[实用新型]一种用于防治路基冻胀的垂直式地埋管换热器

说明书

本实用新型公开了一种用于防治路基冻胀的垂直式地埋管换热器，包括升热机构、分别连接在升热机构两端的放热组件以及通过输热管道连接在升热机构下端且与放热组件连通的制冷换热机构；放热组件包括分别连接在升热机构两端的双层换热管组件、连接在双层换热管组件上的气液分离器以及连接在气液分离器与制冷换热机构之间的分支管；该换热器结构简单，整体为组装式结构，便于运输及施工需要，且制作成本低，使用可靠，散热均匀，换热效果好，换热效率高。

技术领域

本实用新型涉及地源热泵换热器技术领域，具体涉及一种用于防治路基冻胀的垂直式地埋管换热器。

背景技术

在我国，多年冻土达215万平方公里，对铁路或公路修建和后期运行有重要影响。在冬季，由于水的密度比冰大，在冻结的状态下，冻土就像冰一样，凝结的过程中体积发生膨胀，上部的路基或钢轨由于膨胀作用被顶起。在夏季，冻土融化，体积缩小，在冬季被顶起的路基或钢轨随着冻土消融而下降。冻土的反复冻结、融化交替出现，就会造成路基严重变形或破坏，甚至会翻浆、冒泥，钢轨会出现波浪形高低起伏，对道路运营安全造成威胁。而在这些地区，浅层地热能较为丰富，且储量大，开采难度低，稳定性和连续性好，可以进一步地开发利用。地源热泵换热器主要是在内部填充液态工质，通过液化和气化进行吸热和放热，从而实现热量的交换，主要由蒸发器、冷凝器和压缩机组成。

目前地埋管换热器材质一般采用聚乙烯(PE管)，但是其导热系数低，为0.42W/(m.K)，且耐高温、高压能力弱，为了满足需要，相应地源井的数量多，埋管数量多，工程造价高。除此之外常见的换热器还有金属换热器、搪瓷换热器、石墨换热器等，但在运行过程中由于金属本身不具备完全的抗腐蚀能力，在面对不同的环境介质时可能遭到腐蚀，影响工作寿命；搪瓷和石墨材料存在强度低、安全性能差(爆瓷、脆性断裂)、耐高温高压能力弱等问题，从而难以推广。近几年碳化硅材料因其耐腐蚀、耐高温、高热导、高硬度、耐磨等特性逐渐引起人们重视，在热泵领域发展迅猛。石墨烯是近年来出现的“超级材料”，其中它的导热系数高达5300W/(m·K)，且坚硬，是一种适宜材料，但目前其成本较高，难以大面积推广使用。另外，地埋管换热器中的制冷剂在与土壤接触过程中，存在着换热效率低且不均匀的现象，有时甚至会导致二次冻胀，需要进一步优化换热器中的机构避免出现此问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于防治路基冻胀的垂直式地埋管换热器，以解决现有换热器换热效果差的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于防治路基冻胀的垂直式地埋管换热器，包括升热机构、分别连接在升热机构两端的放热组件以及通过输热管道连接在升热机构下端且与放热组件连通的制冷换热机构；

放热组件包括分别连接在升热机构两端的双层换热管组件、连接在双层换热管组件上的气液分离器以及连接在气液分离器与制冷换热机构之间的分支管。

采用上述技术方案的有益效果为：该换热器结构简单，整体为组装式结构，便于运输及施工需要，且制作成本低，使用可靠；通过制冷换热机构与外界岩土体中的热源进行持续热量交换，在换热器内形成低温低压气体进而进入到升热机构内形成高温高压气体，该高温高压气体再经过双层换热管组件进行放热，并通过气液分离器将经过双层换热管组件中的气体与液体进行分流，避免影响散热效果，散热均匀，提高换热效果，换热效率高。

进一步，双层换热管组件包括连接在升热机构的出口端的上层波纹管以及连接在上层波纹管下方的下层波纹管，气液分离器设置在上层波纹管和下层波纹管之间，下层波纹管的出口端与制冷换热机构连通。

采用上述技术方案的有益效果为：上层波纹管与下层波纹管形成双重换热组管结构，当升热机构将气体制成高温高压气体后经过上层波纹管进行放热，此时上层波纹管内为气液共存状态，液体经过气液分离器将液体回流至制冷换热机构内，气体则通入至下层波纹管内继续放热，放热后的气体进入制冷换热机构内，实现循环工作，工作可靠，换热效率高。