CN101375113B - 利用低能的管道和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用低能的***，包括终端(3)，加热回路(7)和地下回路(1)，其中传递给在地下回路中循环的溶液的热量通过诸如地热泵等终端(3)传输到加热回路(7)。本发明的特征在于，地下回路(1)设置有内部管道(10)和以这种方式环绕所述内部管道(10)的外部管道(20)：使得所述外部管道(20)的外端是封闭的，从而溶液在管道(1)的端部根据流动方向的不同而从内部管道移动到外部管道或者从外部管道移动到内部管道。进一步地，本发明还涉及一种利用低能的管道(1)。

Description

利用低能的管道和***

技术领域

本发明涉及对低能的利用，尤其涉及一种***，在该***中通过诸如热泵等终端从土地、岩石或水中经由介质流体传输热能。

背景技术

在这里低能指的是低温热源，该低温热源的温度可以是例如+2到+10度。在本说明书中，由诸如土地、岩石或水等热源供给的地热被称为低能。对土地、岩石或水等低能的利用一般是借助例如热泵或热能收集回路对建筑物或家用水进行加热。这种地热***的工作原理与冷冻器的原理相似，只不过是逆向的，所以举例来说该***冷却土地并加热水蓄集器。通常，每消耗一个电能单元便能获得两到四个热单元。利用系数显然比直接用电加热要好。在寒带，房产的热能耗相当高。随着电力和燃油成本的增高，利用地热变得越来越有利。

这种低能***还能替代性地用于内部冷却，例如经由冷却管等使介质流体从土地循环流动。

一种回收热能的常用方式是水平安置在大约1米深度的管道***。然而，这种管道***需要很大面积，所以它只能用在大面积场地。该收集回路可以在地下或在水中。在地下安置水平的管道***需要挖掘用于收集回路的整个面积的管道沟道。该回路的管道线路必须彼此间隔至少1.5米，从而使得相邻的管道线路不会妨碍彼此的热能回收。例如，将水平管道安置在公园时很难避免损坏植物和树木的根系。

第二种回收热能的常用方式是地热井。在这里，将管道***埋置在岩石上钻出的孔中。地热井-即钻井通常是沿竖直方向钻出的。相对于水平管道***来说，地热井所需的面积非常小。然而，在岩石以上可能有数十米相当深的覆盖层。覆盖层的部分必须设有保护管，这样便增加了成本。因此，具有较厚覆盖层的土壤限制了地热井的安置。地热井中的热产量一般大于水平管道***中的热产量。地热井的热产量部分取决于地下水流。然而，不进行昂贵的钻探是不可能判断地下水流的。

第三种回收热能的常用方式是在湖底或另一种水道底部安置热能回收管道***，由此将热能从底部沉积物及水中传输到介质溶液。管道可以放置到土地中的水里，但是在这种情况下必须将供给管的坑道和回流管的坑道分开。在水道底部安装置于水中的管道***是容易的。然而，充满溶液的管道比水要轻，所以它倾向于向上浮起。浮起的管道部分可能引起阻碍循环的气穴。因此，管道必须用足够数量的重物锚定在底部。安置在底部的管道***还容易破碎。船舶等的锚可能会卡住管道***并对管道造成破坏。在水边，供给管和回流管必须掘入底部，从而使得冰不会损坏管道***。

然而，这三种方式的选择取决于所用场地的位置、面积和土壤。低能网路设计成以这种方式实施：即若干房屋共用一个较大的热能收集回路。

发明内容

因而本发明的一个目的是提供一种能够解决上述问题的管道和***。本发明的目的通过具有独立权利要求中所述特征的管道和***来实现。本发明的优选实施方式在从属权利要求中公开。

本发明基于这样的原理，即诸如地热泵的地下回路之类的低能接收回路设置成一种管道，所述管道的外周具有向内延伸的凹入部。所述管道的外端是封闭的，所以溶液可以在所述管道的端部根据流动方向的不同而从内部管道部分移动到外部管道部分，或者从外部管道部分移动到内部管道部分。内部管道部分和外部管道部分可设置成一个管道或者设置成两个独立的管道，外部管道环绕内部管道而形成。

