CN212458061U - 热管与地热采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了热管与地热采集装置，热管包括封闭件、第一管体、第一传热件与第二传热件，封闭件具有通道；第一管体的一端具有开口，另一端通过封闭件封闭，内部具有用于容纳传热工质的第一腔体；第一传热件与封闭件连接，位于封闭件的一侧，内部具有空腔；第二传热件与封闭件连接，位于封闭件的另一侧，内部具有空腔，且能够通过通道与第一传热件内的空腔连通，以与第一传热件共同限定出用于容纳传热工质的第二腔体，第二腔体与第一腔体分隔。本实用新型中，相邻热管之间可以通过第一传热件与第二传热件形成的级间热管进行传热，级间热管的热阻较低，且能够伸入至第一腔体而与蒸汽充分接触，有助于提升换热效率高。

Description

热管与地热采集装置

技术领域

本实用新型涉及地热采集领域，尤其是涉及热管与地热采集装置。

背景技术

地热资源作为一种绿色低碳、可循环利用的清洁能源，在治污降霾、改变能源消耗结构、改善生态文明的作用日益凸显。热管属于一种传热元件，能够利用管内工质的相变传热，从而将发热源的热量迅速传递到远端。相关技术中，热管单元通常由多根热管拼接而成，相邻热管采用密封堵头连接，然而，此种方式中热管连接处的传热热阻较高，热量难以有效的传递，热管长度较长时容易发生传热失效的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种热管，能够降低热管连接处的传热热阻，提升传热效率。

本实用新型还提出了一种应用上述热管的地热采集装置。

第一方面，本实用新型的实施例提供了热管，包括：

封闭件，具有通道；

第一管体，一端具有开口，另一端通过所述封闭件封闭，内部具有用于容纳传热工质的第一腔体；

第一传热件，与所述封闭件连接，位于所述封闭件的一侧，所述第一传热件的内部具有空腔；

第二传热件，与所述封闭件连接，位于所述封闭件的另一侧，所述第二传热件的内部具有空腔，且能够通过所述通道与所述第一传热件内的所述空腔连通，以与所述第一传热件共同限定出用于容纳传热工质的第二腔体，所述第二腔体与所述第一腔体分隔。

本实施例的热管至少具有如下有益效果：

本实施例中，热管设置有第一传热件与第二传热件，在多根热管连接形成的热管单元中，相邻热管之间可以通过第一传热件与第二传热件形成的级间热管进行传热，级间热管的热阻较低，且能够伸入至第一腔体而与蒸汽充分接触，有助于提升换热效率高。

根据本实用新型的另一些实施例的热管，

沿热量传递方向，所述第一管体的首端通过所述封闭件封闭，所述第一传热件位于所述封闭件的上侧，所述第二传热件位于所述封闭件的下侧；

还包括引流件，所述引流件的一端与所述第二传热件连接，另一端向下延伸并与所述第一管体的内壁连接。

根据本实用新型的另一些实施例的热管，

还包括第二管体，所述第二管***于所述第一管体的内侧，所述第二管体与所述第一管体之间具有间隙。

根据本实用新型的另一些实施例的热管，

所述第一传热件与所述第二传热件的表面均设有吸液芯。

根据本实用新型的另一些实施例的热管，

所述第一管体的表面设有吸液芯。

第二方面，本实用新型的实施例提供了热管，包括：

封闭件；

第一管体，两端均通过所述封闭件封闭，内部具有用于容纳传热工质的第一腔体；

第一传热件，与其中一个所述封闭件连接，且位于所述第一腔体内，所述第一传热件的内部具有空腔；

第二传热件，与另一个所述封闭件连接，且位于所述第一腔体内，所述第二传热件的内部具有空腔。

第三方面，本实用新型实施例提供了地热采集装置，包括：

地热采集部，包括多个所述热管，所述热管具有所述开口的一端与相邻所述热管具有所述封闭件的一端连接；

换热部，包括换热器，所述换热器用于传递由所述地热采集部采集的热量。

根据本实用新型的另一些实施例的地热采集装置，

还包括传热部，沿热量传递方向，所述传热部的尾端与所述地热采集部的首端连接，所述传热部的首端与所述换热部连接。

根据本实用新型的另一些实施例的地热采集装置，

所述传热部包括多个所述的热管，所述热管具有所述开口的一端与相邻所述热管具有所述封闭件的一端连接。

根据本实用新型的另一些实施例的地热采集装置，

所述热管的两端均设有法兰，相邻所述热管通过所述法兰贴合，并通过螺纹紧固件连接；

或者，还包括连接套，相邻所述热管的相邻端分别插接在所述连接套的两端。

第四方面，本实用新型实施例提供了地热采集装置，包括：

地热采集部，包括多个所述热管，所述热管具有所述第一传热件与相邻所述热管具有所述第二传热件的一端连接，以使所述第一传热件与相邻所述热管的所述第二传热件共同限定出用于容纳传热工质的第二腔体，所述第二腔体与所述第一腔体分隔；

