本公開(kāi)涉及一種換熱器，尤其是一種用于中深層地?zé)岵杉瘬Q熱器中的能夠增強(qiáng)換熱效率的換熱器。

背景技術(shù)：

在節(jié)能減排日益成為環(huán)境改善的主題今天，地?zé)崮茏鳛橐环N成為了人們?cè)絹?lái)越認(rèn)可的清潔能源。獲取這些地?zé)崮艿姆绞接袃煞N，一種是直接抽取含地?zé)崮艿牡叵聼崴?，另一種是間接獲取地下熱水中地?zé)崮?，即利通過(guò)換熱器將中深層地下的地下水中的地?zé)嶂脫Q出來(lái)利用地?zé)?。很顯然，直接抽取中深層地下熱水不具有可持續(xù)性，因?yàn)檫@會(huì)由于地下水的大量開(kāi)采導(dǎo)致一定程度地陷以及土地沙化，由此帶來(lái)了難以恢復(fù)生態(tài)災(zāi)難。而間接利用地下熱水中的地?zé)?，是通過(guò)向地下鉆深井，隨后在深井中插入含有內(nèi)外換熱管的套管。中深層地下的地?zé)?地下熱水或其它形式的熔巖中的熱量)將會(huì)將外管加熱。通過(guò)水泵將良好導(dǎo)熱的低溫循環(huán)介質(zhì)(例如，低溫水)注入外管和內(nèi)管之間的夾層通道，注入的低溫循環(huán)介質(zhì)在向下流入的過(guò)程中，獲取外管壁上傳遞來(lái)的熱量，從而加溫成中高溫循環(huán)介質(zhì)。高溫循環(huán)介質(zhì)在泵的作用下被抽取到地面，從而使得高溫循環(huán)介質(zhì)所攜帶的熱量為人們所用于各種用途，例如，被廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門，用于保證工藝過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度、地板加熱、空調(diào)取暖或制冷、發(fā)電、地面融雪等。這種間接地?zé)崂梅绞讲粫?huì)抽取地下水，因此不會(huì)影響人們的生活環(huán)境，因此是一種可持續(xù)的地?zé)岵杉绞健?/p>

然而，間接利用地?zé)崮苓@種方式存在的問(wèn)題是，外管的內(nèi)壁表面積有限，其能夠從周圍高溫巖層和熱水獲取并存儲(chǔ)在其管壁內(nèi)的熱量有限，而且循環(huán)介質(zhì)在重力和泵送壓力的作用下向下流動(dòng)的速度極快，因此，循環(huán)介質(zhì)流過(guò)外管進(jìn)入內(nèi)管的時(shí)間極短，循環(huán)介質(zhì)在極短時(shí)間內(nèi)很難被充分加熱并獲取更多的熱量。因此，這種通常間接利用地?zé)崮艿姆绞綋Q熱效率很低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，為了解決上述間接利用地?zé)崮艿膿Q熱效率地下的問(wèn)題，本公開(kāi)提供了一種換熱器，包括設(shè)置在通過(guò)鉆機(jī)在地面垂直向下鉆出的鉆孔內(nèi)的外管和套裝在所述外管內(nèi)的內(nèi)管，低溫循環(huán)介質(zhì)經(jīng)所述外管入口進(jìn)入所述外管與所述內(nèi)管之間的空間被注入從所述外管吸收熱量后，變成高溫循環(huán)介質(zhì)經(jīng)由內(nèi)管流出，由此形成換熱循環(huán)，其中所述內(nèi)管的外壁具有使得所述內(nèi)管和外管之間的流體產(chǎn)生紊流的紊流元件。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，所述紊流元件為凸向所述外管內(nèi)壁的突出部。所述突出部可以為翅片。尤其需要指出的是，所述翅片的頂端與所述外管的內(nèi)壁之間有間隙。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，所述翅片圍繞所述內(nèi)管的外壁呈螺旋條帶狀分布。所述螺旋條帶狀的翅片為整體螺旋翅片。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，所述螺旋條帶狀的翅片為間斷的螺旋翅片，相鄰的螺旋翅片之間的圍繞所述內(nèi)管外壁柱面螺旋的間距不超過(guò)每個(gè)螺旋翅片的長(zhǎng)度。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，所述螺旋條帶狀的翅片的螺旋角在45°-60°之間。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，所述翅片的高度5～15毫米，其與所述內(nèi)管外壁連接的根部寬為2-5毫米，其頂端的厚為0.5-3毫米。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，所述內(nèi)管為一體注塑成型的PE或PPR管，每節(jié)長(zhǎng)度在6-12米之間。

