收集器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于熱泵設(shè)備的單管收集器。所述收集器包括用于在熱泵系統(tǒng)中安裝的管(12)，在該管中熱傳輸液在閉合回路中循環(huán)，用于將從熱源吸收的熱量傳送到熱泵以及將熱傳輸液返回到熱源。管的內(nèi)表面(14)具有不平坦的表面結(jié)構(gòu)，該表面結(jié)構(gòu)包括凹槽和/或隆起(16)。本發(fā)明還涉及具有所述收集器的熱泵系統(tǒng)。
【專利說明】收集器
[0001]本申請是申請日為2008年9月17日，申請?zhí)枮?00880110370.3，發(fā)明名稱為“收集器”的申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及用于熱泵設(shè)備的單管收集器。本發(fā)明還涉及具有所述單管收集器的熱栗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在水中、陸地中以及巖床下蘊(yùn)含著天然的熱源。使用海洋熱能、地表熱能以及巖床熱能是安全、可靠并且環(huán)保的供熱技術(shù)。所述熱能可以傳輸?shù)浆F(xiàn)有的傳統(tǒng)水運供熱系統(tǒng)并且也用于熱水生產(chǎn)。
[0004]在地?zé)峁嵯到y(tǒng)中，從被稱為能量鉆井的鉆孔中采集熱量。收集器是管，所述管具有以所謂的熱傳輸液形式的熱傳輸介質(zhì)，通過加熱的熱傳輸介質(zhì)傳送熱量，并且還將冷卻的熱傳輸介質(zhì)傳送回閉合循環(huán)中。
[0005]在地表熱能裝置中，數(shù)百米長的管道埋置到防凍深度并設(shè)置在線圈中。收集器管道收集陸地中存在的熱量并且將其用于蒸發(fā)熱泵的冷卻劑。
[0006]海洋熱能以與地表熱能基本上相同的方式使用。存在于海水中的現(xiàn)有能量以及在底層的能量被利用。收集器管道設(shè)置在河道的底部。
[0007]熱泵收集器有很多種。目前最普遍的一種收集器是一種所謂的U型管收集器。根據(jù)習(xí)慣在鉆孔中設(shè)置單獨的閉合管。這例如操作如下，即將塑料的優(yōu)選聚乙烯的連續(xù)長管在中間部分彎曲從而形成U型。U型管的最低部放置在鉆孔上，隨后使管向下進(jìn)入到鉆孔中。因此，在同一個管中，所述U型管形成了在從熱泵向下進(jìn)入到鉆孔的方向以及從鉆孔返回進(jìn)而返回到熱泵的方向上的單獨的連續(xù)管線，用于閉合循環(huán)中的熱傳輸液。
[0008]對于地?zé)嵫b置，還有一種所謂的三管收集器，該三管收集器是具有向下傳送熱傳輸液進(jìn)入到鉆孔中的管的收集器的變形，該管具有分支為有兩個從鉆孔向回傳輸熱傳輸液并且進(jìn)一步傳輸?shù)綗岜玫墓?。本說明書中的術(shù)語“單管收集器”是一公知術(shù)語，其用于收集器的線圈和上述的適用海洋熱能和地表熱能的收集器管道。在所述單管收集器中，熱傳輸液可以被導(dǎo)入到沿收集器的整體縱向延展具有基本相同橫截面的管中。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)中的另一個類收集器是所謂的同軸收集器。在外管中設(shè)置有內(nèi)管。所述管一起焊接到一單元，該單元隨后安裝到鉆孔中。這種“管中管”技術(shù)的目的是要避免向下引入到鉆孔中的冷卻的熱傳輸液與將要向上傳送到收集器中的加熱的熱傳輸液的混合時間過長。通過設(shè)置外管有大直徑，實現(xiàn)了在大直徑外管中的緩流，其中在達(dá)到熱吸收性時實現(xiàn)正輸出。目前，同軸收集器在一定程度上未見于市場上，這是因為該技術(shù)涉及到大規(guī)模安裝以及較高生產(chǎn)成本。但是，同軸收集器通常比傳統(tǒng)的單管收集器更有效。