换热部，包括换热器，所述换热器用于传递由所述地热采集部采集的热量。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例中热管的剖视图；

图2是通过图1中热管形成热管单元的剖视图；

图3为本实用新型另一实施例中热管的剖视图；

图4是本实用新型另一实施例中具有吸液芯的级间热管的剖视图；

图5是本实用新型实施例中两个第一管体连接的剖视图；

图6是本实用新型另一实施例中热管的剖视图；

图7是通过图6中热管形成热管单元的剖视图；

图8是本实用新型实施例中地热采集装置处于工作状态的剖视图；

图9是本实用新型另一实施例中地热采集装置处于工作状态的剖视图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本实用新型实施例的描述中，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

相关技术中，热管之间通过密封堵头进行连接，下级热管中的热量需要通过密封堵头传递至上级热管，密封堵头热阻较大，且换热面积较小，导致热量在传递过程中会出现大量的损失，当热管单元长度较长时(通常而言，地热资源位于地壳较深的位置，热管单元可能长度数公里)，容易出现传热失效的问题。

基于此，本实用新型提供了一种热管，通过在热管上设置第一传热件与第二传热件，可以在热管串联时形成级间热管，通过级间热管代替密封堵头进行传热，能够有效的降低热阻，增大换热面积，减少热损。

以下结合附图1至图5说明本实用新型实施例的热管。

参照图1，在本实用新型的一些实施例中，热管100包括第一管体110、封闭件120、第一传热件130与第二传热件140。第一管体110的一端具有开口111，另一端通过封闭件120封闭，第一管体110的内部具有用于容纳传热工质的第一腔体112。封闭件120上具有通道121，从而能够实现第一管体110内外的连通。第一传热件130与第二传热件140均与封闭件120连接，且分别位于封闭件120的相对两侧。第一传热件130与第二传热件140的内部均具有空腔，二者的空腔通过封闭件120上的通道121连通，从而使得第一传热件130与第二传热件140能够共同限定出用于容纳传热工质的第二腔体113，且第二腔体113与第一腔体112相互分隔。

具体的，本实施例的第一管体110为圆柱管，且由能够导热的材料制成，包含但不限于铜、铝、钢材及不锈钢等金属，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、玻璃等非金属材料，铝塑膜、塑料与金属箔的复合薄膜等层叠类的复合材料，陶瓷基复合材料、树脂基复合材料等掺杂类复合材料。基于热管的实际使用场景，将图1中的上端作为第一管体110的首端，下端作为第一管体110的尾端，从下往上的方向为热量传递方向。此外，在相连的两段热管100中，相对位于上方的热管称之为上级热管，相对位于下方的热管称之为下级热管(下文记载的“首端”、“尾端”、“热量传递方向”、“上级”与“下级”的含义与此相同)，第一管体110的一端(例如图1的尾端)具有开口111，首端通过封闭件120进行封闭，如此，参照图2，当两根热管100按照首尾相连的方式连接时，下级热管100的封闭件120能够封闭上级热管100的开口111，从而使得上级热管100的第一腔体112处于封闭状态，进而便于在第一腔体112内形成真空环境以加速工质的相变。

能够理解的是，也可以是第一管体110的首端具有开口111，尾端通过封闭件120进行封闭。

封闭件120用于封闭第一管体110的端部，本实施例中，封闭件120为端板，通过焊接等方式与第一管体110连接。封闭件120上具有通道121，通道121可以是通孔等结构。

第一传热件130与第二传热件140可以是圆柱状的管体，分别位于封闭件120的相对两侧，以图1所示为例，当封闭件120位于第一管体110的首端时，第一传热件130位于封闭件120的上侧，即伸出于第一管体110的外部。第二传热件140位于封闭件120的下侧，即位于第一管体110的内部。

