本發(fā)明屬于地熱供熱設(shè)備，尤其涉及一種融雪化冰的地熱供熱段換熱裝置。

背景技術(shù)：

1、中國地域廣闊，北方大部分地區(qū)冬季寒冷且積雪嚴重，雪后結(jié)冰現(xiàn)象較為常見。特別是在東北、華北、西北等地區(qū)，寒冷的冬季對交通和日常生活造成了較大影響，隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程加快，交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和運行變得更加關(guān)鍵。道路、橋梁、機場等公共設(shè)施的安全和通暢直接影響著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，因此需要解決冬季冰雪對這些設(shè)施帶來的影響。傳統(tǒng)的冰雪清除方法，如化學融化劑和機械除雪，往往會造成環(huán)境污染和資源浪費問題。因此，發(fā)展節(jié)能環(huán)保的融雪化冰技術(shù)，符合中國提倡的可持續(xù)發(fā)展理念，有利于減少能源消耗和環(huán)境壓力。

2、在這樣的背景下，地熱法融雪化冰其清潔高效的優(yōu)點顯得尤為重要。地熱法利用地下熱能來融化冰雪，其核心思想是利用地熱能源的穩(wěn)定性和持久性，在地下鋪設(shè)管道，通過地熱能的傳導迅速融化積雪和冰層。這種技術(shù)不僅避免了傳統(tǒng)方法可能帶來的環(huán)境污染和資源浪費問題，還能有效降低能源消耗，符合中國推動可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標。

3、傳統(tǒng)地熱法融雪化冰系統(tǒng)分成取熱單元、傳輸管路、換熱單元和供熱單元四個部分，其中供熱單元段主要是由鋪設(shè)在混凝土層內(nèi)的換熱管組成，傳統(tǒng)地熱換熱管一般是采用內(nèi)外光滑304不銹鋼管，其換熱效果比一般pe管好，但由于現(xiàn)今大多數(shù)路面為瀝青混凝土路面，表層瀝青傳熱效果不好，會阻隔由埋設(shè)在混凝土中的換熱管熱量傳遞到路面，所以換熱管的換熱效率仍然需要加強。

4、因此，對于現(xiàn)存瀝青混凝土路面地熱融雪化冰系統(tǒng)，有必要設(shè)計一種高效，簡單且經(jīng)濟的換熱管，以增強供熱段路面的熱量傳遞，提高換熱效率，強化融雪化冰效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種融雪化冰的地熱供熱段換熱裝置，其組裝簡易，便攜性高，且能夠大幅度提高換熱效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

3、一種地熱融冰系統(tǒng)的供熱段換熱裝置，包括傳輸管路單元和換熱管單元。所述地熱融冰系統(tǒng)中，換熱機組1與傳輸管路單元相連，傳輸管路單元與換熱管單元相連。傳輸管路單元包括可控流量的流量計ⅰ、總出水管、增壓泵、總回水管，換熱管單元包括地熱融冰管路，地熱融冰管路由換熱管組成。

4、如圖1所示，換熱機組經(jīng)可控流量的流量計ⅰ與總出水管相連，通過可控流量的流量計ⅰ降低總出水管3內(nèi)流體的流速，使在總出水管中運輸?shù)牧黧w流動狀態(tài)為低雷諾數(shù)的層流流動狀態(tài)，低速且高溫的流體流動到增壓泵，經(jīng)過增壓泵加壓，使得流體流速增大，此時流體流動狀態(tài)從低雷諾數(shù)的層流流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦呃字Z數(shù)的湍流流動狀態(tài)，再進入地熱融冰管路的進水管路，對路面加熱后流到地熱融冰管路的出水管路，再匯入總回水管，最后回流進入換熱機組；回流進入換熱機組的流體進行熱量交換，升溫后，流體再次經(jīng)可控流量的流量計ⅰ流入總出水管，如此循環(huán)往復，不斷地提取地熱能融雪化冰。本發(fā)明的地熱融冰系統(tǒng)的取熱段與供熱段之間存在較長距離，對于所提取的地熱能，采取本發(fā)明的結(jié)構(gòu)使得提取的地熱能減少在通過管道運輸時熱量的散失。

