专利名称：一种地能热泵系统的地下换热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地能热泵系统的地下换热装置，特别涉及一种具有提高换热装置的单位管长的换热效率和能力的地能热泵系统的地下换热装置。
背景技术：
地能热泵系统是一种利用大地能量的热泵系统，由于其显著的节能和环保的特点，该新型技术在最近得到了快速的发展。作为一种新型的技术，地能热泵系统的关键是地下换热器，而地下换热器的设计模型的研究在世界上也刚刚开始。目前地下换热器的设计模型包括单U型、双U型、三U型以及同轴套管型四种。
现有的地下换热器设计模型主要考虑的因素为岩土物性、排管方式、管材特性和内部流体特性等静态因素，并依次作为变量设计优化的地下换热器。其中对于岩土物性，一般是通过地质钻探取样分析后，得出其传热系数、蓄热能力，并以此来计算设计地下换热器。
现有模型的缺点和不足是上述只考虑了岩土物性、排管方式、管材特性和内部流体特性等静态因素，而无法提供动态的湿度补偿。
根据实践表明，对于大地换热器，由于钻孔深度一般在50-120米左右，在如此深度内，地下岩土一般是多层，包括土层、含水砂层、以及其他粘土、沙砾等。而这些层的热物理性质会随着含湿量的不同而差异，举例来说，对于湿粘土，导热系数1.6W/mK，而干粘土，导热系数则只有0.4W/mK。
按照现有的模型，在夏天运行中，会将热量不断地排到管周围的岩土，从而导致湿迁移，即周围的土壤岩石层的含湿量会逐步减少，从而换热能力会逐步变差。
这样的情况会导致地能热泵系统的失败。为了避免这种情况，现在设计中一般按照保守的设计思想，在原系统设计的结果上放大相应比例的换热器。而这导致了成本的增加和占用空间的增加，都限制了地能热泵的广泛应用。
如何在现有技术的基础上，既不增加成本，又不增加占用空间，还能提高换热效率，是摆在本领域技术人员面前的一道难题。
发明内容
本发明目的是提供一种新的地能热泵系统的地下换热装置，该换热装置考虑管周围的岩石土壤层的湿度迁移并考虑补偿，以提高换热装置的单位管长的换热效率和能力。
本发明的目的是通过以下技术方案达到的一种地能热泵系统的地下换热装置，包括换热管，其特征在于所述换热管的中间或周围还设有湿度均衡装置。
一种优选技术方案，其特征在于所述湿度均衡装置与所述换热管保持适当的距离。
一种优选技术方案，其特征在于所述湿度均衡装置与所述换热管作成一体，从管口一直延伸到管底。
一种优选技术方案，其特征在于所述湿度均衡装置是一个带有小孔的湿度平衡管。
一种优选技术方案，其特征在于所述湿度均衡装置是具有吸水能力的疏松物质或多孔物质。
一种优选技术方案，其特征在于所述湿度均衡装置为分子筛或沸石。
所述湿度均衡装置主要利用毛细虹吸原理，一方面，在地下换热器管壁周围形成一个湿度保存区域，这样，当换热器在持续排热的时候，由于湿度平衡管的存在，可以减缓管周围岩石土壤的湿度向外扩散；另一方面由于不同岩石土壤层之间含湿量的差异，也可以实现地下不同岩石土壤层之间的湿度平衡和转移，湿度会从含水丰富的层向含水少的层转移，这样就加强了和平衡了各层岩石土壤的湿度值。最终提高了单位管长的换热能力。
利用本发明设计的换热器可以极大地强化单位管长的换热能力并减缓湿度迁移带来的换热能力的下降。按照现有的换热计算软件进行模拟计算，如果采用湿度平衡装置，在多层分布的地质情况下，可以提升换热能力1.2-2倍；并且可以在地下换热器50年的寿命周期内保持换热能力的稳定和不衰减。
下面通过附图和具体实施方式
对本发明对进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
图1为本发明地下换热装置实施例之一的结构示意图；图2为本发明地下换热装置中湿度均衡装置结构示意图；图3为本发明地下换热装置实施例之二的结构示意图。
具体实施例方式
