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1、10申请公布号CN102016218A43申请公布日20110413CN102016218ACN102016218A21申请号200980114694922申请日2009022012/035,77620080222US12/372,97320090218USE21B7/20200601E02D5/34200601E02D7/00200601E21B33/13200601E21B7/24200601F24J3/0820060171申请人雷蒙德J罗西地址加拿大英属哥伦比亚72发明人雷蒙德J罗西74专利代理机构上海东亚专利商标代理有限公司31208代理人董梅李颖薇54发明名称采用声频钻进和可去除或回。
2、收式钻头安装地热交换装置、桩基换热器、混凝土桩、微型桩和固定锚的方法与系统57摘要本发明提供一种方法来钻套管井和装设微型桩。声频钻进装置声频钻进装置设在所需位置。声频钻进装置包括旋转振动装置，通过旋转和振动使钻具钻入地下。可回收的钻头有效地连接在钻具上。旋振装置将钻具为套管井钻进地面一个合适的深度。在套管井达到所需深度后，从套管井内回收可回收式钻头。当回收可回收式钻头后，将微型桩降入套管井。灌浆原料可以在钻具从地面移走前或移走后倒入套管井。在另一种具体实施方法中，可去除式钻头可以用来替代可回收式钻头。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010102186PCT申请的申请数据PCT/CA。
3、2009/0001802009022087PCT申请的公布数据WO2009/103149EN2009082751INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书8页附图25页CN102016228A1/3页21一种钻设套管井并安装地热交换装置的方法，该方法包括将声频钻进装置设在所需位置，该声频钻进装置包括旋转振动装置，通过旋转和振动使钻具钻入地下，在钻具上安装有可回收式钻头；钻具通过旋转和振动钻入地下，形成所需深度的套管井；在套管井达到所需深度后，将可回收式钻头从套管井中取回；在可回收式钻头取回后，将地热交换装置下放到套管井中；从地下取回钻具。2根据权利要求1所述。
4、的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，在钻具通过旋转和振动钻入地下同时将液体灌入套管井中。3根据权利要求1所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，在将地热交换装置下放到套管井中后，将灌浆材料灌入套管井中。4根据权利要求1所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，在将地热交换装置下放到套管井中后，在钻具通过振动从地下取出的同时将液体灌入套管井中。5根据权利要求1所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，将地热交换装置与热泵有效地连接。6根据权利要求1所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，。
5、其特征在于所述方法还包括，将地热交换装置与加强钢结构固定，并在套管井达到所需深度后，将地热交换装置和加强钢结构一起下放到套管井中。7根据权利要求6所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，在将地热交换装置和加强钢结构下放到套管井中后，将混凝土灌入套管井中。8根据权利要求6所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，在将地热交换装置和加强钢结构下放到套管井中后，在钻具通过振动从地下中取出的同时将混凝土灌入套管井中。9一种钻设套管井并安装地热交换装置的方法，该方法包括将声频钻进装置设在所需位置，该声频钻进装置包括旋转振动装置，通过旋转和振动钻具使其。