本发明的一个目的是提供一种实施终端低能接收回路的***。

本发明的另一个目的是提供一种实施终端低能接收回路的管道。

根据本发明的一个目的的实施方式，所述***包括终端和地下回路，其中，传递给在该回路中循环的介质流体的热量通过例如地热泵传输给房产的加热回路。该地下回路设置有内部管道和以这种方式环绕该内部管道的外部管道：使得所述外部管道的外端是封闭的，从而该介质流体根据流动方向的不同而在所述管道的端部从内部管道移动到外部管道，或者从外部管道移动到内部管道。

所述***的地下回路可以通过例如将它掘入沟道内来设置成水平的。根据本发明的管道允许在没有独立的回流管道的情况下实施所述回路。为地下回路挖掘的沟道长度根据外部管道外表面的面积而减小。

所述管道可通过从地平面斜向下钻孔而设置在地下。因为不需要用于所述回路的回流管道的独立坑道，所以不仅可以用地钻在岩石上钻孔，而且可以用地钻在岩石与土地之间钻孔。根据本发明的所述管道使所述管道能安置在水道下方，在该处所述管道受到保护。用于所述管道的孔是斜向下打钻出来的，所述管道的外端能够安置在更深处，该处的温度也更高。使所述管道倾斜向下使得空气能够从所述管道***排出。所述管道的斜度根据土壤而变化。所述管道不必是直的，而且能够随着土地钻孔情况而弯曲或弯折。因为不需要独立的回流管道，所以根据本发明的所述管道允许地下回路设置在水道、公园、道路或者甚至是建筑物下方。

根据第二实施方式，地下回路包括连接到终端的主管道***，两个或多个具有内部管道和外部管道的所述管道联接到所述主管道***。所述主管道***可设置成独立***，但是在这种情况下必须通过将所述管道彼此分隔开或者使输送受热的介质流体的主管道绝热而使热传输最小化。所述管道的数量和长度可以根据所使用的面积和土壤而变化。应当指出，不仅是根据本发明的管道，而且以常规方式实施的地下回路都能够联接到所述主管道***。

根据本发明第二个目的的实施方式，介质在所述管道的内部管道中从热泵输送出去，其中所述管道包括外部管道和所述外部管道中的内部管道，热泵从介于所述内部管道的外表面和环绕内部管道的所述外部管道的内表面之间的空间接收经过地热加热的介质流体。在斜向下或径直向下钻出的孔中，其温度高于所述管道的末端的温度。将尽可能冷的介质输送到较低位置，从而在所述管道的端部处提供所述介质流体和所述管道的外部物质之间最大可能温度差，外部物质为诸如土壤、水或位于所述管道外部的填充材料等。大的温度差使得热能高效地传输到介质。

根据本发明的一个实施方式，所述管道包括内部管道，内部管道的外部设置有被凹入部隔开的外部管道部分，所述外部管道部分形成外部管道。由于其内设置有所述凹入部，因此所述外部管道提供了更大的将能量传输到介质溶液的面积，因为能量也可以通过所述凹入部的侧壁传输。更大的面积为利用所述管道外部的物质的相位变化给出了良好的起始点。所述管道外部的所述物质可以冰冻或融化，即从液体转化为固体，或者反之。进一步地，所述凹入部使得所述管道能够弯曲，而不会使所述管道的形状不利于实现其功能。所述管道比外周处没有凹入部的同轴管道更容易弯曲。优选地，在与制造相关联的卷筒上制造所述管道，所以其仍有热度因而更容易弯曲。加热使得所述管道更容易从所述卷筒上松开。所述管道可通过例如将温热的液体输送到两个管道部分来进行加热，由此更容易进行弯曲。由于具有所述凹入部，因此可以通过从外部加热所述管道来对内部管道进行加热。根据本发明的又一个实施方式，所述管道包括外部管道，外部管道的内部能够布置内部管道。借助于布置在所述外部管道内的凹入部，所述内部管道的外表面布置成与所述外部管道的内表面隔开。所述凹入部可以是外部管道的具有特定形状的部分，其使得内部管道对准外部管道中心。而且，所述凹入部使得所述管道在弯曲时不会造成所述管道的形状不利于实现其功能。所述管道的端部布置成容纳以这种方式封闭所述外部管道端部的端部截面：使得在所述管道中输送的介质流体能够依据流动方向的不同而在所述端部从所述内部管道移动到所述外部管道，或者从所述外部管道移动到所述内部管道，从而设置成热能收集回路。对所述管道的封闭可根据钻孔设备和方法以各种方式来实施。然而，必须明白的是所述端部截面仅仅封闭所述外部管道的端部，所以所述溶液能够从一个管道移动到另一个管道。例如利用端部截面的形状使流体从所述内部管道导向到外部管道或者反之能够简化介质流体的传输。

