一种地埋式浅层地热螺旋杆换热系统及其施工方法

技术领域

本申请涉及地源热泵换热系统的技术领域，尤其是涉及一种地埋式浅层地热螺旋杆换热系统及其施工方法。

背景技术

地源热泵技术一种可再生能源利用技术。相关技术中，地源热泵换热系统包括埋设在地底的换热器（内装有循环工质）、热泵机组以及设置在室内的换热终端，其中换热器内与室内换热终端均通过循环管路与热泵机组相连接。

当地源热泵换热系统以制热模式运行时，换热器与地下土壤进行热交换后通过换热器内的循环工质循环流动于换热器与热泵机组之间，以实现换热器与热泵机组之间的热交换，再由热泵机组内的循环工质通过循环管路循环流动于热泵机组与换热终端之间，以实现热泵机组与换热终端之间的热交换，最终实现将地下土壤内的热量传递至室内，以供人们日常使用。

针对上述相关技术，目前安装换热器时，通常需要通过钻机先在地面钻出孔洞后，再将换热器放入孔洞内后，最后还需要在孔洞与换热器之间的间隙回填填料，以使换热器可以更好地与土壤接触并进行热交换，实际施工较为复杂且回填填料过程中容易因回填不密实导致回填空隙的出现，影响地下土壤与换热器之间的热交换。

发明内容

为了使土壤可以更好地与换热器紧密接触，提升换热器与土壤热交换效率，本申请提供了一种地埋式浅层地热螺旋杆换热系统及其施工方法。

本申请提供的一种地埋式浅层地热螺旋杆换热系统及其施工方法，采用如下的技术方案：

一种地埋式浅层地热螺旋杆换热系统，包括热泵机组、埋设在地下的换热器以及位于室内的换热终端；热泵机组通过第一循环管路与第二循环管路分别和换热器与换热终端相连接；所述换热器包括外管，所述外管外周同轴固定有螺旋叶片；所述外管内同轴架设有内管，所述外管与内管通过主连接组件相连接，所述外管与内管之间留有间隙，所述外管与内管之间间隙填充有换热液；所述内管内填充有循环工质，所述内管还连通有输出管与回流管，所述输出管、回流管分别和第一循环管路的输入端、输出端连通以实现换热器与热泵机组的连接。

通过采用上述技术方案，通过外管外周同轴固定有螺旋叶片，换热器施工时，外管可通过钻机旋入地面后，再将内管同轴架设在外管内并通过主连接件连接内管与外管，并往外管与内管之间的间隙内填充换热液，以实现土体可以与内管内的循环工质进行热交换，通过外管外周固定有螺旋叶片，一方面，便于通过钻机将外管钻入地下，另一方面，外管旋入地下后可通过螺旋叶片实现地下土壤的紧密连接，便于后续地下土壤的热量可以更好地与内管内部的循环工质发生热交换，同时还可通过螺旋叶片增大换热器与土体的接触面积，相比传统安装换热器时需要换热器与孔洞之间间隙回填填充材料的方式效率更高，且有利于减少因填充材料回填不密实影响地下土壤与换热器热交换效率的情况。

优选的，所述外管顶端内周同轴固定有环形支撑板，所述内管顶端外周同轴固定有环形连接板，所述环形连接板搭接在环形支撑板上。

通过采用上述技术方案，通过环形连接板搭接在环形支撑板上，实现将内管同轴架设在外管内，便于内管与外管之间保持均匀的间隙，进而使得外管内的换热液可以均匀包裹内管，便于地下土壤可以更好地与内管中的循环工质进行热交换。

优选的，所述内管顶端开口设置，所述内管顶部还设置有用于封闭开口的密封盖，所述密封盖通过若干螺栓固定在环形连接板上；所述主连接组件包括同轴固定在密封盖外周的环形固定板；所述主连接组件还包括同轴固定在外管顶端外周的连接法兰，所述环形固定板通过若干螺栓螺母副固定在连接法兰上。

通过采用上述方案，实现密封盖可拆卸连接于内管，便于内管内循环工质的注入与更换，安装内管时，将内管插入至外管内并将环形连接板搭接在环形支撑板上，便可实现将内管同轴架设在外管内，便于后续外管内的换热液可以均匀包裹内管。通过环形固定板通过若干螺栓螺母副固定在连接法兰上，实现外管与内管的连接，使得内管可以更稳固地架设在外管内；同时连接法兰的设置，在安装外管时，便于通过连接法兰连接外管与钻机的输出端，便于外管通过钻机钻入地下土壤。

优选的，所述外管由若干副管件拼接而成，相邻所述副管件相互靠近的一端通过副连接组件相连接；位于所述外管底部副管件底端封堵设置。

通过采用上述技术方案，便于根据实际需要增设副管件的数量以调节外管的长度，有利于扩大外管的适用范围。

优选的，所述副连接组件包括分别同轴固定在相邻副管件相互靠近一端的主法兰与副法兰，所述主法兰与副法兰通过若干螺栓螺母副相连接；所述主法兰与副法兰相对一侧分别同轴设置有第一环形凸起与第一环形凹槽，所述第一环形凸起与第一环形凹槽插接配合。