参照图2，图中箭头表示热量传递方向。当两根热管100按照首尾相连的方式连接时，下级热管的第一传热件130位于上级热管100的第一腔体112，当下级热管100采集地热或者接受更下级热管的热量后，热管100的第一腔体112内的工质受热蒸发，形成的蒸汽上升至热管100的首端，与第二传热件140发生热量交换，热量从蒸汽传递至第二腔体113内的工质，使得第二腔体113内的工质受热蒸发，第二腔体113内的蒸汽上升至第一传热件130内，再次发生热量交换，热量从第二腔体113内的蒸汽传递至上级热管100的第一腔体112内的工质，上级热管100的第一腔体112内的工质受热蒸发，按照上述流程将热量传递更上次的热管100。另一方面，下级热管100的第一腔体112内的蒸汽在热量传递后发生冷凝，然后回流至下级热管100的底部。第二腔体113内的蒸汽在热量传递后发生冷凝，然后回流至第二传热件140的底部，实现循环传递。

本实施例中，第一传热件130与第二传热件140采用能够导热的材料制成，例如采用与第一管体110相同的材料。

本实施例中，工质包括但不限于去离子水、丙酮、甲醇、庚烷、乙醇、甲醇、氨和二氧化碳等，工质在不同位置的热管100内可采用不同的工质和不同的充液率，根据实际设计需求设定，如在5％至50％之间。

本实施例中，热管100设置有第一传热件130与第二传热件140，在多根热管100连接形成的热管单元中，相邻热管100之间可以通过第一传热件130与第二传热件140形成的级间热管进行传热，级间热管的热阻较低，且能够伸入至第一腔体112而与蒸汽充分接触，有助于提升换热效率高。

参照图1，在本实用新型的一些具体实施例中，沿热量传递方向，第一管体110的首端通过封闭件120封闭，第一传热件130位于封闭件120的上侧，即位于第一管体110的外部，第二传热件140位于封闭件120的下侧，即位于第一管体110的外部。第一传热件130、第二传热件140与封闭件120可以连接为一体，从而第一传热件130、第二传热件140形成整体式的级间热管，保证第二腔体113的密封性能。

在本实用新型的一些具体实施例中，热管还包括引流件150，引流件150的一端与第二传热件140连接，另一端向下延伸并与第一管体110的内壁连接。当下级热管100的第一腔体112内的蒸汽换热后，会在第二传热件140的表面发生冷凝，冷凝后的工质可以通过引流件150引导至的第一管体110的内壁后再进行回流，避免工质从第二传热件140上直接下落而增加蒸汽上升的阻力。

引流件150可以是杆状结构，液态的工质附着于引流件150的表面，并在重力的作用下向下流动。引流件150也可以包括未示出的汇流盘与引流管，其中汇流盘沿第二传热件140的周向设置(可以仅覆盖第二传热件140的部分圆周，例如1/4圆周，以避免对蒸汽的上升造成阻碍)，且大致沿第二传热件140的径向伸出。汇流盘可以向下凹陷，以形成蓄积液态工质的腔体，引流管的一端与汇流盘的腔体连通，另一端通向第一管体110的内壁，如此，液态的工质可以先汇集在汇流盘内，然后再通过引流管导向第一管体110的内壁。能够理解的是，引流件150不局限于上述结构，任何能够将第二传热件140上的液态工质向下引流至管壁的结构均可以采用。

能够理解的是，第二传热件140上可以沿热量传递方向设置多个引流件150，也可以沿周向设置多个引流件150，从而进一步避免液态工质直接下落。

参照图3，在本实用新型的一些具体实施例中，热管100还包括第二管体160，第二管体160位于第一管体110的内侧，第二管体160与第一管体110之间具有间隙。

本实施例中，第二管体160可以是圆柱管，且与第一管体110同轴。第二管体160的外径小于第一管体110的内径，当第二管体160安装在第一管体110内时，第二管体160与第一管体110可以形成间隙，如此，第二管体160将第一腔体112分隔为蒸汽通道与液体通道，热蒸汽可以通过中间的蒸汽通道上升，液态工质可以在第二管体160与第一管体110件的液体通道内流动，避免液态工质的回流影响蒸汽的上升。

