双口冲击塑孔器 |
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| 申请号 | CN201180034901.7 | 申请日 | 2011-07-14 | 公开(公告)号 | CN103003514A | 公开(公告)日 | 2013-03-27 |
| 申请人 | 盖奥-摩尔有限公司; | 发明人 | 马克·布莱斯; | ||||
| 摘要 | 一种用于插入地热 热 泵 装置的地面回路的冲击塑孔器。地面回路包括第一管和第二管。塑孔器包括：冲击驱动机构；可连接到第一管的第一通道，其用于在地面回路的插入期间经由第一管接纳驱动 流体 并将它输送到驱动机构；可连接到第二管的第二通道，其用于在地面回路的插入期间经由第二管从驱动机构排出驱动流体；以及连接第一通道与第二通道的连接部。该连接部包括布置成在地面回路的插入期间限制驱动流体从第一通道到第二通道的流动但允许在相反方向上的流动的止逆 阀 ，由此，在插入之后，当热泵装置在使用中时，地面回路包括第一管和第二管、第一和第二通道、以及连接部。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种冲击塑孔器，用于插入用于地热热泵装置的地面回路，所述地面回路包括第一管和第二管，所述塑孔器包括：冲击驱动机构；第一通道，其用于在所述地面回路的插入期间经由所述第一管接纳驱动流体并将所述驱动流体输送到所述驱动机构；第二通道，其用于在所述地面回路的插入期间经由所述第二管从所述驱动机构排出所述驱动流体；以及连接部，其在所述第一通道与所述第二通道之间，所述连接部包括布置成在所述地面回路的插入期间限制所述驱动流体从所述第一通道到所述第二通道的流动但允许在相反方向上的流动的止逆阀，由此，在插入之后，当所述热泵装置在使用中时，所述地面回路包括所述第一管和所述第二管、所述第一通道和所述第二通道，以及所述连接部。 |
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| 说明书全文 | 双口冲击塑孔器[0002] 基于热泵的加热系统作为加热装置变得更普遍。其通过从地提取热能，聚集它并重定向它来工作，例如以加热建筑物或其它空间。也可能将系统配置成相反地运转，由此，热从建筑物被提取，并被传导到地面（也就是说，作为建筑物的冷却系统）。在任一配置中，热能经由铺设在地面中的管的热传导回路在地面和泵系统之间传送。管包含流体，其由泵循环以在系统周围传送热能。在一般闭合回路系统中，流体是水和防冻剂的溶液。 [0003] 热传导管道工程可以以各种布置铺设在地面中，取决于包括场地入口、土壤类型、建筑物的接近度或场地边界的因素。管可安装成使得它们实质上是水平的，在这种情况下它们可铺设在随后被填满的开放沟渠中。可选地，管可放置在通过常规冲击塑孔或钻孔技术产生的在地面中的孔中。在这种情况下，可例如通过地洞实现接近孔的远端，孔显露在该地洞中。例如，为了保持在约束的场地边界内，将管放在不是水平的而相反以一角度向下伸出（在一些情况下垂直地向下）的孔中常常是合乎需要的。这些孔可以非常深，超过100米或更多，且一般通过钻孔技术来产生，涉及必须位于在地面水平处的进入点处的昂贵且笨重的设备。显然，在这种情况下，接近孔的另一端是不可能的；因此，在孔被准备好之后，通过紧凑的180度耦合连接在其端部处的一对管插入孔中，使得在完成的加热系统中，流体可向下循环到孔中并再次循环回来。 [0004] 当前用于产生孔（其中没有远端入口 )的方法需要昂贵且笨重的钻孔机和镗孔机的使用。费用常常非常高，或接近钻孔机器是不可能的。作为例子：密集的都市区域可以很少接近或不接近在待加热的场地周围的暴露的地面，或可能根本没有外部地面，使得唯一的实际解决方案是从建筑物本身内部进入地面（例如，通过地下室地板）。冲击塑孔器(percussion mole，也称为撞击塑孔器或土体位移锤）是可在需要在地下铺设管或电缆而不首先挖掘沟渠的情况中使用的气动地驱动的设备。