[发明专利]一种基于围岩内热管与热交换管耦合传热的能源隧道增强换热结构

权利要求书

1.一种基于围岩内热管与热交换管耦合传热的能源隧道增强换热结构，包括热管(1)、热交换管(2)和热泵(5)，其特征在于：所述热管(1)的一端埋入围岩(11)内，所述热管(1)的另一端埋入隧道初衬(6)内，所述热交换管(2)与热管(1)垂直，所述热交换管(2)埋设于隧道初衬(6)与防水板(7)之间，所述热泵(5)安装于隧道中央，所述热交换管(2)的首、尾与热泵(5)的前端之间分别连接有分水管(3)和集水管(4)；

围岩(11)内的地温能通过所述热管(1)源源不断地传入隧道初衬(6)及其四周围岩；传入隧道初衬(6)及其四周围岩的地温能再由隧道初衬(6)与防水板(7)之间的热交换管(2)通过首尾连接的分水管(3)和集水管(4)传至热泵(5)，传至热泵(5)的地温能为低品质的地温能，低品质的地温能经热泵(5)提升后，得到较高质量的热能。

2.根据权利要求1所述的一种基于围岩内热管与热交换管耦合传热的能源隧道增强换热结构，其特征在于：所述热管(1)的类型为重力热管，可以安装在围岩中空锚杆内，也可直接安装于围岩钻孔内；当取热工况时，热管正倾角；当取冷工况时，热管负倾角；倾角的范围为±15～90度。

3.根据权利要求2所述的一种基于围岩内热管与热交换管耦合传热的能源隧道增强换热结构，其特征在于：所述热管(1)插入围岩钻孔或中空锚杆后立马在周围缝隙中填充砂浆将其固定在围岩钻孔或中空锚杆的中间位置，并且，将埋入隧道初衬(6)的热管(1)的一端固定在距离防水板(7)或热交换管(2)的2～15cm处，并将热管(1)与热交换管(2)之间的其他空隙用砂浆填充固定。

4.根据权利要求2所述的一种基于围岩内热管与热交换管耦合传热的能源隧道增强换热结构，其特征在于：所述热管(1)需要根据具体的隧道的冷热负荷需求，进行细化布置；当全年都为取热工况时，热管主要布置在拱腰和仰拱底部围岩内；当全年都为取冷工况时，热管主要布置在拱腰和拱顶围岩内；当全年的冷热工况均存在时，热管在拱顶、拱腰和仰拱底部围岩内均可布置。

5.根据权利要求4所述的一种基于围岩内热管与热交换管耦合传热的能源隧道增强换热结构，其特征在于：可以根据实际情况适当改变取冷热管和取热热管的数量和比例，考虑到围岩温度场的恢复，应优先在拱腰处布置，当拱腰处布置不满足冷负荷需求时，在拱顶围岩内布置热管，当拱腰处布置不满足热负荷需求时，在仰拱底部围岩内布置热管。

6.根据权利要求5所述的一种基于围岩内热管与热交换管耦合传热的能源隧道增强换热结构，其特征在于：布置在拱腰处的热管(1)可以在安装时通过调整倾角，使其可在隧道轴向或径向相间布置。

7.根据权利要求6所述的一种基于围岩内热管与热交换管耦合传热的能源隧道增强换热结构，其特征在于：当隧道为取冷工况时，仅布设取冷热管，此时热管布设在拱顶或拱腰或同时布设在拱顶和拱腰处的围岩内，根据具体的隧道的冷负荷需求，热管以不同的间隔沿隧道轴向和纵向布置，最小间隔为1m。

8.根据权利要求6所述的一种基于围岩内热管与热交换管耦合传热的能源隧道增强换热结构，其特征在于：当隧道为取热工况时，仅布设取热热管，此时热管布设在仰拱或拱腰或同时布设在仰拱和拱腰处的围岩内，根据具体的隧道的冷负荷需求，热管以不同的间隔沿隧道轴向和纵向布置，最小间隔为1m。

9.根据权利要求6所述的一种基于围岩内热管与热交换管耦合传热的能源隧道增强换热结构，其特征在于：当隧道同时存在取热和取冷工况时，取冷热管和取热热管都需布设，此时拱顶处的围岩内布设取冷热管，仰拱处的围岩内布设取热热管，拱腰处的取冷和取热热管相间布置，根据具体的隧道的冷负荷需求，拱顶和仰拱内围岩处的热管以不同的间隔沿隧道轴向和纵向布置，最小间隔为1m，拱腰处相间布置的取冷和取热热管最小间隔为0.5m。