同軸地埋管換熱器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開大體上涉及一種地埋管換熱器并具體涉及同軸地埋管換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002] 地?zé)嵘婕笆褂玫責(zé)崮軐?duì)設(shè)施進(jìn)行加熱。利用儲(chǔ)存在地中的地?zé)崮艿娜找媸軞g迎的 方式是借助地埋管換熱器（BHE)。BHE包括安裝在地中的鉆孔內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)管。BHE通常 具有用于在鉆孔中使傳熱流體向下流動(dòng)的管以及用于在鉆孔中使傳熱流體向上流動(dòng)的管。 借助BHE所連接的泵，傳熱流體可以在BHE中循環(huán)以連續(xù)從地吸熱或?qū)醿?chǔ)存在地中。
[0003] -種類型的BHE是U形管裝置，其包括在鉆孔的底部處連接的兩個(gè)同等的柱形管， 以允許傳熱流體在其中一個(gè)管中向下流動(dòng)而在另一個(gè)管中向上流動(dòng)，從而與周圍的地交換 熱。
[0004] 另一種類型的BHE是同軸BHE，已發(fā)現(xiàn)其比U形管裝置具有更優(yōu)的傳熱效率。例如 在J.Acufia等人在2011年在帕多瓦舉行的關(guān)于HP和AC技術(shù)的外部空氣的替代源/匯源的 IIR研討會(huì)上提出的論文"對(duì)同軸地埋管換熱器的第一次實(shí)驗(yàn)（Firstexperienceswith coaxialboreholeheatexchangers)"中公開了同軸BHE。在該論文的第3部分中公開了 一種管中管設(shè)計(jì)，其中同軸BHE包括由薄軟管構(gòu)成的能量艙以及設(shè)有絕緣體且布置在能量 艙中的中央管。從而水可以在能量艙之間的環(huán)形空間中沿一個(gè)方向流動(dòng)而在中央管中沿相 反方向流動(dòng)，以與周圍的地進(jìn)行交換熱。
[0005] 然而，這種管的制造和安裝都可能不必要地復(fù)雜，并且該設(shè)計(jì)的堅(jiān)固性會(huì)比理想 的低。鑒于上述，期望改進(jìn)現(xiàn)有的同軸BHE。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上述，本公開的總體目的是提供能解決或至少部分地消除現(xiàn)有技術(shù)中的問題 的同軸地埋管換熱器及其制造方法。
[0007] 因而，根據(jù)本公開的第一方面，提供了一種同軸地埋管換熱器，該同軸地埋管換熱 器包括：最內(nèi)側(cè)管；中間管，該中間管同軸地布置在所述最內(nèi)側(cè)管的外側(cè)，其中所述中間管 具有設(shè)有多個(gè)軸向凹槽的內(nèi)表面，并且其中所述中間管的內(nèi)徑對(duì)應(yīng)于所述最內(nèi)側(cè)管的外 徑；以及最外側(cè)管，該最外側(cè)管同軸地布置在所述中間管的外側(cè)，其中所述最外側(cè)管具有設(shè) 有多個(gè)軸向凹槽的內(nèi)表面，并且其中所述最外側(cè)管的內(nèi)徑對(duì)應(yīng)于所述中間管的外徑，其中 所述最內(nèi)側(cè)管和所述最外側(cè)管的所述多個(gè)軸向凹槽限定了液體流動(dòng)通道，并且其中所述中 間管的所述軸向凹槽在所述最外側(cè)管的所述軸向凹槽與所述最內(nèi)側(cè)管之間限定了絕熱層。
[0008] 因而可以獲得的效果是固定幾何形狀的同軸地埋管換熱器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該 同軸地埋管換熱器制造更簡(jiǎn)單、安裝更簡(jiǎn)單且更堅(jiān)固。具體地，借助于由中間管的軸向凹槽 提供的絕熱層，可以提供在相反方向的液體流動(dòng)通道之間的可靠且長(zhǎng)壽命的熱絕緣。相比 之下，現(xiàn)有技術(shù)典型地采用熱泡沫絕緣體或類似結(jié)構(gòu)的絕緣體，而該絕緣體在100至200米 深度處長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受10至20巴的高水壓時(shí)會(huì)內(nèi)爆或者損壞，并且由此而無效。
