一种地源热泵地下换热器的埋设装置的制作方法

专利名称：一种地源热泵地下换热器的埋设装置的制作方法
技术领域：
本发明属于地源热泵系统的埋设技术领域，特别涉及地源热泵地下换热器垂直埋设的辅 助装置。
二、 背景技术.'
据不完全统计，目前我国建筑能耗已达到总能耗的27.5%，而且，这一数字还将随着我 国建筑行业的迅猛发展而不断增加。因此，随着节能减排基本国策的树立，建筑节能工作的 开展也显得更加的意义重大。按照国家关于实现建筑节能65%的目标规划，除了改进建筑围 护实现节能30% 35%外，在能耗设备系统上也要实现节能30%以上。而可再生能源的利 用，无疑可以很有效的实现设备系统方面的节能。根据研究表明，利用土壤源地源热泵等可 再生能源的空调系统，由于冷热源侧具有常年较为稳定的温度场，且具有明显的温度优势， 因此可有效实现空调系统节能35% 40%。
我国的地源热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。从2000年开始，在国内长 春、济南、温州、重庆、米泉建立了一系列土壤源热泵系统的示范工程。土壤源热泵系统越 来越多的被房地产商所关注和采用。最近5年，该项技术成了国内建筑节能及暖通空调业界 热门的研究课题，并开始大量应用于工程实践。自1996年至今，在北京、山东、河南、辽宁、 河北、江苏、浙江、湖北、上海、西藏等地建成了地源热泵工程，全国地源热泵系统的应用 估计超过2000万m2，地源热泵技术正被越来越多的人所了解。2005年，建设部将地源热泵 技术列为建筑业十项新技术之一，有关方面正在制定相关政策推动地源热泵技术的普及和发 展，地源热泵在建筑物中的推广应用是国家近两年资源节约工作重点之一。许多地方都把发 展地源热泵作为发展本地经济的一个契机。地源热泵中央空调成为2008年北京奥运会指定的 空调形式。据统计，到2005年全国范围内共有地源热泵应用工程2537项。应用面积估计超 过2000万m2，分布在除港澳、台地区外的31个省市区，应用在包括办公楼、别墅、宾馆、 学校、医院、厂房、住宅、商场等多种类型的工程中。从空调供热(制冷)面积来看，面积在 50000 m以上的项目约占16%;在10000 50000m2的约占42%; 10000m2以下的约占42%。 2004 2005年竣工的项目占到70%，大量的地源热泵系统正处于或将处于建设过程中，可见 地源热泵在我国应用的区域已经非常广泛。其施工中很重要的一道工序为地下换热器的埋设， 即下管。
下管是安装地源热泵系统的一个非常关键的步骤，下管的成功与否决定了系统是否能够 顺利安装的第一步。所埋设的地下换热器通常是外径25 32mm、高强度、柔韧性好的单U 形或双U形PE管，长度一般为10 200m，用来吸收土壤中的热量或冷量以供给建筑采暖 或制冷。目前下管方式主要有人工下管和机械下管。当钻孔深度较浅时，宜采用人工下管， 当钻孔深度较深时，宜采用机械下管。目前的实际工程来看，人工下管主要的缺点是速度 慢、需大量人力，工作量大，施工周期长。机械下管主要是利用钻孔机辅助下管，但是在使 用钻杆辅助下管时，钻孔机无法进行打孔作业，降低了钻孔速度，影响施工进度，而且下管过程中易造成换热器破坏。
