[发明专利]同轴地埋管换热器及其制造方法

说明书

技术领域

本公开大体上涉及一种地埋管换热器并具体涉及同轴地埋管换热器。

背景技术

地热涉及使用地热能对设施进行加热。利用储存在地中的地热能的日益受欢迎的方式是借助地埋管换热器(BHE)。BHE包括安装在地中的钻孔内的一个或多个管。BHE通常具有用于在钻孔中使传热流体向下流动的管以及用于在钻孔中使传热流体向上流动的管。借助BHE所连接的泵，传热流体可以在BHE中循环以连续从地吸热或将热储存在地中。

一种类型的BHE是U形管装置，其包括在钻孔的底部处连接的两个同等的柱形管，以允许传热流体在其中一个管中向下流动而在另一个管中向上流动，从而与周围的地交换热。

另一种类型的BHE是同轴BHE，已发现其比U形管装置具有更优的传热效率。例如在等人在2011年在帕多瓦举行的关于HP和AC技术的外部空气的替代源/汇源的IIR研讨会上提出的论文“对同轴地埋管换热器的第一次实验(First experiences with coaxial borehole heat exchangers)”中公开了同轴BHE。在该论文的第3部分中公开了一种管中管设计，其中同轴BHE包括由薄软管构成的能量舱以及设有绝缘体且布置在能量舱中的中央管。从而水可以在能量舱之间的环形空间中沿一个方向流动而在中央管中沿相反方向流动，以与周围的地进行交换热。

然而，这种管的制造和安装都可能不必要地复杂，并且该设计的坚固性会比理想的低。鉴于上述，期望改进现有的同轴BHE。

发明内容

鉴于上述，本公开的总体目的是提供能解决或至少部分地消除现有技术中的问题的同轴地埋管换热器及其制造方法。

因而，根据本公开的第一方面，提供了一种同轴地埋管换热器，该同轴地埋管换热器包括：最内侧管；中间管，该中间管同轴地布置在所述最内侧管的外侧，其中所述中间管具有设有多个轴向凹槽的内表面，并且其中所述中间管的内径对应于所述最内侧管的外径；以及最外侧管，该最外侧管同轴地布置在所述中间管的外侧，其中所述最外侧管具有设有多个轴向凹槽的内表面，并且其中所述最外侧管的内径对应于所述中间管的外径，其中所述最内侧管和所述最外侧管的所述多个轴向凹槽限定了液体流动通道，并且其中所述中间管的所述轴向凹槽在所述最外侧管的所述轴向凹槽与所述最内侧管之间限定了绝热层。

因而可以获得的效果是固定几何形状的同轴地埋管换热器，与现有技术相比，该同轴地埋管换热器制造更简单、安装更简单且更坚固。具体地，借助于由中间管的轴向凹槽提供的绝热层，可以提供在相反方向的液体流动通道之间的可靠且长寿命的热绝缘。相比之下，现有技术典型地采用热泡沫绝缘体或类似结构的绝缘体，而该绝缘体在100至200米深度处长时间经受10至20巴的高水压时会内爆或者损坏，并且由此而无效。

根据一个实施方式，所述中间管的所述轴向凹槽沿着所述中间管的所述内表面在周向上均匀地分布。因而可以提供最外侧管的恒定机械耐受强度。

根据一个实施方式，所述最外侧管的所述轴向凹槽沿着所述最外侧管的所述内表面在周向上均匀地分布。因而可以在周向上，即柱面坐标系中的角方向上提供最外侧管的恒定热绝缘。

根据一个实施方式，所述中间管的所述轴向凹槽沿着所述中间管的整个长度的大部分延伸。

根据一个实施方式，所述最外侧管的所述轴向凹槽沿着所述最外侧管的大部分长度延伸。

一个实施方式包括返回杯，该返回杯被布置在所述最内侧管、所述中间管和所述最外侧管的一个端面处，其中所述返回杯包括具有底面的液体返回腔以及从所述底面升高的至少一个间隔部件，所述至少一个间隔部件被布置成抵靠所述端面，以使液体能够在所述最外侧管的所述液体流动通道与所述最内侧管的所述液体流动通道之间流动。

根据一个实施方式，所述至少一个间隔部件相对于所述同轴地埋管换热器的纵向延伸范围具有第一横向延伸部和第二横向延伸部，其中所述第一横向延伸部至多等于所述中间管的外径的尺寸，并且其中所述第二横向延伸部小于所述最内侧管的内径的尺寸。

根据一个实施方式，所述最内侧管、所述中间管和所述最外侧管由塑料制成。

根据一个实施方式，所述最外侧管包括导热复合物。

根据一个实施方式，所述导热复合物的导热率比所述最内侧管和所述中间管的导热率都高。

一个实施方式包括设置在所述同轴地埋管换热器的外表面处的阀，该阀与所述中间管的轴向凹槽的端部齐平，其中所述阀被布置成与所述中间管的所述轴向凹槽的所述端部处于流体连通。