CN115682077A - 一种适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，包括分配供热管道、分配回热管道、供热支路、回热支路、U型换热回路和控制单元。U型换热回路还包括连接于U型管道之间的测温传送装置、测温装置、连接组件、测温探头组件，并埋藏于地热井的土壤中，该U型换热回路结构为中间“丰”字型布置方式或单侧布置方式，每套测温探头组件与控制单元相连，实现U型换热回路的不同深度、分布多点的测温；在供热支路、回热支路的管口位置分别安装流量控制装置、主管测温装置，并同控制单元相连；通过实时上传测量的温度监测数据和设定数据，完成流量的调节，实现实时的监测反馈，获得更高的热存储密度，提高蓄热效率，实现能源效率最大化。

Description

一种适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统

技术领域

本发明涉及保温管道技术领域，具体涉及一种适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统。

背景技术

随着“双碳”战略推进，集中供暖热源问题凸显，跨季节长期蓄热技术是解决供暖热源的重要方向之一，其中利用土壤蓄热逐步受到重视。土壤源蓄热技术以土壤作为蓄热介质，将热量通过U型管路送入土壤中换热，再根据用热需求分时分量取热，达到热能在时间上迁移利用，实现能源效率最大化。其中管道换热系统决定了最大蓄热量及系统工作效率，是土壤源蓄热系统的关键技术。

现有技术的缺陷和不足：

(1)聚乙烯管材材料的使用寿命主要受其所处环境的温度和压力影响，为尽量延长管材使用寿命，需要严格控制换热介质温度在50℃以下，限制了蓄热存储总量，单位体积的蓄热密度较低。

(2)耐热聚乙烯(PERTII)管材虽然可以承受较高温度，但因使用寿命受高温环境影响，如高温环境下工作时长越长，稳定安全运行寿命越低。土壤导热系数偏低，在换热经过一段时间后热量聚积在换热管道周围聚积，管道周围形成近平衡的温度场，换热效率很低；同时因没有深度方向土壤温度的实时反馈，换热介质循环不能根据温差及时暂停或开启，造成管道系统在换热效率极低的情况下仍处于较高的循环水温环境中，降低了管道的长期使用寿命。

(3)仅在地面出口处管段安装温度计，进行简单测温，各部件功能单一，数据缺少统一收集管理，无法通过数据收集分析达到数字化管理和在此基础上实现智慧化运行，调节维护所需人工成本高。

为解决上述问题，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统。

本发明为达到上述目的，具体通过以下技术方案得以实现的：

一种适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，包括分配供热管道、分配回热管道、供热支路、回热支路、U型换热回路和控制单元，分配供热管道、分配回热管道，和水平地面呈不大于45°的角度，相互平行布置在地面上方，外侧为分配供热管道，里侧为分配回热管道；

分配供热管道通过聚乙烯三通连接供热支路进口，供热支路进口和供热支路出口分布在供热支路的两端，供热支路包括供热支路进口、聚乙烯变径、流量控制装置、主管测温装置、聚乙烯三通、供热内管道和供热支路出口，都是通过管螺纹依次相连；

U型换热回路包括换热回路进口、U型管道和换热回路出口，换热回路进口和换热回路出口分布在U型换热回路的两端。供热支路出口通过管弯头连接换热回路进口、U型管道和换热回路出口，再通过管弯头，到回热支路进口，都是通过螺纹依次相连；

回热支路进口和回热支路出口分布在回热支路的两端，由回热支路进口、主管测温装置、聚乙烯三通、流量控制装置、聚乙烯变径、回热外管道和回热支路出口构成回热支路，回热支路出口通过聚乙烯三通回到分配回热管道，都以管螺纹依次相连，通过以上的连接形成一套封闭的管道系统；

在供热支路、回热支路的管口位置，分别固定流量控制装置和主管测温装置，通过导线同控制单元相连；

U型换热回路还包括连接于U型管道之间的测温传送装置、测温装置、连接组件、测温探头组件，并埋藏于地热井的土壤中，该U型换热回路结构为中间“丰”字型布置方式或单侧布置方式；每套测温探头组件与控制单元相连，实现U型换热回路的不同深度、分布多点的测温。