例如，所述管道的材料是聚乙烯。所述外部管道的直径例如是100毫米，所述内部管道的直径例如是40毫米。在这种情况下，所述外部管道的外周大于所述内部管道，由于其中设置有所述凹入部，能量可以通过更大的面积传输到所述介质溶液。

与所述内部管道的容量相关的所述外部管道的内表面和所述内部管道的外表面之间的容量能够通过改变所述管道的直径比率以及凹入部的数量及形状来增加。长形凹入部的数量优选的是至少三个，由此内部管道能够同心地安置在外部管道内。所述外部管道的凹入部还可以螺纹状方式实施，由此形成在所述凹入部之间的流动通道变得比直线型凹入部的流动通道更长。当凹入部以螺纹状方式设置在所述管道内时，设置较少数量的所述凹入部就能实现将外部管道的中心与内部管道对准。对准内部管道甚至可以用一个具有细牙螺纹的凹入部来实施。同样，螺纹状的技术方案能够作为单件和双件管道结构以这样的方式来实施：即通过凹入部使所述管道便于弯曲。

应当指出的是，管道的材料和直径可以变化。所述内部管道还可以进行绝热以减少所述内部管道和外部管道之间(双件结构)或者外部管道部分之间(单件结构)的热传输。然而，当所述内部管道的外表面和所述外部管道的外表面之间的面积差很大时，绝热对于实现根据本发明的所述管道的功能来说不是必要的。尽管如此，如果希望进一步减少所述管道之间的热传输，可以对所述内部管道进行绝热。对所述内部管道进行绝热可根据所述管道的制造工艺以各种方式实施。替代独立的绝热材料或者除了绝热材料以外，所述内部管道的厚度、材料等也可以变化。例如，所述内部管道可以造得更厚或者设置成具有两层壁，由此所述内部管道以这样的方式具有比所述外部管道更好的绝热属性：即所述管道的介质流体之间比所述外部管道中的介质流体与环绕外部管道的土地或水之间的热传输更少。

可以仅仅在起始端对内部管道进行绝热，因而外部管道末端部分的流量增加。因此，大部分能量传输在传输效率最高的位置进行。因此对所述起始端进行的绝热可以与安装结合起来，例如通过将另一个管道推压到所述内部管道之上。

添加到所述介质流体中的最常用的添加剂包括醇或甲酸钾。添加剂的主要任务是降低结冰点。通过根据本发明的管道实现的新方法允许使用就其醇浓度来说更稀的溶液，因为所述内部管道中输送的是更冷的介质流体，而所述内部管道又被所述外部管道中的已经升温的介质流体围绕。因此，本发明甚至允许使用没有添加剂的水作为介质流体。当将所述管道的端部安置在比起始面低的深度时，较低深度的温度高于起始面的温度。因此，所述管道端部的土壤温度和所述内部管道的介质流体温度之间的温度差是最大的。大的温度差加速了热量向沿着所述外部管道输送的溶液的传输。所述外部管道内已升温的介质流体围绕着所述内部管道内输送的介质流体并防止其结冰。