根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，提供了一種換熱器，包括設(shè)置在通過(guò)鉆機(jī)在地面垂直向下鉆出的鉆孔內(nèi)的外管和套裝在所述外管內(nèi)的內(nèi)管，低溫循環(huán)介質(zhì)經(jīng)所述外管入口進(jìn)入所述外管與所述內(nèi)管之間的空間被注入從所述外管吸收熱量后，變成高溫循環(huán)介質(zhì)經(jīng)由內(nèi)管流出，由此形成換熱循環(huán)，其中所述外管的內(nèi)壁具有使得所述內(nèi)管和外管之間的流體產(chǎn)生紊流的紊流元件。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，所述紊流元件為凸向所述內(nèi)管外壁的突出部。所述突出部為翅片。所述翅片的頂端與所述內(nèi)管的外壁之間有間隙。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，所述翅片圍繞所述外管的內(nèi)壁呈螺旋條帶狀分布。所述螺旋條帶狀的翅片為整體螺旋翅片。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，所述螺旋條帶狀的翅片為間斷的螺旋翅片，相鄰的螺旋翅片之間的圍繞所述外管內(nèi)壁柱面螺旋的間距不超過(guò)每個(gè)螺旋翅片的長(zhǎng)度。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，所述螺旋條帶狀的翅片的螺旋角在45°-60°之間。

根據(jù)本公開(kāi)的的換熱器，其中所述翅片的高度5～15毫米，其與所述內(nèi)管外壁連接的根部寬為2-5毫米，其頂端的厚為0.5-3毫米。

根據(jù)本公開(kāi)的換熱器，其中所述外管為一體鑄造成型的金屬管，每節(jié)長(zhǎng)度在6-12米之間。

由于諸如翅片狀的紊流元件處于內(nèi)管和外管之間的夾層中，因此提高了間接利用地?zé)岬膿Q熱效率。

附圖說(shuō)明

此處的附圖被并入說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，示出了符合本公開(kāi)的實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本公開(kāi)的原理。

圖1所示的是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的換熱器的內(nèi)管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2所示的是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3所示的是根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施例的換熱器的外管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4所示的是根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施例的換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖5所示的是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施里的換熱器內(nèi)管或外管上的翅片的剖視圖。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本公開(kāi)相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書(shū)中所詳述的、本公開(kāi)的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

在本公開(kāi)使用的術(shù)語(yǔ)是僅僅出于描述特定實(shí)施例的目的，而非旨在限制本開(kāi)。在本公開(kāi)和所附權(quán)利要求書(shū)中所使用的單數(shù)形式的“一種”、“所述” 和“該”也旨在包括多數(shù)形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應(yīng)當(dāng)理解，本文中使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”是指并包含一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目的任何或所有可能組合。

應(yīng)當(dāng)理解，盡管在本公開(kāi)可能采用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等來(lái)描述各種信息，但這些信息不應(yīng)限于這些術(shù)語(yǔ)。這些術(shù)語(yǔ)僅用來(lái)將同一類型的信息彼此區(qū)分開(kāi)。例如，在不脫離本公開(kāi)范圍的情況下，第一翅片也可以被稱為第二翅片，類似地，第二翅片也可以被稱為第一翅片。取決于語(yǔ)境，如在此所使用的詞語(yǔ)“如果”可以被解釋成為“在……時(shí)”或“當(dāng)……時(shí)”或“響應(yīng)于確定”。

