CN115698604A - 包括多管垂直密封地下热交换器的地热系统及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地热系统，包括：地热井，通过垂直开挖地基而形成；热泵，布置在地基中并且包括循环泵；以及连接管、辅助设施和多管垂直密封地下热交换器，它们埋设且安装在地热井中并且与热泵连接，使得地热井中热恢复的热流体通过循环泵供应到热泵，并且在热泵中已进行热交换的热流体被回收回地热井并且在其中进行热恢复。多管垂直密封地下热交换器包括：回水集管部，布置在地热井的下侧；回水部，与热泵和回水集管部连接，并且包括流出管、回水连接管、分流管和回水管；以及供应部，与热泵和回水集管部连接，并且包括流入管、供应/连接管、汇流管、供应管。回水集管部形成供应管和回水管相互连接连通时的功能边界。

Description

包括多管垂直密封地下热交换器的地热系统及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种地热系统及其安装方法，该地热系统包括配备有多个供应管和多个回收管的垂直多管密封地下热交换器。

背景技术

通常，利用地热的垂直密封地下热交换器的热交换结构被构造为使得多个地热孔垂直形成在地下，并且供应管、回收管等嵌入地热孔中，以便从供应管和回收管中流动的热流体中获取地热，并且通过与供应管和回收管连接的热泵利用地热对建筑物内部进行冷却或加热。

在垂直密封地下热交换器中，供应管和回收管的下端经由“U”形带相互连接，并且地热孔形成约150-300M的深度。

标题为“使用地热的地下热交换器”、专利登记号为10-0958360的韩国专利(以下称为“相关技术”)已经提出了这种传统的垂直密封地下热交换器。

在传统的垂直密封地下热交换器以及相关技术中，由于总共只有两根管即供应管和回收管插入地热孔中，因此在地热孔中限定了很大的空间，存在热交换效率降低的问题。因此，为了满足智能农场或一般建筑物所需的热容量，需要钻大量地热孔，从而导致现场安装地下热交换器所需的面积增加的问题。

由于这些原因，已经开发了一种配备三根管或四根管的垂直多管密封地下热交换器。在热传导测试中，基于固定输入热量，两管式地下热交换器表现为50-80W/m，而四管式地下热交换器的表现为65-105W/m。根据测试结果，每平方米的热交换量大大增加。因此，可以降低减少所需地热孔数量的可能性并且减少安装面积。

这种传统的垂直多管密封地下热交换器被构造为使得供应管和回收管的下端经由两个“U”形带相互连接，并且提供多个供应管和多个回收管。因此，由于与单位长度的体积的增加成比例地增加的浮力，供应管和回收管即使在安装在深度较浅处时也容易上浮，因此存在地下热交换器无法建造在包括地下热交换器的一般地热系统中的问题。

另外，由于在将地下热交换器安装在地热孔中之后无法检查垂直多管密封地下热交换器，因此存在当循环的热流体发生泄漏时必须关闭地下热交换器的问题。

发明内容

[技术问题]

因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，并且本发明的目的在于提供一种包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统及其安装方法，其能够防止由于供应管和回收管数量增加导致体积增加进而引起浮力增加而导致供应管和回收管浮起。

本发明的另一目的在于提供一种包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统及其安装方法，该地热系统使地下热交换器即使在安装在地热孔中之后也能够被检查。

[技术方案]

根据本发明的一个方面，上述和其他目的可以通过提供一种包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统来实现，该地热系统包括：垂直地钻入地面的地热孔；热泵，设置在地面上并且包括循环泵；以及垂直多管密封地下热交换器，嵌入地热孔中并且与热泵连接以将在地热孔中已吸收热量的热流体经由循环泵供应到热泵并将已经在热泵中交换热量的热流体回收到地热孔，垂直多管密封地下热交换器包括连接管(未示出)和相关部件，其中垂直多管密封地下热交换器包括：回收集管单元，设置在地热孔下方；回收单元，包括流出管、回收连接管、分流管以及两个或更多个回收管，流出管与热泵连接以允许已经在热泵中交换热量的热流体从热泵流过，回收连接管具有分别形成在其下部和侧部的开口并且在其侧部与流出管连接，分流管具有形成在其上部的一个开口和形成在其下部的一个或多个开口并且在其上部与回收连接管的下部连接，两个或更多个回收管嵌入地热孔中并且在其上端与分流管的下部连接并且在其下端与回收集管单元连接使得从流出管流出的热流体在吸收热量的同时被回收到回收集管单元；供应单元，包括流入管、供应连接管、交流管以及两个或更多个供应管，流入管与热泵连接，供应连接管具有分别形成在其下部和侧部的开口并且在其侧部与流入管连接，交流管具有形成在其上部的一个开口和形成在其下部的一个或多个开口并且在其上部与供应连接管的下部连接，两个或更多个供应管嵌入地热孔中并且在其上端与交流管的下部连接并且在其下端与回收集管单元连接，使得回收到回收集管单元的热流体在吸收热量的同时通过交流管、供应连接管和流入管供应到热泵；以及承载杆，与回收管和供应管联接，其中回收集管单元具有内部空间，在该内部空间中回收管与相应的供应管连接，使得通过回收管回收的热流体汇流并且通过改变流动方向来分流到供应管，内部空间在其下部弯曲使得从回收管回收的热流体被平稳地传送到供应管，并且其中承载杆通过固定构件固定到回收管和供应管上，以将回收管和供应管彼此隔开，并且在其中包括金属构件以防止回收管和供应管浮起。

地热系统可以进一步包括：检查单元，该检查单元分别安装在各自具有形成在其上部的开口的回收连接管和供应连接管的上部；以及盖子，其被构造为密封地热孔的上部从而防止异物进入地热孔。