6、钻入地下，在钻具上安装有可去除式钻头；钻具通过旋转和振动钻入地下，形成所需深度的套管井；在套管井达到所需深度后，将可去除式钻头从钻具上去除；在可去除式钻头去除后，将地热交换装置下放到套管井中；从地下取回钻具。10根据权利要求9所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，在钻具通过旋转和振动钻入地下同时将液体灌入套管井中。11根据权利要求9所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，在将地热交换装置下放到套管井中后，将灌浆材料灌入套管井中。12根据权利要求9所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，在将地热交换装置下放到套。
7、管井中后，在钻具通过振动从地下中取出的同时将灌浆材料灌入套管井中。权利要求书CN102016218ACN102016228A2/3页313根据权利要求9所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，将地热交换装置与热泵有效地连接。14根据权利要求9所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，将地热交换装置与加强钢结构固定，并在套管井达到所需深度后，将地热交换装置和加强钢结构一起下放到套管井中。15根据权利要求14所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，在将地热交换装置和加强钢结构下放到套管井中后，将混凝土灌入套管井中。1。
8、6根据权利要求14所述的钻设套管井并安装地热交换装置的方法，其特征在于所述方法还包括，在将地热交换装置和加强钢结构下放到套管井中后，在钻具通过振动从地下取出的同时将混凝土灌入套管井中。17一种钻设套管井并安装现场浇注式混凝土桩的方法，该方法包括将声频钻进装置设在所需位置，该声频钻进装置包括旋转振动装置，通过旋转和振动钻具使其钻入地下，在钻具上安装有可回收式钻头；钻具通过旋转和振动钻入地下，形成所需深度的套管井；在套管井达到所需深度后，将可回收式钻头从套管井中取回；在可回收式钻头取回后，将混凝土灌入套管井中；从地下取回钻具。18根据权利要求17所述的钻设套管井并安装现场浇注式混凝土桩的方法，其特。
9、征在于所述方法还包括，在钻具通过旋转和振动钻入地下同时将混凝土液体灌入套管井中。19根据权利要求17所述的钻设套管井并安装现场浇注式混凝土桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在将混凝土灌入套管井之前，将加强钢结构下放到套管井中。20根据权利要求19所述的钻设套管井并安装现场浇注式混凝土桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在将混凝土灌入套管井的同时钻具通过振动从地下中取出。21根据权利要求17所述的钻设套管井并安装现场浇注式混凝土桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在将混凝土灌入套管井的同时中空钻具通过振动从地下中取出。22一种钻设套管井并安装现场浇注式混凝土桩的方法，该方法包括将声频钻进装置设。
10、在所需位置，该声频钻进装置包括旋转振动装置，通过旋转和振动钻具使其钻入地下，在钻具上安装有可去除式钻头；钻具通过旋转和振动钻入地下，形成所需深度的套管井；在套管井达到所需深度后，将可去除式钻头从钻具上去除；在可去除式钻头去除后，将混凝土灌入套管井中；从地下取回钻具。23根据权利要求22所述的钻设套管井并安装现场浇注式混凝土桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在钻具通过旋转和振动钻入地下同时将液体灌入套管井中。24根据权利要求22所述的钻设套管井并安装现场浇注式混凝土桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在将混凝土灌入套管井之前，将加强钢结构下放到套管井中。25根据权利要求24所述的钻设套管井并安。
11、装现场浇注式混凝土桩的方法，其特征在权利要求书CN102016218ACN102016228A3/3页4于所述方法还包括，在将混凝土灌入套管井的同时钻具通过振动从地下中取出。26根据权利要求22所述的钻设套管井并安装现场浇注式混凝土桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在将混凝土灌入套管井的同时中空钻具通过振动从地下中取出。27一种钻设套管井并安装微型桩的方法，该方法包括将声频钻进装置设在所需位置，该声频钻进装置包括旋转振动装置，通过旋转和振动钻具使其钻入地下，在钻具上安装有可回收式钻头；钻具通过旋转和振动钻入地下，形成所需深度的套管井；在套管井达到所需深度后，将可回收式钻头从套管井中取回；在可。
