本公開涉及一種換熱器的換熱管，尤其是一種用于中深層地熱采集換熱器中的能夠增強換熱效率的換熱管。

背景技術(shù)：

在節(jié)能減排日益成為環(huán)境改善的主題今天，地熱能作為一種成為了人們越來越認可的清潔能源。獲取這些地熱能的方式有兩種，一種是直接抽取含地熱能的地下熱水，另一種是間接獲取地下熱水中地熱能，即利通過換熱器將中深層地下的地下水中的地熱置換出來利用地熱。很顯然，直接抽取中深層地下熱水不具有可持續(xù)性，因為這會由于地下水的大量開采導致一定程度地陷以及土地沙化，由此帶來了難以恢復生態(tài)災難。而間接利用地下熱水中的地熱，是通過向地下鉆深井，隨后在深井中插入含有內(nèi)外換熱管的套管。中深層地下的地熱(地下熱水或其它形式的熔巖中的熱量)將會將外管加熱。通過水泵將良好導熱的低溫循環(huán)介質(zhì)(例如，低溫水)注入外管和內(nèi)管之間的夾層通道，注入的低溫循環(huán)介質(zhì)在向下流入的過程中，獲取外管壁上傳遞來的熱量，從而加溫成中高溫循環(huán)介質(zhì)。高溫循環(huán)介質(zhì)在泵的作用下被抽取到地面，從而使得高溫循環(huán)介質(zhì)所攜帶的熱量為人們所用于各種用途，例如，被廣泛應用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門，用于保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度、地板加熱、空調(diào)取暖或制冷、發(fā)電、地面融雪等。這種間接地熱利用方式不會抽取地下水，因此不會影響人們的生活環(huán)境，因此是一種可持續(xù)的地熱采集方式。

然而，間接利用地熱能這種方式存在的問題是，外管的內(nèi)壁表面積有限，其能夠從周圍高溫巖層和熱水獲取并存儲在其管壁內(nèi)的熱量有限，而且循環(huán)介質(zhì)在重力和泵送壓力的作用下向下流動的速度極快，因此，循環(huán)介質(zhì)流過外管進入內(nèi)管的時間極短，循環(huán)介質(zhì)在極短時間內(nèi)很難被充分加熱并獲取更多的熱量。因此，這種通常間接利用地熱能的方式換熱效率很低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，為了解決上述間接利用地熱能的換熱效率地下的問題，本公開提供了一種用于換熱器的內(nèi)管，所述內(nèi)管套裝在換熱器外管內(nèi)，所述內(nèi)管的外壁具有使得所述內(nèi)管和外管之間的流體產(chǎn)生紊流的紊流元件。

根據(jù)本公開的換熱器內(nèi)管，所述紊流元件為凸向所述外管內(nèi)壁的突出部。所述突出部可以為翅片。尤其需要指出的是，所述翅片的頂端與所述外管的內(nèi)壁之間有間隙。

根據(jù)本公開的換熱器內(nèi)管，所述翅片圍繞所述內(nèi)管的外壁呈螺旋條帶狀分布。所述螺旋條帶狀的翅片為整體螺旋翅片。

根據(jù)本公開的換熱器內(nèi)管，所述螺旋條帶狀的翅片為間斷的螺旋翅片，相鄰的螺旋翅片之間的圍繞所述內(nèi)管外壁柱面螺旋的間距不超過每個螺旋翅片的長度。

根據(jù)本公開的換熱器內(nèi)管，所述螺旋條帶狀的翅片的螺旋角在45°-60°之間。

根據(jù)本公開的換熱器內(nèi)管，所述翅片的高度5～15毫米，其與所述內(nèi)管外壁連接的根部寬為2-5毫米，其頂端的厚為0.5-3毫米。

根據(jù)本公開的換熱器內(nèi)管，所述內(nèi)管為一體注塑成型的PE或PPR管，每節(jié)長度在6-12米之間。

根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種換熱器外管，套裝在換熱器內(nèi)管外，所述外管的內(nèi)壁具有使得所述內(nèi)管和外管之間的流體產(chǎn)生紊流的紊流元件。

根據(jù)本公開的換熱器外管，所述紊流元件為凸向所述內(nèi)管外壁的突出部。所述突出部為翅片。所述翅片的頂端與所述內(nèi)管的外壁之間有間隙。

根據(jù)本公開的換熱器外管，所述翅片圍繞所述外管的內(nèi)壁呈螺旋條帶狀分布。所述螺旋條帶狀的翅片為整體螺旋翅片。

根據(jù)本公開的換熱器外管，所述螺旋條帶狀的翅片為間斷的螺旋翅片，相鄰的螺旋翅片之間的圍繞所述外管內(nèi)壁柱面螺旋的間距不超過每個螺旋翅片的長度。

根據(jù)本公開的換熱器外管，所述螺旋條帶狀的翅片的螺旋角在45°-60°之間。

根據(jù)本公開的的換熱器外管，其中所述翅片的高度5～15毫米，其與所述內(nèi)管外壁連接的根部寬為2-5毫米，其頂端的厚為0.5-3毫米。

根據(jù)本公開的換熱器外管，其中所述外管為一體鑄造成型的金屬管，每節(jié)長度在6-12米之間。

由于諸如翅片狀的紊流元件處于內(nèi)管和外管之間的夾層中，因此提高了間接利用地熱的換熱效率。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本公開的實施例，并與說明書一起用于解釋本公開的原理。