5、換熱管由十字卡扣(圖2)、連接件(圖3)、擾流件(圖4)以及波紋管(圖5)組裝而成。所述連接件包括連接件外壁、連接件中心加強段、連接件內(nèi)螺紋。所述擾流件包括擾流件主桿和擾流件翅片。換熱管的具體組裝方式為：將兩個卡扣肋條組成十字卡扣，其交匯處開設(shè)安裝擾流件的擾流件預(yù)留孔，再將十字卡扣與波紋管一側(cè)管端的內(nèi)管壁焊接，焊接完成后，將擾流件的擾流件主桿插入擾流件預(yù)留孔內(nèi)；然后，將另一個十字卡扣與擾流件主桿的另一端插合組裝，并將該十字卡扣與波紋管另一側(cè)管端的內(nèi)管壁焊接；將連接件的內(nèi)螺紋與波紋管的一側(cè)管端的外螺紋擰緊，這樣就組成了地熱融冰管路包括的一段換熱管。

6、所述波紋管的外徑為40mm、內(nèi)徑為36mm、長為6m，波紋管的波紋高度為4mm、波紋間距為10mm，波紋管的材質(zhì)為304不銹鋼，擾流件預(yù)留孔為直徑2mm的正方形孔。

7、所述擾流件主桿的截面為邊長2mm的正方形，沿擾流件主桿的軸向，在擾流件主桿桿身上安裝多組翅片，四個翅片為一組，每組翅片中四個翅片沿圓周均勻分布，多組翅片均勻分布在擾流件主桿桿身上，每個翅片與桿身相連處做了圓角化處理，擾流件長度根據(jù)波紋管長度調(diào)整。

8、所述連接件的外徑為44mm、內(nèi)徑為40mm，連接件連接兩段波紋管，其中部進行加厚處理形成連接件中心加強段，連接件中心加強段的外徑為50mm、內(nèi)徑為40mm，兩邊端口都設(shè)有內(nèi)螺紋，與波紋管的外螺紋匹配。

9、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果：

10、1.對于本發(fā)明中所提到的傳輸管路單元，在與換熱機組相連的起始段設(shè)有可控流量的流量計，其可以控制總出水管中流體流速，僅僅需要能夠泵送到供熱段的流量計的水壓力即可，這段區(qū)間通過流量計控制，使其流速緩慢，盡量使管內(nèi)流體為低雷諾數(shù)的層流流體形式流動，減少熱對流散失的熱量，使通過地熱能加熱的溶液能夠保持低熱量消耗的同時運輸?shù)焦岫?。這段區(qū)間的管道材料為ppr材料，保溫效果好，散熱效果差，且該段管道需包裹保溫性能好的保溫棉材料，進一步的減少熱量的散失。

11、2.溶液流經(jīng)供熱段的加壓泵后，經(jīng)過加壓，使流體流速增大，層流變湍流，且供熱段管材為304不銹鋼管，散熱效果好，有利于提高融雪化冰的效率。

12、3.對于本發(fā)明中換熱管，其與內(nèi)外光滑的傳統(tǒng)換熱管相比，預(yù)埋在路面基層澆筑后，與混凝土的接觸面積更大，增加了與混凝土之間的咬合力，且由于波紋的存在，其抗壓性能增強，相較于傳統(tǒng)的地熱融冰換熱管，其抗疲勞性能更好，換熱面積更大。