12、回收式钻头取回后，将微型桩下放到套管井中；从地下取回钻具。28根据权利要求27所述的钻设套管井并安装微型桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在钻具通过旋转和振动钻入地下的同时将液体灌入套管井中。29根据权利要求27所述的钻设套管井并安装微型桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在将微型桩下放到套管井中后，将灌浆材料灌入套管井中。30根据权利要求27所述的钻设套管井并安装微型桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在将微型桩下放到套管井中后，在将灌浆材料灌入套管井中的同时钻具通过振动从地下取出。31一种钻设套管井并安装微型桩的方法，该方法包括将声频钻进装置设在所需位置，该声频钻进装置包括旋转振动装置，。
13、通过旋转和振动钻具使其钻入地下，在钻具上安装有可去除式钻头；钻具通过旋转和振动钻入地下，形成所需深度的套管井；在套管井达到所需深度后，将可去除式钻头从钻具上去除；在可去除式钻头去除后，将微型桩下放到套管井中；从地下取回钻具。32根据权利要求31所述的钻设套管井并安装微型桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在钻具通过旋转和振动钻入地下的同时将液体灌入套管井中。32根据权利要求31所述的钻设套管井并安装微型桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在将微型桩下放到套管井中后，将灌浆材料灌入套管井中。33根据权利要求31所述的钻设套管井并安装微型桩的方法，其特征在于所述方法还包括，在将微型桩下放到套管井中。
14、后，在将灌浆材料灌入套管井中的同时钻具通过振动从地下取出。权利要求书CN102016218ACN102016228A1/8页5采用声频钻进和可去除或回收式钻头安装地热交换装置、桩基换热器、混凝土桩、微型桩和固定锚的方法与系统技术领域0001本发明涉及地热交换系统和地下热能储存系统，尤其是一种采用声频钻进和可去除或回收式钻头安装地热交换装置、桩基换热器或称能量桩、混凝土桩、微型桩和固定锚的方法与系统。背景技术0002地热交换系统和地下热能储存系统是环保节能的制热制冷系统。因此，商业建筑和居民建筑对这种系统有越来越大的需求。所以需要一种快捷和高效的方法来装设地热交换系统和地下热能储存系统的热传递装。
15、置。同时，也需要一种快捷和高效的方法来装设地下支撑结构，如支撑建筑物中加热冷却系统的现浇混凝土桩、微型桩和固定锚。发明内容0003本发明所要解决的技术问题在于提供一种安装地热交换装置、桩基换热器、混凝土桩或微型桩的方法以及系统。0004本发明为快速钻井提供了方法和系统设备，而采用传统的钻头在岩石层中钻井是相当困难的。本发明还为灌浆过程提供了更加精确的控制和监控方法。0005本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是提供了一种方法来钻套管井和装设地热传递装置。声频钻进装置放置在一个合适的位置，声频钻进装置包括旋振装置来将钻具旋振进地面。可回收的钻头有效地连接在钻具上。旋转和振动装置将钻具为套管井钻。
16、进地面一个合适的深度，当套管井的钻孔到达合适的深度后，从套管井内回收可回收式钻头。当回收可回收式钻头后，将地热传递装置降入套管井。灌浆原料可以在钻具从地面移走前或移走后倒入套管井。0006本发明还提供了一种方法来钻套管井和装设现浇混凝土桩。声频钻进装置放置在一个合适的位置。声频钻进装置包旋转和振动装置来将钻具旋振进地面。可回收的钻头有效地连接在钻具上。旋转和振动装置将钻具为套管井钻进地面一个合适的深度。当套管井的钻孔到达合适的深度后，从套管井内回收可回收式钻头。混凝土可以在钻具从地下回收前或回收后倒入套管井。在将混凝土倒入套管井之前，将地热传递装置降入套管井，地热传递装置可用能量桩替换。通常还。
