專利名稱：從地表中為熱泵收集熱能的探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一用來從地表中為熱泵收集熱能的探頭，該泵可以是所謂的“水/水”型或“氣./水”型泵。
背景技術(shù)：
這樣的設(shè)備用來收集地殼上層中存在的熱能，以便集中所述能量(提高其溫度)，并供應(yīng)其所述集中的形式以饋送到一加熱的回路。對(duì)于一“水/水”型泵，泵芯包括一壓縮機(jī)和兩個(gè)分別連接到收集網(wǎng)絡(luò)和供熱網(wǎng)絡(luò)的熱交換器，連同一包括一冷凝器、一膨脹器和一蒸發(fā)器的冷凍機(jī)回路。壓縮機(jī)在蒸發(fā)器處集中從地表收集能量并供應(yīng)能量，以供應(yīng)到冷凝器處的加熱回路。
在收集網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)置有一由用來循環(huán)一傳熱流體的回路構(gòu)成的“收集器探頭”，傳熱流體通常是一諸如具有添加到其中的乙二醇的水那樣的液體，但它同樣也可以是一氣態(tài)流體。該收集器流體或傳熱流體被熱泵的蒸發(fā)器冷卻，然后，送到地面內(nèi)以便通過與周圍介質(zhì)接觸而被加熱，由此，從其中萃取熱能。當(dāng)回路處于操作中時(shí)，埋入在所述周圍介質(zhì)內(nèi)的探頭的各線性測量計(jì)因此可攜帶幾焦耳熱能到熱泵，以此方法加熱的流體然后返回到熱泵，熱泵集中和供應(yīng)以此方法收集的熱能。
收集器探頭通常以構(gòu)成一回路的管子形式實(shí)現(xiàn)，回路在其各端處連接到熱泵的對(duì)應(yīng)終端。管子特性，尤其是其壁的熱傳導(dǎo)率，確定其與周圍介質(zhì)的熱交換特性。此外，管子直徑以及回路的較長或較短長度確定熱交換面積，以及從中收集熱量的周圍介質(zhì)的質(zhì)量。
一稱之為“水平”收集的第一技術(shù)在于，將管子埋入地表下一淺的深度(約50厘米(cm)至70厘米)，使它循著一蜿蜒的路徑，從而占據(jù)一最大地面面積，以便接合周圍介質(zhì)的一足夠的質(zhì)量。
對(duì)于埋入探頭的目的，該第一技術(shù)要求地面在一大范圍內(nèi)成條帶形，或者它要求挖掘管溝，并具有源于這些要求的各種約束運(yùn)土成本；在一房屋下放置收集網(wǎng)絡(luò)的不可能性；以及管子埋入之后如何可利用地面的限制，例如，不可能在其中植樹。
另一稱之為“垂直”收集的技術(shù)在于，將一垂直鉆孔鉆進(jìn)到一深達(dá)100米(m)的深度，然后，在全部深度上埋入一個(gè)或多個(gè)回路的管子。給定可以到達(dá)的深度，該第二技術(shù)需要一相對(duì)大直徑的鉆孔，在200毫米(mm)的量級(jí)上，因此，在使用中需要笨重而龐大的專用設(shè)備。的確，它可從地面的一小區(qū)域中展開，但它遭受其它的缺點(diǎn)鉆探的成本和時(shí)間；控制較差的熱交換；介質(zhì)只涉及鉆孔周圍的單一圓柱形質(zhì)量的形式。
因此，目前提出的用來埋入熱泵用的收集器探頭的解決方案，無論從經(jīng)濟(jì)上說，還是熱交換效率方面，都還沒有找到真正滿意的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，其提出一新穎探頭為熱泵收集取自地表的熱能·在埋入時(shí)最大程度地減少麻煩事；·以低的成本；·在如何使用地面方面不留下其后的限制；以及·此外，與以前提出的解決方案相比，從熱交換效率的觀點(diǎn)來看，它特別地能夠進(jìn)行優(yōu)化。
在一不喻自明的方式中，本發(fā)明的探頭包括一用來循環(huán)傳熱流體的回路，該回路具有適于連接到一熱泵對(duì)應(yīng)終端的一流體入口和一流體出口?；芈钒ㄖ辽賰蓚€(gè)平行延伸的管子，一流體進(jìn)口管連接到流體入口，而一流體返回管連接到流體出口。流體進(jìn)口管和返回管在其遠(yuǎn)端處彼此連通。
在表征本發(fā)明的方式中，流體進(jìn)口管和返回管在其全部長度上制成有一公共壁，并形成一用于埋入的單個(gè)管狀元件，該管狀元件具有一帶所述流體入口和出口的近端，并具有一自由的遠(yuǎn)端。