回收连接管的侧部可以与流入管连接，并且供应连接管的侧部可以与流出管连接，使得回收管的功能替换为供应管的功能。

回收集管单元可以包括上集管和下集管，上集管和下集管以对接焊接方式通过热量相互熔接。

回收集管单元可以包括设置在其内部的上部的多个槽。

槽中的每一个可以内部设置有加热丝，并且回收管和供应管可以分别插入多个槽中并且通过热量熔接到其上。

多个槽中的每一个可以包括支撑保护环，该支撑保护环包括加热丝并且固定地插入槽中，并且回收管和供应管可以分别插入支撑保护环中并且通过热量熔接到其上。

回收集管单元可以包括从其上部向上突出的多个热熔接槽，并且回收管和供应管可以在其下端的外圆周表面处熔化并且可以通过热量熔接到多个热熔接槽。

多个热熔接槽中的每一个可以包括安装在其上以防止热熔接槽变形的支撑环。

回收管可以包括第一回收管和第二回收管，并且供应管可以包括第一供应管和第二供应管。

回收管可以进一步包括：渐缩管，其与第一回收管和第二回收管的下端连接；以及第三回收管，其与渐缩管的下端连接并且在其下端与回收集管单元连接，并且供应管可以进一步包括：渐扩管，该其与第一供应管和第二供应管的下端连接；以及第三供应管，其与渐扩管的下端连接并且在其下端与回收集管单元连接。

第一回收管和第二回收管以及第一供应管和第二供应管可以具有相同的外径和相同的内径。

第一回收管的外径和内径可以大于第二回收管的外径和内径，第一供应管的外径和内径可以大于第二供应管的外径和内径，第一回收管和第一供应管可以具有相同的外径和相同的内径，并且第二回收管和第二供应管可以具有相同的外径和相同的内径。

地热系统可以进一步包括安装在回收集管单元下部以防止回收集管单元浮起的重物。

承载杆可以设置在回收管和供应管之间，以便将回收管和供应管彼此隔开，并且其中可以包括金属构件，并且固定构件可以将承载杆固定到回收管和供应管。

承载杆可以包括设置在其外表面上以将承载杆附接到回收管和供应管的粘合带。

供应单元和回收单元中的每一个可以包括指示热流体流动方向的标记。

地热系统可以进一步包括与水箱连接以便向地热孔供水的注入泵。

地热系统可以进一步包括：水泥下料管，插入地热孔中并且在其上部与水泥注入泵连接以便将含有水泥的灌浆材料供应到地热孔内部的下部；以及膨润土下料管，插入地热孔中并且在其上部与膨润土注入泵连接以将包含膨润土的灌浆材料供应到地热孔内部的上部，其中为了防止在热流体从回收集管单元泄漏时热流体泄漏到回收管和供应管的外部，包含水泥的灌浆材料可以包括防水剂。

根据本发明的另一方面，上述和其他目的可以通过提供一种安装包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的方法来实现，该方法包括：第一操作，对地面进行垂直钻孔以形成地热孔；第二操作，在地面上设置两个或更多个回收管注入器和两个或更多个供应管注入器；第三操作，将回收集管单元联接到从回收管注入器延伸的回收管的下端和从供应管注入器延伸的供应管的下端；第四操作，将承载杆固定到回收管和供应管，将回收管从回收管注入器注入地热孔，同时将供应管从供应管注入器注入地热孔中，以便将回收集管单元设置在地热孔的下部，并且将水泥下料管和/或膨润土下料管设置在地热孔中；第五操作，将阀门安装在回收管和供应管的上端并且将洁净水通过阀门注入回收管和供应管，以防止回收管和供应管的收缩；第六操作，通过水泥下料管将包含水泥的灌浆材料供应到地热孔内部的下部并且通过膨润土下料管将包含膨润土的灌浆材料供应到地热孔内部的上部；以及第七操作，从回收管和供应管的上端移除阀门，将分流管与回收管的上端连接，将回收连接管与分流管连接，将流出管与回收连接管连接，将交流管与供应管的上端连接，将供应连接管与交流管连接，将流入管与供应连接管连接，并且将流出管和流入管与热泵连接。

第七操作可以包括将检查单元安装在回收连接管和供应连接管的上部。

第三操作可以包括将重物安装到回收集管单元的下部以防止回收集管单元浮起。

水泥下料管和膨润土下料管可以被构造为具有相同的配置，并且第六操作可以包括通过水泥下料管将包含水泥的灌浆材料供应到地热孔内部的下部，并且通过膨润土下料管将包含膨润土的灌浆材料供应到地热孔内部的上部。

[技术效果]

本发明具有以下效果。

首先，由于增加了供应管和回收管的数量，因此与包括单个供应管和单个回收管的传统地下热交换器相比热交换面积增加，所以可以提高地下热交换器的热交换效率。

换言之，与安装在相同深度的传统地下热交换器相比，由于每平方米地下热交换量增加，因此对于所需量，可以减少地热孔的数量。因此，具有减少安装面积、钻地热孔所产生的费用和安装地下热交换器所产生的费用的效果，从而实现了经济合算的安装。

此外，因为重物安装在回收集管单元上，所以可以防止回收集管单元以及与回收集管单元连接的回收管和供应管浮起。另外，承载杆设置在回收管和供应管之间并且通过固定构件固定到回收管和供应管，也可以通过承载杆和固定构件防止回收管和供应管浮起。