现有的地源热泵地下换热器的埋设装置，如申请号为200310107513.4的"一种地源热泵 的竖埋管铺设方法"专利。公开的装置由扁钢制成的护笼、侧护板、固定管构成，护笼由外 护板、内护板、紧固件组成。护笼的外护板设置在U形管(即地下换热器)弯管的外侧，其 内护板设置在U形管弯管的内侧，内外护板的两端，分别紧固件连接，侧护板装设在U形管 弯管的前后两侧，固定管焊接在侧护板之间的内护板上，以便钻孔机的钻杆套入其中，利用 钻孔机将U形管地下换热器送入地下钻好的孔中。该装置的主要缺点是在使用钻孔机输送 下管过程中，钻孔机无法进行打孔作业，故降低了钻孔速度，拖长了工期；并且下管人员无
法随时感受埋地管是否被卡在孔壁，如果强硬下管易造成换热器破坏，且处在钻孔机附近的
下管人员存在潜在的危险；钻孔机的钻杆处在U形管的中间，导致固定地埋管并使其保持一 定距离的管卡无法安装；钻杆杆径较大，当利用钻杆下管时，钻杆与地埋管所占的钻孔断面 积比一般的要大，即钻井半径增大，从而增大了施工费用。
发明内容
本发明的目的是针对现有地源热泵地下换热器埋设装置的不足之处，提供一种地源热泵 地下换热器的埋设装置。具有使用方便、操作简单、成本低、定位准确、可根据埋设管径进 行调节、提高地源热泵系统埋设速度、縮短埋设周期等特点。
实现本发明目的的技术方案是 一种地源热泵地下换热器的埋设装置，主要由支架、圆 弧槽辊轴、手柄、主动轮、从动轮，支撑架等组成。支架由角钢构成，并通过螺栓和螺母组 装成为可拆卸的支架，其高度为700mm 900mm，用于支撑主动轮、从动轮、圆弧槽辊轴及 埋设中的地下换热器(即U形管)，并适应野外作业，方便搬运转移作业地点。在支架上端的 中间，分为上、下两层，分别通过螺栓和螺母固接2条角钢，上、下两层角钢的间距为70鹏 90 ,每层两条角钢的间距根据圆弧槽辊轴的长度确定，并在4条角钢的相对内侧面的中部， 分别设置孔槽，以便装设和调整上、下两层共2对(即4个)圆弧槽辊轴的相对位置，作为 稳定夹持U形管的两直管之用。圆弧槽辊轴共有2对(即4个)，每个均为由圆钢车制而成的 两端均有内凹形圆弧槽的辊轴，并在圆弧槽内设置有螺纹，用以增加圆弧槽辊轴与地埋管间 的摩擦力。以便顺利的安装管卡或热电偶线及防止地埋管的上浮，从而达到固定U形管和保 证钻井的有效深度的作用。其两端圆弧槽的大小及其间距根据埋设的U形管的直管外径及其 两直管的间距确定，每个圆弧槽辊轴分别通过轴承座活动连接，2个轴承座分别通过螺栓和 螺母固接在支架的上、下两层角钢的孔槽上，在支架每层的两条角钢之间，通过固接的轴承 座活动连接一对(即2个)圆弧槽辊轴，以夹持单U形管或双U形管。两从动轮分别装设在 上层和下层的每对圆弧槽辊轴中靠近主动轮的一个圆弧槽辊轴的较长的并伸出轴承座的轴 上。每个从动轮为直径为50 70 ram的单槽轮，分别通过键固接在支架上、下两层伸出 轴承座的圆弧槽辊轴的轴上，以便将两从动轮的旋转运动分别传递给与其固接的支架上、下 两层中的一个圆弧槽辊轴做旋转运动，并通过摩擦力的作用带动被夹持的U形管的两直管向 下运动而埋入地下钻井中，随着U形管的向下运动，其余的圆弧槽辊轴随之旋转运动，以减 小U形管直管与圆弧槽辊轴间的摩擦力，促使U形管顺利向下运动而埋入地下钻井中。 