圖1所示的是根據(jù)本公開的實施例的換熱器內(nèi)管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2所示的是根據(jù)本公開的實施例的換熱器內(nèi)管套裝在外管中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3所示的是根據(jù)本公開的另一個實施例的換熱器外管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4所示的是根據(jù)本公開的實施例的換熱器外管套裝有內(nèi)管的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖5所示的是根據(jù)本公開的實施里的換熱器內(nèi)管或外管上的翅片的剖視圖。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本公開相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本公開的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

在本公開使用的術(shù)語是僅僅出于描述特定實施例的目的，而非旨在限制本開。在本公開和所附權(quán)利要求書中所使用的單數(shù)形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括多數(shù)形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應當理解，本文中使用的術(shù)語“和/或”是指并包含一個或多個相關(guān)聯(lián)的列出項目的任何或所有可能組合。

應當理解，盡管在本公開可能采用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各種信息，但這些信息不應限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用來將同一類型的信息彼此區(qū)分開。例如，在不脫離本公開范圍的情況下，第一翅片也可以被稱為第二翅片，類似地，第二翅片也可以被稱為第一翅片。取決于語境，如在此所使用的詞語“如果”可以被解釋成為“在……時”或“當……時”或“響應于確定”。

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本公開，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本公開作進一步詳細說明。

圖1所示的是根據(jù)本公開的實施例的換熱器內(nèi)管的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，換熱器的內(nèi)管1的外壁上具有紊流元件2。該紊流元件2為凸向所述外管內(nèi)壁的突出部。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，紊流元件2呈圍繞內(nèi)管外壁螺旋狀盤繞在所述內(nèi)管的外壁上的翅片。紊流元件2的存在會增加內(nèi)管1的強度。所述螺旋條帶狀的翅片2的螺旋角α在45°-60°之間，例如為50°、55°等。所述內(nèi)管為一體注塑成型的PE或PPR管，每節(jié)長度在6-12米之間，長度可以根據(jù)具體施工地理環(huán)境和施工工藝進行調(diào)節(jié)。該螺旋翅片狀的紊流元件2可以在內(nèi)管注塑成形時一體注塑，也可以與內(nèi)管分開獨立注塑成型，之后通過粘結(jié)方式將螺旋翅片粘結(jié)到內(nèi)管外部。

圖2所示的是根據(jù)本公開的實施例的換熱器內(nèi)管套裝在外管中的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，當由于帶有螺旋翅片狀的紊流元件2的內(nèi)管被套裝在換熱器外管3內(nèi)，所述紊流元件2位于處于內(nèi)管1和外管3之間的夾層空間內(nèi)。因此，當循環(huán)介質(zhì)，例如涼水，流經(jīng)該夾層時，會受到該紊流元件的阻礙。這種阻礙一方面會減緩循環(huán)介質(zhì)的流動速度，另一方面會在循環(huán)介質(zhì)中產(chǎn)生紊流動或湍流。循環(huán)介質(zhì)的流動速度的降低會增加循環(huán)介質(zhì)與外管壁接觸的時間，因此，增加了循環(huán)介質(zhì)從外管壁獲取的熱量。而紊流或湍流就如循環(huán)介質(zhì)被攪拌一樣，這種攪拌的過程會加速流體從外管壁獲取熱量，同樣也會增加循環(huán)介質(zhì)從外管壁獲取的熱量。因此有效地提高了間接利用地熱的換熱效率。盡管采用紊流元件2的目的是使得內(nèi)管1和外管3之間的夾層空間內(nèi)流動的循環(huán)介質(zhì)中產(chǎn)生紊流，但是為盡可能減少流體阻力，因此紊流元件2設(shè)置成螺旋形翅片，以便在換熱效率和流動速度之間獲得一種平衡。

所述翅片狀的紊流元件2的頂端與所述外管的內(nèi)壁之間有間隙。該間隙的大小可以根據(jù)具體情況進行調(diào)節(jié)。此外，所述螺旋條帶狀的翅片為整體螺旋翅片，即，所述螺旋條帶狀的翅片圍繞所述內(nèi)管的外壁連續(xù)地呈螺旋延伸?？蛇x擇地，也可以是間斷的。所述螺旋條帶狀的翅片為間斷的螺旋翅片，即，所述螺旋條帶狀的翅片圍繞所述內(nèi)管的外壁不連續(xù)地呈螺旋延伸，相鄰的螺旋翅片之間的圍繞所述內(nèi)管外壁柱面螺旋的間距不超過每個螺旋翅片的長度。