13、4.由于本發(fā)明中所提到的換熱管，其內(nèi)部增加了擾流裝置，十字卡扣在進口段進行初次擾流，管道中部流體在流經(jīng)擾流件翅片時會使流體流動發(fā)生第二次紊亂，管壁周邊流體在流經(jīng)管壁時，由于存在的波紋紋路，此處流體會發(fā)生第三次紊流，所以本發(fā)明的換熱管內(nèi)部流體為高雷諾數(shù)的湍流形式，相較于傳統(tǒng)的304不銹鋼光面管，管內(nèi)流體熱對流效果更明顯，其向外傳遞熱量更多，用于融雪化冰的效果更好。

14、5.本發(fā)明中換熱管是后期通過將波紋管，擾流件以及連接件組裝而成的，擾流件主桿截面為正方形，能夠更好的與十字卡扣緊密貼合，且由于正方形截面的原因，液體在流經(jīng)擾流件翅片的時候不會引起擾流件的旋轉(zhuǎn)和位移。與此同時，組裝得到的管件大大降低了制備難度，施工更簡易，且可根據(jù)具體施工要求以及具體融冰需要來組裝得到所需換熱管的長度。

15、6.通過將換熱管改用波紋管的形式，增加了其與混凝土基層的接觸面積，即增加了換熱面積，能夠使更多的地熱能得到充分利用，將有效的提高地熱融雪化冰的效率。本發(fā)明具有穩(wěn)定性好、清潔、施工便攜且效率高等優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種地熱融冰系統(tǒng)的供熱段換熱裝置，包括傳輸管路單元和換熱管單元；其特征在于，所述地熱融冰系統(tǒng)中，換熱機組1與傳輸管路單元相連，傳輸管路單元與換熱管單元相連；傳輸管路單元包括可控流量的流量計ⅰ、總出水管、增壓泵、總回水管，換熱管單元包括地熱融冰管路，地熱融冰管路由換熱管組成；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地熱融冰系統(tǒng)的供熱段換熱裝置，其特征在于，所述波紋管的外徑為40mm、內(nèi)徑為36mm、長為6m，波紋管的波紋高度為4mm、波紋間距為10mm，波紋管的材質(zhì)為304不銹鋼，擾流件預(yù)留孔為直徑2mm的正方形孔。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地熱融冰系統(tǒng)的供熱段換熱裝置，其特征在于，所述擾流件主桿的截面為邊長2mm的正方形，沿擾流件主桿的軸向，在擾流件主桿桿身上安裝多組翅片，四個翅片為一組，每組翅片中四個翅片沿圓周均勻分布，多組翅片均勻分布在擾流件主桿桿身上，每個翅片與桿身相連處做了圓角化處理，擾流件長度根據(jù)波紋管長度調(diào)整。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地熱融冰系統(tǒng)的供熱段換熱裝置，其特征在于，所述連接件的外徑為44mm、內(nèi)徑為40mm，連接件連接兩段波紋管，其中部進行加厚處理形成連接件中心加強段，連接件中心加強段的外徑為50mm、內(nèi)徑為40mm，兩邊端口都設(shè)有內(nèi)螺紋，與波紋管的外螺紋匹配。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于地熱供熱設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種融雪化冰的地熱供熱段換熱裝置。供熱段換熱裝置包括傳輸管路單元和換熱管單元；其特征在于，所述地熱融冰系統(tǒng)中，換熱機組1與傳輸管路單元相連，傳輸管路單元與換熱管單元相連；傳輸管路單元包括可控流量的流量計Ⅰ、總出水管、增壓泵、總回水管，換熱管單元包括地熱融冰管路，地熱融冰管路由換熱管組成?？煽亓髁康牧髁坑媽鬏敼苈分辛黧w變?yōu)榈屠字Z數(shù)層流形式，再通過增壓泵將換熱管中的流體變?yōu)楦呃字Z數(shù)的湍流形式；并且，通過改變換熱管內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進一步提高流體的雷諾數(shù)，其湍流流動更加復雜，熱對流效果得到明顯提升。

技術(shù)研發(fā)人員：劉繼國,馮鵬程,彭文波,魏龍海,馬亞麗娜,楊盛,陳智
受保護的技術(shù)使用者：中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/28