17、可以使用钢筋混凝土。0007本发明还提供一种更进一步的方法来钻套管井和装设微型桩。声频钻进装置放置在一个合适的位置。声频钻进装置包括旋转和振动装置来将钻具旋振进地面。可回收的钻头有效地连接在钻具上。旋振装置将钻具为套管井钻进地面一个合适的深度。当套管井的钻孔到达合适的深度后，从套管井内回收可回收式钻头。当回收可回收式钻头后，将微型桩降入套管井。灌浆原料可以在钻具从地面移走前或移走后倒入套管井。0008上述任一方法中，可去除式钻头都可以用来替代可回收式钻头。例如，在对套管井灌浆之前，从套管井内的钻具上拆下的消耗式钻头已经用过了。钻头只需要在套管说明书CN102016218ACN102016228。
18、A2/8页6井的钻孔到达合适的深度后，从钻具拆下来。0009本发明也提供了一种钻套管井的系统。附图说明0010图1是声频钻进装置钻套管井的部分剖视图；0011图2是密封液体灌入图1中钻孔的部分剖视图；0012图3是可回收式钻头在图1中钻孔运作的部分剖视图；0013图4是回收工具降入图1所示钻孔中部分剖视图；0014图5是回收工具在图1所示钻孔内啮合可回收式钻头的部分剖视图；0015图6是回收工具及可回收式钻头一起从图1所示钻孔内取出的部分剖视图；0016图7是可去除式钻头在图1所示钻孔运作的部分剖视图；0017图8为去除工具将可去除式钻头从图1所示的钻孔中移除的主剖结构图；0018图9是地热传。
19、递环降入图1所示钻孔中的部分剖视图；0019图10是同轴地热传递装置降入图1所示钻孔中的部分剖视图；0020图11是图10中同轴地热传递装置的部分剖视图；0021图12是灌浆装置向图1所示钻孔中灌浆的部分剖视图；0022图13是另一幅灌浆装置向图1所示钻孔中灌浆部分剖视图；0023图14是地热传递环在已灌浆的图1所示钻孔中的部分剖视图；0024图15是潜孔锤向基岩层钻孔的部分剖视图；0025图16是地热传递环在已灌浆的图15所示钻孔中的部分剖视图；0026图17是热泵与图9中地热传递环连接后的示意图；0027图18是地下热能储存系统的示意图；0028图19是水泥车在安装能量桩时向图1所示钻孔内。
20、灌入混凝土的部分剖视图；0029图20是图19的AA剖视图；0030图21是能量桩的示意图；0031图22是水泥车在安装现浇混凝土桩时向图1所示钻孔中灌入混凝土的部分剖视图；0032图23是现浇混凝土桩的示意图；0033图24是水泥车在安装现微型桩和固定锚时向图1所示钻孔中灌入混凝土的部分剖视图；0034图25是微型桩和固定锚的透视图；0035图26是微型桩的透视图。具体实施方式0036请参阅附图并首先来看图1，钻机10正向地下14钻设套管井12。钻机10通常包括设在可移动车辆50上的钻井装置20，车辆50停在所需钻井地点的地面15上，并使钻井装置20位于所需钻井的位置。钻杆22与该钻井装置2。
21、0有效地连接，钻杆22的近端23与钻井装置20螺纹连接，而钻杆22的远端24与环状钻头26连接，该环状钻头26与钻杆22同心。钻杆22与环状钻头26相结合形成端部开口的钻具30，该钻具30具有说明书CN102016218ACN102016228A3/8页7空腔，或称内部空间35，由钻具30决定。可回收式中心钻头28在环形钻头26处与钻具30连接，并可从钻具30上拆卸。0037在本实施例中，钻井装置20是声频钻进式的旋转振动装置。声频钻进在本领域为公众所知，且声频钻进的例子已记载在本申请人的美国专利号5,027,908和5,409,070中，可将该专利完全公开的内容引入本文中作为参考，因此，对于。
22、钻井装置的细节在此不做详述。钻井装置20旋转并振动钻具30钻入地下14。一软管42将压力泵装置40与钻井装置20液压连接，在钻井过程中，沿箭头44方向，受压液体由压力泵装置40泵入软管42，经钻井装置20进入钻具30的内部空间35。0038如图2所示，受压液体自可回收式钻头28内的通道27，29沿箭头45，46方向流出。如图1所示，软管42的内径小于内部空间35的内径，如此避免了受压液体可能在高压冲击下反冲回软管42的情况。振动钻具30使液柱内的压力也以与钻具相同的振动频率振荡，由此产生的压力冲击38A，38B，38C使液柱产生类似于水锤的作用，从而增添了附加钻井力。0039至少在内部空间35。
23、中泵入足够的受压液体以形成液柱37，这便阻止了钻井产生的泥沙等通过可回收式钻头28的通道27，29进入内部空间35。而如图2所示，可向内部空间35中泵入附加的受压液体，从而将泥沙等材料碎片自钻具30与地下14的环形通道13向上带至地面15。箭头44指示了受压液体自钻具30的内部空间35进入地下14的流动方向。过量的液体沿箭头45，46的方向向下，绕过可回收式钻头28，再向上经过环形通道13到达地面15。沿箭头47，48所示方向，受压液体作为切割液体并带动泥沙碎片在环形通道13中上行直至地面15，从而将受压液体及钻出的泥沙碎片从套管井12中排出。在本实施例中，受压液体为水，也可采用掺杂有化合物如。
