專利名稱：熱管地表熱能利用系統(tǒng)方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地表熱能利用，用于地表熱能的傳熱、集熱、換熱，其應(yīng)用領(lǐng) 域熱能的各種應(yīng)用，包括建筑供暖、溫室栽培、水產(chǎn)養(yǎng)殖等。
背景技術(shù)：
熱管在地表熱能的應(yīng)用中，主要有"凍土防護(hù)"，如在青藏鐵路中所采用的 熱管，主要的目的是為了防止凍土解凍，將凍土中的熱能傳遞出來，此目的并 非將地表的熱能加以利用。其次，也有采用熱管用于冬季融雪，這種技術(shù)主要 是對道路交通、機(jī)場等進(jìn)行融雪，熱管的整體都是被埋在地表一下，熱管的熱 能被直接在地表一下被利用，地下的熱能沒有被傳導(dǎo)到地面以上被利用。除此 之外的應(yīng)用中，還沒有將熱管直接進(jìn)行傳遞到地面，加以熱能的利用的案例。
地表熱能是太陽能的儲存形式,,也是地球地心的熱能傳遞發(fā)散的交換地點(diǎn)， 因而其常年有穩(wěn)定的利用價(jià)值，在能源稀缺的時(shí)代，將此部分熱能加以利用，
可以為人類能源的利用提供一種新的技術(shù)方法。利用熱管技術(shù)的優(yōu)勢，將地表 熱能直接傳遞到地面進(jìn)行利用，可以為地表熱能的利用提供一種全新的技術(shù)方 法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種采用熱管技術(shù)實(shí)現(xiàn)對地表熱能進(jìn)行利用的設(shè) 備，.將熱管的冷凝端埋入到地表一下，在熱管的蒸發(fā)段上設(shè)置有一個(gè)換熱器， 將熱管的熱能通過換熱器進(jìn)行熱能的交換后，實(shí)現(xiàn)對熱能的利用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是發(fā)明了一種利用熱管實(shí)現(xiàn)對地下熱能進(jìn)行利用的方 法，將地表熱能通過熱管傳遞到地面，通過在地表與冷凝端的換熱，實(shí)現(xiàn)地表 熱能的應(yīng)用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供了通過熱管傳遞地表熱能方法的應(yīng)用，主要可 以將熱能應(yīng)用于建筑供暖、農(nóng)業(yè)溫室栽培熱能提供、農(nóng)業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖熱能系統(tǒng)、 農(nóng)業(yè)畜牧養(yǎng)殖熱能系統(tǒng)、熱泵與地表換熱。特別是針對熱泵的換熱，為熱泵技 術(shù)提供了一種新的技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)與地表熱能進(jìn)行換熱。具體發(fā)明內(nèi)容如下
熱管地表熱能利用系統(tǒng)，至少含有一個(gè)熱管，熱管的蒸發(fā)端被埋入地下， 熱管冷凝端設(shè)置有至少一個(gè)換熱設(shè)備，將地表熱能直接通過熱管傳輸?shù)降孛婕?以利用。
利用熱管高效傳熱的特性，將地表熱能進(jìn)行吸收后傳遞到冷凝端，通過冷 凝端的換熱器進(jìn)行熱能的交換后，實(shí)現(xiàn)對熱能的交換以及利用。
所述熱管的腔體為一個(gè)外形為直線、曲線但相互連通的空腔和/或一個(gè)外形 為環(huán)的相互連通的空腔。
熱管腔體可以是任何形狀和結(jié)構(gòu)的一個(gè)相互連通的腔體，其外形為直線、 曲線，或外形為環(huán)的腔體。熱管的腔體包含有一個(gè)腔體的結(jié)構(gòu)以及多個(gè)腔體的 結(jié)構(gòu)，或者是一個(gè)環(huán)的腔體，或多個(gè)環(huán)的腔體。
熱管的斷面形狀為下列之一圓形、矩形、多邊形、橢圓形、菱形、方形；