最普遍地用于水平地在道路或类似的障碍物之下通过，冲击塑孔器通常放置在地洞的侧面中，且对准具有类似深度的预期在其中显露的远处地洞。塑孔器由沿着后部安装的压缩空气软管提供的压缩空气驱动。使具有相当大的质量的内部活塞在塑孔器的管状外壳内向前快速行进，其中内部活塞撞击外壳的前端，向前驱动外壳，在该过程中使外壳周围的土地移动。内部阀布置成使得在撞击外壳内的前部位置后，活塞以较少的能量被驱动回到外壳的后部，此时它的行进被阻止。排气接着被排放到塑孔器后面的腔中，且该循环重复。在内部活塞的向后行进及其随后的反转期间消耗的能量不足以克服外壳和在它周围压缩的土地之间的摩擦；因此，外壳在循环的这个部分期间不向后行进。 [0006] 根据本发明的第一方面，提供了用于插入用于地热热泵装置的地面回路（groundloop)的冲击塑孔器，地面回路包括第一管和第二管，塑孔器包括：冲击驱动机构；可连接到第一管的第一通道，其用于在地面回路的插入期间经由第一管接纳驱动流体并将它输送到驱动机构；可连接到第二管的第二通道，其用于在地面回路的插入期间经由第二管从驱动机构排出驱动流体；以及连接第一通道与第二通道的连接部，该连接部包括布置成在地面回路的插入期间限制驱动流体从第一通道到第二通道的流动但允许在相反方向上的流动的止逆阀，由此，在插入之后，当热泵装置在使用中时，地面回路包括第一管和第二管、第一和第二通道、以及连接部。 [0007] 使用该布置，当热泵系统在使用中时，阀可允许热交换流体从第二通道流动到第一通道。这允许相同的两个管用于在插入期间驱动塑孔器，并在热泵装置的使用期间构成地面回路。止逆阀提供支持塑孔器的这两个作用的简单但有效的方法。它可允许在插入完成之后地面回路连接到热泵系统，而没有任何额外的修改。这是可能的，例如，如果热交换流体在与驱动流体相反的方向上循环。在这种情况下，热交换流体本身自动使唯一的配置变化是必要的，即，止逆阀的打开。 [0008] 止逆阀——也称为止回阀或单向阀——设计成允许流体在一个方向上流动，但实质上防止流体在相反的方向上流动。 [0009] 塑孔器优选地具有：第一配置，其中第一和第二通道中的每个与冲击驱动机构流体连通；以及第二配置，其中第一和第二通道中的至少一个与驱动机构隔离。 [0010] 如果驱动机构在插入完成之后在一个通道处被隔离，则当热泵系统在使用中时驱动机构可填充有热交换流体，但将没有流体的通流。 [0011] 优选地，在第二配置中，第一和第二通道两者都与驱动机构隔离。 [0012] 如果驱动机构在这两个通道处被隔离，则根本没有热交换流体将进入驱动机构。也就是说，塑孔器的前部驱动部分将完全与在地面回路中循环的热交换流体隔离。 [0013] 塑孔器可适合于响应于被置入到第一通道和第二通道中的至少一个中的主体的接纳而从第一配置切换到第二配置。 [0014] 这是实现隔离的一种有利的方式。所置入的主体可阻塞并密封到驱动机构的路径。主体可以是由橡胶或塑料制成的球或塞子。 [0015] 第一通道和第二通道中的至少一个可包括适合于接纳主体的收缩部分，从而隔离该通道与驱动机构。 [0016] 止逆阀可包括在连接部中安装在从连接部的中心偏移的枢轴上的挡板（flap)，挡板绕着枢轴可旋转以响应于在第一通道处的正流体压力而使连接部阻塞，并可旋转以响应于第二通道处的正流体压力而使连接部不阻塞。 [0017] 这种类型的止逆阀有时称为摆动式止回阀或斜阀瓣式止回阀。枢轴可包括一个或多个耳轴。枢轴在垂直于流动方向的平面中从连接通道的中心偏移，使得流体的压力在枢轴的任一侧上将不相等的力施加在挡板的部分上。挡板因此是关于枢轴不对称的。为了适应这个不对称的挡板，枢轴可定位成靠近第一和第二通道中的一个而甚于靠近第一和第二通道中的另一个，即，更靠近连接部的一侧。这可允许挡板的较大侧在阀打开时被适应。 [0018] 止逆阀优选地具有它防止从第一通道到第二通道的流体流动的第一配置；以及它允许从第二通道到第一通道的流体流动的第二配置。 [0020] 止逆阀可最初设置在第一配置中，并可适合于锁定在第二配置中。[0021] 在一些实施方式中，止逆阀可锁定在其打开配置中。