CN204854074U - 自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器，其构成部件包括热管主体，所述热管主体的上部设置为放热端，所述热管主体的下部设置为吸热端，所述热管主体的内部充有工质；所述放热端的外部缠绕设置有连接热泵机组的换热管，所述放热端的顶部设置有自动调压阀，所述的自动调压阀通过温度信号传输线缆连接设置在所述热管主体下部吸热端外表面的测温装置。其优点是：可通过对热管下部吸热端外部土壤温度的检测自动调节热管主体内的压力，保证该压力下工质的蒸发温度低于外界土壤的温度，利于工质循环的持续进行，从而克服现有技术存在的“当热管下部周围土壤的温度低于工质的蒸发温度后因工质无法蒸发导致热管失效”的缺陷。

Description

自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器

技术领域

本实用新型设置一种换热器，更具体的说，本实用新型设置一种用于土壤源热泵系统的地埋管换热器。

背景技术

地埋管换热器是土壤源热泵系统的一部分。所述土壤源热泵的使用目的是利用浅层地热资源(指地表浅层的土壤、地下水或河流中吸收的太阳能、地热能而蕴藏的低品位热能)来实现冬季供暖和夏季制冷。一般情况下，浅层土壤的温度在全年范围内是相对稳定的，但夏季的土壤温度会低于环境温度，而冬季的土壤温度又会高于环境温度。因此，利用土壤源热泵系统的工作原理，可在夏季将其作为冷源供冷，冬季又可将其作为热源供热。

图1、图2分别示意了采用土壤源热泵系统供暖和制冷的原理。

由图1、图2可见，所述的土壤源热泵系统实现冬季供暖和夏季制冷的关键部件就是地埋管换热器，所述地埋管换热器的作用是：夏季，将房间的热量排给低于环境温度的土壤以制冷；冬季，则从高于环境温度的土壤中收取热量以供暖。为了获得更好的换热效果，目前国内外有很多强化地埋管换热的方法，例如：改变地埋管的形状或改变地埋管的排布方式等。

图3是现有技术的一种用于地下换热的热管型地埋式低温高效换热管(该技术已获得专利权，专利号为200910080776.8)，该换热管包括一个内部保持真空的管壳以及设置在所述管壳内部的工质，所述的工质始终处于气液两相共存的饱和状态，且无不可凝气体。该换热器的工作原理是：“工作时处于下部蒸发段a内的工质吸热汽化产出蒸气，蒸气分子流向上部并在放热段c的冷壁面上凝结释放汽化潜热，随后，凝结的工质回流而下，重新吸热汽化，循环不已。”由于土壤的导热系数一般介于1-3W/(m·K)之间，导热能力较差，对于冬季供热工况来说，地埋管不断的从土壤中取热，就会在地埋管周围产生冷量堆积，使得地埋管周围的土壤温度逐渐降低。该专利声明在管壳内的工质充灌完毕后将管壳密封，以保证管壳内的压力恒定。然而，特定压力下的工质存在特定的蒸发温度。故该换热管存在问题是：当热管下部周围土壤的温度低于工质的蒸发温度后，工质将因无法蒸发致使热管内的工质无法循环，导致热管失效。

另外，德国卡尔斯鲁厄大学和德国FKW热泵公司研究所在2008年联合发表了一篇关于热管型地埋管换热器实验研究的论文(DeepBoreholeHeatExchangerwithaCO2GravitationalHeatPipe.GeoCongress2008.)该论文实验所用的热管型地埋管换热器，与图3所示的用于地下换热的热管型地埋式低温高效换热管原理相似，只是将工质换成了二氧化碳。但该论文实验也没有考虑到土壤温度下降后对工质蒸发温度的影响，所以，当热管下部周围土壤的温度低于工质的蒸发温度后，同样存在热管失效的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的，就是针对以上现有技术存在的问题，提供一种自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器。该换热器可以通过自动调节热管内的压力来控制工质的蒸发温度，并使其适应外部的土壤温度，从而保证换热器能够长期正常运行。

本实用新型的技术方案是：

一种自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器，包括热管主体，所述热管主体的上部设置为放热端，所述热管主体的下部设置为吸热端，所述热管主体的内部充有工质；所述放热端的外部缠绕设置有连接热泵机组的换热管，所述放热端的顶部设置有自动调压阀，所述的自动调压阀通过温度信号传输线缆连接设置在所述热管主体下部吸热端外表面的测温装置。

所述的工质为二氧化碳、水以及其他对环境无害的自然工质。

所述的测温装置为热电偶、铂电阻或热敏电阻。

本实用新型的有益效果是：可以通过对热管下部吸热端外部土壤温度的检测来自动调节热管主体内的压力，从而保证该压力下工质的蒸发温度低于外界土壤的温度，利于工质循环的持续进行，从而克服现有技术存在的“当热管下部周围土壤的温度低于工质的蒸发温度后因工质无法蒸发导致热管失效”的缺陷，具有很好的实用性。