因此，由于能够将地下热交换器安装在300m或更深的深处，因此在安装面积如在智能农场、温室或在有限面积内大规模建造的市中心建筑物中那样小时，可以通过较少的地热孔确保较大的热容量，从而具有显著提高园艺设施或建筑工地的空间可用性的效果。

另外，由于检查单元分别安装在回收连接管和供应连接管的上部，因此可以在将地下热交换器安装在地热孔中之后检查垂直多管密封地下热交换器。相应地，由于可以分别检查每个地热孔的意外泄漏，因此可以抢先防止整个设施因意外泄漏而关闭。

附图说明

图1示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统；

图2示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收集管单元；

图3示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收集管单元；

图4示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收管和供应管；

图5示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收管和供应管；

图6示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收单元；

图7示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的承载杆；

图8示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的承载杆；

图9示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收管、供应管、承载杆和固定带；

图10示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收管、供应管、承载杆和固定带；

图11示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收管、供应管和回收集管单元；

图12是根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收管和供应管的平面图；

图13示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收管、供应管、承载杆和固定构件；

图14示出根据本发明的将包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收管和供应管插入到地热孔中的操作；

图15示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统；

图16示出在对根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统进行灌浆的操作期间通过阀门将洁净水注入回收管和供应管以防止回收管和供应管收缩的操作；

图17示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收单元和供应单元；

图18示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收集管单元，该回收集管单元由第一“U”形带和第二“U”形带组成；

图19示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收集管单元；

图20示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收集管单元；

图21示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的回收管和供应管；并且

图22示出根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的支架；

附图标记说明

10：垂直多管密封地下热交换器 100：回收集管单元

200：回收单元 210：流出管

220：回收连接管 230：分流管

240：回收管 240a：第一回收管

240b：第二回收管 300：供应单元

310：流入管 320：供应连接管

330：交流管 340：供应管

340a：第一供应管 340b：第二供应管

400：检查单元 500：水泥下料管

600：膨润土下料管 700：重物

800：盖子 900：承载杆

1000：固定构件 20：地面

21：地热孔 HP：热泵

CP：循环泵 WP：注射泵。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。在本文中，为了使说明简洁，简单地给出或省略了对已知技术的描述。

包括垂直多管密封地下热交换器10的地热系统1可以包括垂直形成在地面20下的地热孔21、设置在地面20上且包括循环泵CP的热泵HP以及垂直多管密封地下热交换器10，垂直多管密封地下热交换器10嵌入地热孔21中且与热泵HP连接以便将在地热孔21中已吸收热量的热流体供应到热泵HP并且将已经在热泵HP中交换热量的热流体回收到地热孔21，垂直多管密封地下热交换器10包括连接管(未示出)和相关部件。

这里，循环泵CP可以安装在热泵HP的内部或外部，以使在热泵HP中已交换热量的热流体循环。

参照图1至图13、图15和图17，垂直多管密封地下热交换器10可以包括回收集管单元100、回收单元200、供应单元300、检查单元400、水泥下料管500、膨润土下料管600、重物700和盖子800。

参照图1和图2，回收集管单元100可以设置在地热孔21下方。

回收集管单元100可以被构造为用作供应单元300的供应管340与回收单元200的回收管240连接的功能边界。

回收集管单元100可以具有限定在其中的内部空间100s。

参照图3，回收集管单元100中的内部空间100s可以在其下部弯曲，以允许通过改变热流体的流动方向将从回收单元200回收的热流体平稳地传输到供应单元300。

回收集管单元100中的内部空间100s可以填充有从与回收集管单元100的上部连接的回收管240回收的热流体，并且注入内部空间100s中的热流体可以供应到与回收集管单元100的上部连接的供应管340。

参照图19，回收集管单元100可以包括上集管101和下集管102，它们以对接焊接方式使用热量彼此熔接。

如图18另外所示，回收管240可以包括第一回收管240a和第二回收管240b，并且供应管340可以包括第一供应管340a和第二供应管340b。

进一步参照图21，回收管240可以进一步包括与第一回收管240a的下端和第二回收管240b的下端连接的渐缩管240d以及在其上端与渐缩管240d的下端连接并且在其下端与回收集管单元100连接的第三回收管240c。供应管340可以进一步包括与第一供应管340a的下端和第二供应管340b的下端连接的渐扩管340d以及在其上端与渐扩管340d的下端连接并且在其下端与回收集管单元100连接的第三供应管340c。

这里，渐缩管240d可以由“Y”形管构成，并且可以在其上端与第一回收管240a的下端和第二回收管240b的下端连接，并且在其下端与第三回收管240c的上端连接，第三回收管240c与回收集管100连接。相应地，与第一回收管240a和第二回收管240b与回收集管100连接的情况相比，由于连接管的数量少，因此容易执行连接操作。

这里，渐扩管340d可以由“Y”形管构成，并且可以在其上端与第一供应管340a的下端和第二供应管340b的下端连接，并且在其下端与第三供应管340c的上端连接，第三供应管340c与回收集管100连接。相应地，与第一供应管340a和第二供应管340b与回收集管100连接的情况相比，由于连接管的数量少，因此容易执行连接操作。

此外，渐缩管240d和渐扩管340d可以设置在不同的高度，使得即使在地热孔21的直径很小时，也可以使管容易插入地热孔21中。

可选地，渐缩管240d和渐扩管340d中的每一个可以在其一端由弯管构成，而在其另一端由“T”形管构成，从而具有相同的效果。

参照图18，第一回收管240a的外径和内径可以大于第二回收管240b的外径和内径，并且第一供应管340a的外径和内径可以大于第二供应管340b的外径和内径。第一回收管240a和第一供应管340a可以具有相同的外径和内径，并且第二回收管240b和第二供应管340b可以具有相同的外径和内径。这里，第二“U”形带U2的曲率半径大于第一“U”形带U1的曲率半径。回收集管单元100可以使第一“U”形带U1牢固地与第一回收管240a和第一供应管340a的下部联接，并且可以使第二“U”形带U2牢固地与第二回收管240b和第二供应管340b的下部联接。优选地，可以从外部将环氧树脂、氨基甲酸乙酯或水泥施加到“U”形带和管子上，从而一体地形成两个部件。

