蓄热供暖系统的制作方法

1.本发明涉及供热技术领域，具体涉及一种蓄热供暖系统。


背景技术：

2.随着双碳目标的提出，可再生能源的大规模利用已经是大势所趋，如何利用太阳能进行高效供热，是目前供热技术的发展方向之一。在相关技术中，利用太阳能供热的系统供热不稳定，而且系统耗能较多。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明实施例提出一种蓄热供暖系统，该蓄热供暖系统的稳定性高，耗能少。
5.本发明实施例的蓄热供暖系统包括：
6.太阳能集热器；
7.第一热管，所述第一热管包括第一蒸发段、第一冷凝段和设在所述第一热管内的第一工作介质，所述第一蒸发段与所述太阳能集热器相连以便所述第一工作介质与所述太阳能集热器换热，所述第一冷凝段适于埋入土壤中以便所述第一工作介质与所述土壤换热；
8.第二热管，所述第二热管包括第二蒸发段、第二冷凝段和设在所述第二热管内的第二工作介质，所述第二蒸发段适于埋入所述土壤中以便所述第二工作介质与所述土壤换热；
9.第一控制阀，所述第一控制阀设在所述第二蒸发段和所述第二冷凝段之间，以便控制所述第二蒸发段和所述第二冷凝段的通断；和
10.换热器，所述换热器具有供换热介质进入的换热介质进口和供换热介质流出的换热介质出口，所述换热器与所述第二冷凝段相连，以便所述换热介质与所述第二工作介质换热。
11.本发明实施例的蓄热供暖系统具有稳定性高、能耗低和成本低等优点。
12.在一些实施例中，所述第一冷凝段和所述第二蒸发段之间的间距小于等于5m。
13.在一些实施例中，所述第一热管为普通热管，所述第一蒸发段位于所述第一冷凝段的上方。
14.在一些实施例中，所述第一热管包括相连的第一管段和第二管段，所述第一管段沿上下方向延伸，所述第二管段沿水平方向延伸，所述第一管段和所述第二管段呈l形布置，所述第一蒸发段设在所述第一管段上，所述第一冷凝段的至少一部分设在所述第二管段上。
15.在一些实施例中，所述第二管段与土壤表面的距离为15m-25m。
16.在一些实施例中，所述第一热管还包括：
17.绝热段，所述绝热段的一端与所述第一蒸发段相连，所述绝热段的另一端与所述第一冷凝段相连；和
18.保温层，所述保温层包覆在所述绝热段的外部。
19.在一些实施例中，所述第二热管为分离式热管，所述第二蒸发段和所述第二冷凝段分体设置，所述第二蒸发段位于所述第二冷凝段的下方，所述第二热管还包括：
20.第一管路，所述第一管路的一端与所述第二蒸发段的一端相连，所述第一管路的另一端与所述第二冷凝段的一端相连；和
21.第二管路，所述第二管路的一端与所述第二蒸发段的另一端相连，所述第二管路的另一端与所述第二冷凝段的另一端相连；
22.其中所述第一控制阀设在所述第一管路或所述第二管路上。
23.在一些实施例中，所述第一管路具有中间段，所述中间段位于所述土壤表面的上方，所述第一控制阀设在所述中间段上。
24.在一些实施例中，所述太阳能集热器为太阳能热水器，所述第一蒸发段设在所述太阳能热水器的内部。
25.在一些实施例中，蓄热供暖系统还包括：
26.第三管路，所述第三管路与所述换热介质进口相连；
27.第四管路，所述第四管路与所述换热介质出口相连；和
28.第二控制阀，所述第二控制阀设在所述第三管路或第四管路上。
附图说明
29.图1是本发明实施例的蓄热供暖系统的示意图。
30.附图标记：
31.第一热管1；第一管段11；第二管段12；第一冷凝段13；绝热段14；
32.第二热管2；第二蒸发段21；第一冷凝段22；第一管路23；中间段231；第二管路24；
33.换热器3；换热介质进口31；换热介质出口32；
34.太阳能集热器4；
35.第一控制阀51；第二控制阀52；
36.第三管路61；第四管路62；
37.水泵7；土壤表面8。
具体实施方式