[0009] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述中間管的所述軸向凹槽沿著所述中間管的所述內(nèi)表面在 周向上均勻地分布。因而可以提供最外側(cè)管的恒定機(jī)械耐受強(qiáng)度。
[0010] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述最外側(cè)管的所述軸向凹槽沿著所述最外側(cè)管的所述內(nèi)表 面在周向上均勻地分布。因而可以在周向上，即柱面坐標(biāo)系中的角方向上提供最外側(cè)管的 恒定熱絕緣。
[0011] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述中間管的所述軸向凹槽沿著所述中間管的整個(gè)長(zhǎng)度的大 部分延伸。
[0012] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述最外側(cè)管的所述軸向凹槽沿著所述最外側(cè)管的大部分長(zhǎng) 度延伸。
[0013] 一個(gè)實(shí)施方式包括返回杯，該返回杯被布置在所述最內(nèi)側(cè)管、所述中間管和所述 最外側(cè)管的一個(gè)端面處，其中所述返回杯包括具有底面的液體返回腔以及從所述底面升高 的至少一個(gè)間隔部件，所述至少一個(gè)間隔部件被布置成抵靠所述端面，以使液體能夠在所 述最外側(cè)管的所述液體流動(dòng)通道與所述最內(nèi)側(cè)管的所述液體流動(dòng)通道之間流動(dòng)。
[0014] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述至少一個(gè)間隔部件相對(duì)于所述同軸地埋管換熱器的縱向 延伸范圍具有第一橫向延伸部和第二橫向延伸部，其中所述第一橫向延伸部至多等于所述 中間管的外徑的尺寸，并且其中所述第二橫向延伸部小于所述最內(nèi)側(cè)管的內(nèi)徑的尺寸。
[0015] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述最內(nèi)側(cè)管、所述中間管和所述最外側(cè)管由塑料制成。
[0016] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述最外側(cè)管包括導(dǎo)熱復(fù)合物。
[0017] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述導(dǎo)熱復(fù)合物的導(dǎo)熱率比所述最內(nèi)側(cè)管和所述中間管的導(dǎo) 熱率都高。
[0018] 一個(gè)實(shí)施方式包括設(shè)置在所述同軸地埋管換熱器的外表面處的閥，該閥與所述中 間管的軸向凹槽的端部齊平，其中所述閥被布置成與所述中間管的所述軸向凹槽的所述端 部處于流體連通。
[0019] 一個(gè)實(shí)施方式包括沿著所述中間管的另一軸向凹槽布置的流體管道，其中所述流 體管道從所述同軸地埋管換熱器的一端沿所述同軸地埋管換熱器的大部分縱向延伸范圍 而延伸。
[0020] 根據(jù)本公開的第二方面，提供了一種用于制造根據(jù)第一方面所述的同軸地埋管換 熱器的方法，其中該方法包括：
[0021] a)擠制所述最內(nèi)側(cè)管、所述中間管和所述最外側(cè)管。
[0022] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，擠制的所述步驟a)包括共擠制所述最內(nèi)側(cè)管、所述中間管和 所述最外側(cè)管。
[0023] 一個(gè)實(shí)施方式包括步驟b)，在該步驟中，將所述最內(nèi)側(cè)管插入所述中間管中并將 所述中間管插入所述最外側(cè)管中。