[0010]DE202004007567U1公開了一種上述的同軸收集器。該同軸收集器包括連接管，該連接管用于熱傳輸液流入到外管中，該連接管在外管的內(nèi)側(cè)具有不平坦的表面結(jié)構(gòu)。加熱的熱傳輸液通過內(nèi)管向上通過連接管返回。
[0011]US2007/0023163A1公開了一種上述的同軸收集器。該同軸收集器包括連接管，該連接管用于熱傳輸液流入到熱傳輸液內(nèi)管中，該連接管恰結(jié)束于外管的底部，并設(shè)置在內(nèi)管的外側(cè)。熱傳輸液在循環(huán)期間在外管和內(nèi)管之間的空間中被加熱，同時通過設(shè)置在內(nèi)管外側(cè)的螺旋結(jié)構(gòu)(“湍流發(fā)生器”或“湍流發(fā)生結(jié)構(gòu)”)被導(dǎo)向并進(jìn)一步通過泵傳送到熱交換器。
[0012]所述收集器管的壁厚優(yōu)化為使熱傳輸介質(zhì)獲得最大的熱量吸收，管道容易把握，以及在能量鉆井的情況下使返回重量盡量直接向下進(jìn)入到鉆孔中。其長度根據(jù)需要適當(dāng)改變。
[0013]然而，現(xiàn)有傳統(tǒng)的單管收集器的問題在于:從能量井中周圍的水中的能量吸收不理想。非常需要對能量更有效的利用。該需求也應(yīng)用到用于海洋系統(tǒng)以及地表熱量裝置的單管收集器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于至少部分地消除上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。而且，本發(fā)明的一個目的是改善單管收集器中熱傳輸介質(zhì)的能量吸收，所述能量吸收是在地表熱能裝置中從周圍陸地吸收，或者是在地?zé)嵯到y(tǒng)的能量井中或在海洋熱能系統(tǒng)中從周圍的水吸收。
[0015]該目的可以通過根據(jù)本發(fā)明的熱泵設(shè)備的單管收集器實現(xiàn)。收集器包括用于在熱泵系統(tǒng)中安裝的管，在該管中熱傳輸液在閉合回路中循環(huán)，用于將從熱源吸收的熱量傳送到熱泵以及將熱傳輸液返回到熱源。管的內(nèi)表面具有不平坦的表面結(jié)構(gòu)，該表面結(jié)構(gòu)包括凹槽和/或隆起。
[0016]通過本發(fā)明的單管收集器以及具有該單管收集器的熱泵裝置，可以改善能量吸收，因為現(xiàn)有技術(shù)的用于海洋熱能、地表熱能裝置或能量井的收集器具有平滑的內(nèi)表面，這提供了通過收集器的熱傳輸介質(zhì)的層流，與其相比，本發(fā)明的不平坦的表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了湍流。
[0017]本說明書中的術(shù)語“管”也指軟管、導(dǎo)管等。
[0018]根據(jù)一個實施例，內(nèi)表面的表面結(jié)構(gòu)為凹槽形式，其中所述表面具有這樣的凹槽，即在基本上沿著管的縱向方向延伸的表面中合適地形成連續(xù)的凹槽。如管的橫截面所示，所述凹槽可以均勻地分布在管的內(nèi)圓周表面上。
[0019]根據(jù)另一實施例，凹槽和/或隆起沿管的縱向方向螺旋狀延伸。螺旋形的方向可以沿管的縱向方向至少在某些部分改變。螺旋形的方向適當(dāng)?shù)乜梢匝毓艿目v向方向至少每兩米改變，優(yōu)選地每一米改變。
[0020]根據(jù)另一實施例，凹槽和/或隆起在0.2-5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.2_2mm。
[0021]根據(jù)另一實施例，連續(xù)的管沿著管的整體縱向方向具有基本相似的橫截面積。
[0022]本發(fā)明還提供了一種熱泵系統(tǒng)，其包括以上所描述的單管收集器。
[0023]本發(fā)明其他的有利特征、優(yōu)點以及優(yōu)選實施例可從從屬權(quán)利要求、以及如下說明書的具體實施例中得知。