38.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.本领域的技术人员可知，热管包括蒸发段和冷凝段，在热管内填充有工作介质，工作介质在冷凝段和蒸发段之间循环流动，从而实现热量传递。例如，液态的工作介质在蒸发段吸热后变成气态，气态的工作介质流动至冷凝段放热后变成液态，液态的工作介质回流到蒸发段内，如此循环往复。
40.本发明实施例的蓄热供暖系统包括太阳能集热器4、第一热管1、第二热管2、第一控制阀51和换热器3。
41.第一热管1包括第一蒸发段(图中未示出)、第一冷凝段13和设在第一热管1内的第一工作介质，第一蒸发段(图中未示出)与太阳能集热器4相连以便第一工作介质与太阳能集热器4换热，第一冷凝段13适于埋入土壤中以便第一工作介质与土壤换热。
42.具体地，第一蒸发段(图中未示出)与第一冷凝段13连通，第一工作介质在第一蒸发段和第一冷凝段13之间循环流动。液态的第一工作介质在第一蒸发段处吸收太阳能集热器4中的热量变成气态，气态的第一工作介质在第一冷凝段13处将热量传递给土壤后变成液态，由此利用第一热管1将太阳能集热器4中的热量传递给土壤，从而将热量保存在土壤中。
43.第二热管2包括第二蒸发段21、第二冷凝段22和设在第二热管2内的第二工作介质，第二蒸发段21适于埋入土壤中以便第二工作介质与土壤换热。换热器3具有供换热介质进入的换热介质进口31和供换热介质流出的换热介质出口32，换热器3与第二冷凝段22相连，以便换热介质与第二工作介质换热。
44.具体地，第二蒸发段21与第二冷凝段22连通，第二工作介质在第二蒸发段21和第二冷凝段22之间循环流动。液态的第二工作介质在第二蒸发段21处吸收土壤中的热量变成气态，气态的第二工作介质在第二冷凝段22处将热量传递给换热介质后变成液态。由此，利用第二热管2和换热器3可以将土壤中的热量传递给供热介质，从而供用户使用。
45.第一控制阀51设在第二蒸发段21和第二冷凝段22之间，以便控制第二蒸发段21和第二冷凝段22的通断。具体地，在用户需要使用热能的时候，例如供暖时，第一控制阀51打开，第二蒸发段21和第二冷凝段22连通，第二热管2将土壤中的热量通过换热器3传递给换热介质，从而方便用户使用。在用户不需要使用热能时候，第一控制阀51关闭，第二蒸发段21和第二冷凝段22断开，热量保存在土壤中。
46.在相关技术中，由于太阳能集热器只能在白天吸热，夜间无法吸热，而且太阳能集热器受天气影响较大，导致利用太阳能集热器提供热能的系统工作过程不稳定。
47.本发明实施例的蓄热供暖系统，在用户白天需要的热能较少，太阳能集热器吸收的多余的热能可以储存在土壤中。由于土壤中的热量变化受天气的影响较小，而且土壤的材料特性决定了在其内部的热量移动速度缓慢，第一热管1向土壤中传递的热量可以一直保存在土壤中。在晚上用户需要使用热能时，可以利用第二热管2将土壤中的热量传递给换热器3中的供热介质，从而可以实现连续稳定的供热，供热效果好。
48.此外，当需要蓄热供暖系统提供热量时，第一工作介质依靠自身相变即可在第一冷凝段13和第一蒸发段之间循环流动，第二工作介质依靠自身相变即可在第二冷凝段22和第二蒸发段21之间循环流动，不需要额外增加驱动件来驱动第一工作介质或第二工作介质循环流动，从而实现低功耗的蓄热和供热。而且，利用第一热管1将太阳能集热器4中的热量传递给土壤，将土壤作为储热介质，有利于减少供热成本。
49.因此，本发明实施例的蓄热供暖系统具有稳定性高、能耗低和成本低等优点。
50.可选地，第一工作介质为制冷剂r-134a，第二工作介质为制冷剂r-134a。
