本發(fā)明屬于地?zé)崮軗Q熱熱傳導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，涉及換熱傳導(dǎo)裝置，尤其是涉及一種地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置。

背景技術(shù)：

淺層地?zé)豳Y源作為一種儲(chǔ)量大、可再生的清潔能源，在當(dāng)今人們的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)和能源日趨緊缺的情況下，地?zé)崮茏鳛槊禾?、石油等化石能源的替代能源，?duì)地?zé)豳Y源的合理開發(fā)利用越來(lái)越迫切。在現(xiàn)有的淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用技術(shù)中，如地源熱泵，受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件等不確定因素影響，設(shè)備成本高，地?zé)崮芾眯实?，而且?huì)出現(xiàn)土壤熱不平衡問題，長(zhǎng)期運(yùn)行后將會(huì)導(dǎo)致土壤溫度失衡。這些問題制約了淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。為此，人們進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，提出了各種各樣的解決方案。

例如，中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種地源熱泵預(yù)警控制器及其控制方法[申請(qǐng)?zhí)枺篊N201010238783.9]，包括傳感器、輸入電路、微型計(jì)算機(jī)、通信電路和輸出電路，傳感器作為地源熱泵預(yù)警控制器的信號(hào)輸入采集地源熱泵系統(tǒng)的土壤信號(hào)，傳感器的信號(hào)輸出端與輸入電路的信號(hào)輸入端相連，輸入電路的信號(hào)輸出端與微型計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端相連，微型計(jì)算機(jī)與輸出電路的對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)端相連，輸出電路作為地源熱泵預(yù)警控制器的控制信號(hào)輸出控制地源熱泵系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，微型計(jì)算機(jī)的通信信號(hào)端通過通信電路與地源熱泵系統(tǒng)的上位控制機(jī)進(jìn)行通信。本發(fā)明從運(yùn)行過程的角度出發(fā)為地源熱泵系統(tǒng)提供一個(gè)安全、可靠的運(yùn)行控制策略，根據(jù)土壤溫度的變化情況決定地埋管和輔助冷/熱源(例如冷卻塔)的切換，給運(yùn)行管理人員提供一個(gè)有效而方便的參照，以便運(yùn)行過程中管理人員能合理地控制與指導(dǎo)土壤熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行，調(diào)節(jié)地埋管與輔助冷、熱源的運(yùn)行時(shí)間，確保向土壤的排熱和取熱保持在平衡狀態(tài)。

上述方案雖然一定程度上解決了土壤熱不平衡問題，但是本方案仍然存在設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題，而且需要管理人員根據(jù)地源熱泵預(yù)警控制器的判斷進(jìn)行控制與指導(dǎo)土壤熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行，存在沒有自平衡能力，自動(dòng)化程度不夠高，運(yùn)行過程也過于繁瑣等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題，提供一種地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置；解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)土壤熱量的自平衡等的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：本地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置包括具有對(duì)應(yīng)設(shè)置在地下土壤內(nèi)的循環(huán)U型管和換熱U型管的雙U管組，所述的換熱U型管一端與用戶側(cè)循環(huán)管一端相連通，所述的換熱U型管另一端與用戶側(cè)循環(huán)管另一端相連通，且所述的換熱U型管與用戶側(cè)循環(huán)管內(nèi)均充填有導(dǎo)熱工質(zhì)，用戶側(cè)循環(huán)管兩端分別連接有用戶側(cè)，在用戶側(cè)循環(huán)管上設(shè)有換熱器，所述的循環(huán)U型管與換熱器之間設(shè)有能帶動(dòng)地下土壤內(nèi)地下水?dāng)_動(dòng)從而形成地下水循環(huán)且能使用戶側(cè)循環(huán)管與換熱器之間進(jìn)行換熱的擾動(dòng)式換熱結(jié)構(gòu)。