熱管的形狀是下列至少下列形狀之一
彎曲的、蛇行、波浪形、螺旋形；
熱管腔體的直徑或截面的長度相同或不同；
熱管的至少一部分殼體內(nèi)部或殼體外部上設(shè)計(jì)有翅片；
熱管的材質(zhì)為下列的一種
碳鋼(鐵)、不銹鋼、銅、鋁以及其合金金屬、非金屬管或金屬非金 屬復(fù)合管；
為實(shí)現(xiàn)對熱管的控制，在熱管上設(shè)置有控制器件、儀表、傳感器件，控制 器件可以采用閥門，但是所采用的閥門必須保持熱管腔體的真空度，采用控制 器件、儀表、傳感器件實(shí)現(xiàn)對熱管的傳熱大小、傳熱不傳熱、傳熱實(shí)際時(shí)間等 熱能性質(zhì)進(jìn)行控制。
熱管的埋入地下與地層接觸部分灌入導(dǎo)熱和/或防腐性能的物質(zhì)，在與地面 接觸部份的外殼設(shè)置有保溫材料。
所述的換熱設(shè)備至少選擇自下列一種
A、通過熱管冷凝端的殼體或設(shè)置在熱管冷凝端殼體上的翅片與地面
空氣進(jìn)行換熱；
B、多個(gè)熱管的冷凝端被設(shè)置在一個(gè)共同的換熱器中進(jìn)行換熱；
c、在熱管的冷凝端設(shè)置有一個(gè)套管，在套管上設(shè)置有至少一個(gè)進(jìn)口
以及一個(gè)出口，流體通過進(jìn)口進(jìn)入，通過出口流出實(shí)現(xiàn)與熱管的換熱；
D、 通過一個(gè)一端與熱管冷凝端進(jìn)行連接的換熱器進(jìn)行換熱；
E、 建筑墻體的內(nèi)部，并嵌入到建筑墻體之中，與建筑墻體成為一體。
熱管地表熱能的利用方法，利用熱管將地下熱能直接傳導(dǎo)到地面加以熱能 利用。
將熱管的蒸發(fā)端埋入到地表一下，吸收地表的熱能，在其冷凝端設(shè)置有地 面換熱設(shè)備，將熱能通過地面換熱設(shè)備進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)熱能的利用。
將多個(gè)熱管蒸發(fā)端或一個(gè)熱管的多個(gè)蒸發(fā)端埋入到地表一下，多個(gè)熱管的 冷凝端進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)或共用換熱器進(jìn)行換熱。
熱管地表熱能的利用方法的應(yīng)用，將換熱設(shè)備所獲得的熱能應(yīng)用于下列領(lǐng)
域
A、 建筑供暖；
B、 農(nóng)業(yè)溫室栽培熱能提供；
C、 農(nóng)業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖熱能系統(tǒng)；
D、 農(nóng)業(yè)畜牧養(yǎng)殖熱能系統(tǒng)；
E、 熱泵與地表換熱。 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步進(jìn)行說明 圖中所示的標(biāo)號含義如下
1-蒸發(fā)端，2:冷凝端，3:進(jìn)口， 4:出口， 5:地表，6:換熱設(shè)備，7: 保溫材料，8:導(dǎo)熱防腐材料，9:控制器件，10:儀表，11:環(huán)，12:建筑腔體。


圖1:熱管地表熱能利用系統(tǒng)；
一個(gè)熱管，其蒸發(fā)端被設(shè)置在地表內(nèi)，并埋入土地中，其冷凝端上設(shè)置有 一個(gè)換熱設(shè)備，在換熱設(shè)備上設(shè)置有一個(gè)進(jìn)口與一個(gè)出口，在接近地面的部位 設(shè)置有保溫材料，在蒸發(fā)端設(shè)置有導(dǎo)熱保溫材料，熱管的蒸發(fā)端將熱能傳遞到 冷凝端，在冷凝端換熱設(shè)備的進(jìn)口流入的流體與冷凝端進(jìn)行換熱，然后經(jīng)由出 口流出，實(shí)現(xiàn)熱能的交換與利用。
圖2:帶翅片的熱管地表熱能利用系統(tǒng)；
本系統(tǒng)在熱管的冷凝端設(shè)置有一個(gè)翅片，通過翅片與空氣直接進(jìn)行換熱， 實(shí)現(xiàn)熱能的交換，此時(shí)，翅片即為換熱設(shè)備。