51.在一些实施例中，第一冷凝段13和第二蒸发段21之间的间距小于等于5m。如图1所示，第一冷凝段13与第二蒸发段21间隔设置，例如，第一冷凝段13和第二蒸发段21之间的间距为1m、3m和5m等。如果第一冷凝段13和第二蒸发段21之间的间距大于5m，则第一冷凝段13和第二蒸发段21之间用于储热的土壤较多，热量容易耗散，第一工作介质吸收的热量无法
集中被第二工作介质吸收，从而降低了蓄热供暖系统的热量利用率。第一冷凝段13和第二蒸发段21之间的间距小于等于5m，由此，本发明实施例的蓄热供暖系统的热量利用率高，。
52.需要说明的是，由于第二蒸发段21与第二冷凝段22相连，所以在第二蒸发段21的周向上，第一冷凝段13需要避开第二冷凝段22所在的方位，例如，第二冷凝段22布置在第二蒸发段21的正上方，则为了方便第二蒸发段21与第二冷凝段22的连接，第一冷凝段13不能布置在正上方。除此之外，在第二蒸发段21的外周向上的其他方位均可布置第一蒸发段。例如，第一冷凝段13与第二蒸发段21在水平方向上间隔设置，或者第一冷凝段13设在第二蒸发段21的下方。
53.在一些实施例中，第一热管1为普通热管，第一蒸发段(图中未示出)位于第一冷凝段13的上方。普通热管利用毛细现象驱动液态的第一工作介质从第一冷凝段13流动至第一蒸发段处，具体地，液态的第一工作介质在第一蒸发段中变成气态后，沿着第一热管1流动至第一冷凝段13处，气态的第一工作介质在第一冷凝段13处放热后变成液态，液态的第一工作介质在第一热管1的毛细作用下回流至第一蒸发段处。
54.需要说明的是，如果将第一蒸发段设在第一冷凝段13的下方，且第一冷凝段13需要埋在土壤中，此时，第一冷凝段13处的土壤地势较高，第一蒸发段处的土壤地势较低，这样对地势要求较高。而将第一蒸发段设在第一冷凝段13的上方，这样对地势的要求较低，在平坦的地势上将太阳能集热器4安装在土壤上方即可，从而不用考虑地势问题，进而方便选择蓄热供暖系统的位置。
55.在一些实施例中，如图1所示，第一热管1包括相连的第一管段11和第二管段12，第一管段11沿上下方向延伸，第二管段12沿水平方向延伸，第一管段11和第二管段12呈l形布置，第一蒸发段(图中未示出)设在第一管段11上，第一冷凝段13的至少一部分设在第二管段12上。
56.具体地，第一蒸发段设在第一管段11的上方，第二管段12的右端为第一冷凝段13，或者第一管段11的下端和第二管段12均为第一冷凝段13。第一管段11和第二管段12呈l形布置，由此，第一热管1与第二热管2的结构紧凑，从而可以提高第一热管1与第二热管2的换热面积，进而可以提高蓄热供暖系统的传热效率。
57.可以理解的是，在其他一些实施例中，第一热管1为一字型，第二热管2为l形。
58.在一些实施例中，第二管段12与土壤表面的距离为15m-25m。
59.例如，第二管段12与土壤表面的距离为15m、20m、25m等。如果第二管段12与土壤表面的距离小于15m，则第二管段12附近的土壤与土壤表面8的距离较小，能够用于储存热量的土壤较少，热量容易通过土壤表面8散失；如果第二管段12与土壤表面的距离大于25m，则第一冷凝段13与第二蒸发段21之间用于储存热量的土壤较多，热量容易浪费。由此，第二管段12与土壤表面的距离为15m-25m，第一冷凝段13与第二蒸发段21之间用于储存热量的土壤量适中，热量散失较少蓄热供暖系统的热量利用率高，有利于进一步提高蓄热供暖系统的工作稳定性。
60.在一些实施例中，如图1所示，第一热管1还包括绝热段14和保温层(图中未示出)，绝热段14的一端与第一蒸发段(图中未示出)相连，绝热段14的另一端与第一冷凝段13相连，保温层包覆在绝热段14的外部。
61.具体地，当汽化的第一工作介质从第一蒸发段流动至第一冷凝段13的过程中，绝
热段14可以减少第一工作介质向第一热管1外传递的热量，从而减少热量损失。保温层设在绝热段14的外周侧，从而进一步增强绝热段14的绝热效果。由此，利用绝热段14和保温层，可以减少第一工作介质在从第一蒸发段流动至第一冷凝段13的过程中的热量损失，从而提高第一热管1的传热效率，蓄热供暖系统的热量利用率高，有利于进一步提高蓄热供暖系统的工作稳定性。
