[发明专利]收集器

说明书

技术领域

本发明涉及用于热泵设备的单管收集器。本发明还涉及具有所述单管收集器的热泵系统。

背景技术

在水中、陆地中以及岩床下蕴含着天然的热源。使用海洋热能、地表热能以及岩床热能是安全、可靠并且环保的供热技术。所述热能可以传输到现有的传统水运供热系统并且也用于热水生产。

在地热供热系统中，从被称为能量钻井的钻孔中采集热量。收集器是管，所述管具有以所谓的热传输液形式的热传输介质，通过加热的热传输介质传送热量，并且还将冷却的热传输介质传送回闭合循环中。

在地表热能装置中，数百米长的管道埋置到防冻深度并设置在线圈中。收集器管道收集陆地中存在的热量并且将其用于蒸发热泵的冷却剂。

海洋热能以与地表热能基本上相同的方式使用。存在于海水中的现有能量以及在底层的能量被利用。收集器管道设置在河道的底部。

热泵收集器有很多种。目前最普遍的一种收集器是一种所谓的U型管收集器。根据习惯在钻孔中设置单独的闭合管。这例如操作如下，即将塑料的优选聚乙烯的连续长管在中间部分弯曲从而形成U型。U型管的最低部放置在钻孔上，随后使管向下进入到钻孔中。因此，在同一个管中，所述U型管形成了在从热泵向下进入到钻孔的方向以及从钻孔返回进而返回到热泵的方向上的单独的连续管线，用于闭合循环中的热传输液。

对于地热装置，还有一种所谓的三管收集器，该三管收集器是具有向下传送热传输液进入到钻孔中的管的收集器的变形，该管具有分支为有两个从钻孔向回传输热传输液并且进一步传输到热泵的管。本说明书中的术语“单管收集器”是一公知术语，其用于收集器的线圈和上述的适用海洋热能和地表热能的收集器管道。在所述单管收集器中，热传输液可以被导入到沿收集器的整体纵向延展具有基本相同横截面的管中。

现有技术中的另一个类收集器是所谓的同轴收集器。在外管中设置有内管。所述管一起焊接到一单元，该单元随后安装到钻孔中。这种“管中管”技术的目的是要避免向下引入到钻孔中的冷却的热传输液与将要向上传送到收集器中的加热的热传输液的混合时间过长。通过设置外管有大直径，实现了在大直径外管中的缓流，其中在达到热吸收性时实现正输出。目前，同轴收集器在一定程度上未见于市场上，这是因为该技术涉及到大规模安装以及较高生产成本。但是，同轴收集器通常比传统的单管收集器更有效。

DE 20 2004 007 567 U1公开了一种上述的同轴收集器。该同轴收集器包括连接管，该连接管用于热传输液流入到外管中，该连接管在外管的内侧具有不平坦的表面结构。加热的热传输液通过内管向上通过连接管返回。

US 2007/0023163A1公开了一种上述的同轴收集器。该同轴收集器包括连接管，该连接管用于热传输液流入到热传输液内管中，该连接管恰结束于外管的底部，并设置在内管的外侧。热传输液在循环期间在外管和内管之间的空间中被加热，同时通过设置在内管外侧的螺旋结构(“湍流发生器”或“湍流发生结构”)被导向并进一步通过泵传送到热交换器。

所述收集器管的壁厚优化为使热传输介质获得最大的热量吸收，管道容易把握，以及在能量钻井的情况下使返回重量尽量直接向下进入到钻孔中。其长度根据需要适当改变。

然而，现有传统的单管收集器的问题在于：从能量井中周围的水中的能量吸收不理想。非常需要对能量更有效的利用。该需求也应用到用于海洋系统以及地表热量装置的单管收集器。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地消除上述现有技术的缺陷。而且，本发明的一个目的是改善单管收集器中热传输介质的能量吸收，所述能量吸收是在地表热能装置中从周围陆地吸收，或者是在地热系统的能量井中或在海洋热能系统中从周围的水吸收。

该目的可以通过根据本发明的热泵设备的单管收集器实现。收集器包括用于在热泵系统中安装的管，在该管中热传输液在闭合回路中循环，用于将从热源吸收的热量传送到热泵以及将热传输液返回到热源。管的内表面具有不平坦的表面结构，该表面结构包括凹槽和/或隆起。

通过本发明的单管收集器以及具有该单管收集器的热泵装置，可以改善能量吸收，因为现有技术的用于海洋热能、地表热能装置或能量井的收集器具有平滑的内表面，这提供了通过收集器的热传输介质的层流，与其相比，本发明的不平坦的表面结构产生了湍流。

本说明书中的术语“管”也指软管、导管等。

根据一个实施例，内表面的表面结构为凹槽形式，其中所述表面具有这样的凹槽，即在基本上沿着管的纵向方向延伸的表面中合适地形成连续的凹槽。如管的横截面所示，所述凹槽可以均匀地分布在管的内圆周表面上。