圖3:多個(gè)熱管冷凝端串聯(lián)換熱系統(tǒng)；多個(gè)熱管的冷凝端進(jìn)行串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)熱管的換熱，流體經(jīng)由入口進(jìn)入， 然后從出口流出，實(shí)現(xiàn)了對流體的換熱。 圖4:多個(gè)蒸發(fā)端并聯(lián)換熱系統(tǒng)；多個(gè)蒸發(fā)端與一個(gè)共同的冷凝端組成了一個(gè)地表熱能利用系統(tǒng)，在冷凝端 設(shè)置有一個(gè)換熱器，實(shí)現(xiàn)了地表熱能的交換與利用。 圖5:帶有一個(gè)環(huán)的熱管系統(tǒng)；含有一個(gè)環(huán)的熱管結(jié)構(gòu)，熱管的腔體的形狀為一個(gè)環(huán)，在地表以上的環(huán)的 部分，設(shè)置有一個(gè)換熱器，換熱器與熱管的冷凝端進(jìn)行換熱，在環(huán)上還是設(shè)置 有控制器件以及儀表，用于對熱管系統(tǒng)的控制，采用帶環(huán)的熱管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了 對地表熱能的利用。圖6:帶有一個(gè)環(huán)的熱管與換熱器系統(tǒng)；帶有一個(gè)環(huán)的換熱器，此時(shí)的換熱器為一個(gè)板式、管殼等不同形式的換熱 器，實(shí)現(xiàn)熱管與換熱器的結(jié)合與連接，使得熱能被高效的利用。 圖7:多個(gè)熱管與一個(gè)共同的換熱設(shè)備；多個(gè)熱管的冷凝端設(shè)置在一個(gè)共同的換熱器中進(jìn)行換熱， 一個(gè)共同的換熱 器中含有三個(gè)熱管的冷凝端。圖8:多個(gè)蒸發(fā)端與多個(gè)冷凝端的熱管系統(tǒng)；含有多個(gè)蒸發(fā)端與多個(gè)冷凝端的熱管系統(tǒng)，在不同的熱管的冷凝端設(shè)置有 串聯(lián)的換熱設(shè)備，實(shí)現(xiàn)熱能的交換。三個(gè)蒸發(fā)端的熱管的直徑不相同，實(shí)現(xiàn)了 不同的直徑的熱管的地表熱能利用。圖9:與建筑腔體一休化的熱管系統(tǒng)；熱管的冷凝端設(shè)置在建筑腔體的內(nèi)部，熱管的蒸發(fā)端設(shè)置在地表一下，熱 管熱能直接的傳遞的建筑腔體的內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對建筑隊(duì)的腔體的保溫與溫度控制。
具體實(shí)施例方式案例一、標(biāo)準(zhǔn)的熱管利用系統(tǒng)參見圖1:采用直徑為38MM的碳鋼管，在其地表部位設(shè)置有保溫材料(7)， 在底部設(shè)置有導(dǎo)熱防腐材料(8)。其蒸發(fā)端設(shè)置在地表一下，其冷凝端(2)設(shè) 置在地面以上，在冷凝端設(shè)置有換熱設(shè)備(6)，在其上設(shè)置有進(jìn)口以及一個(gè)出 口 (4)，采用水作為傳熱的流體介質(zhì)，熱管將水加熱后加以利用。案例二、翅片空氣熱交換器參見圖2:本案例中，采用翅片(6)為熱交換器件，熱管的熱能直接被傳送到地面，直接與空氣進(jìn)行熱交換，該方式可以實(shí)現(xiàn)對建筑物以及溫室的直接加熱，熱量直接被傳遞到空氣中被利用。在其上還設(shè)置有控制器件(9)，實(shí)現(xiàn) 對熱管的控制。案例三、含有多個(gè)冷凝端的熱管系統(tǒng)參見圖3:采用直徑108MM的復(fù)合PVC管，其管的內(nèi)壁為鋁，外層為PVC， 長度為13米，其蒸發(fā)端可以直接埋入到地下，其冷凝端(2)上設(shè)置有換熱器， 將四個(gè)換熱器進(jìn)行串聯(lián)，熱流體為水，實(shí)現(xiàn)將熱流體進(jìn)行連續(xù)加熱，從而得到 溫度為IO度的水，在冬季可以利用此種水作為熱泵的熱源，在利用熱泵將溫度 提升，實(shí)現(xiàn)在冬季的供暖。