实施例1如图1、2所示，为本发明地下换热装置实施例之一的结构示意图。双通道的U型，U型连接头1的进水侧管路4以及回水侧管路5露在外面，进水侧管路4和回水侧管路5在下端通过弯头6连通，上部通过旁通道7相连通。在U型连接头一侧同时浇铸一根用于作为湿度平衡的多孔的平衡管2。平衡管2上设有均匀分布的小孔3。
所述平衡管2上设有均匀分布的小孔3，由于虹吸作用，在地下换热器管壁周围形成一个湿度保存区域，这样，当换热器在持续排热的时候，由于平衡管2的存在，可以减缓管周围岩石土壤的湿度向外扩散；另一方面由于不同岩石土壤层之间含湿量的差异，也可以实现地下不同岩石土壤层之间的湿度平衡和转移，湿度会从含水丰富的层向含水少的层转移，这样就加强了和平衡了各层岩石土壤的湿度值。在多层分布的地质情况下，可以提升换热能力1.2-2倍；并且可以在地下换热器50年的寿命周期内保持换热能力的稳定和不衰减。
实施例2如图3所示，为本发明单U管实施例的结构示意图。地下换热器用管材为一体化的单U管，其包括进水侧管路2-1，回水侧管路2-2，进水侧管路2-1和回水管路2-2在下端连通，进水侧管路2-1和回水管路2-2之间通过阴影线所示的支撑体连为一体，其上端截面形状为扁圆形；扁圆两侧分别为进水侧管路2-1和回水管路2-2，中间设有一个湿度均腔体2-3；进水侧管路2-1和回水管路2-2之间的距离上下保持一致；所述湿度均腔体2-3上一侧开有均匀分布的毛细孔2-4。水分含量高的土壤岩石层中的水会顺着湿度均腔体2-3上的毛细孔2-4流入中空的湿度均腔体并流入含湿量少的土壤岩石层，达到改进湿度平衡的目的。使换热器的换热效果稳定。也可以在所述湿度均腔体2-3中用灌浆泵灌入一种疏松或多孔物质如分子筛或沸石，也可以是其它类似的疏松或多孔物质。该物质导热能力差但吸湿和湿度迁移能力强，形成一个湿度平衡的柱装物。
在多层分布的地质情况下，可以提升换热能力1.2-2倍；并且可以在地下换热器50年的寿命周期内保持换热能力的稳定和不衰减。
实施例3还可以直接直接在位于地热井的U型(单U或双U)管材周围用灌浆泵灌入一种疏松或多孔物质如分子筛或沸石，也可以是其它类似的疏松或多孔物质。该物质导热能力差但吸湿和湿度迁移能力强，形成一个湿度平衡的柱装物。
在多层分布的地质情况下，可以提升换热能力1.2-2倍；并且可以在地下换热器50年的寿命周期内保持换热能力的稳定和不衰减。
权利要求
1.一种地能热泵系统的地下换热装置，包括换热管，其特征在于所述换热管的中间或周围还设有湿度均衡装置。
2.根据权利要求1所述的地下换热装置，其特征在于所述湿度均衡装置与所述换热管保持适当的距离。
3.根据权利要求1所述的地下换热装置，其特征在于所述湿度均衡装置与所述换热管作成一体，从管口一直延伸到管底。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的地下换热装置，其特征在于所述湿度均衡装置是一个带有小孔的湿度平衡管。
5.根据权利要求1所述的地下换热装置，其特征在于所述湿度均衡装置是一湿度均腔体，其中装有吸水能力的疏松物质或多孔物质。
6.根据权利要求4所述的地下换热装置，其特征在于所述湿度均衡装置还包括一湿度均腔体，其中装有吸水能力的疏松物质或多孔物质。
7.根据权利要求5所述的地下换热装置，其特征在于所述湿度均衡装置为分子筛或沸石。
8.根据权利要求7所述的地下换热装置，其特征在于所述湿度均衡装置还包括分子筛或沸石。
全文摘要
本发明涉及一种地能热泵系统的地下换热装置，包括换热管，其特征在于所述换热管的中间设有湿度均衡装置。利用本发明设计的换热器可以极大地强化单位管长的换热能力并减缓湿度迁移带来的换热能力的下降。按照现有的换热计算软件进行模拟计算，如果采用湿度平衡装置，在多层分布的地质情况下，可以提升换热能力1.2－2倍；并且可以在地下换热器50年的寿命周期内保持换热能力的稳定和不衰减。
文档编号F24J3/08GK1847754SQ200510063389
公开日2006年10月18日 申请日期2005年4月11日 优先权日2005年4月11日
发明者刘兴中 申请人:刘兴中