[发明专利]双口冲击塑孔器

说明书

本发明涉及用于铺设地下管道工程的方法和装置。其在管形成使用热泵的加热或冷却系统，即地热或地源热泵系统的一部分的情况下是特别相关的。

基于热泵的加热系统作为加热装置变得更普遍。其通过从地提取热能，聚集它并重定向它来工作，例如以加热建筑物或其它空间。也可能将系统配置成相反地运转，由此，热从建筑物被提取，并被传导到地面(也就是说，作为建筑物的冷却系统)。在任一配置中，热能经由铺设在地面中的管的热传导回路在地面和泵系统之间传送。管包含流体，其由泵循环以在系统周围传送热能。在一般闭合回路系统中，流体是水和防冻剂的溶液。

热传导管道工程可以以各种布置铺设在地面中，取决于包括场地入口、土壤类型、建筑物的接近度或场地边界的因素。管可安装成使得它们实质上是水平的，在这种情况下它们可铺设在随后被填满的开放沟渠中。可选地，管可放置在通过常规冲击塑孔或钻孔技术产生的在地面中的孔中。在这种情况下，可例如通过地洞实现接近孔的远端，孔显露在该地洞中。例如，为了保持在约束的场地边界内，将管放在不是水平的而相反以一角度向下伸出(在一些情况下垂直地向下)的孔中常常是合乎需要的。这些孔可以非常深，超过100米或更多，且一般通过钻孔技术来产生，涉及必须位于在地面水平处的进入点处的昂贵且笨重的设备。显然，在这种情况下，接近孔的另一端是不可能的；因此，在孔被准备好之后，通过紧凑的180度耦合连接在其端部处的一对管插入孔中，使得在完成的加热系统中，流体可向下循环到孔中并再次循环回来。

当前用于产生孔(其中没有远端入口)的方法需要昂贵且笨重的钻孔机和镗孔机的使用。费用常常非常高，或接近钻孔机器是不可能的。作为例子：密集的都市区域可以很少接近或不接近在待加热的场地周围的暴露的地面，或可能根本没有外部地面，使得唯一的实际解决方案是从建筑物本身内部进入地面(例如，通过地下室地板)。冲击塑孔器(percussion mole，也称为撞击塑孔器或土体位移锤)是可在需要在地下铺设管或电缆而不首先挖掘沟渠的情况中使用的气动地驱动的设备。最普遍地用于水平地在道路或类似的障碍物之下通过，冲击塑孔器通常放置在地洞的侧面中，且对准具有类似深度的预期在其中显露的远处地洞。塑孔器由沿着后部安装的压缩空气软管提供的压缩空气驱动。使具有相当大的质量的内部活塞在塑孔器的管状外壳内向前快速行进，其中内部活塞撞击外壳的前端，向前驱动外壳，在该过程中使外壳周围的土地移动。内部阀布置成使得在撞击外壳内的前部位置后，活塞以较少的能量被驱动回到外壳的后部，此时它的行进被阻止。排气接着被排放到塑孔器后面的腔中，且该循环重复。在内部活塞的向后行进及其随后的反转期间消耗的能量不足以克服外壳和在它周围压缩的土地之间的摩擦；因此，外壳在循环的这个部分期间不向后行进。

美国专利号5,161,626描述了用于使地热井下沉的塑孔器的使用。塑孔器具有三个口，并因此将它后面的三个管拉到地面中。

根据本发明的第一方面，提供了用于插入用于地热热泵装置的地面回路(ground loop)的冲击塑孔器，地面回路包括第一管和第二管，塑孔器包括：冲击驱动机构；可连接到第一管的第一通道，其用于在地面回路的插入期间经由第一管接纳驱动流体并将它输送到驱动机构；可连接到第二管的第二通道，其用于在地面回路的插入期间经由第二管从驱动机构排出驱动流体；以及连接第一通道与第二通道的连接部，该连接部包括布置成在地面回路的插入期间限制驱动流体从第一通道到第二通道的流动但允许在相反方向上的流动的止逆阀，由此，在插入之后，当热泵装置在使用中时，地面回路包括第一管和第二管、第一和第二通道、以及连接部。

使用该布置，当热泵系统在使用中时，阀可允许热交换流体从第二通道流动到第一通道。这允许相同的两个管用于在插入期间驱动塑孔器，并在热泵装置的使用期间构成地面回路。止逆阀提供支持塑孔器的这两个作用的简单但有效的方法。它可允许在插入完成之后地面回路连接到热泵系统，而没有任何额外的修改。这是可能的，例如，如果热交换流体在与驱动流体相反的方向上循环。在这种情况下，热交换流体本身自动使唯一的配置变化是必要的，即，止逆阀的打开。

止逆阀——也称为止回阀或单向阀——设计成允许流体在一个方向上流动，但实质上防止流体在相反的方向上流动。

塑孔器优选地具有：第一配置，其中第一和第二通道中的每个与冲击驱动机构流体连通；以及第二配置，其中第一和第二通道中的至少一个与驱动机构隔离。

如果驱动机构在插入完成之后在一个通道处被隔离，则当热泵系统在使用中时驱动机构可填充有热交换流体，但将没有流体的通流。