自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度的熱管型地埋管換熱器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型設置一種換熱器，更具體的說，本實用新型設置一種用于土壤源熱栗系統(tǒng)的地埋管換熱器。
【背景技術】
[0002]地埋管換熱器是土壤源熱栗系統(tǒng)的一部分。所述土壤源熱栗的使用目的是利用淺層地熱資源(指地表淺層的土壤、地下水或河流中吸收的太陽能、地熱能而蘊藏的低品位熱能)來實現(xiàn)冬季供暖和夏季制冷。一般情況下，淺層土壤的溫度在全年范圍內(nèi)是相對穩(wěn)定的，但夏季的土壤溫度會低于環(huán)境溫度，而冬季的土壤溫度又會高于環(huán)境溫度。因此，利用土壤源熱栗系統(tǒng)的工作原理，可在夏季將其作為冷源供冷，冬季又可將其作為熱源供熱。
[0003]圖1、圖2分別示意了采用土壤源熱栗系統(tǒng)供暖和制冷的原理。
[0004]由圖1、圖2可見，所述的土壤源熱栗系統(tǒng)實現(xiàn)冬季供暖和夏季制冷的關鍵部件就是地埋管換熱器，所述地埋管換熱器的作用是:夏季，將房間的熱量排給低于環(huán)境溫度的土壤以制冷；冬季，則從高于環(huán)境溫度的土壤中收取熱量以供暖。為了獲得更好的換熱效果，目前國內(nèi)外有很多強化地埋管換熱的方法，例如:改變地埋管的形狀或改變地埋管的排布方式等。
[0005]圖3是現(xiàn)有技術的一種用于地下?lián)Q熱的熱管型地埋式低溫高效換熱管(該技術已獲得專利權，專利號為200910080776.8)，該換熱管包括一個內(nèi)部保持真空的管殼以及設置在所述管殼內(nèi)部的工質(zhì)，所述的工質(zhì)始終處于氣液兩相共存的飽和狀態(tài)，且無不可凝氣體。該換熱器的工作原理是工作時處于下部蒸發(fā)段a內(nèi)的工質(zhì)吸熱汽化產(chǎn)出蒸氣，蒸氣分子流向上部并在放熱段c的冷壁面上凝結釋放汽化潛熱，隨后，凝結的工質(zhì)回流而下，重新吸熱汽化，循環(huán)不已?！庇捎谕寥赖膶嵯禂?shù)一般介于1-3W/(m.K)之間，導熱能力較差，對于冬季供熱工況來說，地埋管不斷的從土壤中取熱，就會在地埋管周圍產(chǎn)生冷量堆積，使得地埋管周圍的土壤溫度逐漸降低。該專利聲明在管殼內(nèi)的工質(zhì)充灌完畢后將管殼密封，以保證管殼內(nèi)的壓力恒定。然而，特定壓力下的工質(zhì)存在特定的蒸發(fā)溫度。故該換熱管存在問題是:當熱管下部周圍土壤的溫度低于工質(zhì)的蒸發(fā)溫度后，工質(zhì)將因無法蒸發(fā)致使熱管內(nèi)的工質(zhì)無法循環(huán)，導致熱管失效。
[0006]另外，德國卡爾斯魯厄大學和德國FKW熱栗公司研究所在2008年聯(lián)合發(fā)表了一篇關于熱管型地埋管換熱器實驗研究的論文(Deep Borehole Heat Exchanger with aC02Gravitat1nal Heat Pipe.GeoCongress 2008.)該論文實驗所用的熱管型地埋管換熱器，與圖3所示的用于地下?lián)Q熱的熱管型地埋式低溫高效換熱管原理相似，只是將工質(zhì)換成了二氧化碳。但該論文實驗也沒有考慮到土壤溫度下降后對工質(zhì)蒸發(fā)溫度的影響，所以，當熱管下部周圍土壤的溫度低于工質(zhì)的蒸發(fā)溫度后，同樣存在熱管失效的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的，就是針對以上現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度的熱管型地埋管換熱器。該換熱器可以通過自動調(diào)節(jié)熱管內(nèi)的壓力來控制工質(zhì)的蒸發(fā)溫度，并使其適應外部的土壤溫度，從而保證換熱器能夠長期正常運行。
[0008]本實用新型的技術方案是:
[0009]一種自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度的熱管型地埋管換熱器，包括熱管主體，所述熱管主體的上部設置為放熱端，所述熱管主體的下部設置為吸熱端，所述熱管主體的內(nèi)部充有工質(zhì)；所述放熱端的外部纏繞設置有連接熱栗機組的換熱管，所述放熱端的頂部設置有自動調(diào)壓閥，所述的自動調(diào)壓閥通過溫度信號傳輸線纜連接設置在所述熱管主體下部吸熱端外表面的測溫裝置。
