同轴地埋管换热器及其制造方法_2

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此,在各对相邻的轴向凹槽5a 之间限定有轴向肋5b。中间管5的两个相对肋5b的末端之间的距离限定了最外侧管3的 内径d2。由此,轴向肋5b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。
[0039] 中间管5的轴向凹槽5a沿着中间管5的内表面在周向C上均勾地分布。根据一 个实施方式,沿着中间管5的各截面每四分之一圈有多个轴向肋5b和多个轴向凹槽5a。由 此,中间管5的截面的任何四分之一圈(即任何90°部分)包括多个轴向肋5b和多个轴向 凹槽5a。换言之,在圆形中间管的情况下,各象限包括多个肋5b和多个凹槽5a。但是,也 可以想象出其中中间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。
[0040] 根据同轴地埋管换热器1的一个变型例,中间管5的轴向凹槽5a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。中间管5的轴向凹槽5a优选地沿着同轴地埋管 换热器的与最外侧管3的轴向凹槽3a相同的部分布置。
[0041] 最外侧管3的所述多个轴向凹槽3a限定了用于传热液体的液体流动通道。而且 最内侧管7限定了用于传热液体的液体流动通道F。中间管5的所述多个轴向凹槽5a在最 外侧管3的轴向凹槽3a与最内侧管7之间限定了绝热层。由中间管5的轴向凹槽5a形成 的多个绝缘通道I限定了该绝热层。例如可以通过向绝缘通道I中提供诸如空气的气体而 获得所述绝热层。
[0042] 最外侧管3的内径dl对应于中间管5的外径。应理解这意味着:最外侧管3的内 径dl基本等于中间管5的外径。因而中间管5被固定地布置在最外侧管3中。
[0043] 中间管5的内径d2对应于最内侧管7的外径。应理解这意味着:中间管5的内径 d2基本等于最内侧管7的外径。因而最内侧管7被固定地布置在中间管5中。所以,该固 定的几何设计提供了坚固的同轴地埋管换热器。这可以在后面将进一步阐述的同轴地埋管 换热器1的制造、安装和使用期间是有利的。
[0044] 根据同轴地埋管换热器1的一个变型例,最外侧管3的所述多个轴向凹槽中的每 个轴向凹槽3a具有宽度wl,并且中间管5的所述多个轴向凹槽中的每个轴向凹槽5a具有 宽度w2。中间管5的轴向凹槽5a的宽度w2大于最外侧管3的轴向凹槽3a的宽度wl。在 作为同轴地埋管换热器的典型安装深度的100至200米深度处,最外侧管3受到传热液体 的压力非常高。在该深度,液体压力在10至20巴的范围内。因此,最外侧管3的液体流动 通道F对机械耐受强度有最高要求。通过在最外侧管3中适当密集地分布轴向凹槽3a,即 具有相对较小宽度wl的轴向凹槽,可以获得最外侧管3的所需机械耐受强度。另外,由于 对于中间管5的机械耐受强度要求较低,因此中间管5的轴向凹槽5a的宽度w2可以大于 最外侧管3的轴向凹槽3a的宽度wl。因而与最外侧管3所具有的液体流动通道F相比,中 间管5具有较少的绝缘通道I。这样的优点在于,可以在绝热层中提供更多的绝缘气体,从 而使热绝缘更有效。
[0045] 可以想象在同轴地埋管换热器的一个变型例中,中间管的轴向凹槽可以具有彼此 不同的宽度,即它们具有变化的宽度。此外,根据一个变型例,最外侧管的轴向凹槽可以具 有变化的宽度。
[0046] 根据同轴地埋管换热器1的一个变型例,最外侧管3的一些轴向肋3b与中间管5 的相应轴向肋5b对齐。由此,存在最外侧管3和中间管5的径向对齐的成对的轴向肋3b、 5b。这可以进一步增强同轴地埋管换热器1的机械耐受强度。
[0047] 根据同轴地埋管换热器1的一个变型例,各最内侧管7、中间管5和最外侧管3的 外周的截面均是圆形的。但是也可以想象出最内侧管、中间管和最外侧管的外周的其它截 面形状。
[0048] 最内侧管7、中间管5和最外侧管3例如可以由诸如聚乙烯的塑料制成。根据其一 个变型例,最外侧管可以包括导热率比最内侧管和中间管的导热率都高的导热复合物。该 复合物例如可以包含诸如铜和铝的导热金属填料,或者诸如氮化硼和氮化铝的氮化物,或 者碳基材料。合适的碳基材料的实施例是膨胀石墨。