案例四、含有三個(gè)蒸發(fā)端一個(gè)冷凝端的熱管系統(tǒng)參見圖4:采用直徑為38MM的不銹鋼管，每個(gè)長度為1米，三個(gè)蒸發(fā)端進(jìn) 行焊接后與一個(gè)冷凝端(2)進(jìn)行連接，冷凝端(2)也采用直徑為58醒的不銹 鋼管，冷凝端(2)設(shè)置有一個(gè)進(jìn)口以及一個(gè)出口的熱交換器，實(shí)現(xiàn)對地?zé)岬睦?。案例五?一個(gè)閉環(huán)熱管參見圖5:采用直徑為38MM的碳鋼管，使其成為長度為3米，寬度為5米 的長方形，在其上設(shè)置有儀表以及開關(guān)閥門，其冷凝端(2)為長方形的地面部 分，在其上設(shè)置有一個(gè)換熱器(6)，通過換熱器加工熱流體制冷劑R134，實(shí)現(xiàn) 對制冷劑的加熱。案例六、 一個(gè)板式換熱器的熱管系統(tǒng)參見圖6:采用直徑為10MM的銅金屬管，銅管埋入地表一下的深度為1.5 米，長度為10米，將其兩端與板式換熱器(6)的兩端進(jìn)行連接，被加熱的流體為 氨氣，通過板式換熱器實(shí)現(xiàn)對氨氣的加熱，可以用干熱泵的熱源端。案例七、含有三個(gè)熱管冷凝端的換熱器參見圖7:采用截面為長方形的鋁型材管，作為本案例的熱管殼體，其規(guī)格 為12廳長15MM寬，埋入地下部分為3米，三個(gè)熱管的冷凝端(2)被設(shè)置在一 個(gè)共同的換熱器中，換熱器上設(shè)置有進(jìn)口以及出口，實(shí)現(xiàn)對地表熱能的利用。案例八、多個(gè)蒸發(fā)端以及多個(gè)冷凝端的熱管系統(tǒng)參見圖8:采用一個(gè)"循環(huán)自激振蕩熱管的結(jié)構(gòu)"，多個(gè)蒸發(fā)端都被埋入到 地面一下，多個(gè)冷凝端(2)被設(shè)置在地面以上，熱管的殼體采用直徑為30醒 的不銹鋼管，整體長度為20米，采用一個(gè)換熱器將多個(gè)冷凝端(2)進(jìn)行換熱， 實(shí)現(xiàn)采用"循環(huán)自激振蕩熱管的結(jié)構(gòu)"的地表熱能的利用。案例九建筑物的直接加熱利用參見圖9:將直徑為12MM的PVC復(fù)合管的蒸發(fā)端埋入地下，地下部分的長度為30米，冷凝端(2)直接被加入到建筑墻體中，直接將熱能通過建筑腔體 加熱到建筑物的內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)價(jià)與控制。
權(quán)利要求
1. 熱管地表熱能利用系統(tǒng)，其特征是含有至少一個(gè)熱管，熱管的至少一個(gè)蒸發(fā)端被埋入地下，熱管的至少一個(gè)冷凝端設(shè)置有至少一個(gè)換熱設(shè)備，將地表熱能通過熱管傳輸?shù)降孛婕右岳谩?br> 2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管地表熱能利用系統(tǒng)，其特征是所述熱管的腔 體為一個(gè)外形為直線、曲線且相互連通的空腔和/或一個(gè)外形為環(huán)的相互 連通的空腔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管地表熱能利用系統(tǒng)，其特征是熱管的材質(zhì)為 下列的一種碳鋼(鐵)、不銹鋼、銅、鋁以及其合金金屬、非金屬管或金屬非金 屬復(fù)合管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管地表熱能利用系統(tǒng)，其特征是在熱管上設(shè)置 有控制器件、儀表、測量傳感器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管地表熱能利用系統(tǒng)，其特征是熱管的埋入地 下與地層接觸部分設(shè)置有導(dǎo)熱和/或防腐性能的物質(zhì)，在與地面接觸部份 的外殼設(shè)置有保溫材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管地表熱能利用系統(tǒng)，其特征是將多個(gè)熱管的 蒸發(fā)端或一個(gè)熱管的多個(gè)蒸發(fā)端埋入到地表一下，多個(gè)熱管的冷凝端進(jìn)行 串聯(lián)、并聯(lián)或共用一個(gè)換熱器進(jìn)行換熱。