[发明专利]用于在直接交换式加热/冷却系统中安装表面下的制冷剂管道的套装组件

说明书

背景技术

本发明一般地涉及一种包括各种设计改进和各种专业应用的地热直接交换式(“DX”)加热/冷却系统--其通常也被称为“直接膨胀式”加热/冷却系统。更具体而言，本发明涉及用于在竖直并DX加热/冷却系统中安装制冷剂管道的套装物(encasement)的新颖设计。 

地热地源/水源热交换系统通常利用埋在土壤(ground)中或者浸没在水体中的充满流体的封闭环路的管道，从而从围绕所埋入或者所浸没的流体传输管道的天然存在的地热物质和/或水中吸收热量，或者将热量排入其中。所述管道环路延伸至表面，然后用于使天然加热或天然冷却的流体循环到一内部空气热交换装置。 

传统设计的地热水源加热/冷却系统通常经由水泵，使由水或者含有防冻剂的水组成的流体在塑料(通常为聚乙烯)地下地热管道中循环，从而在第一热交换步骤中将地热热传送到土壤或者从土壤传送地热热。在第二热交换步骤中，利用一制冷剂热泵系统将热量传送到水中或者从水中传送热量。在第三热交换步骤中，利用一内部空气处理机(由翅片管和风扇组成)将热量传送至制冷剂或者从制冷剂传送热量，从而加热或冷却内部空气空间。 

在更加现代的地热DX热交换系统中，制冷剂流体传输管线被直接放置在表面下的土壤和/或水中。流体传输管线通常使诸如R-22、R-410A或者诸如此类的制冷剂流体在表面下的制冷剂管线中循环，从而经由第一热交换步骤将地热热传送到表面下的元件或者从表面下的元件传送地热热，所述制冷剂管线通常包括铜管道。DX系统仅需要第二热交换步骤，以--通常借助于内部空气处理机--将热量传送到内部空气空间或者从内部空气空间传送热量。因此，因为需要更少的热交换步骤并且因为不需要水泵的能量消耗，DX系统通常比水源系统更加高效。而且，因为铜相比于大部分塑料是更好的导热体，并且因为相比于水源系统的塑料管道中循环的水，DX系统的铜管道内循环的 制冷剂流体与周围的土壤具有更大的温差，因此DX系统通常比水源系统更加高效。此外，DX系统与水源系统相比，通常需要进行更少的挖掘和钻凿，并且安装成本通常较低。 

尽管大部分在土壤中/在水中的DX热交换设计都是可行的，但已提出了各种改进意在增强整个系统的运行效率。在授予Wiggs的美国专利No.5,623,986、授予Wiggs等人的美国专利No.5,816,314、授予Wiggs的美国专利No.5，946，928以及授予Wiggs的美国专利No.6,615,601B1中教导了多种这样的设计改进，尤其是在直接膨胀/直接交换式地热热泵系统方面的改进，上述这些专利的公开内容通过引用并入本文中。这些公开内容包括水平和竖直定向的表面下热与地热热交换装置。 

本发明主要涉及安装有竖直定向的表面下地热热交换装置的DX系统，不过也公开了一种在湖或者类似系统中利用本发明的实施方案。过去，通过将铜管道投入和/或推到井中，将铜制冷剂传输管道插入到竖直定向的井/钻孔内。这种方法遇到了多个问题。首先，制冷剂传输管道通常包括一较小尺寸的液体铜制冷剂传输管和一较大尺寸的铜蒸气制冷剂传输管，所述液体铜制冷剂传输管和铜蒸气制冷剂传输管借助在或者接近于井内的制冷剂传输管道的下部远端处的U形弯曲或者类似物联接。随着制冷剂传输管道的下部远端被降到井中并当其接触井的底部时，制冷剂传输管道的下部远端易于被弯曲和/或受到其他损坏。例如，所述U形弯曲可能被到擦、被弄得凹陷、被刺破或者有褶皱。任意这种损坏都能够或者妨碍制冷剂流动并削减系统运行效率，或者造成导致系统整体无效的制冷剂泄漏。 

而且，本领域普通技术人员理解的是，当制冷剂管道被安装在井内时，可能会间歇性地遇到多种其他问题。其中一个问题是，有时需要外壳(casing)来支撑松散的土壤直到遇到坚固岩石。在该情况下，一个较小的钻头延伸穿过外壳并且接着用于穿过岩石钻到期望深度。因此，通常会在井内的、外壳于其处止住并且于其处开始钻通岩石的位置留下小的、圆形岩礁(ledge of rock)。出现这种现象是因为，相比于用于为外壳开一个足够大的洞的较大钻头，用于钻通岩石的较小钻头具有较小直径。例如，所述外壳的直径可以是6英寸，然而穿 过下面岩石的钻头的直径可以仅是4.5英寸。该小的岩礁相当经常地成为将铜制冷剂传输管线降到并中的障碍物。