可选地，第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b可以具有相同的直径，并且第一“U”形带U1和第二“U”形带U2可以具有相同的直径。此外，第一回收管240a和第二回收管240b、第一供应管340a和第二供应管340b以及第一“U”形带U1和第二“U”形带U2可以固定地插入构成回收集管单元100的管体中，从而实现更简化的回收集管单元100。

参照图5，回收管240可以由第一回收管240a和第二回收管240b构成，并且供应管340可以由第一供应管340a和第二供应管340b构成。第一回收管240a的外径和内径可以大于第二回收管240b的外径和内径，并且第一供应管340a的外径和内径可以大于第二供应管340b的外径和内径。第一回收管240a和第一供应管340a可以具有相同的外径和内径，并且第二回收管240b和第二供应管340b可以具有相同的外径和内径。在图中，第一回收管240a可以设置在右下侧，并且第二回收管240b可以设置在右上侧。此外，第一供应管340a可以设置在左上侧，并且第二供应管340b可以设置在左下侧。因此，第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b可以关于地热孔21的中心对称地设置，使得在第二回收管240b和第二供应管340b中的每一个的周围提供足够的空间。相应地，即使在地热孔21具有狭窄部时，也可以容易地安装垂直多管密封地下热交换器10。

参照图1和图6，回收单元200可以包括：流出管210，与热泵HP连接且在热泵HP中已交换热量的热流体通过流出管210流出；回收连接管220，具有形成在其下部的开口和形成在其侧部的开口并且在其侧部与流出管210连接；分流管230，具有形成在其上部的开口和形成在其下部的两个或更多个开口并且在其上部与回收连接管220的下部连接；回收管240，嵌入地热孔21中并且在其上端与分流管230的下部连接并且在其下端与回收集管单元100连接，使得流入流出管210的热流体被回收到回收集管单元100且在其中吸收热量。

这里，回收连接管220可以具有形成在其上部的开口，并且检查单元400可以安装在回收连接管220的上部。

形成在分流管230的上部的开口的面积可以大于形成在分流管230的下部的两个开口的总面积，使得被引入到形成在分流管230的上部的开口中的流体的流速等于从形成在分流管230的下部的两个开口排出的流体的流速。

总之，回收单元200可以与热泵HP和回收集管单元100连接以将在热泵HP中已交换热量的热流体回收到回收集管单元100。热流体在从热泵HP流向回收集管单元100的同时在地热孔21中吸收热量。

参照图1，供应单元300可以包括：流入管310，与热泵HP连接；供应连接管320，具有形成在其下部的开口和形成在其侧部的开口且在其侧部与流入管310连接；交流管330，具有形成在其上部的开口和形成在其下部的一个或多个开口并且在其上部与供应连接管320的下部连接；以及供应管340，嵌入地热孔21中并且在其上端与交流管330的下部连接且在其下端与回收集管单元连接，使得回收到回收集管单元100的热流体在吸收热量的同时通过交流管330、供应连接管320和流入管310供应到热泵HP。

这里，供应连接管320可以具有形成在其上部的开口，并且检查单元400可以安装在供应连接管320的上部。

形成在交流管330的上部的开口的面积可以大于形成在交流管330的下部的两个开口的总面积，使得被引入到形成在交流管330的上部的开口中的流体的流速等于从形成在交流管330的下部的两个开口排出的流体的流速。

总之，供应单元300可以与回收集管单元100和热泵HP连接，以将热流体从回收集管单元100供应到热泵HP，并且热流体可以在从回收集管单元100流向热泵HP的同时吸收热量。

供应单元300的流入管310、供应连接管320、交流管330和供应管340可以被构造为分别对应于回收单元200的流出管210、回收连接管220、分流管230以及回收管240。

参照图2，回收管240和供应管340的下端的外表面被熔化，并且从回收集管单元100的上部向上突出的热熔接槽110的内表面被熔化。随后，回收管240和供应管340的下端的熔化外表面被强制装配到热熔接槽110中以在其间进行热熔接。支撑环120可以装配在回收集管单元100的热熔接槽110的外表面上，以防止热熔接槽110变形。

可选地，回收管240和供应管340的下端的切割表面可以以对接焊接方式热熔接到设置在回收集管单元100的上部的热熔接槽110。此外，回收管240和供应管340的下端的切割表面可以热熔接到第一“U”形带U1和第二“U”形带U2。

在这种情况下，可以认为热熔接槽110形成在回收集管单元100处并且包括分别与回收管240和供应管340联接的第一“U”形带U1和第二“U”形带U2。

可选地，供应单元300的供应管340可以被实现为单个供应管340，并且如图11所示回收单元200的回收管240可以由第一回收管240a和第二回收管240b组成。

可选地，供应管340可以由与回收集管单元100联接的两个或更多个供应管组成。

可选地，供应管340的配置可以替换为第一回收管240a和第二回收管240的配置，使得供应单元300执行回收单元200的功能，而回收单元200执行供应单元的功能300。