一个主动轮为直径为150 nOmm的双槽轮，其通过轮轴与固接在支架侧面的张紧机构连接，主 动轮的中心至两个从动轮的中心的距离分别相等，并分别通过两根等长的三角皮带连接，以 便主动轮的旋转运动，分别并等速的传递给两从动轮做旋转运动。根据下埋u形管外径的大 小，调节与主动轮连接的张紧机构来调整两根三角皮带的张紧程度，以便增大三角皮带与主、 从动轮之间的摩擦力，保证U形管送入地下钻井中。在主动轮靠边沿处，设置一带有螺纹的 穿孔，以便固接手柄。手柄为套有软塑料套的、 一端设置有螺纹另一端为半圆球头的铁轴。 手柄的螺纹端穿过主动轮上的穿孔，并通过螺母固定连接，以便工作人员握住手柄用力驱动 主动轮旋转，并带动两从动轮旋转，再带动圆弧槽辊轴旋转，将U形管送入地下钻井中。这 种用人力做动力，不需要电源的方式，既方便野外作业，节约能源，又减轻装置的重量，实 用方便。支撑架主要包括两根圆钢直柱、两根圆钢横梁、两根角钢底边、4根角钢斜支撑及 两个圆弧槽辊轴等，通过螺栓和螺母组装成为可拆卸的构架。两直柱的高度为1400 1500,，间距为400 50()mni，在两直柱的顶部分别设置有间距为70 90鹏的2个圆形 通孔，用以装设两横梁。在直柱的上部(即通孔下边)分别焊接长度为7 lOti皿的一段角 钢横担，在横担的两端至底边两端分别通过螺栓和螺母固接角钢斜支撑，用以保持支撑架的 受力平衡。两横梁的两端分别设置有螺纹，分别穿过两直柱顶部的圆形通孔，并通过螺母固 接。在两横梁的中部分别设置有两个盲孔，用于限定圆弧槽辊轴。两圆弧槽辊轴的轴心分别 穿过两横梁，并限定在横梁中部的两个盲孔之间。支撑架将未埋设部分的U形管支高，以保 证支架上的圆弧槽辊轴顺利的将U形管送入地下钻井中。
本发明的工作过程地源热泵地下换热器埋设装置使用时，首先组装支撑架，先分别通 过螺栓和螺母把支撑架两边的圆钢直柱的低端固接在支撑架底边角钢的中间，然后分别通过 螺栓和螺母把4个支撑用的角钢的一端固接在圆钢直柱的顶端的角钢上面，角钢的另一端分 别通过螺栓和螺帽固接在支撑架底边角钢的两端，用以支撑直柱，保持受力平衡。然后把圆 弧槽辊轴穿入圆钢横梁并通过销钉固定在圆钢横梁的中部。当地埋管为单U形管时，只把下 部的圆钢横梁及圆弧槽辊轴组装在支撑架上就可以，然后把进水管和回水管组成一组地埋管， 并放置在圆钢横梁的圆弧槽辊轴上面；当地埋管为双U形管时，先组装下部的圆钢横梁及圆 弧槽辊轴，然后把每个U形管的进水管和回水管组成一组，共分成两组，并放置在已组装完 毕的圆钢横梁的圆弧槽辊轴上面，最后把上部的圆钢横梁及圆弧槽辊轴组装到支撑架上，上 下两组圆钢横梁及圆弧槽辊轴同时使用。待支撑架组装完毕后，开始组装支架。当地埋管为 单U形管时，则用两副配套的轴承座把1对(即2个)圆弧槽辊轴(辊轴的尺寸依所下埋U 形管的外径而定)组装在支架上层或下层角钢上面。组装圆弧槽辊轴时，先把其中一个圆弧 槽辊轴组装好，然后把放置在支撑架上的单U形管放置在圆弧槽内，最后把另一个圆弧槽辊 轴与之对应组装好；当地埋管为双U形管时，则用四副配套的轴承座把2对(即4个)圆弧 槽辊轴(辊轴的尺寸依所下埋U形管的外径而定)分成两组组装在支架上下两层角钢上面。 然后把放置在支撑架上的两组U形管相对应的放置在每对圆弧槽辊轴的圆弧槽内，过程同单 U形管。然后调整每组圆弧槽辊轴的轴承座与孔槽的相对位置，以便使两组地埋管保持适当 的间距，防止产生换热器的"热短路"现象。然后安装主动轮。