CN215598176U - 一种土壤源热泵高效换热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种土壤源热泵高效换热装置，属于地热采出技术领域；包括埋于土壤内的管路系统，管路系统包括换热管，换热管包括内管和外管双层结构，内管与外管之间通过连接筋连接固定；外管的管壁为螺旋波纹状，内管的内壁沿轴向均匀设置有凸楞；内管外表面设置有石墨烯导热膜；内管与外管之间形成第一换热区，内管内部形成第二换热区；本实用新型形成充分导热结构，减小换热盘管占地面积，提高了单位面积土壤的换热率；解决土壤源热泵换热装置换热量小的问题。

Description

一种土壤源热泵高效换热装置

技术领域

本实用新型属于地热采出技术领域，具体涉及一种土壤源热泵高效换热装置。

背景技术

地热资源是地球自然资源之一，其储量大、分布广、大多沿火山及地震带分布，是一种易于利用的清洁能源。地热资源的利用中无二氧化碳、氮氧化物、二恶英等污染物排放、是环保型清洁能源。

土壤源热泵是利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置，冬季从土壤中取热，向建筑物供暖，夏季向土壤排热，为建筑物制冷，它以土壤作为热源、冷源，通过高效热泵机组向建筑物供热或供冷。但目前在利用地热能换热器一般为垂直埋管式、水平埋管式和蛇形盘管式，这种结构的换热装置换热时间短，土壤导热系数较小，换热量较小。已有的经验表明，其持续吸热速率一般为25W/m²，所以当供热量一定时，换热盘管占地面积较大，埋管的敷设无论是水平开挖布置还是钻孔垂直安装，都会增加土建费用。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提出一种土壤源热泵高效换热装置，解决换热盘管占地面积大，换热量小的问题。

为了达到上述目的，本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种土壤源热泵高效换热装置，包括埋于土壤内的管路系统，所述管路系统包括换热管，所述换热管包括内管和外管双层结构，内管与外管之间通过连接筋连接固定；所述外管的管壁为螺旋波纹状，所述内管的内壁沿轴向均匀设置有凸楞；所述内管外表面设置有石墨烯导热膜；所述内管与外管之间形成第一换热区，所述内管内部形成第二换热区。

进一步的，多根换热管从上至下排布并通过弯管接头相连通，在土壤内形成蛇形布置换热管路；所述弯管接头为内外双层结构，用于将内管与内管连通，外管与外管连通。

更进一步，所述换热管的内管与外管均设置有螺纹连接部，换热管通过螺纹连接部与弯管接头相连接。

进一步的，所述的凸楞的数量为4-6个。

更进一步，所述外管管壁上相邻的两个波纹凸起的间距为1-2cm。

内管和外管同心设置。

本实用新型相对于现有技术所产生的有益效果为：

本实用新型通过双层管的结构提高单位面积的换热量，在第一换热区内的换热介质温度略大于第二换热区内的换热介质温度，形成梯度换热效果。在热交换过程中，换热介质在换热通道中通过时，靠近外管管壁的第一换热区中的换热介质通过外管管壁直接与外管外的土壤热进行换热，进而由于在外管内设置了第二换热区，位于外管中心的第二换热区内的低温换热介质进一步与第一换热区内的高温换热介质换热，从而使第一换热区内的换热介质进一步充分吸收土壤热，从而提高了换热管整体的换热效率。

其次，外管的结构为螺纹波纹状，不仅能使相同长度的换热管的导热面积增加，还能使管内的流体形成紊流，缩短热交换时间短，以提高热交换效率；内管的凸楞同样增加了第二换热区的换热面积，在管内水流速度一定的情况下，换热面积增加，同时结合内管外表面设置有石墨烯导热膜，充分提高导热率，将形成充分导热结构，以提高单位面积土壤的换热率。