换言之，回收连接管220的侧部可以与流入管310连接并且供应连接管320的侧部可以与流出管210连接，使得回收管240的功能与供应管340的功能交换。

相应地，回收集管单元100可以被构造为用作供应管340与回收管240连接的功能边界。

参照图19和图20，回收集管单元100可以在其上部内设有多个槽部110’。

槽部110’内设在回收集管单元100的上部的原因在于当回收集管单元100插入直径较小的地热孔21中时，与槽部110’从回收集管单元100向外突出的情况相比，内设槽部110’占用的空间小，从而使回收集管单元100容易地插入地热孔21中。

槽部110’可以内设有加热丝T，并且回收管240和供应管340可以分别插入槽部110’中以使用热量熔接到槽部110’。

可选地，槽部110’可以在其中内设有支撑保护环120’，每个支撑保护环120’包括嵌入其中的加热丝T，并且回收管240和供应管340可以分别插入支撑保护环120’中，以便使用热量熔接到支撑保护环120’。

检查单元400可以包括一对检查单元，它们分别安装在回收连接管220和供应连接管320的上部。

参照图6，检查单元400可以包括：检查槽410，在内部形成有螺纹并且设置在形成于回收连接管220或供应连接管320的上部的开口处；以及检查塞420，与检查槽410螺纹接合以密封检查槽410。因此，当需要人工检查地下热交换器10时，可以通过释放检查塞420来检查垂直多管密封地下热交换器10。

相应地，由于可以在将垂直多管密封地下热交换器10安装在地热孔21中之后执行检查，并且可以单独检查地热孔21的意外溢出从而应对意外溢出，因此可以防止因意外溢出而关闭整个设施。

参照图17，供应单元300和回收单元200中的每一个可以设置有标记X，诸如指示热流体流动方向的向上、向下、向右或向左的箭头。此外，供应单元300和回收单元200中的每一个都可以设置有标记X，标记X使用不同的颜色来指示供应单元或回收单元并且将供应和回收的功能相互区分开，从而防止供应单元300和回收单元200彼此反向连接。

水泥下料管500可以插入地热孔21中，并且可以在其上部与水泥注入泵CP连接，以将包含水泥的灌浆材料C供应到地热孔21中。地热孔21的下部可以填充有包含水泥的灌浆材料C。

特别地，包含水泥的灌浆材料C可以包括防水剂，以在灌浆材料C在地热孔21中固化时，防止在热量从具有大量连接部的回收集管单元100的上热熔接槽110泄漏时地热孔21中的热量泄漏到回收管240或供应管340的外部。

膨润土下料管600可以插入地热孔21中，并且可以在其上部与膨润土注入泵BP连接，以将包含膨润土的灌浆材料B供应到地热孔21中。地热孔21的上部可以填充有包含膨润土的灌浆材料B。

在一些情况下，水泥下料管500和膨润土下料管600可以集成为单个管，并且可以用包含膨润土的灌浆材料B和包含水泥的灌浆材料C中的一种来构造地下热交换器。

特别地，就水泥材料或其中膨润土与过量的沙子混合以增加其热导率的所谓的“高效膨润土材料”而言，有可能出现意外收缩，其中在将灌浆材料B或C注入地热孔21中时，由于灌浆材料B或C的高比重，回收管240和供应管340在深处向内变形。

为了防止这个问题，在通过压力计PG检查水的压力时，在灌浆材料B或C注入地热孔21中之前将通过安装在回收管240和供应管340上的阀门Va中的一个而注入地热孔21中的水的液压增加至7-10kg/cm2，并且保持所增加的压力直到水泥固化或膨润土凝胶化完成，从而防止回收管240和供应管340意外收缩。

尽管存在注入地热孔21中的水泥或膨润土的含水率增加会引起热导率增加的特性，但在地热孔21的内部温度由于冷却操作而升高时，地下热交换器10的内部变得干燥，因此热导率降低。

为了解决这个问题，在将水泥下料管500和膨润土下料管600插入地热孔21中时，也可以将与注入泵WP连接的注水管wpt与水泥下料管500和膨润土下料管600一起插入。

在一些情况下，可以在注水管wpt中的孔被泥浆或水溶性油脂堵塞之前插入注水管wpt。

被配置为供应注入水的注入泵WP可以与水箱(未示出)连接。注入泵WP可以通过注水管wpt将水箱(未示出)中的水强制连续注入地热孔21中，从而注水管wpt中被泥浆或水溶性油脂堵塞的孔wpts可以逐渐打开，以允许将注入水引入地热孔21中。相应地，可以持续保持地热孔21中的高含水率，从而增加地下热交换器10的热导率。

可选地，作为其中形成有孔wpts的注水管wpt的替代方案，也可以应用在其外圆周表面精细地割开或以滚动的方式缠绕的管，以在对地热孔21的内部进行灌浆时实现将灌浆材料B和C供应到地热孔21中但不引入注水管wpt的相同的功能。

重物700可以由外壳和比重高于金属或水泥混凝土并且注入外壳中的材料构成。重物700设置在回收集管单元100的下部，以防止回收集管单元100浮起。

因此，重物700能够防止与回收集管单元100连接的回收管240和供应管340浮起。

参照图2，重物700可以通过紧固螺栓E固定到回收集管单元100的下部。

参照图3，重物700可以经由连接连杆F与回收集管单元100的下部联接。

此外，重物700可以与回收集管单元100的下部一体形成。

参照图18和图22，根据本发明的垂直多管密封地下热交换器10可以进一步包括：支架1100，设置在第一回收管240a和第二回收管240b与第一供应管340a和第二供应管340b之间，以便将第一回收管240a和第二回收管240b与第一供应管340a和第二供应管340b隔开；“U”形螺栓1110，被配置为分别将第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b固定到支架1100。

