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一种相变储能套管式地热换热器

阅读:570发布:2020-05-13

专利汇可以提供一种相变储能套管式地热换热器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 相变 储能 套管 式地热换热器,属于 地源 热 泵 空调 技术领域,由中心管、第一套管、第二套管、第三套管、第一环形通道、第二环形通道、顶部盖板、底部盖板、夏季和冬季工况 相变材料 、进 水 管及出水管构成。第一套管、第二套管、第三套管以中心管为圆心,沿半径增大方向分别置于中心管的外侧。夏季工况与冬季工况相变材料分别封装于中心管及第二套管与第三套管围成的环状封闭空间。本 发明 解决了现有地热换热器运行中 土壤 温度 波动 大、热影响区域远、进出水管热 短路 大的 缺陷 ,通过相变材料的相变吸热与放热,可以在削弱进出水管热短路、缓解土壤温度热影响程度、减小热干扰半径、缩短埋管面积的同时,增大地热换热器的换热量,从而提高其换热效率。,下面是一种相变储能套管式地热换热器专利的具体信息内容。

1.一种相变储能套管式地热换热器,其特征在于:所述地热换热器由中心管(1)、第一套管(2-1)、第二套管(2-2)、第三套管(2-3)、第一环形通道(3-1)、第二环形通道(3-2)、顶部盖板(4)、底部盖板(5)、夏季工况相变材料(6)、冬季工况相变材料(7)、进管(8)和出水管(9)构成;所述中心管(1)置于地热换热器的中心,所述第一套管(2-1)、第二套管(2-2)和第三套管(2-3)以中心管(1)的中心为圆心,并沿半径增大方向依次套设在中心管(1)的外侧;所述第一环形通道(3-1)由中心管(1)与第一套管(2-1)所围空间构成;所述第二环形通道(3-2)由第二套管(2-2)与第三套管(2-3)所围空间构成;所述夏季工况相变材料(6)封装于中心管(1)内;所述冬季工况相变材料(7)封装于第一套管(2-1)与第二套管(2-2)围成的环状空间内;所述顶部盖板(4)与底部盖板(5)分别与所述地热换热器的顶部与底部热熔连接;所述顶部盖板(4)上设有盖板第一开口(4-1)、盖板第二开口(4-2)、盖板第三开口(4-
3)、盖板第四开口(4-4)、盖板第五开口(4-5)、盖板第六开口(4-6)和连接板筋(4-7);所述第一套管(2-1)与第二套管(2-2)形成的环状封闭空间与底部盖板(5)连接处设有底部第一开口(10-1)、底部第二开口(10-2)、底部第三开口(10-3)和底部第四开口(10-4),所述第一环形通道(3-1)通过底部第一开口(10-1)、底部第二开口(10-2)、底部第三开口(10-3)和底部第四开口(10-4)与第二环形通道(3-2)连接相通,所述进水管(8)与第一环形通道(3-1)连通,所述出水管(9)与第二环形通道(3-2)连通。
2.根据权利要求1所述的一种相变储能套管式地热换热器,其特征在于:所述盖板第一开口(4-1)、盖板第二开口(4-2)、盖板第三开口(4-3)、盖板第四开口(4-4)为扇环形开口;
盖板第五开口(4-5)、盖板第六开口(4-6)为弓形开口;盖板第一开口(4-1)、盖板第二开口(4-2)、盖板第三开口(4-3)和盖板第四开口(4-4)关于圆形盖板呈对称布置;盖板第五开口(4-5)、盖板第六开口(4-6)置于盖板第一开口(4-1)、盖板第二开口(4-2)、盖板第三开口(4-3)和盖板第四开口(4-4)的内侧,且关于连接板筋(4-7)呈对称布置,开口大小依据地热换热器循环流量确定。
3.根据权利要求1所述的一种相变储能套管式地热换热器,其特征在于:所述底部第一开口(10-1)、底部第二开口(10-2)、底部第三开口(10-3)和底部第四开口(10-4)关于圆心呈对称布置,开口大小依据地热换热器循环流量确定。
4.根据权利要求1所述的一种相变储能套管式地热换热器,其特征在于:所述进水管(8)通过顶部盖板(4)中的盖板第五开口(4-5)、盖板第六开口(4-6)与第一环形通道(3-1)连通;所述出水管(9)通过顶部盖板(4)中的盖板第一开口(4-1)、盖板第二开口(4-2)、盖板第三开口(4-3)、盖板第四开口(4-4)与第二环形通道(3-2)连通。
5.根据权利要求1所述的一种相变储能套管式地热换热器,其特征在于:所述夏季工况相变材料(6 )采用熔点温度范围为25~30℃的混合酸,冬季工况相变材料(7 )采用相变温度为5~10℃的油酸。

说明书全文

一种相变储能套管式地热换热器

技术领域

[0001] 本发明属于地源空调利用技术领域,涉及一种相变储能套管式地热换热器,具体的说是涉及一种将两种具有不同熔点温度范围的相变材料封装于套管中的相变储能套管式地热换热器。