圖3所示的是根據(jù)本公開的實施例的換熱器外管的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，換熱器的外管4的內(nèi)壁上具有紊流元件5。該紊流元件5為凸向所述內(nèi)管外壁的突出部。在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，紊流元件5呈圍繞外管內(nèi)壁螺旋狀盤繞在所述外管的內(nèi)壁上的翅片。所述螺旋條帶狀的翅片5的螺旋角α在45°-60°之間，例如為50°、55°等。所述內(nèi)管為一體鑄造成型的金屬管，具有良好的熱傳導性能，每節(jié)長度在6-12米之間，長度可以根據(jù)具體施工地理環(huán)境和施工工藝進行調(diào)節(jié)。該螺旋翅片狀的紊流元件5可以在外管鑄造成形時一體鑄造，也可以與內(nèi)管分開獨立鑄造或拉延成型，之后通過焊接或其他方式將螺旋翅片粘結(jié)到外管內(nèi)壁。

圖4所示的是根據(jù)本公開的實施例的換熱器套裝有內(nèi)管的外管的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，當由于帶有螺旋翅片狀的紊流元件5的外管4被套裝在換熱器內(nèi)管6內(nèi)，所述紊流元件5位于處于內(nèi)管4和外管6之間的夾層空間內(nèi)。由于紊流元件5的存在，外管4的體積得以增加，因此能夠在同一時間內(nèi)從巖層或周圍的地熱水中獲取并存儲更多的熱量。同時，紊流元件5的存在也會增加外管4的強度。而且，當循環(huán)介質(zhì)，例如涼水，流經(jīng)該夾層時，會受到該紊流元件5的阻礙。這種阻礙一方面會減緩循環(huán)介質(zhì)的流動速度，另一方面會在循環(huán)介質(zhì)中產(chǎn)生紊流動或湍流。循環(huán)介質(zhì)的流動速度的降低會增加循環(huán)介質(zhì)與外管壁以及紊流元件5接觸的時間，因此，增加了循環(huán)介質(zhì)從外管壁和紊流元件5獲取的熱量。而紊流或湍流就如循環(huán)介質(zhì)被攪拌一樣，這種攪拌的過程會加速流體從外管壁獲取熱量，同樣也會增加循環(huán)介質(zhì)從外管壁獲取的熱量。因此有效地提高了間接利用地熱的換熱效率。

所述翅片狀的紊流元件5的頂端與所述內(nèi)管的外壁之間有間隙。該間隙的大小可以根據(jù)具體情況進行調(diào)節(jié)。此外，所述螺旋條帶狀的翅片5為整體螺旋翅片，即，所述螺旋條帶狀的翅片圍繞所述內(nèi)管的外壁連續(xù)地呈螺旋延伸?？蛇x擇地，也可以是間斷的。所述螺旋條帶狀的翅片5為間斷的螺旋翅片，即，所述螺旋條帶狀的翅片5圍繞所述內(nèi)管的外壁不連續(xù)地呈螺旋延伸，相鄰的螺旋翅片之間的圍繞所述內(nèi)管外壁柱面螺旋的間距不超過每個螺旋翅片的長度。

圖5所示的是根據(jù)本公開的實施里的換熱器內(nèi)管或外管上的翅片的剖視圖。如圖5所示，翅片4或5的從其與所述管壁連接的根部到其頂端的高度H為5～15毫米，其與所述管壁連接的根部厚度T_B為2-5毫米，其頂端的厚度T_T為為0.5-3毫米。

盡管，圖1和2中所示的所述紊流元件2為翅片狀，但是其也可以是其他形狀，例如斷面呈X狀，以陣列形式分布在內(nèi)管的外管壁上。

綜上所述，本公開提供了一種具有提高換熱、增加強度、易于制程安裝等性能良好的用于中深層地熱換熱器外螺旋翅片高效換熱管材。根據(jù)本公開的換熱器管在安裝后換熱管可達到2000-3000m,完全滿足用于中深層地熱開采。由于內(nèi)管和外管之間具有強化管外流體擾動的紊流元件，因此能增強傳熱，提高換熱效率。

以上對本公開的具體實施方式的描述，僅僅為了幫助理解本公開的發(fā)明構(gòu)思，這并不意味著本公開所有應用只能局限在這些特定的具體實施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，以上所述的具體實施方式，只是多種優(yōu)選實施方式中的一些示例。任何體現(xiàn)本公開權(quán)利要求的具體實施方式，均應在本公開權(quán)利要求所要求保護的范圍之內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)ι衔母骶唧w實施方式中所記載的技術(shù)方案進行修改或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本公開的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或者改進等，均應包含在本公開權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。

以上結(jié)合具體實施例描述了本公開的基本原理，但是，需要指出的是，上述具體實施方式，并不構(gòu)成對本公開保護范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白的是，取決于設(shè)計要求和其他因素，可以發(fā)生各種各樣的修改、組合、子組合和替代。任何在本公開的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本公開保護范圍之內(nèi)。