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管地表熱能利用系統(tǒng)，其特征是所述的地面換 熱設(shè)備至少選擇自下列一種A、 通過熱管冷凝端的殼體或設(shè)置在熱管冷凝端殼體上的翅片與地面空氣進(jìn)行換熱；B、 多個(gè)熱管的冷凝端被設(shè)置在一個(gè)共同的換熱器中進(jìn)行換熱；C、 在熱管的冷凝端設(shè)置有一個(gè)套管，在套管上設(shè)置有至少一個(gè)進(jìn)口 以及一個(gè)出口，流體通過進(jìn)口進(jìn)入，通過出口流出實(shí)現(xiàn)與熱管的 換熱；D、 通過一個(gè)一端與熱管冷凝端進(jìn)行連接的換熱器進(jìn)行換熱；E、 建筑墻體的內(nèi)部，并嵌入到建筑墻體之中，與建筑墻體成為一體。
8、 熱管地表熱能利用方法，其特征是利用熱管將地下熱能直接傳導(dǎo)到地面加以熱能利用。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱管地?zé)釤崮芾梅椒?，其特征是將熱管的蒸發(fā) 端埋入到地表一下，吸收地表的熱能，在其冷凝端設(shè)置有換熱設(shè)備，將熱 能通過換熱設(shè)備進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)熱能的利用。
10、 熱昝地?zé)釤崮芾梅椒ǖ膽?yīng)用，其特征是將換熱設(shè)備所獲得的熱能應(yīng)用 于下列領(lǐng)域A、 建筑供暖；B、 農(nóng)業(yè)溫室栽培熱能提供；C、 農(nóng)業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖熱能系統(tǒng)；D、 農(nóng)業(yè)畜牧養(yǎng)殖熱能系統(tǒng)；E、 熱泵與地表換熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用熱管實(shí)現(xiàn)對地表熱能進(jìn)行利用的系統(tǒng)、方法及應(yīng)用，采用將熱管的蒸發(fā)端埋入到地下，其蒸發(fā)端設(shè)置在地面上，在其蒸發(fā)端上設(shè)置有一個(gè)熱交換設(shè)備，將熱管的熱能進(jìn)行熱交換后加以利用。本發(fā)明提供了采用熱管實(shí)現(xiàn)對地表熱能進(jìn)行利用的方法，采用熱管降熱能進(jìn)行傳遞后加以利用。采用本發(fā)明的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對地表的熱能進(jìn)行利用，可以廣泛的應(yīng)用于建筑供暖、建筑供暖、農(nóng)業(yè)溫室栽培熱能提供、農(nóng)業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖熱能系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)畜牧養(yǎng)殖熱能系統(tǒng)、熱泵地?zé)釕?yīng)用等領(lǐng)域。
文檔編號F24J3/08GK101226012SQ200710048298
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月19日
發(fā)明者李建民 申請人:李建民