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一种地温蓄能交换装置及其建造方法

阅读:987发布:2020-06-21

专利汇可以提供一种地温蓄能交换装置及其建造方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种地温蓄能交换装置,包括埋设于地下的地温蓄能交换装置地下部分、分别地连接于所述地温蓄能交换装置地下部分与 建筑物 冷暖循环系统进 水 口之间的第一、第二导 流管 以及连接于所述地温蓄能交换装置地下部分与建筑物冷暖循环系统出水口的第三导流管,循环介质在所述建筑物冷暖循环系统与地温蓄能交换装置地下部分之间循环流动,所述地温蓄能交换装置能够在制冷状态和制热状态之间切换工作;本发明所述的地温蓄能交换装置提供了一种清洁环保高效的中深层 地 热能 开发利用方式,本发明所述的地温蓄能交换装置设计为内外管结构,从而在所述外管与各导流管之间形成循环介质热交换区,具有较高的热交换效率。,下面是一种地温蓄能交换装置及其建造方法专利的具体信息内容。

1.一种地温蓄能交换装置,其特征在于,包括埋设于地下的地温蓄能交换装置地下部分、分别地连接于所述地温蓄能交换装置地下部分与建筑物冷暖循环系统进口之间的第一导流管(1)和第二导流管(2)以及连接于所述地温蓄能交换装置地下部分与建筑物冷暖循环系统出水口的第三导流管(3),所述第三导流管(3)靠近的所述建筑物冷暖循环系统的一端设有体(9),用以抽取所述建筑物冷暖循环系统中的循环介质,使其流回到所述地温蓄能交换装置地下部分,当所述地温蓄能交换装置处于制冷状态时,所述第一导流管(1)与所述第三导流管(3)呈打开状态,经由所述冷暖循环系统形成相连通的管路,而所述第二导流管(2)呈关闭状态;而当所述地温蓄能交换装置处于制热状态时,所述第二导流管(2)与所述第三导流管(3)呈打开状态,经由所述冷暖循环系统形成相连通的管路,而所述第一导流管(1)呈关闭状态。
2.如权利要求1所述的地温蓄能交换装置,其特征在于,所述地温蓄能交换装置地下部分包括外管(4),所述外管(4)的上顶面(41)与下底面均呈封闭状态,所述第一导流管(1)、第二导流管(2)与第三导流管(3)的一端(1a、2a、3a)分别地穿过所述外管(4)的上顶面(41),从而伸设于所述外管(4)的内部,所述第一导流管(1)、第二导流管(2)与第三导流管(3)伸设于所述外管(4)内部的一端(1a、2a、3a)被设置于所述外管(4)内部的不同高度。
3.如权利要求2所述的地温蓄能交换装置,其特征在于,所述第三导流管(3)的一端(3a)伸设于所述外管(4)内部靠近所述外管(4)上顶面(41)的位置;所述第二导流管(2)的一端(2a)伸设于所述外管(4)内部靠近所述外管(4)下底面的位置并与该下底面之间具有一间隔,所述第一导流管(1)的一端(1a)伸设于所述外管(4)内部的上部,同时低于所述第三导流管(3)的一端(3a)。
4.如权利要求2或3所述的地温蓄能交换装置,其特征在于,所述第二导流管(2)在所述外管(4)内部沿所述处管(4)的中心轴延伸,并且在所述第二导流管(2)伸入所述外管(4)内部的一部分上设置有多个整流架(5),其中,所述整流架(5)包括多个叶片(51),所述多个叶片(51)以所述第二导流管(2)的中心轴为中心呈放射状设置,而在每一个叶片(51)上还进一步地开设有多个导流孔(52)。
5.如权利要求4所述的地温蓄能交换装置,其特征在于,所述整流架(5)的叶片(51)长度被设计为L=(R1-R2)×80%,所述导流孔(52)的半径被设计为R3=R2×40%,所述叶片的宽度被设计为D=R3×3,其中,
L为所述整流架(5)的叶片(51)的长度;
R1为所述外管(4)的半径;
R2为所述第二导流管(2)的半径;
R3为所述叶片(51)上的导流孔(52)的半径;
D为所述整流架(5)的叶片(51)的宽度。
6.如权利要求4所述的地温蓄能交换装置,其特征在于,所述第二导流管(2)伸入所述外管(4)内部的部分由多段子导流管(21)构成,在每两段相邻的子导流管(21)之间设置有一个整流架(5),所述整流架(5)还进一步地包括有与每一个所述叶片(51)的一端相连接的中心管(53),该中心管(53)的内径与所述第二导流管(2)的内径相等,所述中心管(53)的上部和下部分别地通过等径直通(54、54')和与之相对应的子导流管(21)连接。