背景技术

[0002] 地源热泵作为一种节能环保型可再生能源利用技术,被认为是当前最具发展潜的采暖空调技术之一。地热换热器作为地源热泵与土壤进行热交换的唯一装置,其蓄能传热性能及其所导致的对周围土壤温度的热响应特性对于地源热泵系统长期高效稳定运行至关重要。地热换热器与周围土壤间的传热是非稳态的,随着机组运行,热量持续不断地蓄存于地下或从地下取出而释放,连续运行时间越长,土壤温度变化幅度越大,这将会影响机组的效能。
[0003] 目前,传统地热换热器工作时,周围土壤温度由于受到地热换热器的热响应而持续升高或降低,地埋管换热器的蓄能性能开始衰减,并明显出现明显地下滑趋势,这会使换热器内循环温度相应变化,直接导致热泵机组运行工况恶化;同时,传统地热换热器由于进出口支管流体温度相差较大,容易产生热短路,从而进一步降低其换热效率;此外,传统地热换热器工作时热影响半径大、埋管占地面积多,对于土地紧张的城市来说在某种程度上限制了地源热泵的推广应用。因此,有必要提出一种地热换热器,在减小进出口管路热短路、强化其蓄能传热性能的同时,通过改变其热响应特性以降低其对周围土壤温度的影响程度、缩短热影响半径、节省埋管面积。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是针对目前传统地热换热器热影响半径大、占地面积多、进出管路热短路严重、且换热效率低的缺陷,提出一种相变储能套管式地热换热器,使之既能够减小进出管路热短路、缩短热影响半径、节省占地面积,又能提高其蓄能传热性能的相变储能套管式地热换热器。
[0005] 本发明的技术方案是:一种相变储能套管式地热换热器,其特征在于:所述地热换热器由中心管、第一套管、第二套管、第三套管、第一环形通道、第二环形通道、顶部盖板、底部盖板、夏季工况相变材料、冬季工况相变材料、进水管和出水管构成;所述中心管置于地热换热器的中心,所述第一套管、第二套管和第三套管以中心管的中心为圆心,并沿半径增大方向依次套设在中心管的外侧;所述第一环形通道由中心管与第一套管所围空间构成;所述第二环形通道由第二套管与第三套管所围空间构成;所述夏季工况相变材料封装于中心管内;所述冬季工况相变材料封装于第一套管与第二套管围成的环状空间内;所述顶部盖板与底部盖板分别与所述地热换热器的顶部与底部热熔连接;所述顶部盖板上设有盖板第一开口、盖板第二开口、盖板第三开口、盖板第四开口、盖板第五开口、盖板第六开口和连接板筋;所述第一套管与第二套管形成的环状封闭空间与底部盖板连接处设有底部第一开口、底部第二开口、底部第三开口和底部第四开口,所述第一环形通道通过底部第一开口、底部第二开口、底部第三开口和底部第四开口与第二环形通道连接相通,所述进水管与第一环形通道连通,所述出水管与第二环形通道连通。
[0006] 所述盖板第一开口、盖板第二开口、盖板第三开口、盖板第四开口为扇环形开口,盖板第五开口、盖板第六开口为弓形开口;盖板第一开口、盖板第二开口、盖板第三开口和盖板第四开口关于圆形盖板呈对称布置;盖板第五开口、盖板第六开口置于盖板第一开口、盖板第二开口、盖板第三开口和盖板第四开口的内侧,且关于连接板筋呈对称布置,开口大小依据地热换热器循环流量确定。
[0007] 所述底部第一开口、底部第二开口、底部第三开口和底部第四开口关于圆心呈对称布置,开口大小依据地热换热器循环流量确定。
[0008] 所述进水管通过顶部盖板中的盖板第五开口、盖板第六开口与第一环形通道连通;所述出水管通过顶部盖板中的盖板第一开口、盖板第二开口、盖板第三开口、盖板第四开口与第二环形通道连通。
[0009] 所述夏季工况相变材料采用熔点温度范围为25~30℃的混合酸,冬季工况相变材料采用相变温度为5~10℃的油酸。
[0010] 本发明的有益效果为:本发明提供的一种相变储能套管式地热换热器,结构上由中心管、第一套管、第二套管、第三套管、第一环形通道、第二环形通道、顶部盖板、底部盖板、夏季工况相变材料、冬季工况相变材料、进水管和出水管组成,其结构新颖,通过相变材料的吸热与放热来减缓地热换热器换热过程对周围土壤温度波动影响的幅度、降低热影响半径,从而可以缩短地热换热器之间的埋设间距、节约占地面积;通过相变材料相变潜热的释放可以增大地热换热器的换热量,从而可以提高其换热效率;采用套管式换热器将相变材料封装于进水通道与出水通道之间,起到隔热保温效果,以减少进出水通道间的热短路,从而可进一步提高换热效率。附图说明
[0011] 图1 为本发明相变储能式地热换热器的水平截面结构示意图。