通过采用上述技术方案，拼接副管件时，使相邻副管件相互靠近一端的主法兰与副法兰相互抵接，并通过螺栓螺母副连接主法兰与副法兰，便可实现外管的拼装，使得外管的拼装更加简单方便；通过第一环形凸起与第一环形凹槽的设置，便于提升相邻副管件连接处的整体强度与密封性。

优选的，所述内管底端与外管底端留有间距。

通过采用上述技术方案，有利于增大内管与换热液的接触面积，便于地下土壤与内管的循环工质更好地进行热交换。

优选的，一种地埋式浅层地热螺旋杆换热系统的施工方法，包括以下步骤：

S1：外管安装：通过钻机将外管钻入地下；

S2：内管安装：将内管放入外管内并通过主连接组件连接外管与内管；

S3：往外管与内管之间的间隙注入换热液；

S4：将内管通过第一循环管路与热泵机组相连接；

S5：将热泵机组通过第二循环管路与换热终端相连接；

所述外管还连通有注液管，所述注液管与外管的连通处位于环形支撑板下方，所述注液管远离外管的一端设置有单向阀。

通过采用上述技术方案，通过外管外周设置有螺旋叶片，便于通过钻机将外管钻入至地下，同时可通过螺旋叶片实现外管与土体的紧密连接，便于后续内管内部的循环工质更好地与土壤进行热交换；同时还可通过螺旋叶片提升换热器与土壤的接触面积；通过利用主连接组件连接外管与内管后，再通过注液管往外管内注入换热液，有利于提前往外管内注入换热液，导致安装内管时，内管容易因换热液导致上浮的问题，使得内管的安装连接更加简单方便。

优选的，所述注液管还连通有抽气管，所述抽气管位于外管与单向阀之间；所述抽气管远离注液管的一端还连通有通闭阀。

通过采用上述技术方案，通过抽气管的设置，在步骤S3中，通过注液管往外管内注入换热液前，先通过抽气管对外管内腔进行抽真空，再通过注液管往外管内注入换热液，便于换热液可以更好地注满外管与内管之间的空隙。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过换热器包括外管，外管外周同轴固定有螺旋叶片，一方面螺旋叶片的设置，使得外管便于通过钻机钻入地下，同时螺旋叶片可使外管与土体实现紧密连接，便于换热器可以与地下土壤更好地进行热交换，同时还可通过螺旋叶片增大换热器与地下土壤的接触面积。

2.通过外管顶部外周连通有注液管，在将内管插入至外管内并通过主连接组件连接外管与内管后，再通过注液管往外管与内管之间的间隙注入换热液,使得内管安装时不易外管内的换热液导致出现下放困难的情况。

3.通过注液管还连通有抽气管的设置，往外管与内管之间的间隙注入换热液前，通过抽气管先对外管内进行抽真空，便于后续换热液可以更好地注满内管与外管之间的间隙。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图。

图2是用于示意换热器的整体结构示意图。

图3是本申请实施例用于示意地埋式换热器的内部结构示意图。

图4是图3中的A部的放大示意图。

图5是图3中的B部的放大示意图。

附图标记说明：

1、换热器；11、外管；111、副管件；112、主法兰；113、副法兰；114、第一环形凸起；115、第一环形凹槽；116、环形支撑板；117、连接法兰；12、内管；121、密封盖；122、环形连接板；123、第二环形凸起；124、第二环形凹槽；125、环形固定板；13、螺旋叶片；14、输出管；15、回流管；2、热泵机组；3、换热终端；4、第一循环管路；5、第二循环管路；6、注液管；61、单向阀；62、抽气管；63、通闭阀。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种地埋式浅层地热螺旋杆换热系统及其施工方法。

一种地埋式浅层地热螺旋杆换热系统，参照图1及图2，包括热泵机组2、埋设在地下的换热器1以及设置在室内的换热终端3。换热器1通过第一循环管路4与热泵机组2相连，换热终端3通过第二循环管路5与热泵机组2相连。

参照图2及图3，换热器1包括外管11以及同轴架设在外管11内的内管12，外管11内周与内管12外周留有间距，外管11与内管12之间间隙填充有换热液。内管12底端与外管11底端留有间距，便于增大换热液与内管12的接触面积。

参照图2及图3，内管12内部填充有循环介质，内管12顶端还连通有输出管14与回流管15。输出管14与回流管15分别和第一循环管路4的输入端与输出端相连接以使换热器1内的循环工质可以循环流动于换热器1与热泵机组2之间。

