[發明專利]同軸地埋管換熱器及其制造方法

在審

• 申請號: 201380063706.6
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN104919257A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: T·安德森
• 申請（專利權）人: 三管地熱公司
• 主分類號: F24J3/08
• 分類號: F24J3/08;F28D20/00;F28F1/00;F28D7/10
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

技術領域

本公開大體上涉及一種地埋管換熱器并具體涉及同軸地埋管換熱器。

背景技術

地熱涉及使用地熱能對設施進行加熱。利用儲存在地中的地熱能的日益受歡迎的方式是借助地埋管換熱器(BHE)。BHE包括安裝在地中的鉆孔內的一個或多個管。BHE通常具有用于在鉆孔中使傳熱流體向下流動的管以及用于在鉆孔中使傳熱流體向上流動的管。借助BHE所連接的泵，傳熱流體可以在BHE中循環以連續從地吸熱或將熱儲存在地中。

一種類型的BHE是U形管裝置，其包括在鉆孔的底部處連接的兩個同等的柱形管，以允許傳熱流體在其中一個管中向下流動而在另一個管中向上流動，從而與周圍的地交換熱。

另一種類型的BHE是同軸BHE，已發現其比U形管裝置具有更優的傳熱效率。例如在等人在2011年在帕多瓦舉行的關于HP和AC技術的外部空氣的替代源/匯源的IIR研討會上提出的論文“對同軸地埋管換熱器的第一次實驗(First?experiences?with?coaxial?borehole?heat?exchangers)”中公開了同軸BHE。在該論文的第3部分中公開了一種管中管設計，其中同軸BHE包括由薄軟管構成的能量艙以及設有絕緣體且布置在能量艙中的中央管。從而水可以在能量艙之間的環形空間中沿一個方向流動而在中央管中沿相反方向流動，以與周圍的地進行交換熱。

然而，這種管的制造和安裝都可能不必要地復雜，并且該設計的堅固性會比理想的低。鑒于上述，期望改進現有的同軸BHE。

發明內容

鑒于上述，本公開的總體目的是提供能解決或至少部分地消除現有技術中的問題的同軸地埋管換熱器及其制造方法。

因而，根據本公開的第一方面，提供了一種同軸地埋管換熱器，該同軸地埋管換熱器包括：最內側管；中間管，該中間管同軸地布置在所述最內側管的外側，其中所述中間管具有設有多個軸向凹槽的內表面，并且其中所述中間管的內徑對應于所述最內側管的外徑；以及最外側管，該最外側管同軸地布置在所述中間管的外側，其中所述最外側管具有設有多個軸向凹槽的內表面，并且其中所述最外側管的內徑對應于所述中間管的外徑，其中所述最內側管和所述最外側管的所述多個軸向凹槽限定了液體流動通道，并且其中所述中間管的所述軸向凹槽在所述最外側管的所述軸向凹槽與所述最內側管之間限定了絕熱層。

因而可以獲得的效果是固定幾何形狀的同軸地埋管換熱器，與現有技術相比，該同軸地埋管換熱器制造更簡單、安裝更簡單且更堅固。具體地，借助于由中間管的軸向凹槽提供的絕熱層，可以提供在相反方向的液體流動通道之間的可靠且長壽命的熱絕緣。相比之下，現有技術典型地采用熱泡沫絕緣體或類似結構的絕緣體，而該絕緣體在100至200米深度處長時間經受10至20巴的高水壓時會內爆或者損壞，并且由此而無效。

根據一個實施方式，所述中間管的所述軸向凹槽沿著所述中間管的所述內表面在周向上均勻地分布。因而可以提供最外側管的恒定機械耐受強度。

根據一個實施方式，所述最外側管的所述軸向凹槽沿著所述最外側管的所述內表面在周向上均勻地分布。因而可以在周向上，即柱面坐標系中的角方向上提供最外側管的恒定熱絕緣。

根據一個實施方式，所述中間管的所述軸向凹槽沿著所述中間管的整個長度的大部分延伸。

根據一個實施方式，所述最外側管的所述軸向凹槽沿著所述最外側管的大部分長度延伸。

一個實施方式包括返回杯，該返回杯被布置在所述最內側管、所述中間管和所述最外側管的一個端面處，其中所述返回杯包括具有底面的液體返回腔以及從所述底面升高的至少一個間隔部件，所述至少一個間隔部件被布置成抵靠所述端面，以使液體能夠在所述最外側管的所述液體流動通道與所述最內側管的所述液體流動通道之間流動。

根據一個實施方式，所述至少一個間隔部件相對于所述同軸地埋管換熱器的縱向延伸范圍具有第一橫向延伸部和第二橫向延伸部，其中所述第一橫向延伸部至多等于所述中間管的外徑的尺寸，并且其中所述第二橫向延伸部小于所述最內側管的內徑的尺寸。

根據一個實施方式，所述最內側管、所述中間管和所述最外側管由塑料制成。

根據一個實施方式，所述最外側管包括導熱復合物。

根據一個實施方式，所述導熱復合物的導熱率比所述最內側管和所述中間管的導熱率都高。

一個實施方式包括設置在所述同軸地埋管換熱器的外表面處的閥，該閥與所述中間管的軸向凹槽的端部齊平，其中所述閥被布置成與所述中間管的所述軸向凹槽的所述端部處于流體連通。