62.可选地，保温层的材料为玻璃棉。
63.在一些实施例中，如图1所示，第二热管2为分离式热管，第二蒸发段21和第二冷凝段22分体设置，第二蒸发段21位于第二冷凝段22的下方，第二热管2还包括第一管路23和第二管路24，第一管路23的一端与第二蒸发段21的一端相连，第一管路23的另一端与第二冷凝段22的一端相连，第二管路24的一端与第二蒸发段21的另一端相连，第二管路24的另一端与第二冷凝段22的另一端相连，其中第一控制阀51设在第一管路23或第二管路24上。
64.具体地，第二热管2的上端为第二冷凝段22，第二热管2的下端为第二蒸发段21，第二热管2的左侧为第一管路23，第二热管2的右侧为第二管路24。当需要蓄热供暖系统提供热量时，第一控制阀51打开，液态的第二工作介质在第二蒸发段21处吸收土壤的热量变成气态，气态的第二工作介质在浮力的作用下沿着第一管路23上升至第二冷凝段22处，气态的第二工作介质在第二冷凝段22处与换热介质换热后变成液态，液态的第二工作介质在重力的作用下沿着第二管路24回流至第二蒸发段21。
65.当不需要蓄热供暖系统提供热量时，第一控制阀51关闭，第二工作介质无法在第二热管2中循环，热量得以储存在土壤中。由此，本发明实施例的蓄热供暖系统，将第二冷凝段22设在第二蒸发段21上方，对地势的要求较低，只要将换热器3位于土壤上方即可实现，从而方便位置选择，而且本发明实施例的蓄热供暖系统可以利用第一控制阀51控制第二工作介质的循环过程，进而控制蓄热供暖系统的工作过程。
66.可以理解的是，第一管路23和第二管路24的位置可以互换，例如，第二热管2的右侧为第一管路23，第二热管2的左侧为第二管路24。
67.在一些实施例中，第一管路23具有中间段231，中间段231位于土壤表面的上方，第一控制阀51设在中间段231上。由此，将第一控制阀51高于土壤表面设置，方便操作和安装第一控制阀51。
68.在一些实施例中，太阳能集热器4为太阳能热水器，第一蒸发段(图中未示出)设在太阳能热水器的内部。
69.在一些实施例中，如图1所示，蓄热供暖系统还包括第三管路61、第四管路62和第二控制阀52，第三管路61与换热介质进口31相连，第四管路62与换热介质出口32相连，第二控制阀52设在第三管路61或第四管路62上。
70.具体地，第三管路61和第四管路62用于输送换热介质，当需要蓄热供暖系统提供热量时，第二控制阀52打开，换热介质进入换热器3中与第二工作介质换热。当不需要蓄热供暖系统提供热量时，第二控制阀52关闭，换热介质无法进入换热器3中与第二工作介质换热。由此，利用第二控制阀52方便用户使用。
71.在一些实施例中，如图1所示，蓄热供暖系统还包括水泵7，水泵7设在第三管路61或第四管路62上。由此，利用水泵7便于换热介质在第三管路61和第四管路62中流动。
72.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
73.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。
74.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
75.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
76.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
77.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。