一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器的制作方法

本技术属于深层同轴套管地热供暖，具体涉及一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器。

背景技术：

1、在气候变化以及《巴黎协定》(the paris agreement)和联合国可持续发展目标7(sdg7)等国际协议的推动下，各国正在向可再生能源发展。地热能作为一种新型清洁能源，由于其分布范围广且不受空间展布限制等优势，已经成为继水力、生物质能之后的最具开发潜力的可再生能源。

2、中深层同轴钻孔换热器通过同轴方式竖直放置内管(保温管)进行流体封闭式循环，以热传导的方式从岩土体中取热，实现取热不取水。然而，传统的中深层同轴地热系统换热区域有限，往往存在取热温度不高、热损失严重、换热效率不稳定等问题，导致中深层同轴换热系统效率低下。基于此，急需研发一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，以有效解决上述问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就在于提供一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，以解决取热温度不高、热损失严重以及换热效率不稳定等因素导致中深层同轴换热系统效率低下的问题。

2、本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，包括热泵机组14、驱动装置18及埋设在岩土体1中的地下换热器19；所述地下换热器19与热泵机组14连接形成闭合回路；

4、其中，所述热泵机组14包括压缩机15、凝缩机16和膨胀阀17；

5、所述驱动装置18连接于内管4出口处，能够带动内管4转动，内管4外壁设有螺旋翅片6，内管4外壁上还装有由3个相连的锥齿轮构成的同轴反转装置26，同轴反转装置26能够改变上下内管4转动方向，实现相邻内管4之间的反向旋转；

6、所述地下换热器19包括外管3、岩土体1与外管3之间的回填材料2、外管3与内管4之间的循环工质25、同轴反转装置26及位于内管4与外管3之间的多个内管固定装置27；

7、所述内管4出口与水管套头24连接，并在水管套头24上加装驱动装置18，水管套头24出口连接水管ⅰ20，水管ⅰ20连接压缩机15，压缩机15与凝缩机16通过水管ⅱ21连接，凝缩机16与膨胀阀17通过水管ⅲ22连接，膨胀阀17连接水管ⅳ23，水管ⅳ23连接水管套头24，形成密闭循环空间；所述内管4外壁空间的工质25能够通过内管4内部经水管ⅰ20进入热泵机组14。

8、进一步地，所述外管3采用高导热系数的碳纤维材料，内管4采用具有低导热系数的聚氨酯材料。

9、进一步地，所述外管3与岩土体1之间通过回填材料2填充空隙固定外管3；所述内管4与外管3为同轴套管，内管4镶嵌在外管3内部，外管3内壁与内管4外壁之间的空间由水管套头24连接，用于输入工质25，内管4内部空间由水管套头24连接用于输出工质，内管4底部略低于外管3。

10、进一步地，所述螺旋翅片6通过高温焊接于内管4外壁，内管4顶部与水管套头24连接处设有驱动装置18；所述同轴反转装置26可以安装在不同的内管4之间，同时驱动装置18可以以不同速度转动并带动螺旋翅片6。

11、进一步地，所述3个锥齿轮为上部锥齿轮9、垂向锥齿轮31和下部锥齿轮32，驱动装置18带动上部内管4顺时针转动，上部内管4带动上部锥齿轮9顺时针转动，垂向锥齿轮31带动下部锥齿轮32顺时针转动，下部锥齿轮32带动上部锥齿轮9逆时针转动，上部锥齿轮9带动下部内管4逆时针转动。

12、进一步地，所述内管4内壁端口设有螺纹状的内管内壁螺旋段5；所述上部锥齿轮9、垂向锥齿轮31和下部锥齿轮32为内部空心，锥齿轮内壁设有锥齿轮内壁螺纹10，内管4与锥齿轮通过螺纹连接。

13、进一步地，每两根内管4之间加装一组内管固定装置27，内管固定装置27同时与内管4外壁、外管3内壁及垂向锥齿轮31连接。

14、更进一步地，所述内管固定装置27由固定螺母7、轴承11以及支撑杆13构成，支撑杆13一端与轴承11外壁高温焊接，轴承11外壁共等距焊接4条支撑杆13，其中3条直支撑杆13与外管3内壁之间的距离相等，另1条工形支撑杆8略短，但长于垂向锥齿轮31。

15、更进一步地，上内管4的内管固定装置27与下内管的内管固定装置27通过工形支撑杆8端的固定螺母7进行焊接，垂向锥齿轮32通过工形支撑杆8端的螺母固定，共同构成完整的固定装置，防止内管4偏移和产生离心转动。

16、更进一步地，所述轴承11由球体12、外环28、内环29以及保持架30组成，外环28连接支撑杆13，内环29连接内管4外壁，保持架30固定内、外环之间的球体12，当内管4转动时，轴承保持内环29转动外环28不动，起到衔接固定装置作用。

17、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

18、1、本实用新型通过在内管上部装驱动装置，带动加装螺旋翅片的内管转动，增大换热面积；

19、2、通过在内管安装外套轴承及连接外管内壁的支撑架，轴承保持内管转动时轴承外部及支撑架不动，上下两个轴承及6个支撑架，固定了内管的相对位置，提升换热器的稳定性，增强换热效率；