本發(fā)明的探頭因此呈一柔性管狀元件的形式，其一個(gè)端部設(shè)置有流體入口和流體出口，而其另一端為自由的。
該結(jié)構(gòu)能使管狀元件通過其自由的部分插入到一小直徑(幾十毫米)的隧道內(nèi)，且其通過一單一點(diǎn)朝向表面敞開。
用于埋入的管狀元件呈柔性，以使其能適應(yīng)隧道過程可能遵循的復(fù)雜的弧形，同時(shí)需有足夠的強(qiáng)度，以便能在其全部長度上獨(dú)自地從其一端推入到隧道內(nèi)。
小尺寸的鉆孔機(jī)能夠非常容易地挖出隧道，其在幾十米的長度上花費(fèi)成本低，且具有幾十毫米(例如，50mm的直徑)的直徑，例如，用于在路面或住房下通過供水管的微型鉆孔機(jī)或“鼴鼠”不需開挖任何的敞開的溝渠。用這樣鉆孔機(jī)挖掘的隧道不必是垂直的或水平的，但可以循著適于場地構(gòu)造的任意弧形的路徑。挖掘這樣一隧道不導(dǎo)致對(duì)地面的很大破壞，因此，消除水平收集器的主要缺點(diǎn)，還能挖出足夠深的隧道，避免對(duì)植樹或在地面內(nèi)挖孔的阻礙。
最后，挖這樣一隧道在地面上僅需要一小的區(qū)域，該區(qū)域甚至可取自建筑物內(nèi)，在此建筑物內(nèi)，可以從建筑物下面全面地或局部地收集熱能。
根據(jù)各種優(yōu)選的和有利的諸特征·公共壁是一等溫壁；·返回管的流體流動(dòng)截面大于進(jìn)口管的流體流動(dòng)截面；·流體返回管的壁的內(nèi)表面設(shè)置有突出的部分，其適于在所述管內(nèi)流動(dòng)的流體中形成紊流，而流體進(jìn)口管的壁的內(nèi)表面是一光滑表面，其適于在所述管內(nèi)流動(dòng)的流體中促成層流；·用于埋入的所述單一管狀元件的外截面，在所述元件的全部長度上是均勻的，尤其是，呈圓形；·用于埋入的所述單一管狀元件的外直徑小于150mm，較佳地小于100mm，最好小于50mm；·管子用柔性材料制成，其適于對(duì)埋入的管狀元件提供柔性；·用于埋入的所述單一管狀元件的遠(yuǎn)端在其外部設(shè)置有一配合的端塊；以及·沿著其長度的選擇段，探頭還可包括流體進(jìn)口管和/或流體返回管的加強(qiáng)的絕熱。
在一第一實(shí)施例中，流體進(jìn)口和返回管是一個(gè)接合在另一個(gè)內(nèi)的兩個(gè)管子，兩個(gè)管子之一是在其遠(yuǎn)端處敞開的一內(nèi)管，使其壁構(gòu)成所述公共壁，而兩個(gè)管子之另一個(gè)是包含內(nèi)管并在其遠(yuǎn)端處封閉的一外管。
在此實(shí)施例中，有利地是，內(nèi)管的內(nèi)表面是一光滑表面，其適于在所述管內(nèi)流動(dòng)的流體中促成層流，而該內(nèi)管的外表面設(shè)置有突出的部分，其適于在外管內(nèi)的所述管外流動(dòng)的流體中形成紊流。此外，內(nèi)管壁可以是一具有等溫內(nèi)芯的復(fù)合壁。
在另一實(shí)施例中，流體進(jìn)口和返回管是毗鄰的兩管?？梢杂幸慌c一單一的返回管相連的單一進(jìn)口管，返回管的截面大于進(jìn)口管的截面。然而，也可提供至少三個(gè)管子，使流體進(jìn)口管的數(shù)量少于流體返回管的數(shù)量，返回管的總的截面大于進(jìn)口管的總的截面。
本發(fā)明還提供一為熱泵從地表收集熱能的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)如上所述的探頭，它們埋入在地表內(nèi)挖出的隧道內(nèi)。這樣一網(wǎng)絡(luò)具有一三維的構(gòu)造，其由一在地面給定區(qū)域和給定埋入深度上延伸的包圍體積所界定。
有利地是，諸探頭包括流體進(jìn)口管和/或流體返回管的加強(qiáng)的絕熱件，絕熱件位于在地表層和所述包圍體積之間延伸的部分上。


下面是參照附圖對(duì)給定的本發(fā)明裝置的一實(shí)施例的描述，其中，相同的標(biāo)號(hào)用來從一個(gè)圖到另一圖表示相同的或功能上類似的元件。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例中的一收集器探頭的垂直截面。