【專利附圖】

【附圖說明】[0024]以下將結(jié)合附圖通過具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但不是對本發(fā)明的限制，其中:
[0025]圖1示出了傳統(tǒng)U型管收集器形狀的單管收集器的原理。
[0026]圖2A以單管收集器的截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的收集器管內(nèi)表面上的螺旋狀凹槽和/或隆起。
[0027]圖2B以縱向立體截面圖示出了圖2A所示的收集器的一部分。
[0028]圖2C示意性地示出了圖2A-2B所示的收集器的截面圖中的伸長的管壁。
[0029]圖3以縱向截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的收集器的一部分。
【具體實施方式】
[0030]圖1示出了傳統(tǒng)U型管收集器的原理。根據(jù)該原理，一連續(xù)密封的管I設(shè)置在鉆孔2中。例如按如下方式進(jìn)行，將多個單個的管一起組裝到一個連續(xù)的縱向的管1，該管I是塑料的，優(yōu)選是聚乙烯的。由于連續(xù)管I在朝向鉆孔2的底部4的端部形成U型彎曲部3，其中用于向下(見圖中箭頭)傳送到鉆孔的熱傳輸液的管I’連接到用于向上(見箭頭)傳送且傳送出鉆孔的熱傳輸液的管1’’，所以系統(tǒng)被稱為“U型管收集器”。換句話說，連續(xù)管I在中部彎曲從而形成U型。圖1僅示出了原理。實際上，上述的U型管收集器系統(tǒng)是全體焊接的，以便滿足安全操作的要求。因此，由于操作安全原因，成為U型下部或彎曲部3的折返彎曲件在工廠中組裝。收集器系統(tǒng)的上部5通常截止到在平面6處的入口，在此收集器管連接到熱泵(未示出)。在收集器系統(tǒng)的組裝期間，收集器系統(tǒng)的折返的彎曲部3位于鉆孔2的上方，由此在鉆孔中向下移動。由此，在同一個管中，所述U型管形成了在從熱泵向下進(jìn)入到鉆孔的方向以及從鉆孔返回進(jìn)而返回到熱泵的方向上的單獨的連續(xù)管線，用于閉合循環(huán)中的熱傳輸液。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于地?zé)嵯到y(tǒng)的單管收集器的一部分在圖2A中以截面圖T示出，并且在圖2B中以縱向截面圖L示出。所述收集器包括管12，該管優(yōu)選由聚乙烯制作，以用于組裝到能量鉆井中，在該管中熱傳輸液在閉合回路中循環(huán)，用于將地?zé)醾魉偷綗岜靡约皩醾鬏斠悍祷氐侥芰烤?。?2的內(nèi)表面14具有不平坦的表面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括凹槽和/或隆起16。盡管以U型管收集器形狀的單管收集器結(jié)合附圖進(jìn)行了描述，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，這樣的單管收集器也可以應(yīng)用于海洋熱能系統(tǒng)和地表熱能裝置以及三路收集器。
[0032]根據(jù)優(yōu)選實施例，本發(fā)明的單管收集器是連續(xù)管12，其沿著管的整體縱向方向L具有基本相似的橫截面積。
[0033]根據(jù)優(yōu)選實施例，單管收集器的內(nèi)表面14的表面結(jié)構(gòu)為凹槽形式，其中內(nèi)表面14設(shè)置成具有凹槽18，所述凹槽18在基本上沿管的縱向方向L延伸的表面中形成連續(xù)的凹槽。如管的橫截面T所示，凹槽18均勻地分布在管的內(nèi)圓周表面上。圖2C以截面圖示出了收集器管12的伸長管壁，其中凹槽18的凹槽形是明顯的。
