一种热管及其地源热泵系统技术方案

本发明专利技术提供了一种热管及其地源热泵系统，所述热管包括蒸发段和冷凝段，所述热管的蒸发段包括多个互相分隔向下延伸的端部，每个端部都单独设置在土壤孔内，蒸发段的端部是环形布置，在水平面投影上，沿着中心点设置多层端部，每层端部的轴线与中心点的距离相同，从而形成以蒸发段中心点为圆心的圆弧结构，所述的热管蒸发段的端部为多个，沿着蒸发段的中心向外的径向方向，所述端部的分布密度越来越大。本发明专利技术保证整体端部的吸热均匀，避免部分过热蒸汽损坏，造成产品的维护困难。造成产品的维护困难。造成产品的维护困难。

【技术实现步骤摘要】
一种热管及其地源热泵系统


[0001]本专利技术属于换热领域，尤其涉及一种矿井地源热泵的利用系统。

技术介绍

[0002][0003]解决矿山深井热害问题的传统方法是矿山循环通风，但是这种方法存在着不少的问题。首先，随着矿井深度的增加，其冷却能力和通风极限不足的缺点越来越突出，从而导致其冷却效果逐渐降低，难以满足实际需要。其次，矿山循环通风的方式需要消耗大量电能来驱动机械设备产生强制对流的空气，并且机械设备的运行也会不可避免地产生噪音，即不经济又影响井下工人的作业条件。
[0004]地源热泵是以地源能土壤、地下水、地表水、低温地热水作为热泵空调系统冬季采暖供热的低温热源，它可用来替代传统的锅炉采暖供热模式，是改善城市大气环境和节约能源的一种有效途径。地源热泵一般由三个部分组成：室外地源热泵系统、热泵机组、室内采暖末端装置。地源热泵的运行原理如下：地热经室外地源热泵系统吸收后通过工质传递到热泵机组，而热泵机组的工质吸收这部分热量后传递给室内末端采暖装置的工作介质（水）。
[0005]热管一种高效的换热元件，它依靠封闭在管内的工作液的反复相变 (蒸发、冷凝) 来进行传热，它可以在没有外力的条件下达到较高的热流密度。热管具有以下优点：高效的导热性、优良的热响应性、良好的环境适应能力以及较低的安装及运行成本（体积小，结构简单，运行稳定，维修方便，使用寿命长）。典型的热管由管壳、吸液芯和端盖三部分组成，然后将管内抽成负压后充以适量工作液密封而成。位于热管蒸发段吸液芯中的工作液吸收热量后汽化为蒸汽，然后蒸汽在压差的作用下流向热管的冷凝段，与外界换热后冷凝为液体后回到蒸发段，在蒸发段在此再次受热汽化。上述过程不断循环，进而热量不断地从蒸发段流向冷凝段。
[0006]地热是矿山深井热害的主要来源，而采用热管地源热泵技术可以充分利用矿山深井的地热能。本专利技术通过热管地源热泵带走矿山深井的热量，来达到治理矿山深井热害的目的。
[0007]本专利技术基本思路如下：热管地源热泵用于吸收矿山深井的地热，吸收热量后，热管内的工作液发生液—气相变，相变后的蒸汽与流有冷冻水的管路进行换热，由冷冻水带走地热回到地面加以利用。基于以上思路，我们专利技术了一种利用矿山深井热害综合治理的地源热泵的技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的之一是提供一种利用的矿山深井热害治理地源热泵系统，该技术通过安装热管地源热泵，治理矿山深井热害的同时通过地源热泵利用深井的地热能。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
一种热管，所述热管包括蒸发段和冷凝段，所述热管的蒸发段包括多个互相分隔向下延伸的端部，每个端部都单独设置在土壤孔内，蒸发段的端部是环形布置，在水平面投影上，沿着中心点设置多层端部，每层端部的轴线与中心点的距离相同，从而形成以蒸发段中心点为圆心的圆弧结构，所述的热管蒸发段的端部为多个，沿着蒸发段的中心向外的径向方向，所述端部的分布密度越来越大。
[0010]作为优选，沿着蒸发段的中心向外的径向方向，所述热管蒸发段的端部的分布密度越来越大的幅度逐渐增加。
[0011]一种地源热泵系统，包括地面热泵机组和地下水网系统，所述地下水网系统包括依次通过管路连接的热管换热器、热水坝、换热器、涡轮、冷水坝，所述冷水坝的水进入热管换热器，水在热管换热器吸收矿井地下的热能，然后进入热水坝，然后从热水坝进入地面热泵机组的换热器放热，然后再通过涡轮进入冷水坝，完成一个循环；所述地面热泵机组包括依次通过管路连接的换热器、压缩机、水冷冷凝器、储液器和节流阀组成的循环回路，制冷剂在换热器吸热，进入压缩机压缩后进入冷凝器中放热，放热后的制冷剂进入储液器，然后从储液器中通过节流阀进入换热器，形成循环；所述水冷冷凝器包括冷水进口、热水出口，水通过冷水进口进入水冷冷凝器，然后吸热后通过热水出口流出。