在本实施例中，外管11与内管12均为金属材质制成，内管12内的循环介质为低沸点工质。第一循环管路4与第二循环管路5均设置有工质泵用于实现循环工质的循环流动。换热器1与热泵机组2通过低沸点工质进行热交换为现有技术，故此不再进行赘述。实际运行时，内管12的低沸点工质与地下土壤进行热交换后形成高温气态工质，经由输出管14进入第一循环管路4，与热泵机组2进行热交换后，低沸点工质重新液化形成低温液态工质，经由第一循环管路4上的工质泵作用下回流至内管12内部，使得换热器1内的循环工质往复循环流动与换热器1与热泵机组2之间，以实现换热器1与热泵机组2之间的热交换。在实际使用过程中，可在内管12上安装泄气管，并在泄气管上安装压力表和泄压阀，以及时监控并调整内管12内部的气压。

参照图3及图4，外管11外周同轴固定有螺旋叶片13，通过螺旋叶片13的设置，便于通过钻机将外管11钻入地下，同时可通过螺旋叶片13实现外管11与地下土壤的紧密接触，便于地下土壤与内管12内的循环工质更好地进行热交换，且外管11可通过螺旋叶片13增大自身与土体的接触面积，便于换热器1与土壤更好地进行热交换。

参照图3及图4，外管11由若干副管件111拼接而成，位于外管11底部的副管件111底端封堵且呈尖锐状设置，便于外管11通过钻机钻入地底。相邻副管件111之间通过副连接组件连接，副连接组件包括同轴固定在相邻副管件111相互靠近一端的主法兰112与副法兰113，主法兰112与副法兰113之间通过若干螺栓螺母副相连接，实现相邻副管件111的拼装。

主法兰112与副法兰113相互靠近的一侧分别同轴固定有第一环形凸起114与第一环形凹槽115，第一环形凸起114与第一环形凹槽115插接配合，有利于提升相邻副管件111之间的连接一体性与密封性。

参照图3及图5，外管11顶端内周同轴固定有环形支撑板116，内管12顶端外周同轴固定有环形连接板122且环形连接板122搭接在环形支撑板116，实现将内管12同轴架设在外管11内。

内管12顶端开口设置，内管12顶端还设置有用于封闭内管12顶端开口的密封盖121，输出管14与回流管15均位于密封盖121上。密封盖121通过若干螺栓固定在环形连接板122上，实现内管12顶部开口的封闭，通过以上设置，便于循环介质的填充与更换。

密封盖121下表面同轴固定的第二环形凸起123，环形连接板122上表面同轴开设有第二环形凹槽124，第二环形凸起123与第二环形凹槽124插接配合，有利于提升密封盖121与内管12之间的密封性。

主连接组件包括同轴固定在外管11顶端外周的连接法兰117以及同轴固定在的密封盖121外周的环形固定板125，环形固定板125通过若干螺旋螺母副固定在连接法兰117上，实现将内管12固定在外管11上，限制内管12发生位移；同时，连接法兰117的设置，便于将外管11与钻机输出端相连接，进而便于通过钻机将外管11钻入地下。

一种地埋式浅层地热螺旋杆换热系统的施工方法，包括以下步骤：

S1：外管11安装：通过钻机将外管11钻入地下；实际施工时，将外管11的连接法兰117与钻机输出端相连接，当外管11钻入至制定深度后，断开钻机与连接法兰117之间的连接并移除钻机。

S2：内管12安装：将内管12放入外管11内并通过主连接组件连接外管11与内管12；具体操作步骤如下：移动内管12，将内管12插入至外管11内直至环形连接板122搭接在环形支撑板116上，通过螺旋螺母副固定环形固定板125与外管11顶部的连接法兰117，实现内管12的安装固定。

S3：往外管11与内管12之间的间隙注入换热液。

外管11顶端外周还连通有注液管6，注液管6远离外管11的一端安装有单向阀61，将内管12与外管11连接在一起后，再通过注液管6往外管11与内管12注入换热液，有利于减少因提前注入换热液导致安装内管12时出现内管12上浮的情况。

注液管6还连通有抽气管62，抽气管62位于单向阀61与外管11之间，抽气管62远离注液管6的一端还连通有通闭阀63，通过抽气管62的设置，往外管11内注入换热液前，先通过抽气管62对外管11进行抽真空，再通过注液管6往外管11内注入换热液，便于换热液更好地填满内管12与外管11之间的间隙。

S4：将内管12上的输出管14与回流管15通过第一循环管路4与热泵机组2相连；

S5：将热泵机组2通过第二循环管路5与换热终端3相连接。

通过外管11外周同轴固定有螺旋叶片13，安装换热器1时，便于通过钻机将外管11钻入至地面，同时外管11通过螺旋叶片13可以更紧密地跟地下土壤接触，有利于提升换热器1与地下土壤的换热效率。

通过外管11与内管12通过主连接组件连接后，再通过注液管6往外管11与内管12之间的间隙注入换热液，有利于减少因提前注入换热液导致内管12发生上浮的情况，通过注液管6还连通有抽气管62，往外管11内注入换热液前，通过抽气管62先对外管11与内管12之间的间隙进行抽真空，便于后续换热液可以更好地注满外管11与内管12之间的间隙。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。