同轴地埋管换热器及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开大体上涉及一种地埋管换热器并具体涉及同轴地埋管换热器。
【背景技术】
[0002] 地热涉及使用地热能对设施进行加热。利用储存在地中的地热能的日益受欢迎的 方式是借助地埋管换热器（BHE)。BHE包括安装在地中的钻孔内的一个或多个管。BHE通常 具有用于在钻孔中使传热流体向下流动的管以及用于在钻孔中使传热流体向上流动的管。 借助BHE所连接的泵，传热流体可以在BHE中循环以连续从地吸热或将热储存在地中。
[0003] -种类型的BHE是U形管装置，其包括在钻孔的底部处连接的两个同等的柱形管， 以允许传热流体在其中一个管中向下流动而在另一个管中向上流动，从而与周围的地交换 热。
[0004] 另一种类型的BHE是同轴BHE，已发现其比U形管装置具有更优的传热效率。例如 在J.Acufia等人在2011年在帕多瓦举行的关于HP和AC技术的外部空气的替代源/汇源的 IIR研讨会上提出的论文"对同轴地埋管换热器的第一次实验（Firstexperienceswith coaxialboreholeheatexchangers)"中公开了同轴BHE。在该论文的第3部分中公开了 一种管中管设计，其中同轴BHE包括由薄软管构成的能量舱以及设有绝缘体且布置在能量 舱中的中央管。从而水可以在能量舱之间的环形空间中沿一个方向流动而在中央管中沿相 反方向流动，以与周围的地进行交换热。
[0005] 然而，这种管的制造和安装都可能不必要地复杂，并且该设计的坚固性会比理想 的低。鉴于上述，期望改进现有的同轴BHE。
【发明内容】
[0006] 鉴于上述，本公开的总体目的是提供能解决或至少部分地消除现有技术中的问题 的同轴地埋管换热器及其制造方法。
[0007] 因而，根据本公开的第一方面，提供了一种同轴地埋管换热器，该同轴地埋管换热 器包括：最内侧管；中间管，该中间管同轴地布置在所述最内侧管的外侧，其中所述中间管 具有设有多个轴向凹槽的内表面，并且其中所述中间管的内径对应于所述最内侧管的外 径；以及最外侧管，该最外侧管同轴地布置在所述中间管的外侧，其中所述最外侧管具有设 有多个轴向凹槽的内表面，并且其中所述最外侧管的内径对应于所述中间管的外径，其中 所述最内侧管和所述最外侧管的所述多个轴向凹槽限定了液体流动通道，并且其中所述中 间管的所述轴向凹槽在所述最外侧管的所述轴向凹槽与所述最内侧管之间限定了绝热层。
[0008] 因而可以获得的效果是固定几何形状的同轴地埋管换热器，与现有技术相比，该 同轴地埋管换热器制造更简单、安装更简单且更坚固。具体地，借助于由中间管的轴向凹槽 提供的绝热层，可以提供在相反方向的液体流动通道之间的可靠且长寿命的热绝缘。相比 之下，现有技术典型地采用热泡沫绝缘体或类似结构的绝缘体，而该绝缘体在100至200米 深度处长时间经受10至20巴的高水压时会内爆或者损坏，并且由此而无效。
[0009] 根据一个实施方式，所述中间管的所述轴向凹槽沿着所述中间管的所述内表面在 周向上均匀地分布。因而可以提供最外侧管的恒定机械耐受强度。
[0010] 根据一个实施方式，所述最外侧管的所述轴向凹槽沿着所述最外侧管的所述内表 面在周向上均匀地分布。因而可以在周向上，即柱面坐标系中的角方向上提供最外侧管的 恒定热绝缘。
[0011] 根据一个实施方式，所述中间管的所述轴向凹槽沿着所述中间管的整个长度的大 部分延伸。
[0012] 根据一个实施方式，所述最外侧管的所述轴向凹槽沿着所述最外侧管的大部分长 度延伸。
[0013] 一个实施方式包括返回杯，该返回杯被布置在所述最内侧管、所述中间管和所述 最外侧管的一个端面处，其中所述返回杯包括具有底面的液体返回腔以及从所述底面升高 的至少一个间隔部件，所述至少一个间隔部件被布置成抵靠所述端面，以使液体能够在所 述最外侧管的所述液体流动通道与所述最内侧管的所述液体流动通道之间流动。
[0014] 根据一个实施方式，所述至少一个间隔部件相对于所述同轴地埋管换热器的纵向 延伸范围具有第一横向延伸部和第二横向延伸部，其中所述第一横向延伸部至多等于所述 中间管的外径的尺寸，并且其中所述第二横向延伸部小于所述最内侧管的内径的尺寸。