[0012] 图2 为本发明相变储能式地热换热器立面剖面结构示意图。
[0013] 图3 为本发明中底部开口截面结构示意图。
[0014] 图4 为本发明中顶部盖板开口结构示意图。
[0015] 图中:中心管1、第一套管2-1、第二套管2-2、第三套管2-3、第一环形通道3-1、第二环形通道3-2、顶部盖板4、盖板第一开口4-1、盖板第二开口4-2、盖板第三开口4-3、盖板第四开口4-4、盖板第五开口4-5、盖板第六开口4-6、连接板筋4-7、底部盖板5、夏季工况相变材料6、冬季工况相变材料7、进水管8、出水管9、底部第一开口10-1、底部第二开口10-2、底部第三开口10-3、底部第四开口10-4。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0017] 如图1-4所示,一种相变储能套管式地热换热器,地热换热器由中心管1、第一套管2-1、第二套管2-2、第三套管2-3、第一环形通道3-1、第二环形通道3-2、顶部盖板4、底部盖板5、夏季工况相变材料6、冬季工况相变材料7、进水管8和出水管9构成;中心管1置于地热换热器的中心,第一套管2-1、第二套管2-2和第三套管2-3以中心管1的中心为圆心,并沿半径增大方向依次套设在中心管1的外侧;第一环形通道3-1由中心管1与第一套管2-1所围空间构成;第二环形通道3-2由第二套管2-2与第三套管2-3所围空间构成;夏季工况相变材料
6封装于中心管1内;冬季工况相变材料7封装于第一套管2-1与第二套管2-2围成的环状空间内;顶部盖板4与底部盖板5分别与地热换热器的顶部与底部热熔连接;顶部盖板4上设有盖板第一开口4-1、盖板第二开口4-2、盖板第三开口4-3、盖板第四开口4-4、盖板第五开口
4-5、盖板第六开口4-6和连接板筋4-7;第一套管2-1与第二套管2-2形成的环状封闭空间与底部盖板5连接处设有底部第一开口10-1、底部第二开口10-2、底部第三开口10-3和底部第四开口10-4,第一环形通道3-1通过底部第一开口10-1、底部第二开口10-2、底部第三开口
10-3和底部第四开口10-4与第二环形通道3-2连接相通,进水管8与第一环形通道3-1连通,出水管9与第二环形通道3-2连通。
[0018] 如图1-4所示,一种相变储能套管式地热换热器,盖板第一开口4-1、盖板第二开口4-2、盖板第三开口4-3、盖板第四开口4-4为扇环形开口;盖板第五开口4-5、盖板第六开口
4-6为弓形开口;盖板第一开口4-1、盖板第二开口4-2、盖板第三开口4-3和盖板第四开口4-
4关于圆形盖板呈对称布置;盖板第五开口4-5、盖板第六开口4-6置于盖板第一开口4-1、盖板第二开口4-2、盖板第三开口4-3和盖板第四开口4-4的内侧,且关于连接板筋4-7呈对称布置,开口大小依据地热换热器循环流量确定;底部第一开口10-1、底部第二开口10-2、底部第三开口10-3和底部第四开口10-4关于圆心呈对称布置,开口大小依据地热换热器循环流量确定;进水管8通过顶部盖板4中的盖板第五开口4-5、盖板第六开口4-6与第一环形通道3-1连通;出水管9通过顶部盖板4中的盖板第一开口4-1、盖板第二开口4-2、盖板第三开口4-3、盖板第四开口4-4与第二环形通道3-2连通;夏季工况相变材料7采用熔点温度范围为25~30℃的混合酸,冬季工况相变材料8采用相变温度为5~10℃的油酸。
[0019] 如图1-4所示,一种相变储能套管式地热换热器的工作过程如下:来自机房冷凝器(蒸发器)侧的热(冷水)经分水器进入进水管9后,由顶部盖板4的盖板第五开口4-5、盖板第六开口4-6流入第一环形通道3-1,夏季流体将部分热量蓄存于夏季工况相变材料6(冬季流体将部分冷量蓄存于冬季工况相变材料7)中后,通过底部第一开口10-1、底部第二开口10-2、底部第三开口10-3和底部第四开口10-4进入第二环形通道3-2,与周围土壤换热后通过顶部盖板4中的盖板第一开口4-1、盖板第二开口4-2、盖板第三开口4-3和盖板第四开口4-4进入出水管9,然后回到机房冷凝器(蒸发器)侧集水器,从而完成一个完整的换热循环。本发明将适合于夏季与冬季工况运行的两种相变材料分别封装于套管式地热换热的中心管及进出水流道间,通过相变材料的相变吸热与放热,可在延缓土壤温度变化幅度、降低热响应半径、减小进出水通道间热短路的同时,提高其蓄能传热性能。
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