[發明專利]用于在直接交換式加熱/冷卻系統中安裝表面下的制冷劑管道的套裝組件

無效

• 申請號: 200680056484.5
• 申請日: 2006-09-29
• 公開（公告）號: CN101542216A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: B·R·威格士
• 申請（專利權）人: 地天系統有限公司
• 主分類號: F24J3/08
• 分類號: F24J3/08;F25D23/12
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄭建暉;徐 燕

背景技術

本發明一般地涉及一種包括各種設計改進和各種專業應用的地熱直接交換式(“DX”)加熱/冷卻系統--其通常也被稱為“直接膨脹式”加熱/冷卻系統。更具體而言，本發明涉及用于在豎直并DX加熱/冷卻系統中安裝制冷劑管道的套裝物(encasement)的新穎設計。?

地熱地源/水源熱交換系統通常利用埋在土壤(ground)中或者浸沒在水體中的充滿流體的封閉環路的管道，從而從圍繞所埋入或者所浸沒的流體傳輸管道的天然存在的地熱物質和/或水中吸收熱量，或者將熱量排入其中。所述管道環路延伸至表面，然后用于使天然加熱或天然冷卻的流體循環到一內部空氣熱交換裝置。?

傳統設計的地熱水源加熱/冷卻系統通常經由水泵，使由水或者含有防凍劑的水組成的流體在塑料(通常為聚乙烯)地下地熱管道中循環，從而在第一熱交換步驟中將地熱熱傳送到土壤或者從土壤傳送地熱熱。在第二熱交換步驟中，利用一制冷劑熱泵系統將熱量傳送到水中或者從水中傳送熱量。在第三熱交換步驟中，利用一內部空氣處理機(由翅片管和風扇組成)將熱量傳送至制冷劑或者從制冷劑傳送熱量，從而加熱或冷卻內部空氣空間。?

在更加現代的地熱DX熱交換系統中，制冷劑流體傳輸管線被直接放置在表面下的土壤和/或水中。流體傳輸管線通常使諸如R-22、R-410A或者諸如此類的制冷劑流體在表面下的制冷劑管線中循環，從而經由第一熱交換步驟將地熱熱傳送到表面下的元件或者從表面下的元件傳送地熱熱，所述制冷劑管線通常包括銅管道。DX系統僅需要第二熱交換步驟，以--通常借助于內部空氣處理機--將熱量傳送到內部空氣空間或者從內部空氣空間傳送熱量。因此，因為需要更少的熱交換步驟并且因為不需要水泵的能量消耗，DX系統通常比水源系統更加高效。而且，因為銅相比于大部分塑料是更好的導熱體，并且因為相比于水源系統的塑料管道中循環的水，DX系統的銅管道內循環的?制冷劑流體與周圍的土壤具有更大的溫差，因此DX系統通常比水源系統更加高效。此外，DX系統與水源系統相比，通常需要進行更少的挖掘和鉆鑿，并且安裝成本通常較低。?

盡管大部分在土壤中/在水中的DX熱交換設計都是可行的，但已提出了各種改進意在增強整個系統的運行效率。在授予Wiggs的美國專利No.5,623,986、授予Wiggs等人的美國專利No.5,816,314、授予Wiggs的美國專利No.5，946，928以及授予Wiggs的美國專利No.6,615,601B1中教導了多種這樣的設計改進，尤其是在直接膨脹/直接交換式地熱熱泵系統方面的改進，上述這些專利的公開內容通過引用并入本文中。這些公開內容包括水平和豎直定向的表面下熱與地熱熱交換裝置。?

本發明主要涉及安裝有豎直定向的表面下地熱熱交換裝置的DX系統，不過也公開了一種在湖或者類似系統中利用本發明的實施方案。過去，通過將銅管道投入和/或推到井中，將銅制冷劑傳輸管道插入到豎直定向的井/鉆孔內。這種方法遇到了多個問題。首先，制冷劑傳輸管道通常包括一較小尺寸的液體銅制冷劑傳輸管和一較大尺寸的銅蒸氣制冷劑傳輸管，所述液體銅制冷劑傳輸管和銅蒸氣制冷劑傳輸管借助在或者接近于井內的制冷劑傳輸管道的下部遠端處的U形彎曲或者類似物聯接。隨著制冷劑傳輸管道的下部遠端被降到井中并當其接觸井的底部時，制冷劑傳輸管道的下部遠端易于被彎曲和/或受到其他損壞。例如，所述U形彎曲可能被到擦、被弄得凹陷、被刺破或者有褶皺。任意這種損壞都能夠或者妨礙制冷劑流動并削減系統運行效率，或者造成導致系統整體無效的制冷劑泄漏。?

而且，本領域普通技術人員理解的是，當制冷劑管道被安裝在井內時，可能會間歇性地遇到多種其他問題。其中一個問題是，有時需要外殼(casing)來支撐松散的土壤直到遇到堅固巖石。在該情況下，一個較小的鉆頭延伸穿過外殼并且接著用于穿過巖石鉆到期望深度。因此，通常會在井內的、外殼于其處止住并且于其處開始鉆通巖石的位置留下小的、圓形巖礁(ledge?of?rock)。出現這種現象是因為，相比于用于為外殼開一個足夠大的洞的較大鉆頭，用于鉆通巖石的較小鉆頭具有較小直徑。例如，所述外殼的直徑可以是6英寸，然而穿?過下面巖石的鉆頭的直徑可以僅是4.5英寸。該小的巖礁相當經常地成為將銅制冷劑傳輸管線降到并中的障礙物。?