7.如权利要求2所述的地温蓄能交换装置,其特征在于,所述外管(4)的底部连接有变径部(6),所述变径部(6)包括大径部(61)和小径部(62),其中,所述大径部(61)与所述外管(4)的底部边缘连接,所述小径部(62)具有开口(63),在所述变径部(6)进一步地设置有活动的下沉式封闭机构,能够在重的作用下下沉至所述开口(63)处并将该开口(63)完全封闭。
8.如权利要求7所述的地温蓄能交换装置,其特征在于,所述下沉式封闭机构为球(64),所述钢球(64)的直径大于所述小径部的开口(63)的直径。
9.如权利要求2所述的地温蓄能交换装置,其特征在于,在所述外管(4)与地下钻孔之间填充有回填料(7),所述回填料(7)由河沙、胶水以及水泥搅拌混合并烘干而成。
10.一种地温蓄能交换装置的建造方法,其特征在于,所述建造方法包括如下步骤:
1)使用钻孔机由地面向下钻出地下钻孔;
2)在所述地下钻孔中设置与其截面形状相对应的外管(4),并将外管固定于所述地下钻孔中;
3)清洗外管(4)内部后,放入下沉式封闭机构从而将所述外管(4)的底部封闭;
4)将设置有整流架(5)的第二导流管(2)部分地伸设于所述外管(4)的内部,同时将第一导流管(1)以及第三导流管(3)也部分地伸设于所述外管(4)的内部;
5)将所述第一导流管(1)与第二导流管(2)未伸入所述外管(4)内部的另一端分别地与建筑物冷暖循环系统进水口相连接,而将所述第三导流管(3)未伸入所述外管(4)内部的另一端与所述建筑物冷暖循环系统出水口相连接;
6)在所述外管(4)的顶部加盖上顶面;
7)打压检查所述地温蓄能交换装置的密封性
11.如权利要求10所述的地温蓄能交换装置的建造方法,其特征在于,在将所述外管(4)固定于所述地下钻孔后,还进一步地,在所述外管(4)与地下钻孔之间填充有回填料(7),所述回填料(7)通过如下方式制得:
a.选用直径为1-2mm的河沙,清洗干净,晾干;
b.加入胶水将河沙拌匀,再加入水泥搅拌,烘干。
12.如权利要求10或11所述的地温蓄能交换装置的建造方法,其特征在于,所述建造方法包括如下步骤:
1')选用配备有与地层岩性相适应的钻头的钻机由地面向下钻出地下钻孔,所述地下钻孔的底部距地面距离大于所述外管(4)的设计长度;
2')在所述地下钻孔中设置与其截面形状相对应的外管(4),并将外管固定于所述地下钻孔中,所述外管(4)由多根钢管连接而成,所述外管(4)的底部设置有变径部(6),而在所述变径部(6)的小径部(62)处具有开口(63);
3')清洗外管(4)内部,并从所述外管(4)顶部放入钢球(64),从而将设置于所述外管(4)底部的变径部(6)的开口(63)封闭;
4')在所述外管(4)与地下钻孔之间填充有回填料(7);
5')将多个整流架(5)中的每一个所述整流架(5)通过等径直通(54、54')连接于与两段相邻的子导流管(21)之间,从而由多个整流架(5)以及与之相连接的多段的子导流管(21)构成所述第二导流管(2)伸入所述外管(4)内部的部分,而所述第二导流管(2)伸入所述外管(4)内部的一端(2a)接近所述外管(4)的下底面;
6')将第一导流管(1)部分地伸设于所述外管(4)的内部,所述第一导流管(1)伸入所述外管(4)内部的一端(1a)高于所述多个整流架(5)中距离地面最近的一个所述整流架(5);
7')将第三导流管(3)部分地伸设于所述外管(4)的内部,所述第三导流管(3)伸入所述外管(4)内部的一端(3a)突出于所述外管(4)上顶面(41)的下表面;
8')将所述第一导流管(1)与第二导流管(2)未伸入所述外管(4)内部的另一端通过接头与建筑物冷暖循环系统进水口相连接,而将所述第三导流管(3)未伸入所述外管(4)内部的另一端与所述建筑物冷暖循环系统出水口相连接,在所述第三导流管(3)靠近的所述建筑物冷暖循环系统的一端设有泵体(9);
9')在所述外管(4)的顶部加盖上顶面(41);
10')打压检查所述地温蓄能交换装置的密封性。

说明书全文

一种地温蓄能交换装置及其建造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及中深层热能开发利用领域,更具体地涉及一种能够高效地、环保地利用中深层地热能,为建筑物供暖且兼顾制冷的地温蓄能交换装置及其建造方法。