附图说明

现在参照附图并结合优选实施方式对本发明进行更详细地说明，附图中：

图1示出了根据本发明的***的一种实施方式；

图2示出了根据本发明的***的第二实施方式；

图3示出了根据本发明的***的第三实施方式；

图4示出了根据本发明的***的第四实施方式；

图5示出了根据本发明的***的第五实施方式；

图6示出了根据本发明的***的第六实施方式；

图7示出了根据本发明的管道的实施方式的端视图；

图8示出了其中设置有内部管道的图7中的管道的端视图；

图9示出了根据本发明的第二实施方式的端视图；

图10示出了其中设置有内部管道的图9中的管道的端视图；

图11示出了图9中的管道在水平方向上的正视图；

图12示出了根据本发明的管道的第三实施方式的端视图；

图13示出了其中设置有内部管道的根据图12的管道的端视图；

图14示出了根据本发明的管道的第四实施方式的端视图；

图15示出了其中设置有内部管道的根据图14的管道的端视图；

图16示出了从一侧直接观察的根据本发明的管道的一种实施方式；

图17是连接件附接到图16中的管道的原理图；

图18是连接件附接到图16中的管道的原理图；

图19示出了根据图7的管道的第二实施方式的端视图；

图20示出了图9中的管道的第二实施方式的端视图；

图21示出了图12中的管道的第二实施方式的端视图；

图22示出了图14中的管道的第二实施方式的端视图。

具体实施方式

参照图1，该图示出了根据本发明的***的实施方式，其中管道1水平地安置在地面以下。该管道的深度d可以是例如1.2到2米。终端3利用蓄积在管道***1内的低能并通过传输管道31将所述低能传输到房屋2，在房屋2中所述低能循环流过加热回路7并沿着传输管道32返回收集管道***。在这里管道1直接连接到终端3。终端3可以是例如地热泵。该图示出了管道1的原理图，其中经冷却的介质流体沿着直径较小的内部管道10从该终端传输出来。该介质在该内部管道的外端处移动至外部管道20，外部管道20的直径大于内部管道10的直径。

图2示出了根据本发明的***的第二实施方式，其中图1中的管道1倾斜地向下安置。在这里管道1与终端3分离。因此，管道1和终端3都能安置到适当的位置。管道1通过传输管道41和42连接到终端3。在该图中，管道1的起始端位于2米深处，而其外端位于50米深处的岩石附近。起始端深度处和末端深度处之间的温度差可能是若干度。该管道的倾角可以根据岩石的深度而变化。应当指出的是，根据本发明的管道1也可以安置在岩石上钻出的孔内，以及在土地和部分岩石中钻出的孔内。

图3示出了根据本发明的***的第五实施方式，其中管道1倾斜地向下安置在另一建筑物2下方。管道1安置在用地钻钻出的部分在土地部分在岩石内的孔中。在与管道1的连接中，安置有将岩石和土地分开的诸如密封件之类的分隔件110，以防止土地与地下水混合。这样一来，在例如土壤较厚的情况下，既可以利用土地提供的低能和又可以利用岩石提供的低能。

图4示出了根据本发明的***的第六实施方式，其中管道1安置在水道下方、位于沉积层中，从沉积层中便于吸收低能。因而管道1的整个长度都在底部下方受到保护。当然，根据本发明的管道1也能以传统方式加上重物安置在水道内。

图5示出了根据本发明的***的第三实施方式，其中有三根管道1连接到终端。管道1在分配罐80内联接起来，并从该分配罐80处经传输管道41和42连接到终端3。管道1的数量、长度和倾角可根据土壤和/或能量需求而变化。

图6示出了根据本发明的***的第四实施方式，其中若干房屋2或房产连接到该***。管道1经由主管道***连接到终端3。主管道***1000、2000的大小可根据压力阻力而变化。管道1通过适当的连接装置81或经由分配罐80连接到主管道***1000、2000。介质流体经由分配罐80或直接连接装置返回管道***1。