例如，阀可通过闭锁装置保持或偏置在其打开配置中。这可能意味着，一旦被打开，阀就可允许在任一方向上的流动，而不会再次关闭。换句话说，阀从第一（关闭）配置到第二（打开）配置的切换在正常使用中将是不可逆的。 [0022] 还提供了一套部件，其包括：如上所述的塑孔器；以及用于置入到塑孔器的第一通道和第二通道中的至少一个中的至少一个主体。 [0023] 根据本发明的另一方面，提供了插入并使用用于地热热泵系统的地面回路的方法，地面回路包括第一管和第二管，使用如上所述的冲击塑孔器，该方法包括：经由第一管将驱动流体提供到塑孔器的第一通道，以便将塑孔器驱动到地面中；以及在塑孔器被驱动一段期望的距离之后，经由第二管将热交换流体提供到第二通道，由此，热交换流体流入穿过第二管，进入第二通道中，穿过连接部，从第一通道出来，并穿过第一管出来。 [0024] 根据本发明的另一方面，提供了插入并使用用于地热热泵系统的地面回路的方法，地面回路包括第一管和第二管，使用如上所述的冲击塑孔器，该方法包括：经由第一管将驱动流体提供到塑孔器的第一通道，以便将塑孔器驱动到地面中；在塑孔器被驱动一段期望的距离之后，通过经由第二管将流体提供到第二通道来将止逆阀不可逆地切换到第二配置；后面是在任一方向上使热交换流体穿过第一管、第一通道、连接部、第二通道和第二管循环。 [0025] 根据本发明的又一方面，提供了插入用于地热热泵系统的地面回路的方法，地面回路包括第一管和第二管，使用如上所述的冲击塑孔器，该方法包括：经由第一管将驱动流体提供到塑孔器的第一通道，以便将塑孔器驱动到地面中；以及在塑孔器被驱动一段期望的距离之后，将主体置入到第一通道和第二通道的至少一个中，以将塑孔器切换到第二配置。 [0026] 将塑孔器切换到第二配置的步骤可包括：在驱动流体的力作用下将第一主体置入第一通道中；后面是在驱动流体的力作用下将第二主体置入第二通道中。 [0027] 首先隔离第一通道可以是有益的。当第一主体被置入并使到塑孔器的驱动机构的路径阻塞时，驱动流体的正压力倾向于保持止逆阀关闭，并向前推动主体以形成较紧密的密封。第二主体接着被置入到第二通道中。在第二通道处的正压力驱动第二主体以使路径阻塞并同时倾向于打开止逆阀。一旦第二主体在适当的位置上，塑孔器的驱动机构就完全被隔离。如果止逆阀还没有打开，驱动流体的压力将逐步增大，直到足以打开阀。 [0028] 阀可因此被设计成只响应于在第二通道处的相对高的压力而打开。阀也可设计成使得一旦被驱动流体的高压力打开，到达第二通道的热交换流体的相对较低的压力就足以保持它打开。 [0029] 可选地或此外，阀可设计成锁住打开。在这个意义上，它可被看作一次性止逆阀，因为一旦打开，它就可允许在任一方向上的流体流动。 [0030] 根据本发明的另一方面，提供了冲击塑孔器，其包括：头部和主体，其中头部包括比主体宽的一部分。也就是说，当在至少一个纵向截面中观看时，头部比主体宽。 [0031] 这样的塑孔器可特别好地适合于垂直地向下或以一角度向下塑孔到地面中，因为在这些情况下，减小塑孔器的主体上的摩擦可以是合乎需要的。相反，当水平地塑孔时，维持某个最低水平的摩擦通常是合乎需要的，因为当活塞返回到其起始位置时，摩擦力防止塑孔器向后移动。当向下塑孔时，重力可替代地实现这个作用。 [0032] 根据本发明的另一方面，提供了冲击塑孔器，其包括：冲击驱动机构和围绕驱动机构的外壳，其中驱动机构包括：在外壳内可滑动并具有室的活塞；以及用于将驱动流体传递到室以便驱动活塞的杆，杆优选地完全或部分地由塑性材料形成。 [0033] 与等效的金属部分比较，塑性材料的固有地较大的柔韧性意味着在移动和静止部分上的制造公差可增加，而在使用中时没有冲击驱动机构卡住。这可允许较大的效率，例如对于所提供的驱动流体的给定体积和压力所行进的较大距离。 [0034] 活塞的室可包括在其下端处或附近的孔，用于允许可能积聚在活塞室中的任何液体排出到外壳内部。 [0035] 围绕驱动机构的外壳可包括当塑孔器在使用中时用于允许液体从外壳的内部的底端处或附近的位置排出的通道。