圖2是圖1的線II-II上的平面截面圖。
圖3是圖1中標(biāo)記為III的細(xì)節(jié)。
圖4是圖1的線IV-IV上的截面圖。
圖5、6和7類似于圖4，示出本發(fā)明的其它實(shí)施例。
圖8是一示意圖，示出本發(fā)明的多個(gè)探頭如何能與一公共熱泵相連地串聯(lián)連接。
圖9和10是一立面圖和一截面圖，示出安裝在地表內(nèi)的一系列的探頭，且其構(gòu)造特別具有優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，標(biāo)號(hào)10是本發(fā)明的收集器探頭的總的標(biāo)號(hào)，在此實(shí)施例中，它由兩個(gè)管子構(gòu)成，其中一個(gè)接合在另一個(gè)中，它包括一外管12和一內(nèi)管14。舉例來說，外管的外直徑d約為40mm，因此，它能插入到具有稍大直徑D的一隧道或井16內(nèi)，例如，一稍大直徑可為50mm。
外管12可用任何合適的方法在其遠(yuǎn)端18處封閉，例如，用機(jī)械的堵塞，或趁熱模制成一封閉的結(jié)構(gòu)。該端部18也可有利地用一保護(hù)端塊20覆蓋，例如，金屬制的端塊，使它更容易地接合隧道中的管子。
內(nèi)管14在其遠(yuǎn)端22處敞開，以便在所述端部22和外管12的面向封閉端部18之間留下一間隙24。
在近端處，外管和內(nèi)管12和14連接到一連接頭元件26，其能將兩個(gè)管子彼此連接在一起，使內(nèi)管14占據(jù)中心位置，并在標(biāo)號(hào)28處顯露出來。連接頭26還具有敞開而進(jìn)入一環(huán)腔32內(nèi)的縱向通道30(在圖2截面圖中也可見)，環(huán)腔32又與外孔34連通，因此，外孔34與外管12的體積流體地連通，所述外管12在所述管子的壁和內(nèi)管14的壁之間延伸。
內(nèi)管14可以有利地用圖3中詳細(xì)所示的方式制造，其包括一內(nèi)壁36和一外壁40，內(nèi)壁36具有光滑的自由表面38，外壁40具有一設(shè)置有突出部分44的外表面42。一等溫的內(nèi)芯46用來在管子14任一側(cè)上流動(dòng)的流體流之間提供絕熱。
流體在探頭內(nèi)循環(huán)如下。
離開熱泵的冷流體引入到(箭頭50所示)內(nèi)管14的自由近端28內(nèi)，流體從該近端流到遠(yuǎn)端22，光滑表面38促成管內(nèi)流體的層流。
然后，流體展開而進(jìn)入位于外管12(流體返回管)遠(yuǎn)端處的區(qū)域24內(nèi)，流體從該遠(yuǎn)端送回，在其全部長度上朝向該管的相對(duì)端(箭頭52、54所示)，以便通過通向連接頭元件26的出口34(箭頭58所示)的通道30而被收集(箭頭56)。突出部分44的存在有利于在流體中形成紊流，由此，減慢流動(dòng)和提高與外界的熱交換。
從內(nèi)管14的近端引入的流體被直接帶到該管的遠(yuǎn)端開口22，而不越過除管子所循的弧形之外的任何其它障礙物。一旦到達(dá)遠(yuǎn)端開口，外管遠(yuǎn)端處的流體返回朝向其近端。
當(dāng)沿著外管12流動(dòng)時(shí)，收集器流體從周圍介質(zhì)中接受熱能，然后，返回到熱泵，在返回冷卻的流體回到探頭內(nèi)之前，熱泵集中和萃取所述熱能，以便重新開始一收集循環(huán)。
可以看到，采用所示的該結(jié)構(gòu)，熱量收集在探頭遠(yuǎn)端區(qū)域內(nèi)開始，即，可能是最熱的區(qū)域，以及其中溫度最快地重新開始的區(qū)域，此后液體上升返回朝向熱泵，由此，熱泵被加熱流體所饋送。
在某些情形中，流體的流動(dòng)方向可以倒過來，即，可允許流體通過孔34流入外管12內(nèi)(然后，它成為一流體進(jìn)口管)內(nèi)，以便在其全部長度上沿其流動(dòng)并在遠(yuǎn)端處被管14(它由此變?yōu)榱黧w返回管)收集，并通過開口28而從中萃取。在這樣的情形下，與上述結(jié)構(gòu)不同，它則是最靠近連接頭元件26的周圍介質(zhì)的部分，即，它最卷入到熱交換中?？梢匀菀椎乩斫獾?，只要反向流體循環(huán)通過收集器探頭的方向，即可選擇這兩個(gè)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或另一個(gè)，由此，使得根據(jù)要求來優(yōu)化熱交換變得非常簡單，或者，可試驗(yàn)兩種結(jié)構(gòu)并比較獲得的結(jié)果。