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本公開(kāi)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本公開(kāi)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1所示的是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的換熱器的內(nèi)管的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，換熱器的內(nèi)管1的外壁上具有紊流元件2。該紊流元件2為凸向所述外管內(nèi)壁的突出部。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，紊流元件2呈圍繞內(nèi)管外壁螺旋狀盤(pán)繞在所述內(nèi)管的外壁上的翅片。紊流元件2的存在會(huì)增加內(nèi)管1的強(qiáng)度。所述螺旋條帶狀的翅片2的螺旋角α在45°-60°之間，例如為50°、55°等。所述內(nèi)管為一體注塑成型的PE或PPR管，每節(jié)長(zhǎng)度在6-12米之間，長(zhǎng)度可以根據(jù)具體施工地理環(huán)境和施工工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)。該螺旋翅片狀的紊流元件2可以在內(nèi)管注塑成形時(shí)一體注塑，也可以與內(nèi)管分開(kāi)獨(dú)立注塑成型，之后通過(guò)粘結(jié)方式將螺旋翅片粘結(jié)到內(nèi)管外部。

圖2所示的是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的換熱器內(nèi)管套裝在外管中的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，當(dāng)由于帶有螺旋翅片狀的紊流元件2的內(nèi)管被套裝在換熱器外管3內(nèi)，所述紊流元件2位于處于內(nèi)管1和外管3之間的夾層空間內(nèi)。

當(dāng)換熱器工作時(shí)，換熱器內(nèi)一次充注好所需換熱用內(nèi)部循環(huán)介質(zhì)水，換熱器外管的金屬管壁與地下中深層地?zé)釋舆M(jìn)行熱交換，使換熱器外管內(nèi)低溫循環(huán)介質(zhì)變成高溫循環(huán)介質(zhì)，換熱器內(nèi)管外螺旋形翅片充分使介質(zhì)處于湍流強(qiáng)化傳熱后又變?yōu)楦邷匮h(huán)介質(zhì)換熱器自內(nèi)管流出，放熱后低溫介質(zhì)再進(jìn)入換熱器外管與內(nèi)管夾層經(jīng)換熱器外管金屬管壁與地下中深層地?zé)釋舆M(jìn)行熱交換，循環(huán)使用。

當(dāng)循環(huán)介質(zhì)，例如涼水，流經(jīng)該夾層時(shí)，會(huì)受到該紊流元件的阻礙。這 種阻礙一方面會(huì)減緩循環(huán)介質(zhì)的流動(dòng)速度，另一方面會(huì)在循環(huán)介質(zhì)中產(chǎn)生紊流動(dòng)或湍流。循環(huán)介質(zhì)的流動(dòng)速度的降低會(huì)增加循環(huán)介質(zhì)與外管壁接觸的時(shí)間，因此，增加了循環(huán)介質(zhì)從外管壁獲取的熱量。而紊流或湍流就如循環(huán)介質(zhì)被攪拌一樣，這種攪拌的過(guò)程會(huì)加速流體從外管壁獲取熱量，同樣也會(huì)增加循環(huán)介質(zhì)從外管壁獲取的熱量。因此有效地提高了間接利用地?zé)岬膿Q熱效率。盡管采用紊流元件2的目的是使得內(nèi)管1和外管3之間的夾層空間內(nèi)流動(dòng)的循環(huán)介質(zhì)中產(chǎn)生紊流，但是為盡可能減少流體阻力，因此紊流元件2設(shè)置成螺旋形翅片，以便在換熱效率和流動(dòng)速度之間獲得一種平衡。

