[發明專利]一種用于防治路基凍脹的垂直式地埋管換熱器

有效

• 申請號: 202010401439.0
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111426085B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 朱寶龍;李馨
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: F24T10/17
• 分類號: F24T10/17;F25B1/00;E01C3/06;E01C11/26
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李亞男

本發明公開了一種用于防治路基凍脹的垂直式地埋管換熱器，包括升熱機構、分別連接在升熱機構兩端的放熱組件以及通過輸熱管道連接在升熱機構下端且與放熱組件連通的制冷換熱機構；放熱組件包括分別連接在升熱機構兩端的雙層換熱管組件、連接在雙層換熱管組件上的氣液分離器以及連接在氣液分離器與制冷換熱機構之間的分支管；該換熱器結構簡單，整體為組裝式結構，便于運輸及施工需要，且制作成本低，使用可靠，散熱均勻，換熱效果好，換熱效率高。

技術領域

本發明涉及地源熱泵換熱器技術領域，具體涉及一種用于防治路基凍脹的垂直式地埋管換熱器。

背景技術

在我國，多年凍土達215萬平方公里，對鐵路或公路修建和后期運行有重要影響。在冬季，由于水的密度比冰大，在凍結的狀態下，凍土就像冰一樣，凝結的過程中體積發生膨脹，上部的路基或鋼軌由于膨脹作用被頂起。在夏季，凍土融化，體積縮小，在冬季被頂起的路基或鋼軌隨著凍土消融而下降。凍土的反復凍結、融化交替出現，就會造成路基嚴重變形或破壞，甚至會翻漿、冒泥，鋼軌會出現波浪形高低起伏，對道路運營安全造成威脅。而在這些地區，淺層地熱能較為豐富，且儲量大，開采難度低，穩定性和連續性好，可以進一步地開發利用。地源熱泵換熱器主要是在內部填充液態工質，通過液化和氣化進行吸熱和放熱，從而實現熱量的交換，主要由蒸發器、冷凝器和壓縮機組成。

目前地埋管換熱器材質一般采用聚乙烯(PE管)，但是其導熱系數低，為0.42W/(m.K)，且耐高溫、高壓能力弱，為了滿足需要，相應地源井的數量多，埋管數量多，工程造價高。除此之外常見的換熱器還有金屬換熱器、搪瓷換熱器、石墨換熱器等，但在運行過程中由于金屬本身不具備完全的抗腐蝕能力，在面對不同的環境介質時可能遭到腐蝕，影響工作壽命；搪瓷和石墨材料存在強度低、安全性能差(爆瓷、脆性斷裂)、耐高溫高壓能力弱等問題，從而難以推廣。近幾年碳化硅材料因其耐腐蝕、耐高溫、高熱導、高硬度、耐磨等特性逐漸引起人們重視，在熱泵領域發展迅猛。石墨烯是近年來出現的“超級材料”，其中它的導熱系數高達5300W/(m·K)，且堅硬，是一種適宜材料，但目前其成本較高，難以大面積推廣使用。另外，地埋管換熱器中的制冷劑在與土壤接觸過程中，存在著換熱效率低且不均勻的現象，有時甚至會導致二次凍脹，需要進一步優化換熱器中的機構避免出現此問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于防治路基凍脹的垂直式地埋管換熱器，以解決現有換熱器換熱效果差的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種用于防治路基凍脹的垂直式地埋管換熱器，包括升熱機構、分別連接在升熱機構兩端的放熱組件以及通過輸熱管道連接在升熱機構下端且與放熱組件連通的制冷換熱機構；

放熱組件包括分別連接在升熱機構兩端的雙層換熱管組件、連接在雙層換熱管組件上的氣液分離器以及連接在氣液分離器與制冷換熱機構之間的分支管。

采用上述技術方案的有益效果為：該換熱器結構簡單，整體為組裝式結構，便于運輸及施工需要，且制作成本低，使用可靠；通過制冷換熱機構與外界巖土體中的熱源進行持續熱量交換，在換熱器內形成低溫低壓氣體進而進入到升熱機構內形成高溫高壓氣體，該高溫高壓氣體再經過雙層換熱管組件進行放熱，并通過氣液分離器將經過雙層換熱管組件中的氣體與液體進行分流，避免影響散熱效果，散熱均勻，提高換熱效果，換熱效率高。

進一步，雙層換熱管組件包括連接在升熱機構的出口端的上層波紋管以及連接在上層波紋管下方的下層波紋管，氣液分離器設置在上層波紋管和下層波紋管之間，下層波紋管的出口端與制冷換熱機構連通。

采用上述技術方案的有益效果為：上層波紋管與下層波紋管形成雙重換熱組管結構，當升熱機構將氣體制成高溫高壓氣體后經過上層波紋管進行放熱，此時上層波紋管內為氣液共存狀態，液體經過氣液分離器將液體回流至制冷換熱機構內，氣體則通入至下層波紋管內繼續放熱，放熱后的氣體進入制冷換熱機構內，實現循環工作，工作可靠，換熱效率高。