背景技术

[0002] 研究表明,形成于46亿年前的地球,在漫长的演化过程中,其内部聚集了丰富的能量,其核心部位温度高达6880℃,比太阳表面5500℃还高一千多度。地球体积的90%在1000℃以上,99%在100℃以上,火山爆发让人类直接感受了其能量的巨大威
[0003] 据钻探和测量数据显示,地表20米以下的温度已不受太阳辐射的影响,各深度层温度受地核传导热量控制,一年四季恒定不变,深度每增加100米,温度增加3℃。地热能储量巨大,分布广泛,清洁环保、取之不尽、用之不竭。
[0004] 而另一方面,在我国,目前建筑能耗占全社会总能耗的1/3,建筑物使用中最大的能耗是采暖和制冷,约占建筑物总能耗的50%。与气候条件相近的发达国家相比,我国建筑每平方米采暖能耗是发达国家的3倍,随着生活舒适标准的不断提高,建筑能耗还将大幅上涨。
[0005] 进入二十一世纪后,人类进入绿色低发展时期,越来越多的科学家致力于高效环保地热能开发利用技术的推广应用,并将所获得的地热能用于建筑物的采暖。但现有技术始终没能脱离开通过抽取地下来获取地热能的方式,随着地下水资源的日渐匮乏以及地下水污染的急速加剧,这样的通过抽取地下水来获取地热能的方式受到的制约也越来越多。

发明内容

[0006] 本发明旨在提出一种结构简单、在无需抽取地下水的情况下也可获得地热能并能够高效、环保地利用中深层地热能的地温蓄能交换装置。
[0007] 为了达到上述目的,本发明提供了如下的技术方案:
[0008] 本发明所述的地温蓄能交换装置,其包括埋设于地下的地温蓄能交换装置地下部分、分别地连接于所述地温蓄能交换装置地下部分与建筑物冷暖循环系统进水口之间的第一导流管和第二导流管以及连接于所述地温蓄能交换装置地下部分与建筑物冷暖循环系统出水口的第三导流管,所述第三导流管靠近的所述建筑物冷暖循环系统的一端设有体,用以抽取所述建筑物冷暖循环系统中的循环介质,使其流回到所述地温蓄能交换装置地下部分,当所述地温蓄能交换装置处于制冷状态时,所述第一导流管与所述第三导流管呈打开状态,经由所述冷暖循环系统形成相连通的管路,而所述第二导流管呈关闭状态;而当所述地温蓄能交换装置处于制热状态时,所述第二导流管与所述第三导流管呈打开状态,经由所述冷暖循环系统形成相连通的管路,而所述第一导流管呈关闭状态。
[0009] 进一步地,所述地温蓄能交换装置地下部分包括外管,所述外管的上顶面与下底面均呈封闭状态,所述第一导流管、第二导流管与第三导流管的一端分别地穿过所述外管的上顶面,从而伸设于所述外管的内部,所述第一导流管、第二导流管与第三导流管伸设于所述外管内部的一端被设置于所述外管内部的不同高度。
[0010] 进一步地,所述第三导流管的一端伸设于所述外管内部靠近所述外管上顶面的位置;所述第二导流管的一端伸设于所述外管内部靠近所述外管下底面的位置并与该下底面之间具有一间隔,所述第一导流管的一端伸设于所述外管内部的上部,同时低于所述第三导流管的一端。
[0011] 进一步地,所述第二导流管在所述外管内部沿所述处管的中心轴延伸,并且在所述第二导流管伸入所述外管内部的一部分上设置有多个整流架,其中,所述整流架包括多个叶片,所述多个叶片以所述第二导流管的中心轴为中心呈放射状设置,而在每一个叶片上还进一步地开设有多个导流孔。
[0012] 进一步地,所述整流架的叶片长度被设计为L=(R1-R2)×80%,所述导流孔的半径被设计为R3=R2×40%,所述叶片的宽度被设计为D=R3×3,其中,L为所述整流架的叶片的长度;R1为所述外管的半径;R2为所述第二导流管的半径;R3为所述叶片上的导流孔的半径;D为所述整流架的叶片的宽度。
[0013] 进一步地,所述第二导流管伸入所述外管内部的部分由多段子导流管构成,在每两段相邻的子导流管之间设置有一个整流架,所述整流架还进一步地包括有与每一个所述叶片的一端相连接的中心管,该中心管的内径与所述第二导流管的内径相等,所述中心管的上部和下部分别地通过等径直通和与之相对应的子导流管连接。
[0014] 进一步地,所述外管的底部连接有变径部,所述变径部包括大径部和小径部,其中,所述大径部与所述外管的底部边缘连接,所述小径部具有开口,在所述变径部进一步地设置有活动的下沉式封闭机构,能够在重力的作用下下沉至所述开口处并将该开口完全封闭。
[0015] 进一步地,所述下沉式封闭机构为球,所述钢球的直径大于所述小径部的开口的直径。