[0010]所述的工質(zhì)為二氧化碳、水以及其他對環(huán)境無害的自然工質(zhì)。
[0011]所述的測溫裝置為熱電偶、鉑電阻或熱敏電阻。
[0012]本實用新型的有益效果是:可以通過對熱管下部吸熱端外部土壤溫度的檢測來自動調(diào)節(jié)熱管主體內(nèi)的壓力，從而保證該壓力下工質(zhì)的蒸發(fā)溫度低于外界土壤的溫度，利于工質(zhì)循環(huán)的持續(xù)進行，從而克服現(xiàn)有技術存在的“當熱管下部周圍土壤的溫度低于工質(zhì)的蒸發(fā)溫度后因工質(zhì)無法蒸發(fā)導致熱管失效”的缺陷，具有很好的實用性。
【附圖說明】
[0013]圖1是采用土壤源熱栗系統(tǒng)供暖的原理示意圖；
[0014]圖2是采用土壤源熱栗系統(tǒng)制冷的原理示意圖；
[0015]圖3是現(xiàn)有技術用于地下?lián)Q熱的熱管型地埋式低溫高效換熱管的結構示意圖；
[0016]圖4是本實用新型的結構示意圖；
[0017]圖5是以二氧化碳作為工質(zhì)的熱管型地埋管換熱器的工作區(qū)間示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為了使本實用新型的優(yōu)點和特征更容易被清楚理解，下面結合附圖和實施例對本實用新型的技術方案作以詳細說明。
[0019]本領域技術人員均知，由于土壤的導熱能力較差，當熱管型地埋管換熱器長期在供熱工況下運行時，則熱管下部吸熱端附近的土壤將產(chǎn)生冷量堆積，并使該處的土壤溫度逐漸下降。當土壤溫度下降至低于熱管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)溫度時，熱管將因其內(nèi)的工質(zhì)無法蒸發(fā)致使工質(zhì)無法循環(huán)而導致失效。
[0020]為了解決這一問題，本實用新型采用了自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度的設置方式。
[0021]圖4示意了本實用新型的結構情況。
[0022]由圖4可見，本實用新型的自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度的熱管型地埋管換熱器，其構成部件包括熱管主體1，所述熱管主體I的上部為放熱端2，所述熱管主體I的下部為吸熱端7，所述熱管主體I的內(nèi)部充有工質(zhì)，所述放熱端2的外部纏繞安裝連接熱栗機組的換熱管3，所述放熱端2的頂部安裝自動調(diào)壓閥6，所述的自動調(diào)壓閥6通過溫度信號傳輸線纜5連接安裝在所述熱管主體I下部吸熱端7外表面的測溫裝置4。
[0023]在本實用新型的設置中，所述熱管主體I內(nèi)的工質(zhì)可以是二氧化碳、水或其他對環(huán)境無害的自然工質(zhì)；所述的測溫裝置4可以是熱電偶、鉑電阻或熱敏電阻等。
[0024]本實用新型的使用方法是:
[0025]將所述的熱管主體I垂直埋入土壤中，并使其下部的吸熱端7位于地下增溫層內(nèi)，所述吸熱端7所汲取的熱量使所述熱管主體I內(nèi)的工質(zhì)蒸發(fā)散熱，并將熱能通過位于所述熱管主體I上部的放熱端2與所述的換熱管3進行熱交換，再通過所述的換熱管3將熱量傳至熱栗機組。當所述熱管主體I下部吸熱端7周圍的土壤溫度逐漸下降時，所述的自動調(diào)壓閥6可通過測量土壤溫度自動調(diào)節(jié)所述熱管主體I內(nèi)的壓力，從而保證該壓力下工質(zhì)的蒸發(fā)溫度低于外界的土壤溫度，保證本實用新型的正常運行。
[0026]圖5示意了以二氧化碳作為工質(zhì)的熱管型地埋管換熱器的工作區(qū)間。
[0027]參見圖5，在特定壓力下，二氧化碳工質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時的蒸發(fā)溫度是固定的。所以，當外界土壤由于長期向熱管放熱而溫度降低時，土壤溫度將會低于管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)溫度，因而工質(zhì)無法蒸發(fā)，導致熱管失效。但是，由圖可知，如果能夠調(diào)節(jié)熱管內(nèi)的壓力，則可以改變工質(zhì)的蒸發(fā)溫度。對于以二氧化碳作為工質(zhì)的熱管來說，如果降低熱管內(nèi)的壓力，就可以降低工質(zhì)的蒸發(fā)溫度。本實用新型獲得有益效果的技術方案正是基于此的創(chuàng)新設置。