[0015] 根据一个实施方式，所述最内侧管、所述中间管和所述最外侧管由塑料制成。
[0016] 根据一个实施方式，所述最外侧管包括导热复合物。
[0017] 根据一个实施方式，所述导热复合物的导热率比所述最内侧管和所述中间管的导 热率都高。
[0018] 一个实施方式包括设置在所述同轴地埋管换热器的外表面处的阀，该阀与所述中 间管的轴向凹槽的端部齐平，其中所述阀被布置成与所述中间管的所述轴向凹槽的所述端 部处于流体连通。
[0019] 一个实施方式包括沿着所述中间管的另一轴向凹槽布置的流体管道，其中所述流 体管道从所述同轴地埋管换热器的一端沿所述同轴地埋管换热器的大部分纵向延伸范围 而延伸。
[0020] 根据本公开的第二方面，提供了一种用于制造根据第一方面所述的同轴地埋管换 热器的方法，其中该方法包括：
[0021] a)挤制所述最内侧管、所述中间管和所述最外侧管。
[0022] 根据一个实施方式，挤制的所述步骤a)包括共挤制所述最内侧管、所述中间管和 所述最外侧管。
[0023] 一个实施方式包括步骤b)，在该步骤中，将所述最内侧管插入所述中间管中并将 所述中间管插入所述最外侧管中。
[0024] 通常，除非在这里有明确限定，否则权利要求中使用的所有术语应根据它们在技 术领域中的惯常意思来理解。除非有明确阐述，否则对"元件、设备、部件、装置等"的所有 引用应理解为开放地引用元件、设备、部件、装置等的至少一个示例。
【附图说明】
[0025] 下面将参照附图以实施例的方式对本发明构思的特定实施方式进行描述，其中：
[0026] 图1是根据本公开的同轴地埋管换热器的示意性剖视图；
[0027] 图2是图1中的同轴地埋管换热器的端部的剖视立体图；
[0028] 图3是同轴地埋管换热器的纵向剖视图；
[0029] 图4a是图3中的同轴地埋管换热器的端部的纵向剖视图；
[0030] 图4b是返回杯的正视图；以及
[0031] 图5是同轴地埋管换热器的制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032] 下面将参照附图更完全地描述本发明的构思，在附图中示出了示例性的实施方 式。但是，本发明的构思可以以许多不同的形式来实施而不应理解为限于这里所提出的实 施方式；相反，以实施例的方式提供了这些实施方式，以使得本公开全面且完整并且会向本 领域技术人员完全传达本发明构思的范围。在整个说明书中相同的附图标记表示相同的元 件。
[0033] 图1示出了同轴地埋管换热器1的一个实施例的剖视图，该同轴地埋管换热器被 布置成安装在地中的钻孔内，以使得可以在地与在同轴地埋管换热器1中流动的传热液体 (例如水）之间传递热。
[0034] 同轴地埋管换热器1包括最外侧管3、中间管5和最内侧管7。最外侧管3、中间 管5和最内侧管7同轴地布置。具体地，中间管5沿着最外侧管3和最内侧管7的大部分 纵向长度而布置在最外侧管3和最内侧管7之间。
[0035] 最外侧管3具有设有多个轴向凹槽3a的内表面。由此，在各对相邻的轴向凹槽3a 之间限定有轴向肋3b。最外侧管3的两个相对肋3b的末端之间的距离限定了最外侧管3 的内径dl。由此，所有的轴向肋3b具有基本相同的高度，S卩，它们在同轴地埋管换热器1中 向内突出基本相同的距离。
[0036] 最外侧管3的轴向凹槽3a沿着最外侧管3的内表面在周向C上均勾地分布。根 据一个实施方式，沿着最外侧管3的各截面每四分之一圈有多个轴向肋3b和多个轴向凹槽 3a。由此，最外侧管3的截面的任何四分之一圈（即任何90°部分）包括多个轴向肋3b 和多个轴向凹槽3a。换言之，在圆形最外侧管的情况下，各象限包括多个肋3b和多个凹槽 3a。但是，也可以想象出其中最外侧管的轴向凹槽以不同的方式分布的同轴地埋管换热器 的变型例。
[0037] 根据同轴地埋管换热器1的一个变型例，最外侧管3的轴向凹槽3a可以沿着同轴 地埋管换热器1的大部分长度延伸。为此，轴向凹槽优选地从同轴地埋管换热器的一端延 伸而覆盖同轴地埋管换热器的大部分长度。同轴地埋管换热器有利地安装在钻孔中，使得 具有轴向凹槽的所述一端面向钻孔的底部。
[0038] 中间管5具有设有多个轴向凹槽5a的内表面。由