[0016] 进一步地,在所述外管与地下钻孔之间填充有回填料,所述回填料由河沙、胶水以及水泥搅拌混合并烘干而成。
[0017] 本发明还提供了一种地温蓄能交换装置的建造方法,所述建造方法包括如下步骤:
[0018] 1.使用钻孔机由地面向下钻出地下钻孔;
[0019] 2.在所述地下钻孔中设置与其截面形状相对应的外管,并将外管固定于所述地下钻孔中;
[0020] 3.清洗外管内部后,放入下沉式封闭机构从而将所述外管的底部封闭;
[0021] 4.将设置有整流架的第二导流管部分地伸设于所述外管的内部,同时将第一导流管以及第三导流管也部分地伸设于所述外管的内部;
[0022] 5.将所述第一导流管与第二导流管未伸入所述外管内部的另一端分别地与建筑物冷暖循环系统进水口相连接,而将所述第三导流管未伸入所述外管内部的另一端与所述建筑物冷暖循环系统出水口相连接;
[0023] 6.在所述外管的顶部加盖上顶面;
[0024] 7.打压检查所述地温蓄能交换装置的密封性
[0025] 进一步地,在将所述外管固定于所述地下钻孔后,还进一步地,在所述外管与地下钻孔之间填充有回填料,所述回填料通过如下方式制得:
[0026] a.选用直径为1-2mm的河沙,清洗干净,晾干;
[0027] b.加入胶水将河沙拌匀,再加入水泥搅拌,烘干。
[0028] 进一步地,所述建造方法包括如下步骤:
[0029] 1')选用配备有与地层岩性相适应的钻头的钻机由地面向下钻出地下钻孔,所述地下钻孔的底部距地面距离大于所述外管的设计长度;
[0030] 2')在所述地下钻孔中设置与其截面形状相对应的外管,并将外管固定于所述地下钻孔中,所述外管由多根钢管连接而成,所述外管的底部设置有变径部,而在所述变径部的小径部处具有开口;
[0031] 3')清洗外管内部,并从所述外管顶部放入钢球,从而将设置于所述外管底部的变径部的开口封闭;
[0032] 4')在所述外管与地下钻孔之间填充有回填料;
[0033] 5')将多个整流架中的每一个所述整流架通过等径直通连接于与两段相邻的子导流管之间,从而由多个整流架以及与之相连接的多段的子导流管构成所述第二导流管伸入所述外管内部的部分,而所述第二导流管伸入所述外管内部的一端接近所述外管的下底面;
[0034] 6')将第一导流管部分地伸设于所述外管的内部,所述第一导流管伸入所述外管内部的一端高于所述多个整流架中距离地面最近的一个所述整流架;
[0035] 7')将第三导流管部分地伸设于所述外管的内部,所述第三导流管伸入所述外管内部的一端突出于所述外管上顶面的下表面;
[0036] 8')将所述第一导流管与第二导流管未伸入所述外管内部的另一端通过接头与建筑物冷暖循环系统进水口相连接,而将所述第三导流管未伸入所述外管内部的另一端与所述建筑物冷暖循环系统出水口相连接,在所述第三导流管靠近的所述建筑物冷暖循环系统的一端设有泵体;
[0037] 9')在所述外管的顶部加盖上顶面;
[0038] 10')打压检查所述地温蓄能交换装置的密封性。
[0039] 本发明所述的地温蓄能交换装置,提供了一种清洁环保高效的中深层地热能开发利用方式,本发明所述的地温蓄能交换装置设计为内外管结构,其中,所述结构中的外管采用导热系数高的钢质管做换热管,且完全密封,与周边岩、土只进行热交换,不进行水交换;内管(第一导流管、第二导流管以及第三导流管)采用钢管或PE直管做循环导流管,从而在所述外管与各导流管之间形成循环介质热交换区。本发明较现有传统的热能开发利用技术具有下列优点:1、不需要抽取地下水;2、不需要勘察热异常,任何地区都可使用该技术来获取地热能为建筑物供暖,且兼顾制冷;3、热交换效率高,节约用地;4、可根据需求,调节地热能利用区域,充分利用地热能;5、可进行原位修复;6、具备蓄能功能,夏季时,通过本发明所述的地温蓄能交换装置,可将建筑物中的热量排放到换热管内水中及其周边的岩土中,其中部分热能可被储蓄,进入冬季时,则可再次借由所述地温蓄能交换装置将换热管内和周边岩土中储蓄的热能提取出来为建筑物供暖。
附图说明
[0040] 从对说明本发明的主旨及其使用的优选实施例和附图的以下描述来看,本发明的以上和其它目的、特点和优点将是显而易见的,在附图中:
[0041] 图1示出了本发明所述的地温蓄能交换装置的示意图;
[0042] 图2示出了本发明所述的地温蓄能交换装置地下部分的示意图;