[0049] 图2是同轴地埋管换热器1的端部的剖视立体图。在该图中,同轴地埋管换热器 1进一步包括返回杯9。返回杯9可以布置在同轴地埋管换热器1的一端处。典型的是,在 安装时同轴地埋管换热器1的该端布置在钻孔的底部处。返回杯9使得同轴地埋管换热 器1中的传热液体能循环。具体地,其提供了用于改变同轴地埋管换热器中的传热液体的 流动方向(例如从向下流动变为向上流动)的部件。通常,在由最外侧管3的轴向凹槽3a 限定的液体流动通道F中以及在由最内侧管7限定的液体流动通道F中的流动方向取决于 同轴地埋管换热器1的具体应用。例如,如果要将热储存在地中,那么液体有利地在由最外 侧管3的轴向凹槽3a限定的液体流动通道F中向下流动,从而可以从液体向地传递热。然 后,液体向上流动通过最内侧管7。当要从地吸热时,流动方向与在储存热时相反,S卩,液体 在最内侧管7中向下流动并通过由最外侧管3的轴向凹槽3a限定的液体流动通道F向上 流动。将参照图3和图4a、4b更详细地描述返回杯9。
[0050] 图3示出了图1中的同轴地埋管换热器1沿其整个长度的纵向剖视图A-A。图3 中的同轴地埋管换热器1是如同被安装在钻孔中时那样进行取向的。同轴地埋管换热器1 可以连接至入口 /出口管11,基于期望储存热还是回收热,该入口 /出口管向同轴地埋管换 热器1提供传热液体或从同轴地埋管换热器1接收传热液体,具体地向最外侧管3的液体 流动通道F提供传热液体或从最外侧管3的液体流动通道F接收传热液体。当已安装了同 轴地埋管换热器1时布置在地面之上的入口 /出口管11被布置成连接至图中未示出的热 泵。最内侧管7也布置成连接至热泵,使得传热液体可以循环通过同轴地埋管换热器1从 而可以获取地热。
[0051] 根据一个变型例,同轴地埋管换热器1包括阀V,该阀设置在同轴地埋管换热器1 的外表面处,例如设置在最外侧管3的外表面上。阀V布置成与中间管5的轴向凹槽的端 部齐平。阀V布置成在中间管5的轴向凹槽5a的端部处与轴向凹槽5a流体连通。为此, 与阀V流体连通的轴向凹槽5a在该端部处终止,S卩,由中间管5的轴向凹槽5a形成的空腔 或通道终止于此。由此,在已安装同轴地埋管换热器1时,通过阀V提供给轴向凹槽5a的 任何流体在该端部处被迫沿着一个方向(即向下)流动。阀V经由气体进入管道而与轴向 凹槽5a流体连通,该气体进入管道沿径向穿过同轴地埋管换热器1的外表面延伸至轴向凹 槽5a。阀V可以连接至压力容器以向绝缘通道I提供高压气体。后面将对阀V的目的和操 作进行描述。
[0052] 同轴地埋管换热器1可以进一步包括流体管道13。流体管道13设置在中间管5 的轴向凹槽5a中,优选设置在与和阀V流体连通的轴向凹槽5a不同的轴向凹槽5a中,并 且流体管道13沿该轴向凹槽5a从同轴地埋管换热器的一端沿其大部分纵向延伸范围而延 伸。当已安装同轴地埋管换热器时,流体管道13优选地布置成使其一端位于地面以下,基 本上延伸到同轴地埋管换热器的至返回杯9的端面,而其另一端位于地面之上。流体管道 13经由从轴向凹槽5a延伸至同轴地埋管换热器1的外表面的贯通开口而离开绝缘通道I 并因而离开轴向凹槽5a。流体管道13可以设有阀15,该阀例如被布置在流体管道的从同 轴地埋管换热器1离开的离开点处。根据一个变型例,流体管道13在与阀V(可以通过该 阀向绝缘通道I提供气体)基本齐平或齐平处离开轴向凹槽5a。
[0053] 上述设计基本上方便了同轴地埋管换热器1的安装。所有三个同轴管,即最内侧 管7、中间管5和最外侧管3在同轴地完全组装时可以被降低至钻孔中。由于同轴地埋管换 热器待被安装的深度,钻孔通常包含有地下水。由此,由最外侧管3的轴向凹槽3a限定的 液体流动通道F、绝缘通道I即中间管5的轴向凹槽5a、以及最内侧管7的液体流动通道F 在被降低至钻孔中时会充满水。对于液体流动通道F这通常不会有问题,这是因为液体会 在这些液体流动通道中循环。但是,不希望使绝热层I充满水,这是因为水的绝缘性能比诸 如空气的气体的绝缘性能差。为此,可以从压力容器经由阀V向绝热层I中提供高压气体。 该气体因而在绝缘通道I中以高压向下流动,向下推动任何地下水并最终使其向上穿过流 体管道13。从而包含在绝热层即任何轴向凹槽5a中的任何水可以通过流体管道13被冲 出。
[0054] 绝热层1(如果期望的话)可以借助气体(例如,通过向绝热层提供高压气体然后 关闭阀V)被加压至恒定高压。如果同轴地埋管换热器1设有被布置成感测绝热层中的压 力的诸如压力计的传感器,则可以检测出绝热层I中的压力变化。压力变化可以表明水已 经聚集
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