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热管地表热能利用系统方法及应用

阅读：861发布：2021-02-25

IPRDB可以提供热管地表热能利用系统方法及应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种采用热管实现对地表热能进行利用的系统、方法及应用，采用将热管的蒸发端埋入到地下，其蒸发端设置在地面上，在其蒸发端上设置有一个热交换设备，将热管的热能进行热交换后加以利用。本发明提供了采用热管实现对地表热能进行利用的方法，采用热管降热能进行传递后加以利用。采用本发明的技术可以实现对地表的热能进行利用，可以广泛的应用于建筑供暖、建筑供暖、农业温室栽培热能提供、农业水产养殖热能系统、农业畜牧养殖热能系统、热泵地热应用等领域。，下面是热管地表热能利用系统方法及应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.热管地表热能利用系统，其特征是：含有至少一个热管，热管的至少一个蒸发端被埋入地下，热管的至少一个冷凝端设置有至少一个换热设备，将地表热能通过热管传输到地面加以利用。

2.根据权利要求1所述的热管地表热能利用系统，其特征是：所述热管的腔体为一个外形为直线、曲线且相互连通的空腔和/或一个外形为环的相互连通的空腔。

3.根据权利要求1所述的热管地表热能利用系统，其特征是：热管的材质为下列的一种：碳钢(铁)、不锈钢、铜、铝以及其合金金属、非金属管或金属非金属复合管。

4.根据权利要求1所述的热管地表热能利用系统，其特征是：在热管上设置有控制器件、仪表、测量传感器。

5.根据权利要求1所述的热管地表热能利用系统，其特征是：热管的埋入地下与地层接触部分设置有导热和/或防腐性能的物质，在与地面接触部份的外壳设置有保温材料。

6.根据权利要求1所述的热管地表热能利用系统，其特征是：将多个热管的蒸发端或一个热管的多个蒸发端埋入到地表一下，多个热管的冷凝端进行串联、并联或共用一个换热器进行换热。

7.根据权利要求1所述的热管地表热能利用系统，其特征是：所述的地面换热设备至少选择自下列一种：A、通过热管冷凝端的壳体或设置在热管冷凝端壳体上的翅片与地面空气进行换热；

B、多个热管的冷凝端被设置在一个共同的换热器中进行换热；

C、在热管的冷凝端设置有一个套管，在套管上设置有至少一个进口以及一个出口，流体通过进口进入，通过出口流出实现与热管的换热；

D、通过一个一端与热管冷凝端进行连接的换热器进行换热；

E、建筑墙体的内部，并嵌入到建筑墙体之中，与建筑墙体成为一体。

8.热管地表热能利用方法，其特征是：利用热管将地下热能直接传导到地面加以热能利用。

9.根据权利要求8所述的热管地热热能利用方法，其特征是：将热管的蒸发端埋入到地表一下，吸收地表的热能，在其冷凝端设置有换热设备，将热能通过换热设备进行交换，实现热能的利用。

10.热管地热热能利用方法的应用，其特征是：将换热设备所获得的热能应用于下列领域：A、建筑供暖；

B、农业温室栽培热能提供；

C、农业水产养殖热能系统；

D、农业畜牧养殖热能系统；

E、热泵与地表换热。

说明书全文

技术领域

本发明涉及地表热能利用，用于地表热能的传热、集热、换热，其应用领域热能的各种应用，包括建筑供暖、温室栽培、水产养殖等。

背景技术

热管在地表热能的应用中，主要有“冻土防护”，如在青藏铁路中所采用的热管，主要的目的是为了防止冻土解冻，将冻土中的热能传递出来，此目的并非将地表的热能加以利用。其次，也有采用热管用于冬季融雪，这种技术主要是对道路交通、机场等进行融雪，热管的整体都是被埋在地表一下，热管的热能被直接在地表一下被利用，地下的热能没有被传导到地面以上被利用。除此之外的应用中，还没有将热管直接进行传递到地面，加以热能的利用的案例。
地表热能是太阳能的储存形式，也是地球地心的热能传递发散的交换地点，因而其常年有稳定的利用价值，在能源稀缺的时代，将此部分热能加以利用，可以为人类能源的利用提供一种新的技术方法。利用热管技术的优势，将地表热能直接传递到地面进行利用，可以为地表热能的利用提供一种全新的技术方法。