附图说明

图1是采用土壤源热泵系统供暖的原理示意图；

图2是采用土壤源热泵系统制冷的原理示意图；

图3是现有技术用于地下换热的热管型地埋式低温高效换热管的结构示意图；

图4是本实用新型的结构示意图；

图5是以二氧化碳作为工质的热管型地埋管换热器的工作区间示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的优点和特征更容易被清楚理解，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作以详细说明。

本领域技术人员均知，由于土壤的导热能力较差，当热管型地埋管换热器长期在供热工况下运行时，则热管下部吸热端附近的土壤将产生冷量堆积，并使该处的土壤温度逐渐下降。当土壤温度下降至低于热管内工质的蒸发温度时，热管将因其内的工质无法蒸发致使工质无法循环而导致失效。

为了解决这一问题，本实用新型采用了自动调节蒸发温度的设置方式。

图4示意了本实用新型的结构情况。

由图4可见，本实用新型的自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器，其构成部件包括热管主体1，所述热管主体1的上部为放热端2，所述热管主体1的下部为吸热端7，所述热管主体1的内部充有工质，所述放热端2的外部缠绕安装连接热泵机组的换热管3，所述放热端2的顶部安装自动调压阀6，所述的自动调压阀6通过温度信号传输线缆5连接安装在所述热管主体1下部吸热端7外表面的测温装置4。

在本实用新型的设置中，所述热管主体1内的工质可以是二氧化碳、水或其他对环境无害的自然工质；所述的测温装置4可以是热电偶、铂电阻或热敏电阻等。

本实用新型的使用方法是：

将所述的热管主体1垂直埋入土壤中，并使其下部的吸热端7位于地下增温层内，所述吸热端7所汲取的热量使所述热管主体1内的工质蒸发散热，并将热能通过位于所述热管主体1上部的放热端2与所述的换热管3进行热交换，再通过所述的换热管3将热量传至热泵机组。当所述热管主体1下部吸热端7周围的土壤温度逐渐下降时，所述的自动调压阀6可通过测量土壤温度自动调节所述热管主体1内的压力，从而保证该压力下工质的蒸发温度低于外界的土壤温度，保证本实用新型的正常运行。

图5示意了以二氧化碳作为工质的热管型地埋管换热器的工作区间。

参见图5，在特定压力下，二氧化碳工质从液态变为气态时的蒸发温度是固定的。所以，当外界土壤由于长期向热管放热而温度降低时，土壤温度将会低于管内工质的蒸发温度，因而工质无法蒸发，导致热管失效。但是，由图可知，如果能够调节热管内的压力，则可以改变工质的蒸发温度。对于以二氧化碳作为工质的热管来说，如果降低热管内的压力，就可以降低工质的蒸发温度。本实用新型获得有益效果的技术方案正是基于此的创新设置。

本实用新型的最佳实施方式如下：

1.关于所述的热管主体1、位于所述热管主体1上部的放热端2以及与热泵机组相连接的换热管3的设计，均根据地源热泵国家标准GB50036-2009《地源热泵系统工程技术规范》中的有关要求进行地下热物性指标测试，并由此模拟10-20年内热管换热器的工作温度区间，据此设计热管主体1的尺寸、材料等参数以及内部工质的型号、充灌量等参数，还有与热泵机组连接的换热管的相关参数。

2.关于所述的测温装置4以及温度信号传输线缆5的设计，考虑到较为复杂的地下条件，置于所述热管主体1下部吸热端7外表面的测温装置4，要求选用抗腐蚀、抗压的测温元件(如：包有四氟保护套的铂电阻测温传感器，对于地下存在咸水层的地区，则传感器的外壳应采用316号不锈钢制作)，将所述的测温装置4与自动调压阀6相连接的温度信号传输线缆5则选用具有很好的密封性、抗腐蚀、抗压力的材料制作外套(对于线缆长度超过10米的，建议采用四线制铂电阻，以减小误差)。

3.关于所述的自动调压阀6的设计，可根据实际采用的工质特性，选择传统的气体调压阀予以改进，同时增加能够接收、处理温度传感器传入的温度信号并计算出与之相匹配的管内压力的自动控制系统，使之可以自动调节管内压力，并使调节后的压力所对应的工质蒸发温度与外部的土壤温度相适应。

以上参照附图和实施例对本实用新型的技术方案进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的技术人员应能理解，在实际应用中，本实用新型中各个技术特征均可能发生某些变化，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。特别需要指出的是：只要不脱离本实用新型的设计宗旨，所有显而易见的细节变化或相似设计，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器，包括热管主体，其特征在于：所述热管主体的上部设置为放热端，所述热管主体的下部设置为吸热端，所述热管主体的内部充有工质；所述放热端的外部缠绕设置连接热泵机组的换热管，所述放热端的顶部设置自动调压阀，所述的自动调压阀通过温度信号传输线缆连接设置在吸热端外表面的测温装置。

2.根据权利要求1所述的自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器，其特征在于：所述的工质为二氧化碳或水。

3.根据权利要求1所述的自动调节蒸发温度的热管型地埋管换热器，其特征在于：所述的测温装置为热电偶、铂电阻或热敏电阻。