参照图4，在本实用新型的一些具体实施例中，第一传热件130与第二传热件140的表面均设有吸液芯170，吸液芯170的厚度一般是管径的0.01至0.25倍。具体的，第一传热件130的内外表面，以及第二传热件140内外表面均具有吸液芯170，吸液芯170能够引导液态工质流动，同时也能够增大换热面积，增加换热效率。吸液芯170可以是附着于传热件表面的层级结构，例如泡沫金属、金属丝网、烧结粉末等，也可以直接成型在传热件表面的沟槽结构，沟槽的截面形状可以是圆弧形、三角形、矩形、梯形等。能够理解的是，吸液芯170也可以是沟槽结构与层级结构的组合。

在本实用新型的一些具体实施例中，当热管100用于采集地热时，第一管体110的表面设有吸液芯170，从而增加热管100的采集能力。

参照图1，在本实用新型的一些具体实施例中，两根热管100之间可以采用螺栓等紧固件进行连接，具体的，热管100的首尾两端均设有法兰180，法兰180上设有通孔。当两根热管100完成对接后，通过螺栓连接两处法兰180即可实现热管100之间的固定。能够理解的是，还可以在法兰180之间设置密封圈等密封件，以实现第一腔体112的密封。

参照图5，为便于理解，图中仅示出了热管100的第一管体110。在本实用新型的一些具体实施例中，两根热管100之间可以采用连接套200进行连接，具体的，热管100的首尾两端均设有外螺纹，连接套200的内壁设有内螺纹。当两根热管100的相邻端部分别旋入连接套200即可实现固定。能够理解的是，连接套200与热管100之间也可以直接通过焊接固定。

在本实用新型的一些具体实施例中，第一管体110上设有抽真空孔与注液孔，抽真空孔用于与抽真空设备连接，以在第一管体110的内部形成真空环境。注液孔用于与注液设备连接，以向第一腔体112内注入工质。

参照图1，在本实用新型的一些具体实施例中，单根热管100包括多根级间热管，多根级间热管平行，且沿第一管体110的轴向设置。能够理解的是，多根级间热管也可以由大管径的单根级间热管替代。

参照图6，本实用新型其他一些实施例中，热管100第一管体110、封闭件120、第一传热件130与第二传热件140。第一管体110的两端军通过封闭件进行封闭，第一管体110的内部具有用于容纳传热工质的第一腔体112。第一传热件130与其中一个封闭件120连接,且位于第一腔体112内，第一传热件130的内部具有空腔。第二传热件140与其中另一个封闭件120连接,且位于第一腔体112内，第二传热件140的内部具有空腔。

本实施例中，第一传热件130与第一管体110首端的封闭件120连接，首端的封闭件120上具有连通第一传热件130内空腔的通道。相应的，第二传热件140与第一管体110尾端的封闭件120连接，尾端的封闭件120上具有连通第二传热件140内空腔的通道，且两端封闭件120上的通道均相互对应。参照图7，当两根热管100按照首尾相连的方式连接时，上级热管100尾端的封闭件120与下级热管100首端的封闭件120贴合，并通过法兰与螺纹连接件进行固定。上级热管100的第二传热件140与下级热管100的第一传热件130对接，二者的空腔通过封闭件120上的通道连通，从而使得上级热管100的第二传热件140与下级热管100的第一传热件130共同组成级间热管，从而限定出第二腔体113，如此，同样可以实现级间热管分别连接上下两级热管100的目的。

参照图8，图中换热部400内的箭头表示传热介质的流向。本实用新型其他一些实施例中，还公开有地热采集装置，地热采集装置包括地热采集部300与换热部400，地热采集部300包括多个上述热管100，热管100可以采用图1至图5所示实施例的热管，热管100之间采用图2所示的方式进行连接，即上级热管100具有开口111的一端与下级热管100具有封闭件120的一端连接，从而实现热量从下往上的传递。换热部400用于将地热采集部300采集的热量通过传热介质传递至其他设备。

本实施例中，构成地热采集部300的热管100的表面设有吸液芯170，用于增强换热能力。

本实施例中，换热部400位于地面，包括壳体410与换热管道420，壳体410与最上级的热管100的第一腔体112连通，换热管道420位于壳体410内，能够与第一腔体112内的蒸汽直接接触，从而使热量从蒸汽传递至换热管道420的传热介质。

参照图9，在本实用新型的一些具体实施例中，换热管道420卷绕在壳体410的外侧，蒸汽的热量首先传递至壳体410，然后通过壳体410传递至换热管道420。为了增加换热面积，壳体410的表面设置有吸液芯170。

能够理解的是，换热部400也可以采用公知的其他的换热结构，例如管壳式换热器和板式换热器等。

参照图8、图9，在本实用新型的一些具体实施例中，地热采集装置还包括传热部500，沿热量传递方向，传热部500的尾端与地热采集部300的首端连接，传热部500的首端与换热部400连接，用于热量在非热源区域的传递。