外管12由一具有足夠強(qiáng)度和半剛度的材料制成，在大多數(shù)情形中，該材料能夠沿著已經(jīng)鉆出的隧道16推進(jìn)管子。如果需要的話，管子可以加壓以增加其剛度和其強(qiáng)度。也可選擇材料使其具有承受伸展的足夠能力，這樣，在必要的情形下，能夠沿著隧道從其敞開的遠(yuǎn)端曳拉管子。管子還應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度來抵抗被弄平，并相對(duì)于沿其循環(huán)的流體應(yīng)表現(xiàn)為惰性。
在實(shí)踐中，由聚丙烯制成的飲用供水管(直徑32mm，厚度3.6mm)可完全適用于熱泵的大多數(shù)情形，其中，使用水和乙二醇的混合物作為熱收集器網(wǎng)絡(luò)中的傳熱流體。
如果網(wǎng)絡(luò)的傳熱流體是氣體，則可以使用小直徑的金屬管，以便限制采用的氣體量和減小壓頭損失。具體來說，可以使用不銹鋼管制成的管子，通過焊接其在端部處封閉，或者預(yù)先地或者在管子埋入時(shí)根據(jù)需要，采用焊接方法(例如，軌道的TIG焊接)端部對(duì)端部地將管段連接起來在這樣的情形中，使用任意長度的管段，可以快速地形成連續(xù)管，且管子強(qiáng)度沿其全部長度完全均勻。
內(nèi)管14可以是具有足夠柔性的塑料材料的管子，且有利地設(shè)置有與其一體形成的突出部分44，例如，凹槽、凸起等。其長度與外管的長度相匹配，以確保它的遠(yuǎn)端開口22位于離開外管封閉端18幾個(gè)厘米，所述遠(yuǎn)端開口可以斜切而最大地供應(yīng)流體?？稍O(shè)置能使流體循環(huán)的側(cè)向槽(未示出)，即使在探頭被弄平或某種其它方式被堵塞的情形中，也能使流體形成循環(huán)。
與外管12相同，內(nèi)管14相對(duì)于收集熱的流體必須呈惰性。沿著其長度，其最小曲率半徑必須小于或等于外管的曲率半徑，且其外直徑必須小于外管的內(nèi)直徑，以使它能夠接合在外管內(nèi)。
可以看到，對(duì)于內(nèi)管和外管不需是嚴(yán)格的同軸；內(nèi)管14可以與外管12的內(nèi)壁接觸，例如，在探頭呈弧形的區(qū)域內(nèi)，而不阻礙流體的循環(huán)倘若管子不被弄平，則流動(dòng)截面仍保持相同，的確，從熱力的觀點(diǎn)來看，這樣一單一性可具有在單一性發(fā)生處形成附加紊流的優(yōu)點(diǎn)。
內(nèi)管14的材料較佳地是傳導(dǎo)率低的材料，否則，它可由包括一如圖3所示的等溫內(nèi)芯的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，以便熱力地絕緣沿相對(duì)方向的流動(dòng)，即，將內(nèi)管14內(nèi)的流動(dòng)(進(jìn)口流)與外管12內(nèi)的流動(dòng)(返回流)隔開。熱交換必須基本上發(fā)生在外管12內(nèi)流動(dòng)的流體和周圍介質(zhì)之間，而不發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)方向流動(dòng)之間。
外管和內(nèi)管的各自截面應(yīng)有利地選擇為在進(jìn)口流截面(內(nèi)管14中)和返回流截面(外管12和內(nèi)管14之間)之間形成一最佳比例。當(dāng)進(jìn)口截面小于返回截面時(shí)，進(jìn)口流的速度高于返回流的速度。一快速的進(jìn)口流在內(nèi)管14中損失，而一返回流速度低，且紊流促進(jìn)外管12和周圍介質(zhì)之間的熱交換。
本發(fā)明的其它實(shí)施例可以構(gòu)思出一不同于以上所述的管結(jié)構(gòu)，其中，一內(nèi)管14以圖4所示的方式接合在一外管12內(nèi)，以分別對(duì)返回流和進(jìn)口流形成兩個(gè)同心的截面60和62。