本地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置通過雙U管組的設(shè)置，換熱U型管直接與用戶側(cè)循環(huán)管內(nèi)工質(zhì)進(jìn)行混合換熱，循環(huán)U管通過換熱器與用戶側(cè)循環(huán)管內(nèi)工質(zhì)再次進(jìn)行換熱，能夠快速、大量、充分地利用淺層地下潛藏的地?zé)崮?，增?qiáng)換熱效果的同時(shí)通過循環(huán)水泵的工作，帶動(dòng)地下水的擾動(dòng)，形成地下水循環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡地下溫度。

在上述的中地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置中，所述的擾動(dòng)式換熱結(jié)構(gòu)包括若干分別設(shè)置在循環(huán)U型管管壁上且能將循環(huán)U型管內(nèi)部與地下土壤內(nèi)的地下水相連通的通孔，所述的循環(huán)U型管一端通過循環(huán)水泵與換熱器一端相連，循環(huán)U型管另一端與換熱器另一端相連。

在上述的中地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置中，所述的循環(huán)U型管具有相互連通的第一支管和第二支管，且所述的循環(huán)水泵與第一支管相連，所述的通孔分別設(shè)置在第一支管的下端以及設(shè)置在第二支管的上端，在循環(huán)水泵工作時(shí)，利用位于循環(huán)U型管的第一支管的下端的通孔抽吸井內(nèi)底端區(qū)的水，運(yùn)送至井內(nèi)上端區(qū)，隨循環(huán)U型管出水管第二支管的上端的通孔排出，以此帶動(dòng)地下水的擾動(dòng)，形成地下水的循環(huán)，使淺層地下水溫均衡。

在上述的中地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置，所述的用戶側(cè)循環(huán)管上分別設(shè)有位于換熱器兩端的第一閥門。

在上述的中地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置，所述的換熱U型管至少一端與用戶側(cè)循環(huán)管之間設(shè)有第二閥門。

本地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置在循環(huán)水泵工作時(shí)，第一閥門和第二閥門可實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)換熱程度，可控性高。

在上述的中地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置，所述的循環(huán)U型管和換熱U型管均呈豎直且平行設(shè)置，且所述的循環(huán)U型管和換熱U型管均設(shè)置在地下深井內(nèi)，且所述的地下深井的深度為100-300米，地下深井的直徑大小為100-200毫米。

在上述的中地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置，所述的循環(huán)U型管和換熱U型管長(zhǎng)度相等且循環(huán)U型管和換熱U型管長(zhǎng)度為100-300米。

在上述的中地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置，所述的循環(huán)U型管的第一支管距離循環(huán)U型管底部0-60米范圍為第一支管開孔區(qū)，所述的循環(huán)U型管的第二支管距離地面10-70米范圍為第二支管開孔區(qū)，且所述的通孔分別設(shè)置在第一支管開孔區(qū)和第二支管開孔區(qū)內(nèi)，所述的第一支管開孔區(qū)與第二支管開孔區(qū)之間形成20-60米范圍的盲區(qū)。

在上述的中地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置，所述的換熱器和循環(huán)水泵設(shè)置在地下深井距離地面1-3米處，且所述的換熱器、循環(huán)水泵與用戶側(cè)循環(huán)管均設(shè)置在一個(gè)箱體內(nèi)，且所述的用戶側(cè)循環(huán)管端部延伸至箱體外側(cè)且與用戶側(cè)相連通。