发明内容

本发明的目的就是提供一种采用热管技术实现对地表热能进行利用的设备，将热管的冷凝端埋入到地表一下，在热管的蒸发段上设置有一个换热器，将热管的热能通过换热器进行热能的交换后，实现对热能的利用。
本发明的另一个目的是发明了一种利用热管实现对地下热能进行利用的方法，将地表热能通过热管传递到地面，通过在地表与冷凝端的换热，实现地表热能的应用。
本发明的另一个目的是提供了通过热管传递地表热能方法的应用，主要可以将热能应用于建筑供暖、农业温室栽培热能提供、农业水产养殖热能系统、农业畜牧养殖热能系统、热泵与地表换热。特别是针对热泵的换热，为热泵技术提供了一种新的技术方法，实现与地表热能进行换热。
具体发明内容如下：
热管地表热能利用系统，至少含有一个热管，热管的蒸发端被埋入地下，热管冷凝端设置有至少一个换热设备，将地表热能直接通过热管传输到地面加以利用。
利用热管高效传热的特性，将地表热能进行吸收后传递到冷凝端，通过冷凝端的换热器进行热能的交换后，实现对热能的交换以及利用。
所述热管的腔体为一个外形为直线、曲线但相互连通的空腔和/或一个外形为环的相互连通的空腔。
热管腔体可以是任何形状和结构的一个相互连通的腔体，其外形为直线、曲线，或外形为环的腔体。热管的腔体包含有一个腔体的结构以及多个腔体的结构，或者是一个环的腔体，或多个环的腔体。
热管的断面形状为下列之一：圆形、矩形、多边形、椭圆形、菱形、方形；
热管的形状是下列至少下列形状之一：
弯曲的、蛇行、波浪形、螺旋形；
热管腔体的直径或截面的长度相同或不同；
热管的至少一部分壳体内部或壳体外部上设计有翅片；
热管的材质为下列的一种：
碳钢(铁)、不锈钢、铜、铝以及其合金金属、非金属管或金属非金属复合管；
为实现对热管的控制，在热管上设置有控制器件、仪表、传感器件，控制器件可以采用阀门，但是所采用的阀门必须保持热管腔体的真空度，采用控制器件、仪表、传感器件实现对热管的传热大小、传热不传热、传热实际时间等热能性质进行控制。
热管的埋入地下与地层接触部分灌入导热和/或防腐性能的物质，在与地面接触部份的外壳设置有保温材料。
所述的换热设备至少选择自下列一种：
A、通过热管冷凝端的壳体或设置在热管冷凝端壳体上的翅片与地面空气进行换热；
B、多个热管的冷凝端被设置在一个共同的换热器中进行换热；
C、在热管的冷凝端设置有一个套管，在套管上设置有至少一个进口以及一个出口，流体通过进口进入，通过出口流出实现与热管的换热；
D、通过一个一端与热管冷凝端进行连接的换热器进行换热；
E、建筑墙体的内部，并嵌入到建筑墙体之中，与建筑墙体成为一体。
热管地表热能的利用方法，利用热管将地下热能直接传导到地面加以热能利用。
将热管的蒸发端埋入到地表一下，吸收地表的热能，在其冷凝端设置有地面换热设备，将热能通过地面换热设备进行交换，实现热能的利用。
将多个热管蒸发端或一个热管的多个蒸发端埋入到地表一下，多个热管的冷凝端进行串联、并联或共用换热器进行换热。
热管地表热能的利用方法的应用，将换热设备所获得的热能应用于下列领域：
A、建筑供暖；
B、农业温室栽培热能提供；
C、农业水产养殖热能系统；
D、农业畜牧养殖热能系统；
E、热泵与地表换热。
下面结合附图进一步进行说明
图中所示的标号含义如下：
1：蒸发端，2：冷凝端，3：进口，4：出口，5：地表，6：换热设备，7：保温材料，8：导热防腐材料，9：控制器件，10：仪表，11：环，12：建筑腔体。
图1：热管地表热能利用系统；
一个热管，其蒸发端被设置在地表内，并埋入土地中，其冷凝端上设置有一个换热设备，在换热设备上设置有一个进口与一个出口，在接近地面的部位设置有保温材料，在蒸发端设置有导热保温材料，热管的蒸发端将热能传递到冷凝端，在冷凝端换热设备的进口流入的流体与冷凝端进行换热，然后经由出口流出，实现热能的交换与利用。
图2：带翅片的热管地表热能利用系统；
本系统在热管的冷凝端设置有一个翅片，通过翅片与空气直接进行换热，实现热能的交换，此时，翅片即为换热设备。
图3：多个热管冷凝端串联换热系统；
多个热管的冷凝端进行串联，实现多个热管的换热，流体经由入口进入，然后从出口流出，实现了对流体的换热。
图4：多个蒸发端并联换热系统；