[0034]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的單管收集器的一部分。凹槽和/或隆起16在管的縱向方向L上呈螺旋狀延伸。螺旋形的方向(見圖3中的箭頭)至少可以沿管的縱向方向L在某些部分改變。螺旋形的方向適當(dāng)?shù)乜梢匝毓艿目v向方向L至少每兩米改變，優(yōu)選地每一米改變。[0035]根據(jù)本發(fā)明，例如凹槽和/或隆起表面結(jié)構(gòu)的形式在單管收集器的縱向方向上可以連續(xù)或非連續(xù)。如圖3的實施例所示，可以在管的內(nèi)表面上設(shè)置平坦部分，作為兩個螺旋部分之間臨時的但較短的過渡。
[0036]本發(fā)明的收集器管12的通常尺寸為直徑在25_63mm的范圍內(nèi)。凹槽和/或隆起16的高度，選擇性地凹槽18或切槽可以變化，但根據(jù)管的尺寸和壁厚通常在0.2-5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.2-2_，以作收集器管12的最常用的尺寸。
[0037]實施例:
[0038]在熱泵系統(tǒng)中進(jìn)行實驗，通過16kW和32kW兩個熱泵分別在建筑物中提供熱水和加熱，所述建筑物有19間房間，每一個房間面積為40m2。四個填充水的鉆孔，其直徑為140mm且深度為260mm，構(gòu)成了系統(tǒng)的熱源。所述四個鉆孔在實驗中使用。乙醇水溶液的濃度按體積計算為20%，其凝固點為-8°C。在實驗中，四個鉆孔的每一個分別裝配了四個不同類型的單管收集器。各自的鉆孔設(shè)計、尺寸以及設(shè)置如下表1所示。
[0039]表1
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種用于地?zé)峤粨Q的熱泵系統(tǒng)，所述熱泵系統(tǒng)包括: 熱泵，所述熱泵用于從熱傳輸液采集地?zé)崮埽? 單管收集器，所述單管收集器連接到所述熱泵，其中所述單管收集器包括聚合物管，所述聚合物管被配置成放置在地面上并被配置成使熱傳輸液在地?zé)崮茉春退鰺岜弥g循環(huán)，其中所述聚合物管的內(nèi)表面具有不平坦的表面結(jié)構(gòu)，該不平坦的表面結(jié)構(gòu)包括凹槽和隆起中的至少一個，并且其中所述凹槽和所述隆起中的所述至少一個被布置成: 以第一螺旋形式在相對于所述管的縱向延伸的第一螺旋方向上延伸所述聚合物管的第一長度，以及 以第二螺旋形式在相對于所述管的縱向延伸的第二螺旋方向上延伸所述聚合物管的第二長度，使得產(chǎn)生沿著所述管的縱向延伸改變方向的湍流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵系統(tǒng)，其中，從所述管的橫截面上看，所述凹槽和所述隆起中的至少一個均勻地分布在所述管的內(nèi)圓周表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的任意一項所述的熱泵系統(tǒng)，其中，所述螺旋形式的方向沿所述管的縱向方向至少每兩米改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任意一項所述的熱泵系統(tǒng)，其中，所述凹槽和所述隆起中的至少一個在0.2-5mm的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一項所述的熱泵系統(tǒng)，其中，所述凹槽和所述隆起中的至少一個在0.2-2mm的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任意一項所述的熱泵系統(tǒng)，其中，所述聚合物管是沿著所述管的整體縱向延伸具有基本相似的橫截面積的連續(xù)的管。