在上述的中地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置，所述的導(dǎo)熱工質(zhì)為納米顆粒超導(dǎo)介質(zhì)且所述的導(dǎo)熱工質(zhì)包括粒徑1-20納米的碳粒子、二氧化鈦、R123、水、溴化鋰溶液與R134a中的任意一種或多種的組合。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、該裝置設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投入成本低；2、該裝置通過工質(zhì)水導(dǎo)熱與深井中的地下水進(jìn)行換熱，利用地?zé)崮苣茉?，能耗低，且不?huì)污染地下水和土壤；3、由循環(huán)U型管和換熱U型管構(gòu)成的雙U管組進(jìn)行熱傳導(dǎo)，熱能利用率高，且利用循環(huán)水泵工作通過循環(huán)U型管對(duì)地下水進(jìn)行擾動(dòng)，形成地下水循環(huán)，自動(dòng)平衡地下溫度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，雙U管組1、換熱U型管11、循環(huán)U型管12、通孔121、第一支管122、第一支管開孔區(qū)1221、第二支管123、第二支管開孔區(qū)1231、用戶側(cè)循環(huán)管2、換熱器3、循環(huán)水泵4、第一閥門5、第二閥門6、箱體7。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置，包括具有對(duì)應(yīng)設(shè)置在地下土壤內(nèi)的循環(huán)U型管12和換熱U型管11的雙U管組1，換熱U型管11一端與用戶側(cè)循環(huán)管一端相連通，換熱U型管11另一端與用戶側(cè)循環(huán)管另一端相連通，且換熱U型管11與用戶側(cè)循環(huán)管內(nèi)均充填有導(dǎo)熱工質(zhì)，用戶側(cè)循環(huán)管兩端分別連接有用戶側(cè)，在用戶側(cè)循環(huán)管2上設(shè)有換熱器3，循環(huán)U型管12與換熱器3之間設(shè)有能帶動(dòng)地下土壤內(nèi)地下水?dāng)_動(dòng)從而形成地下水循環(huán)且能使用戶側(cè)循環(huán)管2與換熱器3之間進(jìn)行換熱的擾動(dòng)式換熱結(jié)構(gòu)，本地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置通過雙U管組1的設(shè)置，換熱U型管直接與用戶側(cè)循環(huán)管2內(nèi)工質(zhì)進(jìn)行混合換熱，循環(huán)U管通過換熱器3與用戶側(cè)循環(huán)管2內(nèi)工質(zhì)再次進(jìn)行換熱，能夠快速、大量、充分地利用淺層地下潛藏的地?zé)崮?，增?qiáng)換熱效果的同時(shí)通過循環(huán)水泵4的工作，帶動(dòng)地下水的擾動(dòng)，形成地下水循環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡地下溫度。

具體地，本實(shí)施例中的擾動(dòng)式換熱結(jié)構(gòu)包括若干分別設(shè)置在循環(huán)U型管12管壁上且能將循環(huán)U型管12內(nèi)部與地下土壤內(nèi)的地下水相連通的通孔，循環(huán)U型管12一端通過循環(huán)水泵4與換熱器3一端相連，循環(huán)U型管12另一端與換熱器3另一端相連；進(jìn)一步地，循環(huán)U型管12具有相互連通的第一支管122和第二支管123，且循環(huán)水泵4與第一支管122相連，且通孔分別設(shè)置在第二支管123的上端以及設(shè)置在第一支管122的下端，在循環(huán)水泵4工作時(shí)，利用位于循環(huán)U型管12的第一支管122的下端的通孔抽吸井內(nèi)底端區(qū)的水，運(yùn)送致井內(nèi)上端區(qū)，隨循環(huán)U型管12第一支管122的上端的通孔排出，以此帶動(dòng)地下水的擾動(dòng)，形成地下水的循環(huán)，使淺層地下水溫均衡。

進(jìn)一步地，循環(huán)U型管12和換熱U型管11均呈豎直且平行設(shè)置，循環(huán)U型管12和換熱U型管11之間架設(shè)有保持兩者相互平行，使裝置處于最佳的換熱狀態(tài)，同時(shí)提高循環(huán)U型管12和換熱U型管11的強(qiáng)度的支架；循環(huán)U型管12和換熱U型管11均設(shè)置在地下深井內(nèi)，且地下深井的深度為100-300米，本實(shí)施例采用深度為180米，地下深井的直徑大小為100-200毫米，本實(shí)施例采用直徑為150毫米。