更具体地，支架1100可以额外地设置在回收集管单元100的上部，并且第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b的外表面可以通过“U”形螺栓1110和装配螺母被紧固和联接到支架1100。

盖子800可以密封地热孔21的上部以防止异物进入。盖子800可以在其侧部设置有检查窗810，使得能够人工打开检查窗810并且通过检查窗400检查垂直多管密封地下热交换器10。

参照图4，回收管可以由第一回收管240a和第二回收管240b组成，并且供应管340可以由第一供应管340a和第二供应管340b组成。第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b可以具有相同的外径和相同的内径，并且可以以规则的间隔彼此隔开。

可选地，参照图5，回收管240可以由第一回收管240a和第二回收管240b组成，并且供应管340可以由第一供应管340a和第二供应管340b组成。第一回收管340a的外径和内径可以大于第二回收管240b的外径和内径，并且第一供应管340a的外径和内径可以大于第二供应单元340b的外径和内径。第一回收管240a和第一供应管340a可以具有相同的外径和内径，并且第二回收管240b和第二供应管340b可以具有相同的外径和内径。第一回收管240a可以设置在右下侧，而第二回收管240b可以设置在右上侧。此外，第一供应管340a可以设置在左后侧，而第二供应管340b可以设置在左前侧。因此，由于在第二回收管240b和第二供应管340b的周围提供了足够的空间，因此即使地热孔21具有狭窄部，也可以安装垂直多管密封地下热交换器10。

因此，由于供应管340的数量和回收管240的数量增加，因此与传统的由单个供应管和单个回收管组成的地下热交换器相比，热交换面积增大，可以增加地下热交换器10的热交换效率。

参照图7至图10，根据本发明的垂直多管密封地下热交换器10可以进一步包括承载杆900和固定构件1000。

参照图7和图8，承载杆900可以由具有“+”形横截面的金属构件910和由PE、PVC、橡胶、聚氨酯等制成且包封金属构件910的表皮920组成，以防止由于与金属构件910的外表面的摩擦而损坏第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b。承载杆900可以设置在第一回收管240a和第二回收管240b与第一供应管340a和第二供应管340b之间，以便将第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b隔开彼此分开。

承载杆900可以进一步包括粘合带903，粘合带903被配置为将承载杆900附接到回收管240和供应管340。当回收管240和供应管340通过固定构件1000固定到承载杆900时，粘合带930可以用于通过粘合作用防止回收管240和供应管340与承载杆900分离。

此外，承载杆900可以通过附加的固定带(未示出)以螺栓紧固的方式固定到回收管240和供应管340。

参照图9和图10，固定构件1000可以与第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b接触。换言之，固定构件1000可以装配到形成在承载杆900的侧部中的凹槽900h中，以将承载杆900固定到第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b。

固定构件1000可以是由橡胶、聚氨酯等制成的带。

参照图9，当第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b具有相同的外径和相同的内径时，承载杆900可以具有“+”形横截面，并且可以设置在第一回收管240a和第二回收管240b与第一供应管340a和第二供应管340b之间，以便将第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b隔开并且固定到第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b。

参照图10，当第一回收管240的外径和内径大于第二回收管250的外径和内径、第一供应管340的外径和内径大于第二供应管350的外径和内径、第一回收管240和第一供应管340具有相同的外径和相同的内径并且第二回收管250和第二供应管350具有相同的外径和相同的内径时，承载杆900可以具有在其侧部向上变形并且在其相对侧部向下变形的“+”形横截面，并且可以设置在第一回收管240a和第二回收管240b与第一供应管340a和第二供应管340b之间，以将第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b彼此分开。固定构件1000可以将承载杆900固定到第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b。

因此，由于承载杆900通过固定构件1000固定到第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b，因此可以不仅使用重物700而且还使用承载杆900来防止第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b浮起。

当供给单元300的供应管340由单个供应管340组成并且回收单元200的回收管240由第一回收管240a和第二回收管240b组成时，如图11至图13所示，承载杆900可以由覆盖供应管340以及第一回收管240a和第二回收管240b的一对板组成，并且固定构件1000可以由与承载杆900螺纹接合以便将承载杆900固定到供应管340以及第一回收管240a和第二回收管240b的螺栓组成。

将参照图1、图2、图6、图14和图16描述根据本发明的安装包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的操作。

如图1所示，首先执行对地面20进行垂直钻孔以形成地热孔21的第一操作(S100)。

如图14所示，执行在地面20上设置两个或更多个回收管注入器2000以及一个或多个供应管注入器3000的第二操作(S200)。

这里，回收管注入器2000中的每一个可以由缠绕有回收管240的回收辊2100和被配置为使回收辊2100旋转从而供应回收管240的回收辊马达2200组成，并且供应管注入器3000可以由缠绕有供应管340的供应辊3100和被配置为使供应辊3100旋转从而提供供应管340的供应辊马达3200组成。

当提供附加的液压注入设备(未示出)时，可以省略回收辊马达2200和供应辊马达3200。

接着，如图2所示，执行将回收集管单元100与从回收管注入器2000延伸的回收管240和从供应管注入器3000延伸的供应管340联接的第三操作(S300)。

接着，执行通过固定构件1000将承载杆900固定到回收管240和供应管340、通过回收管注入器2000将回收管240注入地热孔21中、通过供应管注入器3000将供应管340注入地热孔21中以使回收集管单元100位于地热孔21的下部并且将水泥下料管500和/或膨润土下料管600安装在地热孔21中的第四操作(S400)。

在该操作中，可以省略水泥下料管500。

接着，如图16所示，执行将阀Va安装到回收管240和供应管340的上端并且将洁净水通过阀Va注入到回收管240和供应管340以防止回收管240和供应管340收缩的第五操作(S500)。