在本实用新型的一些具体实施例中，传热部500包括多个上述热管100，热管100可以采用图1至图5所示实施例的热管，热管100之间采用图2所示的方式进行连接，即上级热管100具有开口111的一端与下级热管100具有封闭件120的一端连接，从而实现热量从下往上的传递。构成地热采集部300的热管100的表面可以设置吸液芯170，也可以是光面。

参照图8，在本实用新型的一些具体实施例中，在构成地热采集部300的多个热管100中，位于最底部的热管100上具有启动装置600，并且沿热管100管壁布置多个温度和压力传感器，温度和压力传感器可以对管内的温度与气压进行检测，当出现工质过冷而难以沸腾的状态时，可以通过启动装置600对工质进行加热，本实施例中，启动装置600可以是电加热棒等加热装置。

本实用新型其他一些实施例中，地热采集装置包括地热采集部300与换热部400，地热采集部300包括多个上述热管100，热管100可以采用图6所示实施例的热管，热管100之间采用图7所示的方式进行连接，即上级热管100具有第二传热件140的尾端与下级热管100具有第一传热件130的首端连接，从而实现热量从下往上的传递。换热部400用于将地热采集部300采集的热量通过传热介质传递至其他设备。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (11)

1.热管，其特征在于，包括：

封闭件，具有通道；

第一管体，一端具有开口，另一端通过所述封闭件封闭，内部具有用于容纳传热工质的第一腔体；

第一传热件，与所述封闭件连接，位于所述封闭件的一侧，所述第一传热件的内部具有空腔；

第二传热件，与所述封闭件连接，位于所述封闭件的另一侧，所述第二传热件的内部具有空腔，且能够通过所述通道与所述第一传热件内的所述空腔连通，以与所述第一传热件共同限定出用于容纳传热工质的第二腔体，所述第二腔体与所述第一腔体分隔。

2.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，

沿热量传递方向，所述第一管体的首端通过所述封闭件封闭，所述第一传热件位于所述封闭件的上侧，所述第二传热件位于所述封闭件的下侧；

还包括引流件，所述引流件的一端与所述第二传热件连接，另一端向下延伸并与所述第一管体的内壁连接。

3.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，

还包括第二管体，所述第二管***于所述第一管体的内侧，所述第二管体与所述第一管体之间具有间隙。

4.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，

所述第一传热件与所述第二传热件的表面均设有吸液芯。

5.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，

所述第一管体的表面设有吸液芯。

6.热管，其特征在于，包括：

封闭件；

第一管体，两端均通过所述封闭件封闭，内部具有用于容纳传热工质的第一腔体；

第一传热件，与其中一个所述封闭件连接，且位于所述第一腔体内，所述第一传热件的内部具有空腔；

第二传热件，与另一个所述封闭件连接，且位于所述第一腔体内，所述第二传热件的内部具有空腔。

7.地热采集装置，其特征在于，包括：

地热采集部，包括多个如权利要求1至5中任一项所述的热管，所述热管具有所述开口的一端与相邻所述热管具有所述封闭件的一端连接；

换热部，包括换热器，所述换热器用于传递由所述地热采集部采集的热量。

8.根据权利要求7所述的地热采集装置，其特征在于，

还包括传热部，沿热量传递方向，所述传热部的尾端与所述地热采集部的首端连接，所述传热部的首端与所述换热部连接。

9.根据权利要求8所述的地热采集装置，其特征在于，

所述传热部包括多个所述热管，所述热管具有所述开口的一端与相邻所述热管具有所述封闭件的一端连接。

10.根据权利要求7所述的地热采集装置，其特征在于，

所述热管的两端均设有法兰，相邻所述热管通过所述法兰贴合，并通过螺纹紧固件连接；

或者，还包括连接套，相邻所述热管的相邻端分别插接在所述连接套的两端。

11.地热采集装置，其特征在于，包括：

地热采集部，包括多个如权利要求6所述的热管，所述热管具有所述第一传热件与相邻所述热管具有所述第二传热件的一端连接，以使所述第一传热件与相邻所述热管的所述第二传热件共同限定出用于容纳传热工质的第二腔体，所述第二腔体与所述第一腔体分隔；

换热部，包括换热器，所述换热器用于传递由所述地热采集部采集的热量。

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