附图说明

图1为本实用新型所述换热管的截面示意图。

图2为本实用新型所述换热管在土壤内的布置结构示意图。

图3为本实用新型所述弯管接头的剖面图。

图4为外管的剖面图。

图中，1为内管，2为外管，3为连接筋，4为凸楞，5为石墨烯导热膜，6为第一换热区，7为第二换热区，8为换热管，9为弯管接头。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。下面结合实施例及附图详细说明本实用新型的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1所示，是一种土壤源热泵高效换热装置，包括埋于土壤内的管路系统，所述管路系统包括换热管8，换热管8包括内管1和外管2双层结构，内管1和外管2同心设置。

内管1与外管2之间通过连接筋3连接固定；所述外管2的管壁为螺旋波纹状，如图4所示，外管2管壁上相邻的两个波纹凸起的间距为1.5cm。

内管1的内壁沿轴向均匀设置有凸楞4；凸楞4的数量为4个。所述内管1外表面设置有石墨烯导热膜5；所述内管1与外管2之间形成第一换热区6，所述内管1内部形成第二换热区7。第一换热区6和第二换热区7所通入的换热介质均为水，第一换热区6内的水温大于第二换热区7内的水温10-15℃。

换热管为石墨改性聚丙烯材质或石墨改性聚丁烯材质或者可以采用其他材料制成。换热管具体的铺设也可以根据环境的实际情况进行直埋或迂回埋置，直埋时采用直管接头，迂回埋置可以适用弯管接头，两种接头也相应的为双层管路结构。

具体的，如图2所示，是一种换热管在土壤内的布置结构，多根换热管8从上至下排布并通过弯管接头9相连通，在土壤内形成蛇形布置换热管路；弯管接头9为内外双层结构，如图3所示，用于将上下换热管的内管与内管连通，外管与外管连通。换热管的内管与外管均设置有螺纹连接部，换热管通过螺纹连接部与弯管接头9相连接。

通过双层管的结构可以提高土壤内单位面积的换热量，在第一换热区6内的水温略大于第二换热区7内的水温，形成梯度换热效果。在热交换过程中，换热介质在换热通道中通过时，靠近外管2管壁的第一换热区6中的水通过外管2管壁直接与外管2外的土壤热进行换热，进而由于在外管2内设置了第二换热区7，位于外管2中心的第二换热区7内的低温水进一步与第一换热区6内的高温水换热，从而使第一换热区6内的高温水降温进一步充分吸收土壤热，从而提高了换热管整体的换热效率。

其次，外管2的结构为螺纹波纹状，不仅能使相同长度的换热管的导热面积增加，还能使管内的流体形成紊流，故能优选缩短热交换时间短，以提高热交换效率；内管1的凸楞4同样增加了第二换热区7的换热面积，在管内水流速度一定的情况下，换热面积增加，同时结合内管外表面设置有石墨烯导热膜5，充分提高导热率，将形成充分导热结构，以提高单位面积土壤的换热率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种土壤源热泵高效换热装置，包括埋于土壤内的管路系统，其特征在于，所述管路系统包括换热管（8），所述换热管包括内管（1）和外管（2）双层结构，内管（1）与外管（2）之间通过连接筋（3）连接固定；所述外管（2）的管壁为螺旋波纹状，所述内管（1）的内壁沿轴向均匀设置有凸楞（4）；所述内管（1）外表面设置有石墨烯导热膜（5）；所述内管（1）与外管（2）之间形成第一换热区（6），所述内管（1）内部形成第二换热区（7）。

2.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵高效换热装置，其特征在于，多根换热管（8）从上至下排布并通过弯管接头（9）相连通，在土壤内形成蛇形布置换热管路；所述弯管接头（9）为内外双层结构，用于将内管与内管连通，外管与外管连通。

3.根据权利要求2所述的一种土壤源热泵高效换热装置，其特征在于，所述换热管（8）的内管（1）与外管（2）均设置有螺纹连接部，换热管通过螺纹连接部与弯管接头（9）相连接。

4.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵高效换热装置，其特征在于，所述的凸楞（4）的数量为4-6个。

5.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵高效换热装置，其特征在于，所述外管（2）管壁上相邻的两个波纹凸起的间距为1-2cm。

6.根据权利要求1所述的一种土壤源热泵高效换热装置，其特征在于，内管（1）和外管（2）同心设置。

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