接着，执行通过水泥下料管500将包含水泥的灌浆材料C供应到地热孔21内部的下部并且通过膨润土下料管600将包含膨润土的灌浆材料B供应到地热孔21内部的上部的第六操作(S600)。

第六操作可以是通过膨润土下料管600将包含膨润土的灌浆材料B供应到地热孔21内部的上部，而不通过水泥下料管500将包含水泥的灌浆材料C供应到地热孔21内部的下部的操作。

最后，如图6所示，执行在包含水泥的灌浆材料C或包含膨润土的灌浆材料B固化之后从回收管240和供应管340移除阀门Va、将分流管230与回收管240的上端连接然后将回收连接管220与分流管230连接、将交流管330与供应管340的上端连接、将供应连接管320与交流管330连接、将流入管310与供应连接管320连接并且将流出管210和流入管310与热泵HP连接的第七操作(S700)，从而完成包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统1的安装。

在第七操作(S700)中，检查单元400可以分别安装在回收连接管220和供应连接管320的上部。

在第三操作(S300)中，重物700可以安装在回收集管单元100的下部，以防止回收集管单元100浮起。

水泥下料管500可以被构造为具有与膨润土下料管600相同的配置。

更具体地，在第四操作(S400)中，水泥下料管500和膨润土下料管600都可以不安装在地热孔21中，仅水泥下料管500可以安装在地热孔21中，可以通过水泥下料管500将包含水泥的灌浆材料C供应到地热孔21内部的下部，并且可以通过水泥下料管500将包含膨润土的灌浆材料B供应到地热孔21内部的上部。

相应地，由于根据本发明的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统1的供应管340和回收管240的数量增加，因此热交换面积增加，从而可以提高地下热交换器的热交换效率。

此外，因为重物700安装在回收集管单元100的下部，所以可以防止回收集管单元100、与回收集管单元100连接的第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b浮起。另外，由于承载杆900设置在第一回收管240a和第二回收管240b与第一供应管340a和第二供应管340b之间并且通过固定构件1000固定到第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b，因此也可以通过承载杆900和固定构件1000来防止第一回收管240a和第二回收管240b以及第一供应管340a和第二供应管340b浮起。

另外，由于检查单元400分别安装在回收连接管220和供应连接管320上，以在垂直多管密封地下热交换器10安装在地热孔21中之后，能够对垂直多管密封地下热交换器10进行检查，因此可以分别检查所有地热孔21中的意外溢出，并且预先防止因意外溢出而导致设施完全关闭。

尽管已经基于实施例对本发明进行了详细描述，但这些实施例仅仅是本发明的一部分优选实施例。因此，应当理解的是，本发明不受本文所公开的实施例的限制，并且本发明必须由所附权利要求书及其等同方案来解释。

Claims (23)

1.一种包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统，包括：

垂直地钻入地面的地热孔；

热泵，设置在所述地面上并且包括循环泵；以及

所述垂直多管密封地下热交换器嵌入所述地热孔中，并且与所述热泵连接以将在所述地热孔中已吸收热量的热流体通过所述循环泵供应到所述热泵并且将在所述热泵中已交换热量的所述热流体回收到所述地热孔，所述垂直多管密封地下热交换器包括连接管和相关部件，

其中所述垂直多管密封地下热交换器包括：

回收集管单元，设置在所述地热孔下方；

回收单元，包括：流出管，与所述热泵连接以允许在所述热泵中已交换热量的所述热流体从所述热泵流过；回收连接管，具有分别形成在其下部和侧部的开口并且在其侧部与所述流出管连接；分流管，具有形成在其上部的一个开口和形成在其下部的一个或多个开口并且在其上部与所述回收连接管的下部连接；以及两个或更多个回收管，嵌入所述地热孔中并且在其上端与所述分流管的下部连接并且在其下端与所述回收集管单元连接，使得从所述流出管流出的所述热流体在吸收热量的同时被回收到所述回收集管单元；

供应单元，包括：流入管，与所述热泵连接；供应连接管，具有分别形成在其下部和侧部的开口并且在其侧部与所述流入管连接；交流管，具有形成在其上部的一个开口和形成在其下部的一个或多个开口并且在其上部与所述供应连接管的下部连接；以及两个或更多个供应管，嵌入所述地热孔中并且在其上端与所述交流管的下部连接并且在其下端与所述回收集管单元连接，使得回收到所述回收集管单元的所述热流体在吸收热量的同时通过所述交流管、所述供应连接管和所述流入管供应到所述热泵；以及

承载杆，与所述回收管和所述供应管联接，

其中所述回收集管单元具有内部空间，在所述内部空间中所述回收管分别与所述供应管连接，使得通过所述回收管回收的所述热流体汇流并且通过改变方向来分流到所述供应管，所述内部空间在其下部弯曲，使得从所述回收管回收的所述热流体被平稳地传送到所述供应管，并且

其中所述承载杆通过固定构件固定到所述回收管和所述供应管以将所述回收管和所述供应管彼此隔开，并且在其中包括金属构件以防止所述回收管和所述供应管浮起。

2.根据权利要求1所述的地热系统，进一步包括：

检查单元，分别安装在各自具有形成在其上部的开口的所述回收连接管和所述供应连接管的上部；以及

盖子，被构造为密封所述地热孔的上部从而防止异物进入所述地热孔。

3.根据权利要求1所述的地热系统，其中所述回收连接管的侧部与所述流入管连接，并且所述供应连接管的侧部与所述流出管连接，使得所述回收管的功能替换为所述供应管的功能。

