[发明专利]地热管式收集器

说明书

提供了地热管式收集器。地热管式收集器由包含以下的聚合物组合物制成：大于50wt％聚乙烯、0.1wt％‑35wt％滑石和0.5wt％‑10wt％炭黑。

技术领域

本申请涉及用于地热交换的管式收集器和用于改进地热管式收集器的性能的聚合物组合物。

背景

地热能是在地下以热的形式被储存的能量。该能量可以来源于热的地核或可以是由暴露于来自太阳的红外辐射的地球表面产生的热。现今，大部分地热设施使用第二类地热能，即在例如水、地面或基岩中以热的形式被储存的太阳能。

在使用循环流体的地热能系统中，使用地热管式收集器从地面(例如水或基岩)提取热。在地热管式收集器中，已知为传热介质或传热液体的流体被循环，使得通过地热能加热的流体在地热管式收集器的一端被提取，冷却的流体然后返回到地热管式收集器的另一端，使得产生封闭系统。

地热能系统的实例是地表热系统、海洋热系统和钻孔热系统(borehole heatsystem)。在地表热系统中，几百米长的地热管式收集器以防冻深度被埋在地下。在海洋热系统中，相似的管式收集器被放置在海水中和/或海床上/中。

在钻孔热系统中，将具有两个流体导管的地热管式收集器放置在钻孔中，使得流体可以在第一流体导管中被输送到钻孔中且在第二流体导管中被输送出钻孔。用于钻孔热系统的地热管式收集器可以是所谓的U形管式收集器。U形管式收集器包括单独的闭管，其被弯曲为使得其形成U形，使得被输送的流体的方向在钻孔的底部被改变。可选择的地热管式收集器是所谓的双U形管式收集器，其包括用于将传热液体向下输送至钻孔的两个管，其分叉成两个管，从钻孔输送回流体且进一步输送至热泵。

用于钻孔热系统的又一种类型的收集器是所谓的共轴收集器。在共轴收集器中，内管被布置在外管内。管被焊接在一起，使得形成单一组件，且随后将其安装在钻孔中。流体在外管中被向下输送到钻孔中且因此从钻孔吸收热。当流体到达钻孔的底部时，其又通过内管被向上输送。期望避免在加热的流体和冷却的流体之间的长表面积接触，这是为什么外管设置有较大的横截面面积，使得在内管中实现更快的流动的原因。

借助于上述收集器中的任一种收集的热或冷却用于蒸发或冷凝系统中的热泵的冷却剂，且由此从循环流体提取热或冷却。

由于其对被地面环境降解的抵抗力，聚乙烯(PE)是广泛用于制造地热管式收集器的材料。然而，PE通常被看作具有低热导率的绝热体，当该材料用于热交换应用时，这是缺点。为了降低管式收集器的热阻的目的，可以减小管式收集器的壁厚度。然而，降低壁厚度影响管的机械性质，这对于实现管标准的要求和管的处理来说可能是不利条件。在M.Ojala等人的EP 2195586中，描述了地热管式收集器的热导率可以如何通过在管式收集器内部产生流体的湍流来增加。然而，产生湍流涉及在地热管式收集器的壁中产生凹槽或凹部，这降低了地热管式收集器的壁的厚度，又影响一些管的机械性质。

为了能够减小地表热系统中使用的管的长度，和减小钻孔热系统中的钻孔的深度，得到具有减小的热阻和维持的机械性质的地热管式收集器的设计将是有利的。

概述

提供了地热管式收集器。地热管式收集器由包含以下的聚合物组合物制成：大于50wt％聚乙烯(PE)、0.1wt％-35wt％滑石和0.5wt％-10wt％炭黑(CB)。CB的加入使地热管式收集器免受自然环境影响但降低聚合物组合物的机械性质中的一些。滑石的加入增加热导率的性能，因此增加地热管式收集器的热交换能力，使采用较短的管式收集器但具有相同的热交换能力成为可能。滑石的加入还增加管式收集器的相关联的机械性质，这使具有较薄的壁成为可能，这还降低管式收集器的热阻并因此增加热交换。

根据一个实施方案，地热管式收集器由包含0.1wt％-3wt％滑石的聚合物组合物制成。