24、聚合物等或粘土的水作为受压液体。受压液体的压力范围在1005000磅/平方英寸PSI之间，优选压力范围在5002000PSI之间。0040附加钻杆图中未示可按序加到钻具30上，每根附加钻杆均具有第一端和第二端，附加钻杆为空心且两端均开口。附加钻杆的第一端与钻井管设备20螺纹连接，附加钻杆的第二端与钻具30螺纹连接。附加钻杆通过旋转并振动钻入地下从而增加了套管井12的深度。附加钻杆可通过手工或采用自动钻杆安装设备进行连接。0041现参见图3，其进一步展示了环状钻头26和可回收式钻头28的细节。环状钻头26与钻杆22螺纹连接，环形钻头26具有环形内壁41。在环状钻头26的环形内壁41上形成环形凹槽。
25、43和环形凸台49，通常该环形凹槽43与环形凸台49相互平行且之间留有间隔。可回收式钻头28设在环状钻头26内，且与环状钻头26可拆卸式连接。该可回收式钻头28包括一套筒51，该套筒51设在环状钻头26的环形凸台49上。沿套筒的长度方向，套筒51向外延伸出一凸部，该凸部形成了可回收式钻头28的钻头底部53。通道27，29贯穿该钻头底部53并如前文所述使液体自可回收式钻头28流出。多数个夹钳图3中只示意了其中的两个，即夹钳54A，54B分别设在可回收式钻头28套筒51上相应的呈发散型分布的通孔55A，55B中。环形弹簧65将夹钳54A，54B的至少一部分限位在通孔55A，55B中，并与可回收式钻。
26、头28的套筒51连接。0042截头圆锥形的棘爪56设在可回收式钻头28的套筒51内，棘爪56在靠近细端处设有法兰57。如图3所示，当可回收式钻头28与环形钻头26可拆卸式连接时，棘爪56说明书CN102016218ACN102016228A4/8页8将可回收式钻头28套筒51上的夹钳54A，54B沿发散方向外推，并嵌入环形钻头26的环形内壁41上的环形凹槽43内。从棘爪56上延伸出带手柄59的杆体58，手柄设在杆体远离棘爪的一端。本领域技术人员可以理解的是，可将杆体58上拉并带动棘爪56向上移动离开图3所示的位置。当棘爪56向上移动离开图3所示的位置，截头圆锥形的棘爪56会停止将夹钳54A，5。
27、4B外推嵌入环形钻头26的环形凹槽43中，而弹簧65则会将夹钳54A，54B沿通孔55A，55B拉回可回收式钻头28的套筒51中。0043如图4至图6所示，一旦套管井12达到所需深度，钻具30与钻井装置20脱离。如图4所示，将拴在绳索63上的回收工具61下放到钻具30中，该回收工具61包括一个闩图中未示，设在可回收式钻头28套筒51中的棘爪56向上延伸出杆体58，该闩用于将手柄59安装在杆体58的远离棘爪56的一端远端。如图5所示，在回收工具61将手柄59安装在杆体58的远端上后，向上的拉力作用在绳索63上致使棘爪56向上移动并停止将夹钳54A，54B外推嵌入环形钻头26的环形凹槽43中，而弹。
28、簧65则会将夹钳54A，54B沿通孔55A，55B拉回可回收式钻头28的套筒51中。于是如图6所示，就可将可回收式钻头28从地下14取出，离开套管井12。0044本领域的技术人员可以理解的是，对于采用本发明公开的方法来安装地热交换装置，前述的可回收式钻头只是各种可用钻头中的一个例子，其他合适的钻头均可使用。例如图6所示，可采用可去除式钻头128，在本实施例中，可去除式钻头128为一次性钻头，该一次性钻头焊接在钻具30上，图中可见其焊点130A，130B。另外，还可采用其他方法将可去除式钻头128安装到钻具30上，例如弹性圆柱销。如前述的可回收式钻头一样，在可去除式钻头128上设有贯穿的通孔12。
29、7，129，使液体可自可去除式钻头128流出。如图7所示，一旦套管井12达到所需深度，将去除工具161下放入套管井中，该去除工具161将可去除式钻头128从钻具30内敲出，在将钻具30从地下14取出后，该可去除式钻头128便留在了地下14。优选地，去除工具161为金属棒，且在某些例子中该金属棒还可被拴住以便取回。0045进一步，在不偏离本发明所公开方法的范围内，钻井过程中还可采用多种方案。例如图15所示，对于有基石114妨碍钻井过程的地点，带有下钻头99的潜孔锤98可用于钻入基石114从而使套管井12达到所需深度。0046一旦钻孔完毕，将可与地下14进行热量交换的地热交换装置下放到钻具30的内。