进一步限定，所述70-80℃热水作为载热介质，从分配供热管道内流动并进入供热支路，流出并进入U型换热回路，再流出并进入回热支路，通过回热支路流出流回分配回热管道，形成一个闭合换热回路。

进一步限定，U型换热回路的水平方向有水平连接支路，包括中间是聚乙烯四通，两侧各有1套连接组件，通过螺栓和螺母固定在U型管道的两侧，其数量为至少1套；其中连接组件包括连接管道、管箍右夹板和管箍左夹板；连接组件的一端通过螺纹固定在聚乙烯四通的水平两侧，另一端为连接管道先焊接固定管箍右夹板，再和管箍左夹板配套使用。

进一步限定，U型换热回路的垂直方向有测温传送装置和测温装置，其中测温传送装置通过螺纹固定在测温装置上；测温装置包括测温上管道，测温下管道和堵板；测温上管道、测温下管道都固定在水平连接支路的聚乙烯四通的上下两侧，按照测温上管道、第一条水平连接支路、测温下管道、第二条水平连接支路、测温下管道、第三条水平连接支路、测温下管道、第四条水平连接支路、测温下管道、第五条水平连接支路和堵板的次序通过管螺纹依次相连。

进一步限定，连接组件的连接管道上有其数量为至少1个的安装槽口，测温探头组件焊接固定在安装槽口上；测温探头组件包括导线、测温探头和探头座，导线焊接在测温探头上；测温探头通过螺纹固定在探头座上，探头座的外侧固定焊接在连接管道的安装槽口处。

本发明的技术方案具备以下有益效果：

(1)利用耐热聚乙烯管路形成地下U形闭合回路，同时监测作为蓄热介质的土壤温度和导热介质温度，根据导热效率实时调节控制蓄热系统的流量及温度，避免导热管路长期处于高温环境中，提高了换热管路的使用寿命。利用供暖行业中取热时长比蓄热时长短的特点，用更长的蓄热时间保证同等条件下总蓄热量提升同时降低高温对管道损伤影响。

(2)利用耐热聚乙烯管路作为换热介质循环管路，结合测温与自动流量控制装置，可获得更高的热存储密度，提高蓄热效率。

(3)温度检查组件与管道连为一体，易于施工，降低施工中的组件脱落几率和位置偏移。

附图说明

图1为本发明的U型换热回路结构示意图；

图2为本发明的管路结构示意图；

图3为本发明的聚乙烯管道系统示意图；

图4为本发明的测温探头组件结构示意图；

图5为本发明的连接组件结构示意图；

图6为本发明的中间“丰”字型的结构布置方式示意图。

图中，1、分配供热管道；2、分配回热管道；3、供热支路；301、供热支路进口；302、供热支路出口；4、回热支路；401、回热支路进口；402、回热支路出口；5、U型换热回路；501、换热回路进口；502、换热回路出口；6、测温传送装置；7、测温装置；8、连接组件；81、连接管道；82、管箍右夹板；83、管箍左夹板；84、螺栓；85、螺母；9、U型管道；10、流量控制装置；11、主管测温装置；12、聚乙烯变径；13、聚乙烯三通；14、供热内管道；15、回热外管道；16、测温上管道；17、聚乙烯四通；18、测温探头组件；181、测温探头；182、探头座；183、导线；19、测温下管道；191、第一变化长度的测温下管道；192、第二变化长度的测温下管道；20、堵板；21、安装槽口；22、管弯头；100、控制单元；101、电气导线；200、地热井；900、水平连接支路；901、第一条水平连接支路；902、第二条水平连接支路；903、第三条水平连接支路；904、第四条水平连接支路；905、第五条水平连接支路。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对发明作进一步详细说明。

如图2、3所示，本发明的适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，包括分配供热管道1、分配回热管道2、供热支路3、回热支路4、U型换热回路5和控制单元100，其特征在于，所述分配供热管道1、分配回热管道2，和水平地面呈不大于45°的角度，相互平行布置在地面上方，外侧为分配供热管道1，里侧为分配回热管道2；

分配供热管道1通过聚乙烯三通13连接供热支路进口301，供热支路进口301和供热支路出口302分布在供热支路3的两端，供热支路3包括供热支路进口301、聚乙烯变径12、流量控制装置10、主管测温装置11、聚乙烯三通13、供热内管道14和供热支路出口302，都是通过管螺纹依次相连；

