A3)和第四导管(A4)中均设置有单向阀(M)。

8.一种根据权利要求1所述自修复液态取暖装置的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将毛细导热管(101c)均匀连接在二级导热管(101b)的外壁上，再将二级导热管(101b)连接在一级导热管(101a)的外壁上，安装完整后，先通水检查导热管(101)的完整性；

(2)将连接完整的导热管(101)铺设在坑洞内，并在该导热管(101)的外侧填埋导热填充物，且一级导热管(101a)的输入端和输出端延伸在地表上，与蒸发室(201)相连通；

(3)将一级导热管(101a)的输入端还与循环水泵(102)相连通，该循环水泵(102)向一级导热管(101a)内补充或抽取水或自修复液体；

(4)将蒸发室(201)与压缩机(202)的输入端相连，压缩机(202)的输出端与冷凝室(203)相连通，冷凝室(203)连接至循环泵(204)的输入端，循环泵(204)的输出端蒸发室(201)相连通；

(5)将冷凝室(203)与注水管(301)和出水管(302)相连；

(6)向注水管(301)注入冷水，并将出水管(302)的出水端与热能转换装置相连接。

9.根据权利要求8所述自修复液态取暖装置的施工方法，其特征在于：该施工方法还包括以下步骤：

(7)当一级导热管(101a)或二级导热管(101b)中出现裂缝时，开启循环水泵(102)，将导热管(101)内的水抽出，并泵入热空气对导热管(101)的内腔进行干燥，再通过补充水管(102a)向导热管(101)中注入自修复液体对裂缝进行自动修复。

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