因此，如圖5所示，可以提供一收集器探頭，其具有一外管64和一不再接合在外管內(nèi)的內(nèi)管66，但它內(nèi)部地接觸以使兩管享有一公共壁68，使兩管在其同一側(cè)延伸。這樣一組件可采用擠壓法或共擠壓法進(jìn)行制造。外管和內(nèi)管64和66的尺寸這樣進(jìn)行選擇形成一返回流截面70，其相當(dāng)?shù)卮笥谶M(jìn)口流截面72，以便減緩返回流和促成熱交換。
在如圖6所示的變體中，兩管不再內(nèi)部地接觸，但代之以它們外部地接觸，探頭呈兩個(gè)毗鄰管74和76的形式，兩管享有一公共壁78，兩管在壁的相對(duì)側(cè)上延伸。還在此情形中，對(duì)管子可選擇不同的尺寸，以便分別優(yōu)化進(jìn)口流和返回流。
在還有一變體中，如圖7所示，提供管子的數(shù)量大于兩個(gè)，例如，有三個(gè)管子80、82和84。如果所有管子是相同直徑，那么，它可以使用兩個(gè)管子80和82用作返回流，而一單一管子84用作進(jìn)口流。這同樣地能整體地提高返回流截面。
在以上所述中，所有描述涉及到存在有適于在返回流中形成紊流的突出部分，以及用于進(jìn)口流的光滑表面，還涉及到進(jìn)口流和返回流之間的絕熱繼續(xù)是適用的，已對(duì)圖5和7所示的各種實(shí)施例作必要修正，其中，兩管接觸而不是一個(gè)接合在另一個(gè)內(nèi)。
圖8是顯示使用本發(fā)明的多個(gè)收集器探頭10、10’、和10”的一種安裝的示意圖，諸探頭串聯(lián)地連接，以便進(jìn)一步提高與周圍介質(zhì)的熱交換。
第一探頭10的入口28連接到熱泵88的流體出口86，所述第一探頭的出口34連接到第二探頭10’的入口28’，如此等等，第三探頭10”的出口34”連接到熱泵88的流體入口90。
當(dāng)由探頭饋送的熱泵需要的流量不能被一單一探頭的管子之一的內(nèi)部截面妥善地滿足時(shí)，也可并聯(lián)地連接多個(gè)收集器探頭。
如將可容易地理解到的，本發(fā)明的收集器探頭或本發(fā)明的多個(gè)收集器探頭可以埋入在循著一路徑的隧道內(nèi)，所述路徑根據(jù)地形的約束和下層土的特性而形成。隧道也可成坡度的、垂直的、起先坡形隨后為水平的、弧形的等。可以提供帶有以下隧道的安裝隧道下降到地表內(nèi)的各種深度，并以足夠的間距將一個(gè)隧道設(shè)置在另一個(gè)隧道上。這樣一結(jié)構(gòu)特別地用于接合收集熱量的介質(zhì)的一質(zhì)量，該質(zhì)量遠(yuǎn)大于線性的或呈二維的結(jié)構(gòu)可能的質(zhì)量，這就如呈垂直或水平的傳統(tǒng)收集系統(tǒng)的情形。
圖9和10是一立面圖和一截面圖，分別示出以此方式安裝在地表內(nèi)的諸探頭的一網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)是特別地具有優(yōu)點(diǎn)。
在所示的實(shí)例中，該網(wǎng)絡(luò)具有五個(gè)如上所述的探頭10，它們引入到基本上從同一部位挖出的隧道內(nèi)，各僅通過一單一的孔通向大氣。
在插入到隧道內(nèi)之后，探頭10串聯(lián)地和/或并聯(lián)地連接，且它們連接到熱泵88。
在圖9和10的有優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)中，探頭的網(wǎng)絡(luò)徑向地從像觸須那樣的連接點(diǎn)延伸通過下層土，在平面圖中(圖10)所述觸須可以是任意形狀，視周圍地表的約束而定，唯獨(dú)的限制是機(jī)器挖掘隧道所能實(shí)現(xiàn)的曲率半徑，以及可被探頭遵循的曲率半徑。就深度而言(圖9)，探頭的網(wǎng)絡(luò)延伸到某一深度，該深度根據(jù)地表的熱力特性和法規(guī)進(jìn)行選擇，通常是地表下0.5m至10m的量級(jí)，即，在全年中趨于呈現(xiàn)均勻溫度的下層土的區(qū)域內(nèi)(溫和區(qū)域和低海拔處，約為9)。這些探頭最好用其熱力端部放置在其下部點(diǎn)，以避免出現(xiàn)氣泡。
在收集熱中接合的地面質(zhì)量由此由位于淺表深度和占據(jù)圍繞熱泵的地面的三維體積92定義。