U型换热回路5包括换热回路进口501、U型管道9和换热回路出口502，换热回路进口501和换热回路出口502分布在U型换热回路5的两端。供热支路出口302通过管弯头22连接换热回路进口501、U型管道9和换热回路出口502，再通过管弯头22，到回热支路进口401，都是通过螺纹依次相连；

回热支路进口401和回热支路出口402分布在回热支路4的两端，由回热支路进口401、主管测温装置11、聚乙烯三通13、流量控制装置10、聚乙烯变径12、回热外管道15和回热支路出口402构成回热支路4，回热支路出口402通过聚乙烯三通13回到分配回热管道2，都以管螺纹依次相连，通过以上的连接形成一套封闭的管道系统；

在供热支路3、回热支路4的管口位置，分别固定流量控制装置10和主管测温装置11，通过导线101同控制单元100相连。

70-80℃热水作为载热介质，从分配供热管道1内流动并进入供热支路3，流出并进入U型换热回路5，再流出并进入回热支路4，通过回热支路4流出流回分配回热管道2，形成一个闭合换热回路。

如图1、3、4、5、6所示，本发明的适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，U型换热回路5的水平方向有水平连接支路900，包括中间是聚乙烯四通17，两侧各有1套连接组件8，通过螺栓84和螺母85固定在U型管道9的两侧，其数量为至少1套；其中连接组件8包括连接管道81、管箍右夹板82和管箍左夹板83；连接组件8的一端通过螺纹固定在聚乙烯四通17的水平两侧，另一端为连接管道81先焊接固定管箍右夹板82，再和管箍左夹板81配套使用。

U型换热回路的垂直方向有测温传送装置6和测温装置7，其中测温传送装置6通过螺纹固定在测温装置7上；测温装置7包括测温上管道16，测温下管道19和堵板20；测温上管道16、测温下管道19都固定在水平连接支路900的聚乙烯四通17的上下两侧，按照测温上管道16、第一条水平连接支路901、测温下管道191、第二条水平连接支路902、测温下管道19、第三条水平连接支路903、测温下管道19、第四条水平连接支路904、测温下管道192、第五条水平连接支路905和堵板20的次序通过管螺纹依次相连。

测温下管道19的长度有多种形式，可以是固定长度的测温下管道19或第一变化长度的测温下管道191、第二变化长度的测温下管道192，根据管道系统进行任意搭配，其数量为至少1个。

如图4所示，本发明的适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，连接组件8的连接管道82上有其数量为至少1个的安装槽口21，测温探头组件18焊接固定在安装槽口21上。测温探头组件18包括导线183、测温探头181和探头座182，导线183焊接在测温探头181上；测温探头181通过螺纹固定在探头座182上，探头座182的外侧固定焊接在连接管道的安装槽口21处。

图1、6所示，本发明的适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，U型换热回路5还包括连接于U型管道9之间的测温传送装置6、测温装置7、连接组件8、测温探头组件18，并埋藏于地热井200的土壤中，该U型换热回路5结构为中间“丰”字型布置方式或单侧布置方式；每套测温探头组件18与控制单元100相连，实现U型换热回路5的不同深度、分布多点的测温。

实现的步骤包括：

(1)热值的转换：测温探头组件18所测得温度，通过电阻值转换为热值而获取，实时反馈靠近U型换热回路5蓄热介质的实时温度，实现蓄热体全深度温度的实时监测反馈；

(2)流量流速的调节：根据土壤实时温度、换热介质回路温度，通过流量控制装置10进行流量流速的调节；

(3)环境温度的调节：调整换热介质温度，实现U型换热回路5所处环境温度的精细调节；

(4)减少高温运行时间：在蓄热过程中，参考地下换热速率，在蓄热速度较低阶段，降低换热介质的流速和温度，减少U型换热回路5在较高温度环境中的运行时间；

(5)提升介质温度和流速：在U型换热回路5的介质与地下土壤充分换热达到平衡状态后，再根据地温反馈，进行提升介质温度和流速；

(6)降低热源损耗和运行能耗：在介质温度和流速达到相对平衡后，在蓄热过程中利用阶梯温差逐级蓄热，从而减少U型换热回路5在高温环境运行时间，延长管道系统使用寿命目的，同时可降低系统的蓄热热源损耗及换热介质循环运行能耗。

