[发明专利]一种直接膨胀式地源热泵地下换热器铜管的防腐蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种牺牲阳极阴极保护法，具体是指直接膨胀式地源热泵地下换热器铜管的防腐蚀方法。

背景技术

直接膨胀式地源热泵是一种可有效利用浅层地表土壤中低品位热能的先进技术，与传统地源热泵相比，地下换热器管路内直接充注制冷剂，减少了中间换热环节，系统效率得到提高，且不存在结冻的危险，不需要添加防冻剂。且减少了中间换热管路，管材耗量相对减少，地下施工量也相对减少。

但由于制冷剂管路直接在地下换热，因承压及泄露的原因地下埋管不能采用塑料管，通常采用铜管，随之产生了铜管的腐蚀问题。一旦发生腐蚀，会造成制冷剂泄露，不但影响地源热泵系统的运行，还会造成土壤的污染，严重限制了直接膨胀式地源热泵的推广和广泛应用。

目前，直接膨胀式地源热泵地下换热器铜管的腐蚀问题尚没有得到圆满的解决。美国ECR公司采用含90％铜和10％镍的白铜管作为地下换热器盘管，自1980年第一套直接膨胀式地源热泵系统安装使用以来，未发生过地下换热器盘管泄漏和钻孔报废的情况。奥地利的直接膨胀式地源热泵系统地下换热器盘管采用在普通铜盘管外部覆一层较薄的塑料管的方法虽然得到了较好的防腐效果，但地下换热器盘管的换热效率却有所降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对上述现有技术的缺陷，提出一种直接膨胀式地源热泵地下换热器铜管的防腐蚀方法，利用牺牲阳极阴极保护法来解决地下换热器铜管的腐蚀问题，且方法简单，成本低廉。

本发明的技术方案是，所述直接膨胀式地源热泵地下换热器铜管的防腐蚀方法为：将地下换热器铜管作为阴极，在铜管上连接电位较负的金属作为牺牲阳极，两者构成宏观的腐蚀电池，电流由牺牲阳极经过电解液而流入换热器铜管，使作为阴极的换热器铜管极化而得到保护；地下换热器铜管与牺牲阳极之间用导线连接且该地下换热器铜管与牺牲阳极保持一定距离；牺牲阳极埋在低于铜管底部的较深的部位，且埋在导电性较好的化学回填物中。

以下对本发明做出进一步说明。

金属在土壤中的腐蚀原理是，金属在土壤中的腐蚀，与在电解液中的腐蚀类似，大多数属于电化学腐蚀。金属的土壤腐蚀过程包含分区进行的两个反应。金属在阳极区失去电子被氧化，对于地下换热器铜管，其反应式为：Cu→Cu²⁺+2e；

反应中产生的电子经过金属流到表面的另一个区域，即阴极，在那里将空气中的氧气还原为水：

O₂+4H₃O⁺+4e^-→6H₂O

阳极生成的Cu²⁺被氧化，形成碱式碳酸铜即铜锈，其反应式为：

2Cu+O₂+CO₂+H₂O→Cu₂(OH)₂CO₃

到目前为止，土壤中的金属防护，一般采用防腐涂层和阴极保护法。对于直接膨胀式地源热泵地下换热器铜管，若采用防腐涂层的方法，则会影响地下换热器铜管与土壤的换热效率，进而影响整个地源热泵系统的有效运行。

本发明采用阴极保护法中的牺牲阳极阴极保护法。所述牺牲阳极保护法，是在被保护金属上连接电位较负的金属作为阳极，它与被保护金属在电解液中形成一个大电池。电位较负的金属在土壤中溶解，产生的电流由阳极经过电解液而流入金属设备，并使金属设备阴极极化而得到保护。

牺牲阳极材料应满足以下条件：

1)足够负的电位，在工作时保持足够大的驱动电压。所述驱动电压是指牺牲阳极的电位与保护电位之差，一般要求牺牲阳极的驱动电压为0.2V—0.3V，如0.25V左右；

2)单位重量阳极产生的电量大，即产生1安时电量损失的阳极重量小；

3)电流效率高，即有效电量与理论发生电量的比值大；

4)较小的阳极极化率，容易活化，保证自身电位及输出电流的稳定。

土壤中使用的阳极材料有两种，即镁基牺牲阳极和锌基牺牲阳极。在电阻率高(100Ω·m以下、20Ω·m以上)的土壤中使用镁基牺牲阳极，在电阻率低(20Ω·m以下)的土壤中使用锌基牺牲阳极。

由以上可知，本发明为一种直接膨胀式地源热泵地下换热器铜管防腐蚀方法—牺牲阳极阴极保护法，它能够有效解决地下换热器铜管的腐蚀问题，且方法简单，成本低廉，为直接膨胀式地源热泵的广泛应用提供了极大的可能性。

附图说明