[发明专利]旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩

说明书

本发明公开了一种旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩，包括大部纵向埋设于土壤中的外套管，外套管内间隙套接有内套管，内套管与外套管之间形成夹层，以夹层为上游方向、以内套管为下游方向构成空气流道，空气流道上设有风机，夹层的上端连接有进风口蜗壳；进风口蜗壳的进风方向为切向进入，沿夹层旋转向下。本发明的有益效果是：在取消了连接内、外套管的内螺旋叶的前提下，给出了在环形流道中另一种形成螺旋气流方式，使产品加工装配更加方便，制造成本降低，利于大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及储能领域，具体是一种旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩。

背景技术

中国专利文献CN108458508A于2018年8月28日公开了“螺旋地桩式空气-土壤换热储能管及储热型换热管、储冷型换热管”，包括大部纵向埋设于土壤中的外管，外管内间隙套接有内管，外管为良好导热材质，下端为尖部向下的封闭的圆锥形，上端开口暴露在地面上；内管为良好隔热材质，下端开口高于外管下端，上端开口暴露在地面上；外管的外侧壁上设有外螺旋叶；内管的外侧壁与外管的内侧壁之间紧配合的缠绕有内螺旋叶；以外管上端与内管上端之间为气流入口，以内管上端为气流出口，气流入口至气流出口之间设有风机。该发明的有益效果是：能够大幅缩减埋管时的土方开挖工作量，节约了工时和成本；提高了热交换效率，以低成本实现了高效储热、储冷及后续的热能冷能的抽取利用，而且可以做到储能管的可回收再利用。其中，在内外套管之间以内螺旋叶形成旋流风道，以拉长风道距离，增强外套管与周围土壤换热效果，是该技术的重要组成部分，对储能效果有着决定性的意义。在该技术的推广应用过程中，由于内、外套管之间需要以内螺旋叶连接，因此加工复杂，装配困难，导致成本过高，不利于尽快推广应用。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩，在取消了连接内、外套管的内螺旋叶的前提下，给出了在环形流道中另一种形成螺旋气流方式，使产品加工装配更加方便，制造成本降低，利于大规模推广应用。

为了实现发明目的，本发明采用如下技术方案：一种旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩，包括大部纵向埋设于土壤中的外套管，外套管内间隙套接有内套管，内套管与外套管之间形成夹层，以夹层为上游方向、以内套管为下游方向构成空气流道，空气流道上设有风机，夹层的上端连接有进风口蜗壳；进风口蜗壳的进风方向为切向进入，沿夹层旋转向下。

本方案设计的旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩，主体结构沿用CN108458508A中的技术方案，为一个双层套管，外套管在外，内套管间隙套接在内，内套管与外套管通常选择圆管。为了导热，外套管建议选择金属管；为了隔热，内套管建议选择塑料管。内套管与外套管之间形成夹层，气流从地面上方的内外套管之间进入夹层，沿纵向一直下行至内套管的下端开口出，再进入内套管上行，从内套管上端开口排出，形成一个空气流道，在空气流道上设有风机，对气流进行外力推动。外套管上下端均封闭，内套管与外套管之间没有设计内螺旋叶，仅在夹层上端设计有进风口蜗壳，进风口蜗壳的进风方向沿连接处的切线进入，沿夹层旋转向下，形成空气旋流。以这样的方式形成的空气旋流，足以媲美传统结构中以内螺旋叶强制限位形成的空气旋流，但是由于不再使用了内螺旋叶，因此内、外套管的生产装配就十分简单，制造成本可以显著下降，有利于产品推广使用。具体在应用上，外套管的外侧可以设置外螺旋叶、下端可以设置尖锥，以便钻入土壤。

作为优选，外套管的内侧壁上设有针对夹层外侧气流的扰流结构。夹层内的空气旋流，在近外套管内侧壁的位置，由于存在摩擦力，因此该处的空气趋向于静止，形成附面层。附面层的存在会严重阻碍外套管内空气通过外套管与外界土壤进行热交换。因此需要设计扰流结构将附面层破坏，以提高换热效率。

作为优选，所述针对夹层外侧气流的扰流结构为：外套管的内侧壁上突起的设有扰流筋；扰流筋的长度方向沿外套管的轴向延伸，其长度与外套管内的内套管长度适配。本方案设计的扰流筋，在空气旋流流经时形成扰流，破坏附面层，可以有效提高热交换效率。扰流筋的数量可以由本领域技术人员根据设计需要自行确定，如果数量大于1条，则一般可以在外套管内侧壁的内圆柱面上等距布置。