所述翅片狀的紊流元件2的頂端與所述外管的內(nèi)壁之間有間隙。該間隙的大小可以根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，所述螺旋條帶狀的翅片為整體螺旋翅片，即，所述螺旋條帶狀的翅片圍繞所述內(nèi)管的外壁連續(xù)地呈螺旋延伸?？蛇x擇地，也可以是間斷的。所述螺旋條帶狀的翅片為間斷的螺旋翅片，即，所述螺旋條帶狀的翅片圍繞所述內(nèi)管的外壁不連續(xù)地呈螺旋延伸，相鄰的螺旋翅片之間的圍繞所述內(nèi)管外壁柱面螺旋的間距不超過(guò)每個(gè)螺旋翅片的長(zhǎng)度。

所述換熱器的外管采用特制無(wú)縫鋼管φ178mm、φ219mm，壁厚8-15mm，換熱器內(nèi)管采用PE、PPR、PER等高強(qiáng)度，熱阻大的管材φ110mm、φ150mm，壁厚5-8mm。

所述換熱器設(shè)置為長(zhǎng)度2000m以上的換熱器，所述鉆孔為鉆機(jī)在地面垂直向下鉆出直徑200-300mm的鉆孔，鉆孔深達(dá)2000m以下。

圖3所示的是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的換熱器外管的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，換熱器的外管4的內(nèi)壁上具有紊流元件5。該紊流元件5為凸向所述內(nèi)管外壁的突出部。在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，紊流元件5呈圍繞外管內(nèi)壁螺旋狀盤(pán)繞在所述外管的內(nèi)壁上的翅片。所述螺旋條帶狀的翅片5的螺旋角α在45°-60°之間，例如為50°、55°等。所述內(nèi)管為一體鑄造成型的金屬管，具有良好的熱傳導(dǎo)性能，每節(jié)長(zhǎng)度在6-12米之間，長(zhǎng)度可以根據(jù)具體施工地理環(huán)境和施工工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)。該螺旋翅片狀的紊流元件5可以在外管鑄造成形時(shí)一體鑄造，也可以與內(nèi)管分開(kāi)獨(dú)立鑄造或拉延成型，之后通過(guò)焊接或其他方式將螺旋翅片粘結(jié)到外管內(nèi)壁。

圖4所示的是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的換熱器套裝有內(nèi)管的外管的結(jié)構(gòu)示 意圖。如圖4所示，當(dāng)由于帶有螺旋翅片狀的紊流元件5的外管4被套裝在換熱器內(nèi)管6內(nèi)，所述紊流元件5位于處于內(nèi)管4和外管6之間的夾層空間內(nèi)。由于紊流元件5的存在，外管4的體積得以增加，因此能夠在同一時(shí)間內(nèi)從巖層或周圍的地?zé)崴蝎@取并存儲(chǔ)更多的熱量。同時(shí)，紊流元件5的存在也會(huì)增加外管4的強(qiáng)度。而且，當(dāng)循環(huán)介質(zhì)，例如涼水，流經(jīng)該夾層時(shí)，會(huì)受到該紊流元件5的阻礙。這種阻礙一方面會(huì)減緩循環(huán)介質(zhì)的流動(dòng)速度，另一方面會(huì)在循環(huán)介質(zhì)中產(chǎn)生紊流動(dòng)或湍流。循環(huán)介質(zhì)的流動(dòng)速度的降低會(huì)增加循環(huán)介質(zhì)與外管壁以及紊流元件5接觸的時(shí)間，因此，增加了循環(huán)介質(zhì)從外管壁和紊流元件5獲取的熱量。而紊流或湍流就如循環(huán)介質(zhì)被攪拌一樣，這種攪拌的過(guò)程會(huì)加速流體從外管壁獲取熱量，同樣也會(huì)增加循環(huán)介質(zhì)從外管壁獲取的熱量。因此有效地提高了間接利用地?zé)岬膿Q熱效率。