该通道优选地包括单向阀，其用于允许液体从塑孔器排出，同时限制液体从塑孔器外部流入。 [0036] 为了更大的优点，本发明的不同方面可组合。 [0038] 图1示出根据本发明的实施方式的冲击塑孔机器的透视图； [0039] 图2示出图1的具有在第一关闭配置中的止逆阀的塑孔机器的后部部分的以平面图和正视图的示意性横截面； [0040] 图3示出当止逆阀在第二打开配置中时相应于图2的横截面的示意性横截面； [0041] 图4示出塑孔机器的横截面，其示出塑孔机器的驱动机构；以及 [0042] 图5更详细地示出图4的塑孔机器的泄放机构。 [0043] 应注意，这些图是概略的，且不一定按比例绘制。为了附图中的简洁和方便起见，这些图的部件的相对尺寸和比例被示为在尺寸上放大或减小。 [0044] 下面的例子集中于本发明的示例性实施方式，其中塑孔装置是气动的。也就是说，塑孔器的驱动流体是压缩空气。 [0045] 图1中示出第一示例性实施方式的塑孔装置3。塑孔器4安装有两个后部突出管5和6，其具有通常用于热泵系统的类型。管最初被用作用于将压缩空气提供到塑孔器4的线路以及使排气从塑孔器4回到表面的线路。在地面内的期望穿透深度处，压缩空气供应被断开，且管连接到地热热泵系统的其余部分。在使用中，热交换流体将接着通过地面回路循环，地面回路包括第一管5和第二管6，以及塑孔器4的一部分。 [0046] 图2以横截面示出示出塑孔器4的后端。上面的图示出沿着下面的图中的线B-B’截取的正视图。下面的图示出沿着上面的图中的线A-A’截取的相应平面图。 [0047] 第一管5耦合到在塑孔器的后部中的第一口或通道10。该通道包括塑孔器（未示出）的驱动机构的进气口。压缩空气经由第一管5提供到第一通道10以将塑孔器驱动到地面中。来自塑孔器的排气经由第二口或通道20离开，并经由耦合到该口的第二管6返回到表面。在本实施方式中，管是塑料的，且耦合件具有通常使用的热熔类型。在第一通道10和第二通道20中的空气的流动由箭头指示。 [0048] 具有在第一通道10和第二通道20之间的连接或开口 30，其包含止逆（单向）阀40。阀布置成防止流体在从第一通道10到第二通道20的方向上流动。因此，当压缩空气被提供到第一通道10以驱动塑孔器时，单向阀保持关闭，迫使空气流入驱动机构中以驱动塑孔器4。 [0049] 在本实施方式中，连接部包括在第一通道10和第二通道20之间的连接导管30。止逆阀包括在导管30中安装在从导管的中心偏移的枢轴60上的挡板40。挡板将响应于第一通道10处的正（相对）流体压力而绕着枢轴旋转以关闭连接部30。挡板将响应于第二通道20处的正（相对）流体压力而旋转以打开连接部。 [0050] 在本实施方式中，塑孔器具有用于驱动/插入的第一配置，其中第一和第二通道中的每个与冲击驱动机构流体连通。塑孔器具有用作地面回路的一部分的第二不同的配置，其中第一和第二通道与驱动机构隔离。 [0051] 对第二配置的改变通过在压缩空气的力下将橡胶球70a、70b置入到每个通道中来实现。球可以按任一顺序被置入：然而，在本例中，球70a首先被置入到第一通道10中，后面是将球70b置入第二通道20中。图3示出在第二配置中的塑孔器4。 [0052] 第一通道10具有在超出连接导管30的点处的收缩部分50，其适合于接纳球70a，并从而将通道与下面的驱动机构隔离。第二通道具有类似的收缩部分52。在本例中，每个收缩部分由在通道的壁中的O形环提供。 [0053] 当球70a、70b被置入时，它们沿着相应的管5、6行进并进入相应的通道10、20内，直到它们到达收缩部分，其中它们能够不再行进并被卡住。如果第一球70a首先被置入，则具有潜在的增加的益处，因为单向阀40保持关闭。因此，一旦球70a位于收缩部分50中，就没有压缩空气的逸出线路。这可实现球后面的压力的逐步增大，使得倾向于进一步将球推动到其座部中并将球固定在那里。球优选地形成与钻孔和/或收缩部分50的壁的干涉配合。 [0054] 当第二球70a被置入时，第二球70a也向下行进，直到第二球70a靠着收缩部分52被挡住。