該收集的體積92延伸地表層以下至少50cm，即使存在有植樹94，也可安裝一探頭的網(wǎng)絡(luò)，如圖10所示，還可在住房96下面通過。該圖還示出兩個(gè)探頭，在平面圖中它們彼此交叉，由于隧道在該部位處不正好是相同的深度，所以，它們的交叉是完全可能的。因此，可以根據(jù)地形的約束來調(diào)節(jié)位置和與周圍介質(zhì)熱交換的強(qiáng)度，同時(shí)，避免與現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)路系統(tǒng)相關(guān)的所有缺點(diǎn)。
此外，管子和探頭10有利地設(shè)置有絕熱件98，例如，呈絕熱套筒的形式，其覆蓋在地面層(集管或與泵88的連接)和收集體積92的上層之間延伸那些部分。這用來避免該地表的淺表區(qū)域內(nèi)的低效的熱交換，這會(huì)跌落到一溫度太低而不能提供滿意的熱效率的溫度。
通過使用多個(gè)各具有25m長度的探頭，由此，即使在一小塊的土地內(nèi)，也可接合周圍介質(zhì)的一大的質(zhì)量，例如，具有的最大尺寸通常為35m至50m的量級(jí)。對(duì)于即使較小尺寸的小塊土地，例如，在低矮房屋的區(qū)域內(nèi)，也可提供多個(gè)重疊的探頭，例如，第一層占據(jù)的收集體積位于地表層以下0.5m至1.5m，收集體積中的第二層位于地表層以下的3m至4m的范圍內(nèi)等，雖然地面面積較小，但可增加所涉及的外界介質(zhì)的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一為熱泵從地表中收集熱能的收集器探頭，該探頭(10)包括一用來循環(huán)傳熱流體的回路，該回路具有適于連接到一熱泵(88)對(duì)應(yīng)終端(86、90)的一流體入口(28)和一流體出口(34)，回路包括至少兩個(gè)平行延伸的管子(12、14；64、66；74、76；80、82、84)，一流體進(jìn)口管(14；66；76；84)連接到流體入口，而一流體返回管(12；64；74；80、82)連接到流體出口，流體進(jìn)口管和返回管在其遠(yuǎn)端處彼此連通，探頭的特征在于，流體進(jìn)口管和返回管在其全部長度上制成有一公共壁，并形成一用于埋入的單個(gè)管狀元件，該管狀元件具有一帶所述流體入口和出口的近端，并具有一自由的遠(yuǎn)端。
2.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，所述公共壁是一等溫壁。
3.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，返回管的流體流動(dòng)截面大于進(jìn)口管的流體流動(dòng)截面。
4.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，流體返回管的壁的內(nèi)表面設(shè)置有突出的部分(44)，適于在所述管內(nèi)流動(dòng)的流體中形成紊流。
5.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，流體進(jìn)口管的壁的內(nèi)表面是一光滑表面，適于在所述管內(nèi)流動(dòng)的流體中促成層流。
6.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，用于埋入的所述單一管狀元件的外截面，在所述元件的全部長度上是均勻的。
7.如權(quán)利要求6所述的收集器探頭，其特征在于，用于埋入的所述單一管狀元件的外截面是圓形截面。
8.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，用于埋入的所述單一管狀元件的外直徑(d)小于150mm，較佳地小于100mm，最好小于50mm。
9.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，管子用柔性材料制成，其適于對(duì)埋入的所述單一管狀元件提供柔性。
10.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，用于埋入的所述單一管狀元件的遠(yuǎn)端在其外部設(shè)置有一配合的端塊(20)。