最后把从动轮安装在靠近主动轮的圆弧槽辊轴伸出的轴上，并通过两根等长的三角皮带将从动轮与主动轮进行连接。组装 完毕后，工作人员握住手柄用力驱动主动轮旋转，并带动两从动轮旋转，再带动圆弧槽辊轴 旋转，将U形管送入地下钻井中。如果三角皮带松动，可以调节张紧机构进行张紧增大三角 带与主动轮和从动轮的摩擦力，从而三角带通过摩擦力的作用带动两个从动轮，然后带动与 从动轮相连的两根圆弧槽棍轴转动，辊轴的圆弧槽紧抱地埋管，在圆弧槽辊轴转动时，依靠 摩擦力将地埋管送入钻井中。送入钻井的地埋管的数量可以根据设计要求而定，可以是一组 U形管，也可以是两组U形管。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下良好的效果-
1、 本发明装置，有利于地下换热器埋设时方便在固定间距处设置管卡和设定温度测点， 定位准确保证了施工质量；
2、 有利于对L'形管分组，避免双U形管在埋设过程中，管道交叉混淆现象的发生，提高 了地源热泵系统地下换热器的埋设速度；
3、 本发明装置，由于采用人力驱动主动轮进行下管操作，可根据实际情况处理下管过程 中的特殊情况，如钻井堵塞、埋管弯曲等，以便及时排除，避免了机械下管而产生强行下管 时管道破损、断裂等现象。这不但保证了施工质量，还节约了能源，方便野外作业；
4、 本发明装置，操作简单，实用方便，成本低，便于推广应用。
本发明可广泛应用于全国各地地源热泵地下换热器的垂直埋设，是一种携带方便、高效 实用、可节省投资和人力，节省能源的地源热泵地下换热器的埋设装置。
四

图1为本发明的结构示意图； 图2为图1 A-A放大断面图； 图3为本发明的支撑架的放大侧视图。
图中l支架，2斜支撑，3圆弧槽辊轴，4横梁，5轴承座，6地下钻井，7U形管，8 主动轮，9从动轮，IO手柄，ll三角皮带，12主动轮轮轴，13张紧装置，14螺栓和螺母， 15直柱，16底边角钢，n横担。
五具体实施方式
下面结合具体实施方式
，进一步说明发明。 实施例1
如图1、 2、 3所示， 一种地源热泵地下换热器的埋设装置，主要由支架1、圆弧槽辊轴3、 手柄IO、主动轮8、从动轮9，支撑架等组成。支架l由角钢构成，并通过螺栓和螺母14组 装成为可拆卸的支架，其高度为800ram。在支架1上端的中间，分为上、下两层，分别通过 螺栓和螺母14固接两条角钢，上、下两层角钢的间距为80mm,每层两条角钢的间距根据圆 弧槽辊轴3的长度确定，并在四条角钢的相对内侧面的中部，分别设置孔槽。圆弧槽辊轴3 共有两对(即4个)，每个均为由圆钢车制而成的两端均有内凹形圆弧槽的辊轴3，并在圆弧 槽内设置有螺纹。其两端圆弧槽的大小及其间距根据埋设的U形管7的直管外径及其两直管 的间距确定，每个圆弧槽辊轴3分别通过轴承座5活动连接，两个轴承座5分别通过螺栓和螺母14固接在支架1的上、下两层角钢的孔槽上，在支架1每层的两条角钢之间，通过固接 的轴承座5活动连接一对(即2个)圆弧槽辊轴3。两从动轮9分别装设在上层和下层的每 对圆弧槽辊轴3中靠近主动轮8的一个圆弧槽辊轴3的较长的并伸出轴承座5的轴上。每个 从动轮9为直径为60mm的单槽轮，分别通过键固接在支架1上、下两层伸出轴承座5的圆 弧槽辊轴3的轴上。 