图7示出了根据本发明的具有五个凹入部220的管道20的实施方式。凹入部具有两个侧壁222和形成该凹入部的底端的定位壁221。

图8示出了其中安置有内部管道10的图7中的管道20。定位壁221变成环绕内部管道10安置，从而使内部管道10与外部管道20的中心大致对准。在定位壁221和内部管道之间，存在小间隙T以便于将内部管道10安装到外部管道内。内部管道10形成一个流动通道，且外部管道20的凹部之间的空间形成五个外部管道部分200，即流动通道。

安装成以后，该间隙T可能会因为外部管道被向内挤压而消失。因而根据本发明的管道***提供了一种均匀的管道结构，其中内部管道10也作为使外部管道20更加坚固的结构而发挥作用。因此，管道20不会在外部压力作用下完全压毁。

图9示出了根据本发明的管道20的第二实施方式，其中凹部220的数量是六个。

图10示出了其中安置有内部管道10的图9中的管道20。该内部管道形成一个流动通道，外部管道20的凹部之间的空间形成六个外部管道部分200，即流动通道。

图11示出了凹部220沿管道20的纵向设置的图9中的管道。

图12示出了根据本发明的管道20的第三实施方式，其中凹部220的数量是六个。

图13示出了其中安置有内部管道10的根据图12的管道20。在这里，内部管道10具有不同于外部管道20的绝热性能。内部管道10可以由绝热材料设置而成，但是对于实现本发明的功能而言这不是必需的。不过，内部管道10的特殊属性可以根据生产工艺而变化。如果所述管道由相同的材料制成，那么可以改变内部管道10的厚度和结构。因而，所述管道之间的热量传输便得以减少。

图14示出了根据本发明的管道20的第四实施方式，其中凹部220的数量是六个。图15示出了其中安置有内部管道10的根据图14的管道20。

图16示出了根据本发明的管道的一种实施方式，其中凹部220以螺纹状方式沿管道20的纵向设置。因而，在外部管道20内流动的流体的行进距离随着螺纹的数量而增大。在细牙螺纹的情况下，流体可以沿着一条或两条流动通道200输送到管道的另一端。

图17是根据本发明的管道的端部零件5的实施方式的局部视图，在该端部零件5中流体从内部管道10流到具有根据本发明的凹入部220的外部管道20中。所示箭头显示的是流动方向。应当指出的是，流动方向也能够逆向实施。该端部零件能够以适合的方式-例如通过焊接附接到该管道上。

图18是根据本发明的管道的端部零件5的实施方式的局部视图，在该端部零件5中流体从内部管道流到具有根据本发明的凹入部220的外部20。在这里凹入部220沿该管道的纵向设置。所示箭头显示的是流动通道200内的流动方向。应当指出的是，该流动方向也能够逆向实施。

图19显示的是根据本发明的管道的实施方式，其中设置有五个凹入部220。在每个凹入部内，有两个侧壁222和形成该凹入部的底端的定位壁221。定位壁221经由壁223彼此相互连接，这样便形成了内部管道10。换句话说，外部管道部分200-即流动通道绕内部管道10形成。内部管道10形成一个流动通道，而形成在外部管道20的凹入部220之间的空间构成五个环绕内部管道10的流动通道。

图20示出了根据本发明的管道的实施方式，其中凹部220的数量是六个。内部管道10形成一个流动通道，而形成在外部管道20的凹入部220之间的空间构成六个外部流动通道。图中的箭头显示的是外部管道部分200内的能量传输。从图中可以看到，能量在管道部分200内输送的介质和围绕管道的物质之间传输，这种传输既从管道20的外周进行也通过靠近管道的回转轴线安置的凹入部220的壁222进行。

图21示出了根据本发明的管道的实施方式，其中凹入部220的数量是六个。

图22示出了根据本发明的管道的实施方式，其中凹入部220的数量是五个。在图19、21和22的结构中，外部管道部分200以这样的方式形成在内部管道10上：使得该外部管道部分200仅在狭窄的部分彼此相互连接。因而，更有利于管道的弯曲，而且由于共用空间更少，所以内部管道10和外部管道部分之间的热量传输减少。