[0028]本實用新型的最佳實施方式如下:
[0029]1.關于所述的熱管主體1、位于所述熱管主體I上部的放熱端2以及與熱栗機組相連接的換熱管3的設計，均根據(jù)地源熱栗國家標準GB50036-2009《地源熱栗系統(tǒng)工程技術規(guī)范》中的有關要求進行地下熱物性指標測試，并由此模擬10-20年內(nèi)熱管換熱器的工作溫度區(qū)間，據(jù)此設計熱管主體I的尺寸、材料等參數(shù)以及內(nèi)部工質(zhì)的型號、充灌量等參數(shù)，還有與熱栗機組連接的換熱管的相關參數(shù)。
[0030]2.關于所述的測溫裝置4以及溫度信號傳輸線纜5的設計，考慮到較為復雜的地下條件，置于所述熱管主體I下部吸熱端7外表面的測溫裝置4，要求選用抗腐蝕、抗壓的測溫元件(如:包有四氟保護套的鉑電阻測溫傳感器，對于地下存在咸水層的地區(qū)，則傳感器的外殼應采用316號不銹鋼制作)，將所述的測溫裝置4與自動調(diào)壓閥6相連接的溫度信號傳輸線纜5則選用具有很好的密封性、抗腐蝕、抗壓力的材料制作外套(對于線纜長度超過10米的，建議采用四線制鉑電阻，以減小誤差)。
[0031]3.關于所述的自動調(diào)壓閥6的設計，可根據(jù)實際采用的工質(zhì)特性，選擇傳統(tǒng)的氣體調(diào)壓閥予以改進，同時增加能夠接收、處理溫度傳感器傳入的溫度信號并計算出與之相匹配的管內(nèi)壓力的自動控制系統(tǒng)，使之可以自動調(diào)節(jié)管內(nèi)壓力，并使調(diào)節(jié)后的壓力所對應的工質(zhì)蒸發(fā)溫度與外部的土壤溫度相適應。
[0032]以上參照附圖和實施例對本實用新型的技術方案進行了示意性描述，該描述沒有限制性。本領域的技術人員應能理解，在實際應用中，本實用新型中各個技術特征均可能發(fā)生某些變化，而其他人員在其啟示下也可能做出相似設計。特別需要指出的是:只要不脫離本實用新型的設計宗旨，所有顯而易見的細節(jié)變化或相似設計，均包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度的熱管型地埋管換熱器，包括熱管主體，其特征在于:所述熱管主體的上部設置為放熱端，所述熱管主體的下部設置為吸熱端，所述熱管主體的內(nèi)部充有工質(zhì)；所述放熱端的外部纏繞設置連接熱栗機組的換熱管，所述放熱端的頂部設置自動調(diào)壓閥，所述的自動調(diào)壓閥通過溫度信號傳輸線纜連接設置在吸熱端外表面的測溫裝置。2.根據(jù)權利要求1所述的自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度的熱管型地埋管換熱器，其特征在于:所述的工質(zhì)為二氧化碳或水。3.根據(jù)權利要求1所述的自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度的熱管型地埋管換熱器，其特征在于:所述的測溫裝置為熱電偶、鉑電阻或熱敏電阻。
【專利摘要】本實用新型公開了一種自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度的熱管型地埋管換熱器，其構成部件包括熱管主體，所述熱管主體的上部設置為放熱端，所述熱管主體的下部設置為吸熱端，所述熱管主體的內(nèi)部充有工質(zhì)；所述放熱端的外部纏繞設置有連接熱泵機組的換熱管，所述放熱端的頂部設置有自動調(diào)壓閥，所述的自動調(diào)壓閥通過溫度信號傳輸線纜連接設置在所述熱管主體下部吸熱端外表面的測溫裝置。其優(yōu)點是：可通過對熱管下部吸熱端外部土壤溫度的檢測自動調(diào)節(jié)熱管主體內(nèi)的壓力，保證該壓力下工質(zhì)的蒸發(fā)溫度低于外界土壤的溫度，利于工質(zhì)循環(huán)的持續(xù)進行，從而克服現(xiàn)有技術存在的“當熱管下部周圍土壤的溫度低于工質(zhì)的蒸發(fā)溫度后因工質(zhì)無法蒸發(fā)導致熱管失效”的缺陷。
【IPC分類】F25B30/06
【公開號】CN204854074
【申請?zhí)枴緾N201520563844
【發(fā)明人】楊孟軍, 趙景維, 賀順明, 袁玥, 趙軍, 李揚
【申請人】天津生態(tài)城能源投資建設有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月30日