本實(shí)施例中，用戶側(cè)循環(huán)管2上分別設(shè)有位于換熱器3兩端的第一閥門5；同樣的，在換熱U型管11至少一端與用戶側(cè)循環(huán)管2之間設(shè)有第二閥門6。在地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置工作時(shí)，第一閥門5和第二閥門6可實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)換熱程度和切換換熱模式，可控性高。

進(jìn)一步地，循環(huán)U型管12和換熱U型管11長(zhǎng)度相等且循環(huán)U型管12和換熱U型管11長(zhǎng)度為100-300米，本實(shí)施例的循環(huán)U型管和換熱U型管長(zhǎng)度均為200米；循環(huán)U型管12的第一支管122距離循環(huán)U型管12底部0-60米范圍為第一支管開孔區(qū)1221，本實(shí)施例中，距離循環(huán)U型管12底部60米處位置為開孔區(qū)，循環(huán)U型管12的第二支管123距離地面10-70米范圍為第二支管開孔區(qū)1231，本實(shí)施例中距離地面70米處位置為開孔區(qū)，且通孔分別設(shè)置在第一支管開孔區(qū)1221和第二支管開孔區(qū)1231內(nèi)，第一支管開孔區(qū)1221與第二支管開孔區(qū)1231之間形成20-60米范圍的盲區(qū)，使地下升井底部的地下水能過順利地運(yùn)輸至上部后從上部開孔處排出。

同樣的，換熱器3和循環(huán)水泵4設(shè)置在地下深井距離地面1-3米處，本實(shí)施例為1.5米處左右，且換熱器3、循環(huán)水泵4與用戶側(cè)循環(huán)管2均設(shè)置在一個(gè)箱體7內(nèi)，用戶側(cè)循環(huán)管2端部延伸至箱體7外側(cè)且與用戶側(cè)相連通，為了避免雙U管組和用戶側(cè)循環(huán)管以及換熱器熱量散失，箱體采用聚氨酯保溫隔熱材料或者離心玻璃棉氈或者復(fù)合硅酸鹽保溫隔熱砂漿或者泡沫石棉制品等保溫材料而制成，提高熱量利用率；同時(shí)，為了檢修方便，箱體的側(cè)壁上開設(shè)有檢修門；而且雙U管組和用戶側(cè)循環(huán)管與箱體與之間，檢修門與箱體之間均設(shè)置有密封圈，密封圈具有減小熱量散失的作用，同時(shí)避免地下水進(jìn)入箱體，損壞換熱器等設(shè)備。

進(jìn)一步地，導(dǎo)熱工質(zhì)為納米顆粒超導(dǎo)介質(zhì)且導(dǎo)熱工質(zhì)包括粒徑1-20納米的碳粒子、二氧化鈦、R123、水、溴化鋰溶液與R134a中的任意一種或多種的組合。

綜上所述，該地源雙U型地埋管強(qiáng)化換熱傳導(dǎo)裝置工作過程如下：

狀態(tài)1：關(guān)閉換熱器兩端的第一閥門5，同時(shí)關(guān)閉循環(huán)水泵4，打開第二閥門6，此時(shí)，循環(huán)U型管12處于關(guān)閉狀態(tài)，內(nèi)部流體不流轉(zhuǎn)，停止傳熱；換熱U型管11處于單獨(dú)工作狀態(tài)，換熱U型管11與地下深井中的地下水進(jìn)行換熱，同時(shí)換熱U型管11與用戶側(cè)循環(huán)管2連通，通過工質(zhì)混合實(shí)現(xiàn)與用戶側(cè)循環(huán)管2內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行換熱。但是此工作狀態(tài)易導(dǎo)致地下水水溫不平衡，以致出現(xiàn)土壤熱不平衡問題，不宜長(zhǎng)期工作。