[0012]作为优选，所述热水坝和换热器之间的管路上设置泵。
[0013]作为优选，热管换热器包括热管，所述热管蒸发段安装在土壤孔，所述土壤孔内壁与热管外壁的间隙填充有导热材料，地下水网的管路的吸热管设置在热管冷凝段。作为优选，所述热管的蒸发段位于热管的下端且置于土壤中，其冷凝段位于土壤上方。
[0014]作为优选，所述热管的材料为铜或者钢。
[0015]作为优选，所述制冷剂为相变材料。
[0016]作为优选，所述换热器包括热管、第一箱体和第二箱体，所述第一箱体设置在地下水网系统管路中，所述第一箱体具有入口和出口，供地下水网系统的水的流入和流出，所述第二箱体设置在地面热泵机组管路中，所述第二箱体具有入口和出口，供制冷剂流入和流出，所述热管包括蒸发段和冷凝段，所述蒸发段设置在第一管箱，冷凝段设置在第二管箱。
[0017]作为优选，所述换热器设置串联的多个。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1）本专利技术改进了热管的底部的多吸热端的设计，通过设置进行方向上热管吸热端的管径以及分布密度的变化，提高吸热能力。
[0019]2）本专利技术利用了地源热泵系统治理矿山深井热害，在矿山深井安装地源热泵系统，将深井的地热加以利用，此部分热量既可用于加热生活用水也可转化为其他形式的能量（如电能等）。在一定程度上，矿山的矿井越深，热害也就越严重，即可利用的能量也就越多。
[0020]3）本专利技术采用热管，其热流密度大，传热效率高，所以能量转化效率较高；采用热管地源热泵，无需采用电机风扇等装置，噪音较小，更有利于改善矿井的工作环境；本专利技术采用热管吸收热害，且在管道中设有滤网，可以滤去水中的杂质，运营维护简单方便，成本较低。
[0021]4）本专利技术参数感知元件检测的前后时间段参数差或者累计参数差，能够通过参数差来判断内部流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，
内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止换热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当压力差降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要换热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动换热。
[0022]5）本专利技术提出了新式结构的换热装置，将左右侧管组都连接同一个上管箱，与现有技术设计两个上管箱相对比，可以进一步均衡左右侧管组的压力和流量，保证换热均匀。本申请是对上述结构进行进一步改进，增强除垢以及换热效果。能够提高换热效果，提高换热管的放热能力，减小能量的耗费。
[0023]6）本专利技术通过大量的实验和数值模拟，优化了换热装置的参数的最佳关系，从而实现最优的加热效率。
[0024]附图说明：图1为系统的整体结构示意图。
[0025]图2为地下热管换热器结构示意图。
[0026]图3是换热器结构示意图。
[0027]图4是换热器横截面结构示意图。
[0028]图5是换热器控制系统结构示意图。
[0029]图6是图4热管的底部观察视图。
[0030]图7是本专利技术冷凝管组错列布置结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热管，所述热管包括蒸发段和冷凝段，所述热管的蒸发段包括多个互相分隔向下延伸的端部，每个端部都单独设置在土壤孔内，蒸发段的端部是环形布置，在水平面投影上，沿着中心点设置多层端部，每层端部的轴线与中心点的距离相同，从而形成以蒸发段中心点为圆心的圆弧结构，所述的热管蒸发段的端部为多个，沿着蒸发段的中心向外的径向方向，所述端部的分布密度越来越大。2.如权利要求1所述的热管，其特征在于，沿着蒸发段的中心向外的径向方向，所述热管蒸发段的端部的分布密度越来越大的幅度逐渐增加。3.一种地源热泵系统，包括地面热泵机组和地下水网系统，所述地下水网系统包括依次通过管路连接的热管换热器、热水坝、换热器、...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴佃飞，崔峥，刘昱，郭春生，朱幸福，邵卫，邓高翔，
申请(专利权)人：山东黄金矿业科技有限公司深井开采实验室分公司，
类型：发明
国别省市：