20、3、通过在内管内壁端口处设置螺纹，与锥齿轮内部螺纹进行连接，对上下每段套管进行固定，简化套管的安装流程，提高操作效率；

21、4、通过在内管加装锥齿轮，在驱动装置带动下，实现每两个套管之间的反向转动，进一步增大换热面积，减少热传递损失，提升换热效率的稳定性。

技术特征：

1.一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，其特征在于：包括热泵机组(14)、驱动装置(18)及埋设在岩土体(1)中的地下换热器(19)；所述地下换热器(19)与热泵机组(14)连接形成闭合回路；

2.根据权利要求1所述的一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，其特征在于：所述外管(3)采用高导热系数的碳纤维材料，内管(4)采用具有低导热系数的聚氨酯材料。

3.根据权利要求1所述的一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，其特征在于：所述外管(3)与岩土体(1)之间通过回填材料(2)填充空隙固定外管(3)；所述内管(4)与外管(3)为同轴套管，内管(4)镶嵌在外管(3)内部，外管(3)内壁与内管(4)外壁之间的空间由水管套头(24)连接，用于输入工质(25)，内管(4)内部空间由水管套头(24)连接用于输出工质，内管(4)底部略低于外管(3)。

4.根据权利要求1所述的一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，其特征在于：所述螺旋翅片(6)通过高温焊接于内管(4)外壁，内管(4)顶部与水管套头(24)连接处设有驱动装置(18)；所述同轴反转装置(26)可以安装在不同的内管(4)之间，同时驱动装置(18)可以以不同速度转动并带动螺旋翅片(6)。

5.根据权利要求1所述的一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，其特征在于：所述3个锥齿轮为上部锥齿轮(9)、垂向锥齿轮(31)和下部锥齿轮(32)，驱动装置(18)带动上部内管(4)顺时针转动，上部内管(4)带动垂向锥齿轮(31)顺时针转动，垂向锥齿轮(31)带动下部锥齿轮(32)顺时针转动，下部锥齿轮(32)带动上部锥齿轮(9)逆时针转动，上部锥齿轮(9)带动下部内管(4)逆时针转动。

6.根据权利要求1所述的一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，其特征在于：所述内管(4)内壁端口设有螺纹状的内管内壁螺旋段(5)；上部锥齿轮(9)、垂向锥齿轮(31)和下部锥齿轮(32)为内部空心，锥齿轮内壁设有锥齿轮内壁螺纹(10)，内管(4)与锥齿轮通过螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，其特征在于：每两根内管(4)之间加装一组内管固定装置(27)，内管固定装置(27)同时与内管(4)外壁、外管(3)内壁及垂向锥齿轮(31)连接。

8.根据权利要求7所述的一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，其特征在于：所述内管固定装置(27)由固定螺母(7)、轴承(11)以及支撑杆(13)构成，支撑杆(13)一端与轴承(11)外壁高温焊接，轴承(11)外壁共等距焊接4条支撑杆(13)，其中3条直支撑杆(13)与外管(3)内壁之间的距离相等，另1条工形支撑杆(8)略短，但长于垂向锥齿轮(31)。

9.根据权利要求8所述的一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，其特征在于：上内管(4)的内管固定装置(27)与下内管的内管固定装置(27)通过工形支撑杆(8)端的固定螺母(7)进行焊接，垂向锥齿轮(31)通过工形支撑杆(8)端的螺母固定，共同构成完整的固定装置，防止内管(4)偏移和产生离心转动。

10.根据权利要求8所述的一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，其特征在于：所述轴承(11)由球体(12)、外环(28)、内环(29)以及保持架(30)组成，外环(28)连接支撑杆(13)，内环(29)连接内管(4)外壁，保持架(30)固定内、外环之间的球体(12)，当内管(4)转动时，轴承保持内环(29)转动外环(28)不动，起到衔接固定装置作用。

技术总结本技术涉及一种利用同轴反转的螺旋翅片换热器，包括热泵机组、驱动装置及埋设在岩土体中的地下换热器，地下换热器与热泵机组连接形成闭合回路；热泵机组包括压缩机、凝缩机和膨胀阀；驱动装置能带动内管转动，内管上还装有同轴反转装置，能够改变上下内管转动方向，实现相邻内管之间的反向旋转；地下换热器包括外管、回填材料、循环工质和内管固定装置；内管外壁空间的工质能通过内管内部经水管Ⅰ进入热泵机组。本技术通过在内管上部装驱动装置，并在内管加装锥齿轮，增大换热面积，减少热传递损失，提升换热器的稳定性；通过在内管安装外套轴承及连接外管内壁的支撑架，固定了内管的相对位置，提升换热器的稳定性，增强换热效率。技术研发人员：雷玉德,杨绍康,袁有靖,巴瑞寿,谢振兴,柴晓然,汪生斌,秦光雄受保护的技术使用者：青海九零六工程勘察设计院有限责任公司技术研发日：20230913技术公布日：2024/7/11