[0043] 图3示出了沿图2中A-A线的剖视图;
[0044] 图4示出了本发明所述的第二导流管与整流架的连接示意图。
[0045] 【主要元件符号说明】
[0046] 第一导流管1
[0047] 第二导流管2                 子导流管21
[0048] 第三导流管3
[0049] 外管4                       上顶面41
[0050] 整流架5
[0051] 叶片51                      导流孔52
[0052] 中心管53                    等径直通54、54’
[0053] 所述变径部6
[0054] 大径部61                    小径部62
[0055] 开口63                      钢球64
[0056] 回填料7

具体实施方式

[0057] 下面结合附图对本发明所述的地温蓄能交换装置进行说明。
[0058] 如图1所示,其示出了本发明所述地温蓄能交换装置的一优选的实施方式。具体地,所述地温蓄能交换装置包括埋设于地下的地温蓄能交换装置地下部分、分别地连接于所述地温蓄能交换装置地下部分与建筑物冷暖循环系统进水口之间的第一导流管1和第二导流管2以及连接于所述地温蓄能交换装置地下部分与建筑物冷暖循环系统出水口的第三导流管3,其中,所述地温蓄能交换装置地下部分包括外管4,所述外管4的上顶面41与下底面均呈封闭状态,所述第一导流管1、第二导流管2与第三导流管3的一端1a、2a、3a分别地穿过所述外管4的上顶面41,从而伸设于所述外管4的内部,而在所述第三导流管3靠近的所述建筑物冷暖循环系统的一端设有泵体9,用以抽取所述建筑物冷暖循环系统中的循环介质,使其流回到所述地温蓄能交换装置地下部分。
[0059] 当所述地温蓄能交换装置处于制冷状态时,所述第一导流管1与所述第三导流管3呈打开状态,所述第二导流管2呈关闭状态,所述呈打开状态的第一导流管1与第三导流管3得以经由所述冷暖循环系统形成相连通的管路,而在所述地温蓄能交换装置地下部分内部,在所述地温蓄能交换装置地下部分外管4与所述第一、第三导流管1、3之间形成循环介质热交换区。所述地温蓄能交换装置进行制冷作业时,循环介质经过所述冷暖循环系统通过热交换吸收建筑物内的热量,携带有热量的循环介质经由所述第三导流管3注入所述地温蓄能交换装置地下部分,所述携带有热量的循环介质沿所述外管4自上而下流动,其中的热量得以散入到所述外管4外的岩土中,之后,热量得以散发的循环介质再经由所述第一导流管1流回建筑物冷暖循环系统中,以为建筑物制冷;而当所述地温蓄能交换装置处于制热状态时,所述第二导流管2与所述第三导流管3呈打开状态,所述第一导流管1呈关闭状态,所述呈打开状态的第二导流管2与第三导流管3得以经由所述冷暖循环系统形成相连通的管路,而在所述地温蓄能交换装置地下部分内部,在所述地温蓄能交换装置地下部分外管4与所述第二、第三导流管2、3之间形成循环介质热交换区,所述地温蓄能交换装置进行供暖作业时,循环介质经由所述第三导流管3注入所述地温蓄能交换装置地下部分,所述循环介质沿所述外管4自上而下流动,不断地吸收所述外管外的岩土的热量,之后,携带有吸收的热量的循环介质再经由所述第二导流管2流回建筑物冷暖循环系统中,以为建筑物供暖。
[0060] 进一步地,所述第一导流管1、第二导流管2与第三导流管3伸设于所述外管4内部的一端1a、2a、3a被设置于所述外管4内部的不同高度,也就是说所述第一导流管1、第二导流管2和第三导流管3的一端1a、2a、3a伸入到所述外管4内部的距离各不相同,具体地,所述第三导流管3伸设于所述外管4内部的一端3a高于所述第一导流管1伸设于所述外管4内部的一端1a,而所述第一导流管1伸设于所述外管4内部的一端1a则高于所述第二导流管2伸设于所述外管4内部的一端2a。
[0061] 如图1、2所示出的优选的实施方式中,所述第三导流管3的一端3a伸设于所述外管4内部靠近所述外管4上顶面41的位置;所述第二导流管2的一端2a伸设于所述外管4内部靠近所述外管4下底面的位置并与该下底面之间具有一间隔,所述第一导流管1的一端1a伸设于所述外管4内部的上部,但低于所述第三导流管3的一端3a。
[0062] 更优选地,所述第一导流管1的一端1a被设置于接近所述外管4的靠近其顶部的三分之一处,优先为所述第一导流管1的一端1a被设置于接近所述外管4的靠近其顶部的100-150m处。