根据图19到22，应当指出的是，外部管道部分200的形状和数量可以变化。进一步地，内部管道10可具有不同于外部管道部分200的绝热性能。内部管道10可由绝热材料设置而成，或者内部管道10的厚度或结构可以变化。因此，能够减少所述管道之间的热量传输，但是对于实现本发明的功能来说这不是必需的。例如在根据图19到22的技术方案中，因为凹入部延伸到内部管道10的外周，所以能量可以在内部管道中输送的介质和包围管道的物质之间传输。对于本领域技术人员来说显而易见的是，随着该技术的发展，本发明的基本理念可以多种不同方式实施。因而本发明及其实施方式不局限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内做出变化。

Claims (9)

1.一种利用低能的管道，所述管道包括外部管道(20)，所述外部管道(20)包括在所述外部管道(20)的外周处向内延伸的凹入部(220)，所述低能是指低温热源供给的地热，

所述凹入部(220)在所述外周的部分上以这种方式敞开：使得在所述管道中热能能够在所述管道中传输的介质与环绕所述管道的物质之间传输，所述传输既从所述外部管道(20)的外周进行，也通过凹入部(220)的设置成比较靠近所述管道的回转轴线的壁(222)进行；而且所述凹入部(220)的最靠近回转轴线的定位壁(221)用作确定能够布置在所述外部管道(20)内的内部管道(10)的位置的构件，定位壁(221)经由壁(223)彼此相互连接，这样便形成所述内部管道(10)，

其特征在于，所述外部管道(20)包括至少三个凹入部(220)，壁(223)以这种方式设置在所述凹入部(220)之间：使得所述外部管道(20)的中央部分形成所述内部管道(10)。

2.根据权利要求1所述的管道，其特征在于，所述管道包括所述内部管道(10)和通过所述凹入部彼此隔开的外部管道部分(200)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的管道，其特征在于，所述外部管道(20)中的凹入部(220)以螺纹状方式沿所述管道的纵向设置。

4.根据权利要求1所述的管道，其特征在于，所述外部管道(20)中的凹入部(220)大体上呈字母U形。

5.一种利用低能的***，所述低能是指低温热源供给的地热，所述***包括

-终端(3)，以及

-地下回路，其具有管道***，所述管道***具有低能传递到其上的循环的介质流体，该低能通过所述终端(3)来利用，其中，所述管道***设置有包括内部管道(10)和以这种方式环绕所述内部管道(10)的外部管道(20)的管道：使得所述外部管道(20)的外端是封闭的，从而所述介质流体能够在所述管道的端部根据流动方向的不同而从所述内部管道(10)移动到所述外部管道(20)或者从所述外部管道(20)移动到所述内部管道(10)，定位壁(221)经由壁(223)彼此相互连接，这样便形成所述内部管道(10)，并且所述外部管道(20)的外周包括向内延伸的凹入部(220)，所述凹入部(220)以这种方式在所述外周的部分上敞开：使得热能能够在所述外部管道(20)中输送的介质与环绕所述管道的物质之间传输，所述传输既从所述外部管道(20)的外周进行，也通过凹入部(220)的设置成比较靠近所述管道的回转轴线的壁进行，而且所述凹入部(220)的最靠近回转轴线的定位壁(221)用作确定能够布置在所述管道内的内部管道(10)的位置的构件，所述***的特征在于，所述外部管道(20)包括至少三个凹入部(220)，壁(223)以这种方式设置在所述凹入部(220)之间：使得所述外部管道(20)的中央部分形成所述内部管道(10)。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述外部管道(20)包括通过所述凹入部彼此隔开的外部管道部分(200)。

7.根据前述权利要求5到6中任一项所述的***，其特征在于，具有所述内部管道(10)和所述外部管道部分(200)的所述管道从地平面向下定向。

8.根据前述权利要求5所述的***，其特征在于，所述地下回路进一步包括连接到所述终端的主管道***，两根或多根具有所述内部管道(10)和所述外部管道部分(200)的所述管道联接到所述主管道***。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述***进一步包括主管道***(1000、2000)，所述内部管道(10)和所述外部管道部分(200)经由分配罐(80)和连接装置(81)联接到所述主管道***(1000、2000)。

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