压缩空气的压力打开单向阀40，如图3所示，其中挡板40不再阻塞连接部30。 [0055] 地面回路现在准备使用。管5、6的端部在表面连接到热泵系统，其将以常规方式使热交换流体穿过它们。在本实施方式中，止逆阀40具有简单的收缩部分，且热交换流体应经由第二管6提供到第二通道20。这确保阀保持打开，因为其布置成允许经由第二通道20流入并经由第一通道10流出。换句话说，当塑孔器被驱动时，管5、6和通道10、20中的热交换流体的流动方向与压缩空气的流动相反。如果热交换流体被提供到第一通道，则止逆阀40将再次关闭。 [0056] 在本实施方式中，由球70a、70b形成的密封用于隔离塑孔器的包括驱动机构的前部部分。当地面回路在使用中时，热交换流体因此不流入驱动机构中或穿过驱动机构。这意味着在系统中的热交换流体的体积可被最小化，且到周围地面或来自周围地面的传热可被最大化。 [0057] 图4示出在塑孔器的后部处的口和驱动机构之间的关系。驱动机构包括具有前部部分82和后部部分84的活塞80。前部部分82是实心块，其提供动量以驱动塑孔器。后部部分84是中空室。活塞80位于塑孔器的外壳85内部，并可在其内部纵向滑动。室84经由第一通道10和杆90从管5接收压缩空气，杆90从后部延伸到室84中。以位于塑孔器的后部处的活塞开始，压缩空气的力将向前驱动活塞，直到室的壁中的开口 86a、86b被暴露。这允许空气排放到活塞和外壳之间的空间中。此时，块82撞击塑孔器的突出部（nose)95的内部。在活塞的外部上的压缩空气的压力于是倾向于向后推活塞。当室84的壁在杆90的端部上向后滑动时，孔86将再次关闭。然而，活塞的动量将它向后传送得更远，直到孔被再次暴露在杆90的窄部分周围。这允许空气经由第二通道20和管6排出。在这方面，本实施方式的气动塑孔器的驱动机构是常规的。然而，全部或部分地由塑性材料而不是使用常规金属结构来制造杆90可能是有益的。当活塞向前并再次向后滑动时，塑性杆将提供较大的柔韧性和弹性。发明人发现，在活塞80上和外壳85的内部的制造公差可作为这个柔韧性的结果而放宽，这又可使塑孔器制造起来更便宜。 [0059] 塑性杆可能是有益的，独立于所描述的其它特征。因此，公开了另一独立的创造性概念，其提供：包括外壳85的冲击塑孔器；在外壳内部的驱动机构；以及用于将驱动流体输送到驱动机构的输入通道10，其中驱动机构包括在外壳内可滑动并具有室84的活塞80 ;以及用于将驱动流体从输入通道10传递到室84以便驱动活塞的杆90，杆全部或部分地由塑性材料形成。杆优选地相对于外壳被固定。也就是说，杆优选地不是驱动机构的移动部分。室84的内部可具有在纵向方向（活塞可移动的方向）上的均匀横截面，且杆可包括：具有匹配室的内部的外部横截面的第一部分；以及具有较小的横截面的第二部分。第二部分优选地由塑料制成。第一部分可由金属制成。当活塞向后和向前滑动时，塑性部分可有弹性地弯曲，从而允许一定量的游隙。这意味着，活塞可横穿（纵向）滑动方向稍微移动，而不引起对杆或塑孔器的其他部分的磨损或损坏应力。因此，移动部分（和相邻的固定部分）不再需要被制造到这样高的精确度。由金属形成第一部分可帮助避免在杆的端部上的快速磨损。 [0060] 当塑孔器被驱动到地面中时，它拉在其后面的管5、6。周围的土壤在尾部管上施加摩擦力，该摩擦力与塑孔器的驱动力相反。摩擦程度将取决于地面回路被插入的土壤的类型。然而，结果是使插入更难。在更坏的情况下，管5、6可被拉长，与塑孔器分离，或以其它方式被损坏。 [0061] 在本实施方式中，在管被插入时通过使用干粒状材料给管涂薄浆来减小摩擦的影响。该材料由回收的玻璃的细粒制成。细粒减小了管和土壤之间的摩擦。一旦安装完成，材料就充当薄泥浆或填隙，填充管周围的任何空间，并确保对土壤的良好热传导。在插入过程期间，细粒可在入口处被灌入塑孔器所产生的孔中（也就是说，管插入地面的点）。在这里，随着管滑动到地面中，细粒自然被拉到孔中。 [0062] 在本例中，粒状材料是由瓶罐碎玻璃制成的分级的硅酸钠玻璃砂。玻璃细粒具有在1-2_的范围内的尺寸。