一个主动轮8为直径为150mm的双槽轮，其通过轮轴与固接在支架1侧 面的张紧机构连接，主动轮8的中心至两个从动轮9的中心的距离分别相等，并分别通过两 根等长的三角皮11带连接。在主动轮8靠边沿处，设置一带有螺纹的穿孔，以便固接手柄 10。手柄10为套有软塑料套的、 一端设置有螺纹另一端为半圆球头的铁轴。手柄10的螺纹 端穿过主动轮8上的穿孔，并通过螺母固定连接。支撑架主要包括两根圆钢直柱15、两根圆 钢横梁4、两根角钢底边16、四根角钢斜支撑2及两个圆弧槽辊轴3等，通过螺栓和螺母14 组装成为可拆卸的构架。两直柱15的高度为15()0mm，间距为50(:)咖，在两直柱15的顶部分 别设置有间距为80皿n的两个圆形通孔，用以装设两横梁4。在直柱15的上部(即通孔下边) 分别焊接长度为8nira的一段角钢横担17，在横担17的两端至底边两端分别通过螺栓和螺母 14固接角钢斜支撑2。两横梁4的两端分别设置有螺纹，分别穿过两直柱15顶部的圆形通孔， 并通过螺母固接。在两横梁4的中部分别设置有两个盲孔，用于限定圆弧槽辊轴3。两圆弧 槽辊轴3的轴心分别穿过两横梁4，并限定在横梁4中部的两个盲孔之间。 实施例2
一种地源热泵地下换热器的埋设装置，同实施例l,特征是支架1的高度为900咖。支
架1的上、下两层角钢的间距为90咖。从动轮9为直径为50mni，主动轮8为直径为160加n。 两直柱15的高度为1450腳，间距为450細，两直柱15的顶部两个圆形通孔的间距为90腿i。 在直柱15的上部(即通孔下边)分别焊接的角钢横担17的长度为10mm。 实施例3
一种地源热泵地下换热器的埋设装置，同实施例l，特征是支架1的高度为700mm。支 架1的上、下两层角钢的间距为70mm。从动轮9为直径为70咖，主动轮8为直径为140n皿。 两直柱15的高度为l働nm，间距为400,,两直柱15的顶部两个圆形通孔的间距为70mm。 在直柱15的上部(即通孔下边)分别焊接的角钢横担17的长度为7mm。
8
权利要求
1、一种地源热泵地下换热器的埋设装置，其特征在于由支架(1)、圆弧槽辊轴(3)、手柄(10)、主动轮(8)、从动轮(9)，支撑架组成，支架(1)由角钢构成，并通过螺栓和螺母(14)组装成为可拆卸的支架，其高度为700mm～900mm，在支架(1)上端的中间，分为上、下两层，分别通过螺栓和螺母(14)固接两条角钢，上、下两层角钢的间距为70mm～90mm，每层两条角钢的间距根据圆弧槽辊轴(3)的长度确定，并在四条角钢的相对内侧面的中部，分别设置孔槽，圆弧槽辊轴(3)共有两对，每个均为由圆钢车制而成的两端均有内凹形圆弧槽的辊轴(3)，并在圆弧槽内设置有螺纹，其两端圆弧槽的大小及其间距根据埋设的U形管(7)的直管外径及其两直管的间距确定，每个圆弧槽辊轴(3)分别通过轴承座(5)活动连接，两个轴承座(5)分别通过螺栓和螺母(14)固接在支架(1)的上、下两层角钢的孔槽上，在支架(1)每层的两条角钢之间，通过固接的轴承座(5)活动连接一对圆弧槽辊轴(3)，两从动轮(9)分别装设在上层和下层的每对圆弧槽辊轴(3)中靠近主动轮(8)的一个圆弧槽辊轴(3)较长的并伸出轴承座(5)的轴上，每个从动轮(9)为直径为50～70mm的单槽轮，分别通过键固接在支架(1)上、下两层伸出轴承座(5)的圆弧槽辊轴(3)的轴上，一个主动轮(8)为直径为140～