[0024] 通常，除非在這里有明確限定，否則權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語(yǔ)應(yīng)根據(jù)它們?cè)诩?術(shù)領(lǐng)域中的慣常意思來理解。除非有明確闡述，否則對(duì)"元件、設(shè)備、部件、裝置等"的所有 引用應(yīng)理解為開放地引用元件、設(shè)備、部件、裝置等的至少一個(gè)示例。
【附圖說明】
[0025] 下面將參照附圖以實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明構(gòu)思的特定實(shí)施方式進(jìn)行描述，其中：
[0026] 圖1是根據(jù)本公開的同軸地埋管換熱器的示意性剖視圖；
[0027] 圖2是圖1中的同軸地埋管換熱器的端部的剖視立體圖；
[0028] 圖3是同軸地埋管換熱器的縱向剖視圖；
[0029] 圖4a是圖3中的同軸地埋管換熱器的端部的縱向剖視圖；
[0030] 圖4b是返回杯的正視圖；以及
[0031] 圖5是同軸地埋管換熱器的制造方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面將參照附圖更完全地描述本發(fā)明的構(gòu)思，在附圖中示出了示例性的實(shí)施方 式。但是，本發(fā)明的構(gòu)思可以以許多不同的形式來實(shí)施而不應(yīng)理解為限于這里所提出的實(shí) 施方式；相反，以實(shí)施例的方式提供了這些實(shí)施方式，以使得本公開全面且完整并且會(huì)向本 領(lǐng)域技術(shù)人員完全傳達(dá)本發(fā)明構(gòu)思的范圍。在整個(gè)說明書中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元 件。
[0033] 圖1示出了同軸地埋管換熱器1的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，該同軸地埋管換熱器被 布置成安裝在地中的鉆孔內(nèi)，以使得可以在地與在同軸地埋管換熱器1中流動(dòng)的傳熱液體 (例如水）之間傳遞熱。
[0034] 同軸地埋管換熱器1包括最外側(cè)管3、中間管5和最內(nèi)側(cè)管7。最外側(cè)管3、中間 管5和最內(nèi)側(cè)管7同軸地布置。具體地，中間管5沿著最外側(cè)管3和最內(nèi)側(cè)管7的大部分 縱向長(zhǎng)度而布置在最外側(cè)管3和最內(nèi)側(cè)管7之間。
[0035] 最外側(cè)管3具有設(shè)有多個(gè)軸向凹槽3a的內(nèi)表面。由此，在各對(duì)相鄰的軸向凹槽3a 之間限定有軸向肋3b。最外側(cè)管3的兩個(gè)相對(duì)肋3b的末端之間的距離限定了最外側(cè)管3 的內(nèi)徑dl。由此，所有的軸向肋3b具有基本相同的高度，S卩，它們?cè)谕S地埋管換熱器1中 向內(nèi)突出基本相同的距離。
[0036] 最外側(cè)管3的軸向凹槽3a沿著最外側(cè)管3的內(nèi)表面在周向C上均勾地分布。根 據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，沿著最外側(cè)管3的各截面每四分之一圈有多個(gè)軸向肋3b和多個(gè)軸向凹槽 3a。由此，最外側(cè)管3的截面的任何四分之一圈（即任何90°部分）包括多個(gè)軸向肋3b 和多個(gè)軸向凹槽3a。換言之，在圓形最外側(cè)管的情況下，各象限包括多個(gè)肋3b和多個(gè)凹槽 3a。但是，也可以想象出其中最外側(cè)管的軸向凹槽以不同的方式分布的同軸地埋管換熱器 的變型例。
[0037] 根據(jù)同軸地埋管換熱器1的一個(gè)變型例，最外側(cè)管3的軸向凹槽3a可以沿著同軸 地埋管換熱器1的大部分長(zhǎng)度延伸。為此，軸向凹槽優(yōu)選地從同軸地埋管換熱器的一端延 伸而覆蓋同軸地埋管換熱器的大部分長(zhǎng)度。同軸地埋管換熱器有利地安裝在鉆孔中，使得 具有軸向凹槽的所述一端面向鉆孔的底部。
[0038] 中間管5具有設(shè)有多個(gè)軸向凹槽5a的內(nèi)表面。由