旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩制造技术

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术的有益效果是：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。

Spiral pile for soil energy storage

【技术实现步骤摘要】
旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩
本专利技术涉及储能领域，具体是一种旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩。
技术介绍
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。该专利技术的有益效果是：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。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术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。为了实现专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：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。作为优选，内套管的外侧壁上设有针对夹层内侧气流的扰流结构。由于夹层内空气是旋流向下的，因此旋流圆周外侧与内侧的空气线速度不同，外侧快内侧慢，从而形成了相对固定的内外气流层。只有外侧的气流层才能与外套管侧壁接触，形成很好的热交换，内侧的气流层的热交换效果不良。为此本方案在内套管的外侧壁上设计有相应的扰流结构，将相对固定的内外气流层打乱，以提高换热效率。作为优选，内套管的外侧壁上固定有扰流片；扰流片为片状长条形，横截面形状为直线或弧形，其长度方向沿外套管的轴向延伸，长度与外套管内的内套管长度适配，宽度方向沿内套管外侧壁所在圆的切线方向延伸。内套管的外侧壁上固定设计有扰流片，空气旋流流经时，扰流片可针对空气旋流内侧的气流层进行扰动，将内侧气流层强制推至外侧，确保换热充分。扰流片的高度一般以延伸至夹层中部为宜，具体可由本领域技术人员自行设计确定。同样的，扰流片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，则一般可以在内套管外侧壁的圆柱面上等距布置。作为优选，内套管底部开口处设有空气旋流破坏结构。夹层内的空气在进入内套管后，由于惯性的存在，依然会形成旋流。但是在内套管内不需要进行热交换，如果空气以旋流的方式流经内套管，只会延长气流通道，增加与内套管管壁内侧的摩擦力，消耗风机功率，在经济成本和能量成本上均具有消极意义。本方案在内套管下端开口处设计了空气旋流破坏结构，使进入内套管内的空气以最直接最快速的方式上行离开。空气旋流破坏结构有很多种，例如在内套管下端开口内部安装十字交叉的两片扰流片，扰流片的平面延伸方向与内套管轴向平行。具体结可以由本领域技术人员按需选择设置。作为优选，所述空气旋流破坏结构为：外套管内侧空间的下方设有十字筋片条导流柱；十字筋片条导流柱的下方为垂直于外套管轴向的底板，底板位于内套管底部开口下方，直径小于外套管；底板中部竖直向上的设有导流筋片，导流筋片的截面形状为十字型；导流筋片的自由端伸入内套管下端开口内。本方案在此处设计了十字筋片条导流柱，空气旋流流至此处，其旋转趋势被导流筋片打散，气流以直线上行，从而减少了摩擦阻力，降低了风机功率要求。作为优选，内套管的外侧壁上套有隔热层。隔热层可以避免夹层内的空气与内套管内的空气进行热交换导致热量散失。作为优选，隔热层外表面设有电子发热材料。电子发热材料连接至电路中，当其接通时会将电能转化为热能，对夹层中的空气进行加热，再与外套管外的土壤进行热交换，从而可以将富裕的电能储存起来。电子发热材料的种类、型号、结构很多，本领域技术人员可以根据设计需要自行选择，通常以线类、膜类结构为佳，可以缠绕在隔热层外表面，以便热交换和施工作业。作为优选，所述电子发热材料为具有远红外辐射功能的电子发热材料。更进一步的，可以优选具有远红外辐射功能的电子发热材料，在接通电路后可以产生远红外辐射以加热外套管管壁，进而向土壤传导热量储存。作为优选，夹层的上端连接进风口蜗壳的位置设置有导流螺旋叶，导流螺旋叶的内侧端与内套管外侧壁固定，外侧端与外套管内侧壁固定；导流螺旋叶的长度延伸方向为气流螺旋下行方向，其长度不小于一个完整的螺旋圆周。导流螺旋叶用以在气流进入夹层的初期形成良好的旋转惯性，从而产生完美的空气旋流。导流螺旋叶可以仅仅设于空气旋流的上方或者下方，也可以是上下方兼有。当导流螺旋叶设于空气旋流的上方时，其还可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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（1），外套管内间隙套接有内套管（3），内套管与外套管之间形成夹层（4），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（5），其特征是，夹层的上端连接有进风口蜗壳（6）；进风口蜗壳的进风方向为切向进入，沿夹层旋转向下。/n

【技术特征摘要】
1.一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（1），外套管内间隙套接有内套管（3），内套管与外套管之间形成夹层（4），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（5），其特征是，夹层的上端连接有进风口蜗壳（6）；进风口蜗壳的进风方向为切向进入，沿夹层旋转向下。


2.根据权利要求1所述的一种旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩，其特征是，外套管的内侧壁上设有针对夹层外侧气流的扰流结构。


3.根据权利要求2所述的一种旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩，其特征是，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（7）；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。


4.根据权利要求1或2或3所述的一种旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩，其特征是，内套管的外侧壁上设有针对夹层内侧气流的扰流结构。


5.根据权利要求4所述的一种旋风套管式换热土壤储能螺旋地桩，其特征是，所述针对夹层内侧气流的扰流结构为：内套管的外侧壁上固定有扰流片（8）；扰流片为片状长条形，横截面形...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晓勇，彭才元，程鹏飞，高元运，
申请(专利权)人：河北耀伏储能电器有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13