160mm的双槽轮，其通过轮轴与固接在支架(1)侧面的张紧机构连接，主动轮(8)的中心至两个从动轮(9)的中心的距离分别相等，并分别通过两根等长的三角皮(11)带连接，在主动轮(8)靠边沿处，设置一带有螺纹的穿孔，手柄(10)为套有软塑料套的、一端设置有螺纹另一端为半圆球头的铁轴，手柄(10)的螺纹端穿过主动轮(8)上的穿孔，并通过螺母固定连接，支撑架主要包括两根圆钢直柱(15)、两根圆钢横梁(4)、两根角钢底边(16)、四根角钢斜支撑(2)及两个圆弧槽辊轴(3)，通过螺栓和螺母(14)组装成为可拆卸的构架，两直柱(15)的高度为1400～1500mm，间距为400～500mm，在两直柱(15)的顶部分别设置有间距为70～90mm的两个圆形通孔，在直柱(15)的上部分别焊接长度为7～10mm的一段角钢横担(17)，在横担(17)的两端至底边两端分别通过螺栓和螺母(14)固接角钢斜支撑(2)，两横梁(4)的两端分别设置有螺纹，分别穿过两直柱(15)顶部的圆形通孔，并通过螺母固接，在两横梁(4)的中部分别设置有两个盲孔，两圆弧槽辊轴(3)的轴心分别穿过两横梁(4)，并限定在横梁(4)中部的两个盲孔之间。
2、 按照权利要求1所述的一种地源热泵地下换热器的埋设装置，其特征在于支架(l)的 高度为800翻，支架(l)的上、下两层角钢的间距为80咖，从动轮(9)为直径为60咖，主动 轮(8)为直径为150mm，两直柱(15)的高度为1500ram,间距为500mm，两直柱(15)的顶部两个 圆形通孔的间距为80ram，在直柱(15)的上部分别焊接的角钢横担(17)的长度为8誦。
3、 按照权利要求1所述的一种地源热泵地下换热器的埋设装置，其特征在于支架(1) 的高度为900誦，支架(1)的上、下两层角钢的间距为9()腦，从动轮(9)为直径为50國， 主动轮(8)为直径为160mm，两直柱(15)的高度为l'450n皿，间距为450國，两直柱(15) 的顶部两个圆形通孔的间距为90mm，在直柱(15)的上部分别焊接的角钢横担(17)的长度为10mra。
4、按照权利要求1所述的一种地源热泵地下换热器的埋设装置，其特征在于支架(1) 的高度为700mm,支架(1)的上、下两层角钢的间距为70mra，从动轮(9)为直径为70 mm， 主动轮(8)为直径为140mm，两直柱(15)的高度为1400mrn，间距为400腿，两直柱(15) 的顶部两个圆形通孔的间距为70mm,在直柱(15)的上部分别焊接的角钢横担(17)的长度 为7醒》
全文摘要
一种地源热泵地下换热器的埋设装置，涉及地源热泵地下换热器垂直埋设的辅助装置。本发明装置主要由支架、圆弧槽辊轴、手柄、主动轮、从动轮及支撑架等组成。本发明装置能够提高地源热泵地下换热器的埋设速度，又能保证施工质量，还具有操作简单，节约能源，方便野外作业，成本低，便于推广应用等特点。故本发明装置可广泛适用于全国各地地源热泵地下换热器的垂直埋设。
文档编号F24F13/30GK101446444SQ20081023725
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者勇 丁, 猛 刘, 红 刘, 周海峰, 楠 李, 李百战, 蔡珍红, 连大旗, 陈金华, 高亚锋 申请人:重庆大学