7.一種使用熱泵系統(tǒng)從地面采集地?zé)崮艿姆椒?，所述熱泵系統(tǒng)包括: 熱泵，所述熱泵用于從熱傳輸液采集地?zé)崮埽? 單管收集器，所述單管收集器連接到所述熱泵，其中所述單管收集器包括聚合物管，所述聚合物管被配置成放置在地面上并被配置成使熱傳輸液在地?zé)崮茉春退鰺岜弥g循環(huán)，其中所述聚合物管的內(nèi)表面具有不平坦的表面結(jié)構(gòu)，該不平坦的表面結(jié)構(gòu)包括凹槽和隆起中的至少一個，并且其中所述凹槽和所述隆起中的所述至少一個被布置成: 以第一螺旋形式在相對于所述管的縱向延伸的第一螺旋方向上延伸所述聚合物管的第一長度，以及 以第二螺旋形式在相對于所述管的縱向延伸的第二螺旋方向上延伸所述聚合物管的第二長度，所述方法包括: 循環(huán)所述熱傳輸液: -從所述熱泵， -通過所述單管收集器，使得產(chǎn)生沿所述管的縱向延伸改變方向的湍流，以及 -返回到所述熱泵以采集地?zé)崮堋?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中通過所述單管收集器循環(huán)所述熱傳輸液的步驟包括使所述熱傳輸液循環(huán)通過具有所述凹槽和所述隆起中的至少一個的聚合物管，從所述管的橫截面上看，所述凹槽和所述隆起中的至少一個均勻地分布在所述管的內(nèi)圓周表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8中的任意一項所述的方法，其中，通過所述單管收集器循環(huán)所述熱傳輸液的步驟包括使所述熱傳輸液循環(huán)通過聚合物管，其中所述螺旋形式沿所述管的縱向方向至少每兩米改變。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中的任意一項所述的方法，其中，通過所述單管收集器循環(huán)所述熱傳輸液的步驟包括使所述熱傳輸液循環(huán)通過聚合物管，所述聚合物管的所述凹槽和所述隆起中的至少一個在0.2-5mm的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中的任意一項所述的方法，其中，通過所述單管收集器循環(huán)所述熱傳輸液的步驟包括使所述熱傳輸液循環(huán)通過聚合物管，所述聚合物管的所述凹槽和所述隆起中的至少一個在0.2-5mm的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7- 11中的任意一項所述的方法，其中，通過所述單管收集器循環(huán)所述熱傳輸液的步驟包括使所述熱傳輸液循環(huán)通過聚合物管，所述聚合物管的所述凹槽和所述隆起中的至少一個在0.2-2mm的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7-12中的任意一項所述的方法，其中，通過所述單管收集器循環(huán)所述熱傳輸液的步驟包括使所述熱傳輸液循環(huán)通過連續(xù)的管，所述連續(xù)的管沿著所述管的整體縱向延伸具有基本相似的橫截面積。
14.單管收集器在用于地?zé)峤粨Q的熱泵系統(tǒng)中的用途，所述單管收集器包括聚合物管，所述聚合物管被配置成放置在地面上并被配置成使熱傳輸液在地?zé)崮茉春退鰺岜弥g循環(huán)，其中所述聚合物管的內(nèi)表面具有不平坦的表面結(jié)構(gòu)，該不平坦的表面結(jié)構(gòu)包括凹槽和隆起中的至少一個，并且其中所述凹槽和所述隆起中的所述至少一個被布置成: 以第一螺旋形式在相對于所述管的縱向延伸的第一螺旋方向上延伸所述聚合物管的第一長度，以及 以第二螺旋形式在相對于所述管的縱向延伸的第二螺旋方向上延伸所述聚合物管的第二長度，使得產(chǎn)生沿著所述管的縱向延伸改變方向的湍流。
【文檔編號】F24J3/08GK103940133SQ201410100880
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2007年10月5日
【發(fā)明者】米卡·奧賈拉, 尤哈·奧賈拉, 卡里·奧賈拉, 海莫·奧賈拉 申請人:穆奧維技術(shù)公司