4.根据权利要求1所述的地热系统，其中所述回收集管单元包括上集管和下集管，所述上集管和所述下集管以对接焊接方式通过热量相互熔接。

5.根据权利要求2所述的地热系统，其中所述回收集管单元包括设置在其内部的上部的多个槽。

6.根据权利要求5所述的地热系统，其中所述槽中的每一个内设有加热丝，并且所述回收管和所述供应管分别插入所述多个槽中且通过热量熔接到其上。

7.根据权利要求5所述的地热系统，其中所述多个槽中的每一个包括支撑保护环，所述支撑保护环包括加热丝并且固定地插入槽中，并且所述回收管和所述供应管分别插入所述支撑保护环中并且通过热量熔接到其上。

8.根据权利要求2所述的地热系统，其中所述回收集管单元包括从其上部向上突出的多个热熔接槽，并且所述回收管和所述供应管在其下端的外圆周表面处熔化且通过热量熔接到所述多个热熔接槽。

9.根据权利要求8所述的地热系统，其中所述多个热熔接槽中的每一个包括安装在其上以防止所述热熔接槽变形的支撑环。

10.根据权利要求2所述的地热系统，其中所述回收管包括第一回收管和第二回收管，并且所述供应管包括第一供应管和第二供应管。

11.根据权利要求10所述的地热系统，其中所述回收管进一步包括与所述第一回收管和所述第二回收管的下端连接的渐缩管，以及与所述渐缩管的下端连接并且在下端与所述回收集管单元连接的第三回收管，并且

其中所述供应管进一步包括与所述第一供应管和所述第二供应管的下端连接的渐扩管，以及与所述渐扩管的下端连接并且在下端与所述回收集管单元连接的第三供应管。

12.根据权利要求10所述的地热系统，其中所述第一回收管和所述第二回收管以及所述第一供应管和所述第二供应管具有相同的外径和相同的内径。

13.根据权利要求10所述的地热系统，其中所述第一回收管的外径和内径大于所述第二回收管的外径和内径，所述第一供应管的外径和内径大于所述第二供应管的外径和内径，所述第一回收管和所述第一供应管具有相同的外径和相同的内径，并且所述第二回收管和所述第二供应管具有相同的外径和相同的内径。

14.根据权利要求2所述的地热系统，进一步包括安装在所述回收集管单元的下部以防止所述回收集管单元浮起的重物。

15.根据权利要求2所述的地热系统，其中所述承载杆设置在所述回收管和所述供应管之间以使所述回收管和所述供应管彼此间隔开，并且在其中包括金属构件，并且所述固定构件将所述承载杆固定到所述回收管和所述供应管上。

16.根据权利要求1所述的地热系统，其中所述承载杆包括设置在其外表面上的粘合带，以将所述承载杆附接到所述回收管和所述供应管。

17.根据权利要求2所述的地热系统，其中所述供应单元和所述回收单元中的每一个包括指示所述热流体流动的方向的标记。

18.根据权利要求2所述的地热系统，进一步包括与水箱连接以向所述地热孔供水的注入泵。

19.根据权利要求1所述的地热系统，进一步包括：

水泥下料管，插入所述地热孔并且在其上部与水泥注入泵连接以将包含水泥的灌浆材料供应到所述地热孔内部的下部；以及

膨润土下料管，插入所述地热孔并且在其上部与膨润土注入泵连接以将包含膨润土的灌浆材料供应到所述地热孔内部的上部，

其中包含水泥的灌浆材料包括防水剂，以防止在所述热流体从所述回收集管单元泄漏时所述热流体泄漏到所述回收管和所述供应管的外部。

20.一种安装根据权利要求19所述的包括垂直多管密封地下热交换器的地热系统的方法，包括：

第一操作，对地面进行垂直钻孔以形成地热孔；

第二操作，在所述地面上设置两个或更多个回收管注入器和两个或更多个供应管注入器；

第三操作，将所述回收集管单元与从所述回收管注入器延伸的所述回收管的下端和从所述供应管注入器延伸的所述供应管的下端联接，

第四操作，将所述承载杆固定到所述回收管和所述供应管，将所述回收管从所述回收管注入器注入所述地热孔同时将所述供应管从所述供应管注入器注入所述地热孔中，以便将所述回收集管单元设置在所述地热孔的下部，并且将所述水泥下料管和/或所述膨润土下料管设置在所述地热孔中；

第五操作，将阀门安装在所述回收管和所述供应管的上端并且将清水通过所述阀门注入所述回收管和所述供应管，以防止所述回收管和所述供应管收缩；

第六操作，通过所述水泥下料管将包含水泥的所述灌浆材料供应到所述地热孔内部的下部并且通过所述膨润土下料管将包含膨润土的所述灌浆材料供应到所述地热孔内部的上部；以及

第七操作，从所述回收管和所述供应管的上端移除所述阀门，将所述分流管与所述回收管的上端连接，将所述回收连接管与所述分流管连接，将所述流出管与所述回收连接管连接，将所述交流管与所述供应管的上端连接，将所述供应连接管与所述交流管连接，将所述流入管与所述供应连接管连接，并且将所述流出管和所述流入管与所述热泵连接。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第七操作包括将检查单元安装在所述回收连接管和所述供应连接管的上部。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述第三操作包括将重物安装到所述回收集管单元的下部，以防止所述回收集管单元浮起。

23.根据权利要求20所述的方法，其中所述水泥下料管和所述膨润土下料管被构造为具有相同的配置，并且

其中所述第六操作包括通过所述水泥下料管将包含水泥的所述灌浆材料供应到所述地热孔内部的下部并且通过所述膨润土下料管将包含膨润土的所述灌浆材料供应到所述地热孔内部的上部。

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