[0063] 进一步地,为了保证换热工质在换热管内始终呈紊流状态,提高地温蓄能交换装置与岩土的换热效率,在所述优选的实施方式中,所述第二导流管2在所述外管4内部沿所述处管4的中心轴延伸,并且在所述第二导流管2伸入所述外管4内部的一部分上设置有多个整流架5,所述多个整流架5均位于所述第一导流管1伸设于所述外管4内部的一端1a的下方,也就是所述多个整流架5的设置并不会影响到所述第一导流管1在所述外管内部的延伸,而又由于所述第一导流管1伸设于所述外管4内部的一端1a低于于所述第三导流管3伸设于所述外管4内部的一端3a,所述多个整流架5的设置更不会影响到所述第三导流管3在所述外管内部的延伸。
[0064] 在本发明优选的实施方式中,所述整流架5包括多个叶片51,所述多个叶片51以所述第二导流管2的中心轴为中心呈放射状设置,而在每一个叶片51上还进一步地开设有多个导流孔52。
[0065] 出于对所述整流架的防腐性耐冲击性的考量,所述整流架材料多选用不锈钢或高强度塑料,厚度4~6mm为宜。
[0066] 进一步地,所述整流架5的叶片51长度被设计为L=(R1-R2)×80%,所述导流孔52的半径被设计为R3=R2×40%,所述叶片的宽度被设计为D=R3×3,其中,
[0067] L为所述整流架5的叶片51的长度;
[0068] R1为所述外管4的半径;
[0069] R2为所述第二导流管2的半径;
[0070] R3为所述叶片51上的导流孔52的半径;
[0071] D为所述整流架5的叶片51的宽度。
[0072] 所述整流架5包括有一个与所述多个叶片的51的端部连接的圆环,该圆环的直径与所述第二导流管2的外径相对应,所述圆环得以套设于所述第二导流管2,并固定于所述第二导流管2的外表面,从而实现将所述整流架5设置于所述第二导流管2伸入所述外管4内部的一部分上。可替换地,所述多个叶片的51中的每一个叶片可以直接与所述第二导流管2的外表面相连接,而构成同一所述整流架5的多个叶片5可以位于同一平面上,或以螺旋向上或向下的方式,绕所述第二导流管2的外表面设置。
[0073] 如图4所示,其针对所述多个整流架5与所述第二导流管之间的设置给出了一种更优的实施方式,其中,所述第二导流管2伸入所述外管4内部的部分由多段子导流管21构成(优选地,由多根等长的子导流管21构成),在每两段相邻的子导流管21之间设置有一个整流架5,所述整流架5还进一步地包括有与每一个所述叶片51的一端相连接的中心管53,该中心管53的外径和内径分别地与所述第二导流管2的外径和内径相等,所述中心管具有突出于所述叶片51所在的平面的上部和下部,所述中心管53的上部通过一等径直通54与位于该整流架5上方的子导流管21的下端连接,而所述中心管53的下部则通过另一等径直通54’与位于该整流架5下方的子导流管21的上端连接。
[0074] 优选地,所述中心管53与等径直通54、54’之间以及所述子导流管21与等径直通54’之间均采取与导流管材质相符的连接。
[0075] 进一步地,为了在更便捷地将所述地温蓄能交换装置地下部分下入钻孔中,减少泥浆阻力的同时还能保证介质仅在地温蓄能换热装置内部循环而不受地下水污染,在如图1、2所示的优选的实施方式中,所述外管4的底部连接有呈锥台状的变径部6,也就是说,所述变径部6在垂直于所述外管4中心轴的方向上的横截面自上而下逐渐缩小,所述变径部6包括大径部61和小径部62,其中,所述大径部61与所述外管4的底部边缘连接,所述小径部
62具有开口63。进一步地,在所述变径部6内设置有活动的钢球64,以作为下沉式封闭机构,所述钢球的直径大于所述小径部的开口63的直径,其在自身重力的作用下下沉至所述开口
63处,由于钢球64的直径大于所述小径部的开口63的直径,其无法通过所述开口63继续下沉,从而留置于所述开口63处,以将该开口63完全封闭。
[0076] 而在可替换的实施方式中,所述下沉式封闭机构还以是直径大于所述小径部的开口63的直径的钢板或其它任何结果,只要其能够在自身重力的作用下下沉至所述开口63处,并将该开口63完全封闭即可。
[0077] 除此以外,还可以进一步地在所述外管4与地下钻孔之间填充有回填料7,这样就可以在所述外管4与地下钻孔之间形成永久固结,消除地下含水层串层污染隐患,避免形成雨污水下渗通道;回填料固结后的导热系数高于岩土,不会降低地温蓄能交换装置换热能力。所述回填料7由河沙、胶水以及水泥搅拌混合并烘干而成。