狀態(tài)2：關(guān)閉換熱器兩端的第一閥門5，同時(shí)打開循環(huán)水泵4，打開第二閥門6，此時(shí)，循環(huán)U型管12仍處于工作狀態(tài)，但是其只負(fù)責(zé)對(duì)地下水進(jìn)行擾動(dòng)循環(huán)，沒有與用戶側(cè)循環(huán)管進(jìn)行換熱，換熱U型管11處于工作狀態(tài)，換熱U型管11與地下深井中的地下水進(jìn)行換熱，換熱U型管11與用戶側(cè)循環(huán)管2連通，通過工質(zhì)混合實(shí)現(xiàn)與用戶側(cè)循環(huán)管2內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行換熱。此工作狀態(tài)的循環(huán)管處于工作狀態(tài)，對(duì)地下水進(jìn)行循環(huán)擾動(dòng)，平衡地下溫度，不易出現(xiàn)土壤溫度失衡的情況，但是由于是單管換熱，換熱速度與效率比較低，適合于熱量需求較小的情況。

狀態(tài)3：打開換熱器兩端的第一閥門5，同時(shí)打開循環(huán)水泵4，關(guān)閉第二閥門6，此時(shí)，循環(huán)U型管12處于工作狀態(tài)，換熱器也處于工作狀態(tài)，循環(huán)U型管不僅負(fù)責(zé)對(duì)地下水進(jìn)行擾動(dòng)循環(huán)，而且通過換熱器與用戶側(cè)循環(huán)管進(jìn)行換熱，而此時(shí)，換熱U型管11處于關(guān)閉狀態(tài)，由循環(huán)U型管單管工作。此工作狀態(tài)的循環(huán)管處于工作狀態(tài)，與用戶側(cè)循環(huán)管進(jìn)行換熱的同時(shí)，對(duì)地下水進(jìn)行循環(huán)擾動(dòng)，平衡地下溫度，不易出現(xiàn)土壤溫度失衡的情況，但是其由于是單管換熱，而且通過換熱器進(jìn)行換熱，換熱效率低，同樣適合于熱量需求低的情況。

狀態(tài)4：打開第一閥門5，同時(shí)打開循環(huán)水泵4和第二閥門6，使雙U管組1處于雙管工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)第一閥門5和第二閥門6大小可以調(diào)整換熱程度，此時(shí)，換熱U型管11與深井中的地下水進(jìn)行換熱，換熱U型管11與用戶側(cè)循環(huán)管2連通，通過工質(zhì)混合實(shí)現(xiàn)與用戶側(cè)循環(huán)管2內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行換熱；通過循環(huán)水泵4實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵4、循環(huán)U型管12和換熱器3組成的循環(huán)管路中地下水的循環(huán)，位于循環(huán)U型管12的第一支管122的下端的通孔抽吸井內(nèi)底端區(qū)的水，運(yùn)送至井內(nèi)上端區(qū)，隨循環(huán)U型管12第二支管123的上端的通孔排出，以此帶動(dòng)地下水的擾動(dòng)，形成地下水的循環(huán)，平衡地下溫度；且雙U管組1中循環(huán)U型管12內(nèi)的水通過換熱器3與用戶側(cè)循環(huán)管2內(nèi)工質(zhì)再次進(jìn)行換熱，能夠快速、大量、充分地利用淺層的地?zé)崮埽鰪?qiáng)換熱效果。該工作模式能最大程度地利用熱量，提高換熱效率，同時(shí)不易出現(xiàn)土壤溫度失衡的情況，工作狀態(tài)最佳。該裝置設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低能耗，不會(huì)污染地下水和土壤，根據(jù)需要利用各個(gè)閥門切換模式，采用雙U管組1進(jìn)行強(qiáng)化換熱，充分利用了地?zé)崮?，在供暖、空調(diào)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了雙U管組1、換熱U型管11、循環(huán)U型管12、通孔121、第一支管122、第一支管開孔區(qū)1221、第二支管123、第二支管開孔區(qū)1231、用戶側(cè)循環(huán)管2、換熱器3、循環(huán)水泵4、第一閥門5、第二閥門6、箱體7等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。