所述翅片狀的紊流元件5的頂端與所述內(nèi)管的外壁之間有間隙。該間隙的大小可以根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，所述螺旋條帶狀的翅片5為整體螺旋翅片，即，所述螺旋條帶狀的翅片圍繞所述內(nèi)管的外壁連續(xù)地呈螺旋延伸?？蛇x擇地，也可以是間斷的。所述螺旋條帶狀的翅片5為間斷的螺旋翅片，即，所述螺旋條帶狀的翅片5圍繞所述內(nèi)管的外壁不連續(xù)地呈螺旋延伸，相鄰的螺旋翅片之間的圍繞所述內(nèi)管外壁柱面螺旋的間距不超過(guò)每個(gè)螺旋翅片的長(zhǎng)度。

圖5所示的是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施里的換熱器內(nèi)管或外管上的翅片的剖視圖。如圖5所示，翅片4或5的從其與所述管壁連接的根部到其頂端的高度H為5～15毫米，其與所述管壁連接的根部厚度T_B為2-5毫米，其頂端的厚度T_T為為0.5-3毫米。

盡管，圖1和2中所示的所述紊流元件2為翅片狀，但是其也可以是其他形狀，例如斷面呈X狀，以陣列形式分布在內(nèi)管的外管壁上。

綜上所述，本公開(kāi)提供了一種具有提高換熱、增加強(qiáng)度、易于制程安裝等性能良好的用于中深層地?zé)釗Q熱器外螺旋翅片高效換熱管材。根據(jù)本公開(kāi)的換熱器管在安裝后換熱管可達(dá)到2000-3000m,完全滿足用于中深層地?zé)衢_(kāi)采。由于內(nèi)管和外管之間具有強(qiáng)化管外流體擾動(dòng)的紊流元件，因此能增強(qiáng)傳熱，提高換熱效率。

根據(jù)本公開(kāi)的中深層地?zé)崽坠荛]式換熱器能廣泛地適用于各個(gè)地區(qū)地下 中深層地?zé)崂?。由于每個(gè)建筑物下都有地?zé)崮?，因此利用地?zé)崮茉诘孛嫔暇哂衅毡樾裕@孔位置的選定比較靈活，一般不受場(chǎng)地條件制約。尤其是該換熱器綠色環(huán)保，沒(méi)有任何碳排放。采用本公開(kāi)的換熱器的地?zé)岵杉到y(tǒng)系統(tǒng)與地下水隔離，僅通過(guò)換熱器管壁與中深層高溫巖層換熱，不抽取地下熱水，也不使用地下水。根據(jù)本公開(kāi)的中深層地?zé)崽坠荛]式換熱器每個(gè)(2000m深以上)可以解決1.5萬(wàn)m2左右建筑的能量需求。

根據(jù)本公開(kāi)的中深層地?zé)崽坠荛]式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，制作方便。該管閉式換熱器孔徑小(200～300mm)，深度在2000m以下，閉式換熱對(duì)建筑地基無(wú)任何影響，地下無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，大大增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)可靠性。外管采用特種鋼材制造，耐腐蝕、耐高溫、耐高壓，因此壽命長(zhǎng)。

以上對(duì)本公開(kāi)的具體實(shí)施方式的描述，僅僅為了幫助理解本公開(kāi)的發(fā)明構(gòu)思，這并不意味著本公開(kāi)所有應(yīng)用只能局限在這些特定的具體實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，以上所述的具體實(shí)施方式，只是多種優(yōu)選實(shí)施方式中的一些示例。任何體現(xiàn)本公開(kāi)權(quán)利要求的具體實(shí)施方式，均應(yīng)在本公開(kāi)權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)ι衔母骶唧w實(shí)施方式中所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本公開(kāi)的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本公開(kāi)權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。

以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本公開(kāi)的基本原理，但是，需要指出的是，上述具體實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本公開(kāi)保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，取決于設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以發(fā)生各種各樣的修改、組合、子組合和替代。任何在本公開(kāi)的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本公開(kāi)保護(hù)范圍之內(nèi)。