也就是说，实质上所有的细粒都将通过具有2_孔径的筛子，而少于5%的细粒将通过具有Imm孔径的筛子。这些玻璃微粒的一般热传导率在每米开1. 3-1. 5瓦特（W/mK)的范围内。 [0063] 更一般地，发明人还发现，如果塑孔器用于钻垂直孔，则在塑孔器的前面处提供具有比主体的其余部分稍微大的直径的一部分可能是有益的。例如，塑孔器可包括头部或突出锥体95，其扩口到比塑孔器的在突出锥体的后部的部分的宽度更大的宽度。这减小了在塑孔器的长度上的摩擦影响，因为由突出部产生的孔的内径比塑孔器的大部分主体宽。注意，这仅仅适合于塑孔器的垂直（或陡斜角）插入，其中重力起相当大的作用。在水平或浅角塑孔中，在外壳和周围地面之间的摩擦实际上是合乎需要的，因为它确保当活塞在排气循环中被向后驱动时塑孔器不在钻孔中向后滑。注意，具有比主体的其余部分宽的头部可能通常使塑孔器变得难以缩回（在相反的方向上），特别是如果形成钻孔的壁的土体在它周围塌下。然而，这在本申请中不是问题，因为总是旨在使塑孔器保持在地面中适当的位置上，作为地热地面回路的部分。 [0064] 因此，公开了额外的独立创造性概念，其提供：包括用于移动土壤的头部95和主体85的冲击塑孔器，其中头部95包括比主体宽的一部分。主体在头部的后部，且优选地比头部长。头部应在穿过塑孔器的至少一个纵向横截面中呈现较宽的剖面。在这里，“纵向”指平行于塑孔器的行进方向的平面。优选地，在每个纵向横截面中，头部具有比主体宽的剖面。优选地，在横向平面中（即，在行进方向上沿着塑孔器的长度看）的头部的最大横截面比主体的横截面大。这意味着头部产生比允许塑孔器的主体通过所必需的尺寸大的孔，从而减小主体上的摩擦。优选地，主体具有一致的横截面。优选地，头部具有与主体相同的形状的横截面。主体和头部可以在横截面上是圆形的，在这种情况下头部的最大直径D将大于主体的直径。圆形横截面在一个方向上是最佳的，因为它最小化塑孔器的表面积。因此，主体可以是圆柱形的，且头部可以是圆锥形的或阶梯状圆锥形状。然而，可使用其它横截面形状。 [0065] 在本实施方式中，主体85是圆柱形的，具有75mm的直径，而头部95实质上是圆锥形的，在圆锥体的80_的底部处具有最宽直径。因此，头部可以在主体的宽度的105%到110%的范围内，更优选地为主体的宽度的大约107%。在主体85的后部处的阀部分是95mm宽和115mm长。头部、主体和阀部分的组合长度是1055mm。头部占的部分形成长度的160mmo [0066] 在实践中，用于驱动塑孔器的压缩空气可能包含以液体和/或蒸汽形式的水。特别是柴油压缩机将产生具有相当大数量的水蒸汽的压缩空气。已经发现，水可在插入期间干扰塑孔器的操作。当塑孔器钻到地面中时，水蒸气由于压缩空气的冷却而冷凝。在管5、6中的任何液体将倾向于向下排走，并聚集在塑孔器的驱动机构中。如果足够的液体聚集，则这将阻碍驱动机构的移动部分。为了处理这个问题，本发明人在塑孔器中置入了泄放阀机构。 [0067] 存在关于液体污染物例如水倾向于聚集在塑孔器方面的两个主要点。第一个主要点是在中空活塞-室84的底部处。为了解决这个，小孔径（例如，2mm)的孔87在室84的下端处或附近设置在室的壁中，以允许该液体从活塞排出到外壳85的内部中。孔87位于用于排出压缩空气的主开口 86a、86b之下，并具有小得多的尺寸（例如，开口 86a、b的尺寸的2%到10% )。虽然当不存在排出的液体时将有穿过孔87的压缩空气的泄漏，与压缩空气开口 86a、b的尺寸比较的孔的小尺寸意味着逸出的空气的体积将对驱动机构的操作有可忽略的影响。 [0068] 水积聚的第二个点是在外壳85的内部的底端处。当液体从活塞-室84的壁中的孔87排出时，液体将聚集在这里。此外，在排气管6中冷凝的水蒸汽可向下流回到塑孔器中并聚集在这里。该液体通过泄放通道97穿过塑孔器的头部95排出到周围的土壤，泄放通道97从外壳85的内部的底部延伸。在泄放通道97中的止逆阀98允许液体在压缩空气的力下排出，同时例如当压缩空气供应被切断并断开时防止地面水的进入。 [0069] 在图5中更详细地示出了本实施方式的泄放通道。在本实施方式中，该通道具有与孔87-2mm的尺寸类似的最小尺寸。止逆阀98包括通过俘获弹簧98b朝着阀的关闭配置偏置的柱塞98a。弹簧98b通过平头螺钉99保持在适当的位置上，平头螺钉99是从塑孔器的外部可接近的。这便于泄放机构的容易制造。当塑孔器被压缩空气驱动时，压力差将通过向后推动柱塞98a以压缩俘获弹簧98b来打开阀。压力差将接着从塑孔器排出流到外壳84的内部的底部的任何液体。如已经在上面提到的，将有小的、但不变的空气泄漏，只要没有液体排出。然而，由于通路相对于流经塑孔器的空气的体积的小孔径，这是可忽略的。 [0070] 注意，由水的冷凝和淤积引起的这些问题与任务的性质相关：水倾向于聚集在塑孔器内部，因为塑孔器一般垂直地向下或以斜角向下被驱动。如果塑孔器相反被水平地驱动（塑孔的很多传统使用通常就是这样），液体的淤积将不出现。换句话说，这个问题对于塑孔器以向下的角被插入的应用是特定的。同样，泄放机构的解决方案将适用于需要以这样的角塑孔的任何任务。还注意，泄放机构利用重力通过允许聚集的液体从它所位于的相应腔的底端逸出来解决问题。 [0071] 现在将描述本发明的第二实施方式，其非常类似于第一实施方式。在本实施方式中，单向阀40具有它锁在打开位置上的额外特征。也就是说，一旦阀通过在第二通道处的正流体压力第一次打开，它就保持永久地打开。在这个意义上，阀仅在塑孔器的插入期间是单向阀。 [0072] 止逆阀40最初设置在其关闭配置（如图2)中。这个塑孔器的使用开始与上面描述的第一实施方式的塑孔器相同：压缩空气被提供到第一通道，这驱动塑孔器并倾向于保持止逆阀40关闭。一旦插入完成且塑孔器在期望深度处，球70a、70b就被置入以隔离地面回路与塑孔器4的前面部分。压缩空气提供到第二通道20以置入第二球70b打开了止逆阀40。第二实施方式的阀合并了闭锁装置，使得挡板现在保持在打开位置上。这意味着当热泵系统在使用中时，热交换流体可在任一方向上穿过地面回路循环。该实施方式可避免在安装程序中的错误的可能，特别是如果一个人将地面回路插入而另一人稍后将管5、6连接到热泵系统。使用第一实施方式的布置，连接管的人应知道哪个管是哪个，否则热交换流体源可能被不注意地连接到第一管5，在这种情况下止逆阀将防止循环。 [0073] 在其它实施方式中，球70a、70b中的一个或两个可省略，使得地面回路只部分地与塑孔器的前部隔离，或根本不隔离。如果只有一个球被使用（例如70b)，则将没有穿过塑孔器的驱动机构的热交换流体的流动；然而，机构可通过非隔离通道10填充有热交换流体。如果根本没有提供隔离，则一些热交换流体可穿过塑孔器4的驱动机构而循环。然而，大部分流动将仍然通过开放的连接部30，因为这将是具有最小阻力的路径。在任一情况(部分或无隔离）中，塑孔器的前部部分应被不透气地密封，因为否则热交换流体可能泄漏出到周围土壤中（或地面水压力可迫使地面水进入），污染或稀释热交换流体。 [0074] 在上面描述的实施方式中，杆90 (其将压缩空气输送到活塞中的室84)全部或部分地由塑性材料制造，且其它主要部件由金属制造。然而，也开发了其它实施方式，其中杆90由金属制成。在这些实施方式中，当活塞前后滑动时，室84的内表面和杆90的外表面之间的摩擦可能干扰塑孔器的高效和有效的操作。减小该摩擦的一种方式是在杆90和活塞室84之间使用一个或多个自润滑密封。例如，可适合的尼龙自润滑密封是可用的。 [0075] 更一般地，减小外壳85的内部和在外壳85内滑动的活塞80的外部之间的摩擦也可以是合乎需要的。自润滑密封也可用于这个目的。[0076] 可选地，处理金属部件的表面以减小摩擦系数可以是优选的。在一个实施方式中，使用氮碳共渗加氧化工艺例如处理的Nitrotec®族之一来处理杆90的外表面和室84的内部。也可使用类似的工艺来处理外壳85的内部和活塞80的外表面。 [0077] 使用诸如此的技术以减小塑孔器内部的摩擦可避免提供液态润滑剂以使塑孔器的内部移动部分润滑的需要。