[0078] 在本发明的又一优先的实施方式中,所述地温蓄能交换装置包括埋设于地下的地温蓄能交换装置地下部分、分别地连接于所述地温蓄能交换装置地下部分与建筑物冷暖循环系统进水口之间的第一导流管1和第二导流管2以及连接于所述地温蓄能交换装置地下部分与建筑物冷暖循环系统出水口的第三导流管3,其中,所述地温蓄能交换装置地下部分包括外管4,所述外管4由多根直径为280mm,长度为6m、壁厚为4mm的钢管连接而成。所述第一导流管1与第二导流管2通过一三通接头与所述建筑物冷暖循环系统进水口相连接,所述第一、第二、第三导流管均选用DN63的PE直管,而在所述第三导流管3靠近的所述建筑物冷暖循环系统的一端设有泵体9,用以抽取所述建筑物冷暖循环系统中的循环介质,使其流回到所述地温蓄能交换装置地下部分。
[0079] 所述外管4的底部连接有呈锥台状的变径部6,所述变径部6包括大径部61和小径部62,其中,所述大径部61与所述外管4同直径,从而得以与所述外管4的底部边缘以焊接的方式相连接,所述小径部62具有直径为15mm的开口63,在所述变径部6内设置有被用作下沉式封闭机构活动的钢球64,所述钢球的直径为20mm,其在自身重力的作用下下沉至所述开口63处,以将该开口63完全封闭。
[0080] 当所述地温蓄能交换装置处于制冷状态时,所述第一导流管1与所述第三导流管3呈打开状态,所述第二导流管2呈关闭状态,所述呈打开状态的第一导流管1与第三导流管3得以经由所述冷暖循环系统形成相连通的管路,而在所述地温蓄能交换装置地下部分内部,在所述地温蓄能交换装置地下部分外管4与所述第一、第三导流管1、3之间形成循环介质热交换区。所述地温蓄能交换装置进行制冷作业时,循环介质经过所述冷暖循环系统通过热交换吸收建筑物内的热量,携带有热量的循环介质经由所述第三导流管3注入所述地温蓄能交换装置地下部分,所述携带有热量的循环介质沿所述外管4自上而下流动,其中的热量得以散入到所述外管4外的岩土中,之后,热量得以散发的循环介质再经由所述第一导流管1流回建筑物冷暖循环系统中,以为建筑物制冷;而当所述地温蓄能交换装置处于制热状态时,所述第二导流管2与所述第三导流管3呈打开状态,所述第一导流管1呈关闭状态,所述呈打开状态的第二导流管2与第三导流管3得以经由所述冷暖循环系统形成相连通的管路,而在所述地温蓄能交换装置地下部分内部,在所述地温蓄能交换装置地下部分外管4与所述第二、第三导流管2、3之间形成循环介质热交换区,所述地温蓄能交换装置进行供暖作业时,循环介质经由所述第三导流管3注入所述地温蓄能交换装置地下部分,所述循环介质沿所述外管4自上而下流动,不断地吸收所述外管外的岩土的热量,之后,携带有吸收的热量的循环介质再经由所述第二导流管2流回建筑物冷暖循环系统中,以为建筑物供暖。
[0081] 所述第一导流管1、第二导流管2与第三导流管3的一端1a、2a、3a分别地穿过所述外管4的上顶面41,从而伸设于所述外管4的内部。其中,所述第三导流管3的一端3a伸出于所述外管4上顶面41下表面,伸出距离为0.1m;所述第二导流管2的一端2a伸设于所述外管4内部靠近所述外管4下底面的位置,其与所述钢球64之间的间隔为5m;而所述第一导流管1的一端1a被设置在与所述外管4的上顶面41相距190m的位置。
[0082] 所述第二导流管2在所述外管4内部沿所述处管4的中心轴延伸,其伸入所述外管4内部的部分由三段长度为200m的子导流管21构成,在每两段相邻的子导流管21之间设置有一个整流架5,所述整流架5包括三个以所述第二导流管2中心轴为中心呈放射状等间隔设置的叶片51,而每一个叶片51上还进一步地开设有两个导流孔52,所述整流架5还进一步地包括有与每一个所述叶片51的一端相连接的中心管53,该中心管53的外径和内径分别地与所述第二导流管2的外径和内径相等,所述中心管具有突出于所述叶片51所在的平面的上部和下部,所述中心管53的上部通过一等径直通54与位于该整流架5上方的子导流管21的下端热熔连接,而所述中心管53的下部则通过另一等径直通54’与位于该整流架5下方的子导流管21的上端热熔连接。
[0083] 其中,所述整流架5的叶片51长度被设计为L=(R1-R2)×80%,所述导流孔52的半径被设计为R3=R2×40%,所述叶片的宽度被设计为D=R3×3,其中,