11.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，所述流體進(jìn)口和返回管是一個(gè)接合在另一個(gè)內(nèi)的兩個(gè)管子(12、14)，兩個(gè)管子之一是在其遠(yuǎn)端(22)處敞開的一內(nèi)管(14)，使其壁構(gòu)成所述公共壁，而兩個(gè)管子之另一個(gè)是包含內(nèi)管并在其遠(yuǎn)端(18)處封閉的一外管(12)。
12.如權(quán)利要求11所述的收集器探頭，其特征在于，內(nèi)管(14)的內(nèi)表面(38)是一光滑表面，其適于在所述管內(nèi)流動(dòng)的流體中促成層流，而該內(nèi)管(14)的外表面(42)設(shè)置有突出的部分(44)，其適于在外管內(nèi)的所述內(nèi)管外側(cè)流動(dòng)的流體中形成紊流。
13.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，內(nèi)管壁可以是一具有等溫內(nèi)芯(46)的復(fù)合壁(36、40、46)。
14.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，所述流體進(jìn)口和返回管是毗鄰的管(64、66；74、76；80、82、84)。
15.如權(quán)利要求14所述的收集器探頭，其特征在于，包括一單一的流體進(jìn)口管(66；76)和一單一的流體返回管(64；74)，其中，返回管的截面大于進(jìn)口管的截面。
16.如權(quán)利要求15所述的收集器探頭，其特征在于，包括至少三個(gè)管子(80、82、84)，使流體進(jìn)口管(84)的數(shù)量少于流體返回管(80、82)的數(shù)量，且其中，返回管的總的截面大于進(jìn)口管的總的截面。
17.如權(quán)利要求1所述的收集器探頭，其特征在于，在其長度的選擇部分段上，還包括流體進(jìn)口管和/或流體返回管的加強(qiáng)的絕熱件(98)。
18.一為熱泵從地表收集熱能的收集器網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的特征在于·它包括多個(gè)如權(quán)利要求1至17中任何一項(xiàng)所述的探頭(10)，探頭埋入在地表內(nèi)挖出的隧道內(nèi)；以及·它具有一三維的構(gòu)造，由一在地面給定區(qū)域和給定埋入深度上延伸的包圍體積(92)所界定。
19.如權(quán)利要求18所述的收集器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，諸探頭(10)具有流體進(jìn)口管和/或流體返回管的加強(qiáng)的絕熱件(98)，絕熱件位于在地表層和所述包圍體積之間延伸的部分上。
全文摘要
探頭(10)包括一用來在連接到一熱泵的一流體入口(28)和一流體出口(34)之間循環(huán)傳熱流體的回路。該回路包括至少兩個(gè)平行延伸的管子(12、14)，包括一流體進(jìn)口管(14)和一流體返回管(12)，流體進(jìn)口管和返回管在其遠(yuǎn)端(18、22)處彼此連通(24)。兩管子在其全部長度上制成有一公共壁，有利地是一等溫壁。它們可以是一個(gè)接合在另一個(gè)(12、14)內(nèi)，或它們可以是毗鄰。該組件形成一用于埋入的單一的管狀元件，其具有一自由的遠(yuǎn)端，遠(yuǎn)端可容易地引入到由微型鉆孔機(jī)已挖掘出的一小直徑的隧道內(nèi)。返回管可設(shè)置有突出部分(44)，其適于在所述管內(nèi)流動(dòng)的流體中形成紊流。
文檔編號(hào)F24J3/08GK1854641SQ20051011920
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2005年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者喬治·弗維埃, M·霍普斯 申請(qǐng)人:海迪斯聯(lián)合股份公司