本发明中的具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，包括分配供热管道(1)、分配回热管道(2)、供热支路(3)、回热支路(4)、U型换热回路(5)和控制单元(100)，其特征在于，所述分配供热管道、分配回热管道，和水平地面呈不大于45°的角度，相互平行布置在地面上方，外侧为分配供热管道，里侧为分配回热管道；

分配供热管道通过聚乙烯三通(13)连接供热支路进口，供热支路进口(301)和供热支路出口(302)分布在供热支路的两端，供热支路包括供热支路进口、聚乙烯变径(12)、流量控制装置(10)、主管测温装置(11)、聚乙烯三通、供热内管道(14)和供热支路出口，都是通过管螺纹依次相连；

U型换热回路包括换热回路进口(501)、U型管道(9)和换热回路出口(502)，换热回路进口和换热回路出口分布在U型换热回路的两端。供热支路出口通过管弯头(22)连接换热回路进口、U型管道和换热回路出口，再通过管弯头，到回热支路进口，都是通过螺纹依次相连；

回热支路进口(401)和回热支路出口(402)分布在回热支路的两端，由回热支路进口、主管测温装置、聚乙烯三通、流量控制装置、聚乙烯变径、回热外管道(15)和回热支路出口构成回热支路，回热支路出口通过聚乙烯三通回到分配回热管道，都以管螺纹依次相连，通过以上的连接形成一套封闭的管道系统；

在供热支路、回热支路的管口位置，分别固定流量控制装置，通过导线(101)同控制单元相连；

在供热支路、回热支路的管口位置，分别固定主管测温装置，通过导线同控制单元相连；

所述U型换热回路还包括连接于U型管道之间的测温传送装置(6)、测温装置(7)、连接组件(8)、测温探头组件(18)，并埋藏于地热井(200)的土壤中，该U型换热回路结构为中间“丰”字型布置方式或单侧布置方式；每套测温探头组件与控制单元相连，实现U型换热回路的不同深度、分布多点的测温。

2.根据权利要求1所述的适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，其特征在于，所述70-80℃热水作为载热介质，从分配供热管道内流动并进入供热支路，流出并进入U型换热回路，再流出并进入回热支路，通过回热支路流出流回分配回热管道，形成一个闭合换热回路。

3.根据权利要求1所述的适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，其特征在于，所述U型换热回路的水平方向有水平连接支路(900)，包括中间是聚乙烯四通(17)，两侧各有1套连接组件，通过螺栓(84)和螺母(85)固定在U型管道的两侧，其数量为至少1套；其中连接组件包括连接管道(81)、管箍右夹板(82)和管箍左夹板(83)；连接组件的一端通过螺纹固定在聚乙烯四通的水平两侧，另一端为连接管道先焊接固定管箍右夹板，再和管箍左夹板配套使用。

4.根据权利要求1所述的适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，其特征在于，所述U型换热回路的垂直方向有测温传送装置和测温装置，其中测温传送装置通过螺纹固定在测温装置上；测温装置包括测温上管道(16)，测温下管道(19)和堵板(20)；测温上管道、测温下管道都固定在水平连接支路(900)的聚乙烯四通的上下两侧，按照测温上管道、第一条水平连接支路(901)、测温下管道、第二条水平连接支路(902)、测温下管道、第三条水平连接支路(903)、测温下管道、第四条水平连接支路(904)、测温下管道、第五条水平连接支路(905)和堵板的次序通过管螺纹依次相连。

5.根据权利要求3所述的适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，其特征在于，所述连接组件的连接管道上有其数量为至少1个的安装槽口(21)，测温探头组件焊接固定在安装槽口上。

6.根据权利要求1所述的适用于地源高温储热的聚乙烯管道系统，其特征在于，所述测温探头组件包括导线(183)、测温探头(181)和探头座(182)，导线焊接在测温探头上；测温探头通过螺纹固定在探头座上，探头座的外侧固定焊接在连接管道的安装槽口处。

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