多个蒸发端与一个共同的冷凝端组成了一个地表热能利用系统，在冷凝端设置有一个换热器，实现了地表热能的交换与利用。
图5：带有一个环的热管系统；
含有一个环的热管结构，热管的腔体的形状为一个环，在地表以上的环的部分，设置有一个换热器，换热器与热管的冷凝端进行换热，在环上还是设置有控制器件以及仪表，用于对热管系统的控制，采用带环的热管系统，实现了对地表热能的利用。
图6：带有一个环的热管与换热器系统；
带有一个环的换热器，此时的换热器为一个板式、管壳等不同形式的换热器，实现热管与换热器的结合与连接，使得热能被高效的利用。
图7：多个热管与一个共同的换热设备；
多个热管的冷凝端设置在一个共同的换热器中进行换热，一个共同的换热器中含有三个热管的冷凝端。
图8：多个蒸发端与多个冷凝端的热管系统；
含有多个蒸发端与多个冷凝端的热管系统，在不同的热管的冷凝端设置有串联的换热设备，实现热能的交换。三个蒸发端的热管的直径不相同，实现了不同的直径的热管的地表热能利用。
图9：与建筑腔体一体化的热管系统；
热管的冷凝端设置在建筑腔体的内部，热管的蒸发端设置在地表一下，热管热能直接的传递的建筑腔体的内部，实现对建筑队的腔体的保温与温度控制。
具体实施方式：
案例一、标准的热管利用系统
参见图1：采用直径为38MM的碳钢管，在其地表部位设置有保温材料(7)，在底部设置有导热防腐材料(8)。其蒸发端设置在地表一下，其冷凝端(2)设置在地面以上，在冷凝端设置有换热设备(6)，在其上设置有进口以及一个出口(4)，采用水作为传热的流体介质，热管将水加热后加以利用。
案例二、翅片空气热交换器
参见图2：本案例中，采用翅片(6)为热交换器件，热管的热能直接被传送到地面，直接与空气进行热交换，该方式可以实现对建筑物以及温室的直接加热，热量直接被传递到空气中被利用。在其上还设置有控制器件(9)，实现对热管的控制。
案例三、含有多个冷凝端的热管系统
参见图3：采用直径108MM的复合PVC管，其管的内壁为铝，外层为PVC，长度为13米，其蒸发端可以直接埋入到地下，其冷凝端(2)上设置有换热器，将四个换热器进行串联，热流体为水，实现将热流体进行连续加热，从而得到温度为10度的水，在冬季可以利用此种水作为热泵的热源，在利用热泵将温度提升，实现在冬季的供暖。
案例四、含有三个蒸发端一个冷凝端的热管系统
参见图4：采用直径为38MM的不锈钢管，每个长度为1米，三个蒸发端进行焊接后与一个冷凝端(2)进行连接，冷凝端(2)也采用直径为58MM的不锈钢管，冷凝端(2)设置有一个进口以及一个出口的热交换器，实现对地热的利用。
案例五、一个闭环热管
参见图5：采用直径为38MM的碳钢管，使其成为长度为3米，宽度为5米的长方形，在其上设置有仪表以及开关阀门，其冷凝端(2)为长方形的地面部分，在其上设置有一个换热器(6)，通过换热器加工热流体制冷剂R134，实现对制冷剂的加热。
案例六、一个板式换热器的热管系统
参见图6：采用直径为10MM的铜金属管，铜管埋入地表一下的深度为1.5 米，长度为10米，将其两端与板式换热器(6)的两端进行连接，被加热的流体为氨气，通过板式换热器实现对氨气的加热，可以用于热泵的热源端。
案例七、含有三个热管冷凝端的换热器
参见图7：采用截面为长方形的铝型材管，作为本案例的热管壳体，其规格为12MM长15MM宽，埋入地下部分为3米，三个热管的冷凝端(2)被设置在一个共同的换热器中，换热器上设置有进口以及出口，实现对地表热能的利用。
案例八、多个蒸发端以及多个冷凝端的热管系统
参见图8：采用一个“循环自激振荡热管的结构”，多个蒸发端都被埋入到地面一下，多个冷凝端(2)被设置在地面以上，热管的壳体采用直径为30MM 的不锈钢管，整体长度为20米，采用一个换热器将多个冷凝端(2)进行换热，实现采用“循环自激振荡热管的结构”的地表热能的利用。
案例九：建筑物的直接加热利用
参见图9：将直径为12MM的PVC复合管的蒸发端埋入地下，地下部分的长度为30米，冷凝端(2)直接被加入到建筑墙体中，直接将热能通过建筑腔体加热到建筑物的内部，实现温度的调价与控制。

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