在没有摩擦减小措施的实施方式中，使用喷雾（气雾剂）润滑剂可以是合乎需要的。然而，这可能有润滑剂朝着塑孔器的头部排出的缺点，其中它接着积聚并可能干扰正确的操作。结果与上面已经讨论的水积聚在塑孔器的底部处相同。如上面讨论的，在遭受液体积聚的问题的实施方式中，可能必须采取额外的措施来允许排放（例如在室84的壁中的孔87以及穿过塑孔器的头部95的泄放通道97)。因此，适当的摩擦减小措施例如Nitrotec®处理的使用可避免提供排放的需要（例如，如果用于驱动塑孔器的压缩空气足够干燥以避免水的冷凝和积聚)。因此，在杆90的外表面、室84的内部、外壳85的内部和活塞80的外表面使用Nitrotec®处理来处理的实施方式中，可消除通风孔87和通风通道97。 [0078] 各种其它修改对本领域中的技术人员将是明显的。例如，塑孔器可以通过液压被供能而不是气动地供能。如果塑孔器由液压流体供能，则一般将必须采取额外的措施来提供驱动塑孔器的往复行动。与气动系统中的空气不同，液压流体不是可压缩的。在气动系统中，空气的压缩提供帮助使活塞返回到其起始位置的弹性程度。如果塑孔器将通过液压被供能，则该弹性可替代地由可压缩气体的封闭体积或通过外壳内部的弹簧提供。 [0079] 如果冲击塑孔器气动地被供能，则对压缩“空气”的提及应被认为包括任何气体或气体的混合，如本领域中的技术人员将无疑理解的。 [0080] 在上面描述的实施方式中，干粒状材料用于使管的插入润滑并给管涂薄泥浆。可选地，液体可用于这个目的。在某些情况下使用钻井流体或钻井泥浆可能是有益的。例如，包括分散在轻矿物油中的阴离子丙烯酰胺共聚物的液态钻井流体聚合物在钻井领域中是已知的。如果管被插入的角是浅的，则使用这样的产品可以特别有益，因为干粒状材料的使用在某种程度上取决于重力，且这个力在浅角时减小。液态钻井流体聚合物可被添加到水或膨润土系统。 [0081] 将存在用于在阀40中提供止逆机构的很多不同的适当机构。然而，所述实施方式的挡板40可具有简单性和可靠性的益处。如同塑孔器的仅在插入期间是活动的其它部件一样，持久性不一定是要求。塑孔器的驱动机构仅被使用一次，且一旦地面回路在热泵系统中处于使用中，塑孔器的驱动机构就是冗余的。同样，止逆阀应防止在塑孔器的插入期间驱动流体通过连接部30的泄漏；但在插入之后，主要要求是止逆阀不阻挡热交换流体的循环。止逆阀例如不需要再次形成密封以再次使连接部阻塞。这个认识可导致较简单和较轻的部件以及塑孔装置的较便宜的制造。 [0082] 如上所述，在通道10、20中的收缩部分50、52可由钻孔的壁中的橡胶O形环提供。可选地或此外，收缩部分50、52可通过每个通道的钻孔的在超出它们之间的连接部30之外的点处的变窄来提供。 [0083] 如果球70a、70b由相对硬的塑性材料例如HDPE制成，则橡胶O形环可以是合乎需要的，以便获得必要的弹性来产生可靠的密封。然而，如果球由相对软的弹性材料例如天然或合成橡胶制成，则它们将固有地是可变形的和弹性的。在这种情况下，O形环可能是不必要的，且收缩部分可替代地通过钻孔本身的变窄来提供。 [0084] 使用压缩空气的力插入球70a、70b是来自适合于将阀从第一配置切换到第二隔离配置的各种机制的一个有利的例子。例如，切换可通过其它机制实现并用电力、通过热熔丝或电动机、或借助于控制电缆或软线、或甚至单独的液压连接来触发。 [0085] 然而，优选地，用于驱动塑孔器的驱动流体也用于启动止逆阀的打开和/或设备到第二隔离配置的切换，因为这可导致用于安装地面回路的简化程序。 [0086] 虽然所述类型的地热热泵系统大都通常用于从大地本体或水中提取热并加热建筑物，它们当然可用在其它应用中。例如，它们可用于加热（或预先加热）水以用于家用或用于游泳池。类似地，它们可用于在两个大地本体之间输送热：例如从地下较深的土壤到接近地表面的土壤。这可能对保护运动场免受霜冻以及其它目的是有用的。如本领域中的技术人员将认识到的，本发明同样适用于所有这些应用。 |
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