[0084] L为所述整流架5的叶片51的长度;
[0085] R1为所述外管4的半径;
[0086] R2为所述第二导流管2的半径;
[0087] R3为所述叶片51上的导流孔52的半径;
[0088] D为所述整流架5的叶片51的宽度。
[0089] 此外,在所述外管4与地下钻孔之间填充有回填料7,所述回填料7由河沙、胶水以及水泥搅拌混合并烘干而成。
[0090] 另一方面,本发明还提供了一种用于建造如上所述的地温蓄能交换装置的建造方法,所述建造方法包括如下步骤:
[0091] 1)使用钻孔机由地面向下钻出地下钻孔;
[0092] 2)在所述地下钻孔中设置与其截面形状相对应的外管4,并将外管固定于所述地下钻孔中;
[0093] 3)清洗外管4内部后,放入下沉式封闭机构从而将所述外管4的底部封闭;
[0094] 4)将设置有整流架5的第二导流管2部分地伸设于所述外管4的内部,同时将第一导流管1以及第三导流管3也部分地伸设于所述外管4的内部;
[0095] 5)将所述第一导流管1与第二导流管2未伸入所述外管4内部的另一端分别地与建筑物冷暖循环系统进水口相连接,而将所述第三导流管3未伸入所述外管4内部的另一端与所述建筑物冷暖循环系统出水口相连接;
[0096] 6)在所述外管4的顶部加盖上顶面;
[0097] 7)打压检查所述地温蓄能交换装置的密封性。
[0098] 而为了在所述外管4与地下钻孔之间形成永久固结,从而消除地下含水层串层污染的隐患,避免形成雨污水下渗通道,本发明所述地温蓄能交换装置的建造方法中还进一步地包括有:在将所述外管4固定于所述地下钻孔后,还进一步地,在所述外管4与地下钻孔之间填充有回填料7,所述回填料7通过如下方式制得:
[0099] a.选用直径为1-2mm的河沙,清洗干净,晾干;
[0100] b.加入胶水将河沙拌匀,再加入水泥搅拌,烘干。
[0101] 优选地,在本发明所述的地温蓄能交换装置的建造方法的一个优选的实施方式中,所述建造方法包括如下步骤:
[0102] 1')选用配备有金刚石复合片钻头的钻机由地面向下钻出地下钻孔,所述地下钻孔穿过土层81,深达基岩层82,所述地下钻孔的底部距地面距离大于所述地温蓄能交换装置地下部分的设计长度;
[0103] 2')在所述地下钻孔中设置与其截面形状相对应的外管4,并将外管固定于所述地下钻孔中,所述外管4由多根直径为280mm,长度为6m、壁厚为4mm的钢管连接而成,在所述外管4的底部设置有变径部6,而在所述变径部6的小径部62处具有直径为15mm的开口63;
[0104] 3')清洗外管4内部,并从所述外管4顶部放入直径为20mm的钢球64,从而将设置于所述外管4底部的变径部6的开口63完全地封闭;
[0105] 4')在所述外管4与地下钻孔之间填充有回填料7;
[0106] 5')将两个整流架5中的每一个所述整流架5通过等径直通连接于与两段相邻的子导流管21之间,从而由所述两个整流架5以及与之相连接的三段的长度均为200m的子导流管21构成所述第二导流管2伸入所述外管4内部的部分,而所述第二导流管2伸入所述外管4内部的一端2a与所述钢球64相距5m;
[0107] 6')将第一导流管1部分地伸设于所述外管4的内部,所述第一导流管1伸入所述外管4内部的一端1a被设置在与所述外管4的上顶面41相距190m的位置
[0108] 7')将第三导流管3部分地伸设于所述外管4的内部,所述第三导流管3伸入所述外管4内部的一端3a突出于所述外管4上顶面41的下表面,伸出距离为0.1m;
[0109] 8')将所述第一导流管1与第二导流管2未伸入所述外管4内部的另一端通过三通接头与建筑物冷暖循环系统进水口相连接,而将所述第三导流管3未伸入所述外管4内部的另一端与所述建筑物冷暖循环系统出水口相连接;
[0110] 9')在所述外管4的顶部加盖上顶面;
[0111] 10')打压检查所述地温蓄能交换装置的密封性。
[0112] 虽然在此通过实施例描绘了本发明,但本领域普通技术人员知道,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,就可使本发明有许多变形和变化,本发明的范围由所附的权利要求来限定。
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