30、部空腔35中，也就是进入套管井12中。所述的地热交换装置可以为如图9所示的地热传递环70。优选地，所述地热传递环70在下放到套管井12中之前已充满液体。在本实施例中，地热传递环70为充满水的高密度聚乙烯管。液体增加了地热传递环70的重量，并避免地热传递环70在套管井12中可能因套管井内含有的各种液柱而遭到破坏。0047也可在地热传递环70上附加重物75，从而方便将地热传递环70下放到套管井12中。可对地热传递环70的头部71作进一步的固直以便地热传递环70的下放，并在灌浆过程以及钻具30的收回过程中辅助地热传递环70保持在套管井12的底部。在本实施例中，重物75为长条型的钢棒，该钢棒由线76绑。
31、在地热传递环70的头部。钢棒具有双重功能，即增加重量以及固直地热传递环70的头部71。在地热传递环70完全下放至套管井12中后，对套管井12进行灌浆，对套管井12的灌浆可在钻具30留在地下14时进行，也可在将钻具30从地表中取出后进行。说明书CN102016218ACN102016228A5/8页90048根据本发明申请人处于申请中的美国专利申请号11/067,225所公开的内容，在地热热交换系统中使用地热传递环已为公众所知悉，可将该申请完全公开的内容引入本发明中作为参考，在该公开内容中，地热传递环于热泵连接。由此可见，本发明提供了一种改进的安装地热传递环的方法。0049在另一方案中，所述的地。
32、热交换装置可为如图10和图11所示的同轴地热交换装置77。图10和图11所示的同轴地热交换装置77类似于KIDWELL等人在其美国专利7,347,059中所公开的形式，可将该专利完全公开的内容引入本发明中作为参考。如图11所示，所述的同轴地热交换装置77由导热的外导管112和在该外导管112内的内导管114构成。内导管114上具有多数个相互连接的翅片116A，116B，116C，并在外导管112和内导管114之间，由翅片形成螺旋环状的流道。在运行过程中，液体在泵压下自地面向下进入内导管114，并沿箭头111，113所示方向从内导管114的远端流出，然后液体顺着螺旋环状流道，沿箭头115，117。
33、所示方向向上回流至地面。循环水实现了地表与周围环境温度间的热交换。0050根据KIDWELL等人的美国专利号7,363,769及其后续所公开的内容，在地热热交换系统中采用同轴流动地热交换装置已为公众所知悉，可将完全公开的内容引入本发明中作为参考，在公开内容中，同轴地热交换装置与热泵连接。由此可见，本发明提供了一种改进的安装地热交换装置的方法。0051在其他例子中，地热交换装置还可以是超导热交换装置，该超导热交换装置类似于QU等人在美国专利号6,132,823和6,911,231中所公开的形式，可将该专利完全公开的内容引入本发明中作为参考。超导热交换装置可以与地表进行双向热交换。QU等人公开的超。
34、导热交换装置通常包括导管形式的衬底，在导管上覆有超导热交换介质，该超导热交换介质在导管内表面覆盖了三层，其中，第一，第二层为在溶剂中制备，第三层为粉末。0052超导热介质的第一层为过氧化钠，氧化钠，氧化铍，三氧化二锰，氢氧化铝，氢氧化钾，氧化硼，重铬酸盐中的至少一种化合物。超导热介质的第一层被吸附在导管内表面上作为抗腐蚀层，可以防止导管内表面受到侵蚀。理论上，第一层还能使导管材料进行原子重排，由此能更好地吸收热量。第一层的又一功能是防止导管内表面发生氧化，而导管内表面的氧化将导致阻热的产生。0053超导热介质的第二层为氧化亚钴，三氧化二锰，氧化铍，铬酸锶，碳酸锶，氧化铑，氧化铜，钛，重铬酸钾，。
35、氧化硼，重铬酸钙，重铬酸锰，重铬酸铝，重铬酸盐中的至少一种化合物。超导热介质的第二层防止氢和氧的产生，由此抑制了氧原子对导管材料原子的氧化作用。理论上，第二层在导管内表面进行导热。第二层的又一功能是协助加速分子振动以及与超导热介质第三层之间的摩擦，由此提供了导热的热通道。0054超导热介质的第三层为改性氧化铑，重铬酸钾，改性氧化镭，重铬酸钠，重铬酸银，单晶硅，氧化铍，重铬酸锶，氧化硼，过氧化钠，钛，重铬酸金属盐中的至少一种化合物。超导热介质的第三层只要在超导热介质处于最低活性温度下即可产生热量，在活性状态下，超导热介质第三层中的原子开始与超导热介质第一层和第二层中的原子一起振动。实验显示当这种。
36、超导热介质以适当的形式覆盖在衬底上时，其导热性通常为银的20,000倍。说明书CN102016218ACN102016228A6/8页100055根据MUELLER等人在美国专利号7,451,612所公开的内容，在地热热交换系统中采用包含热超导介质的地热交换装置已为公众所知悉，可将该专利完全公开的内容引入本发明中作为参考，在该公开内容中，包含热超导介质的地热交换装置与热泵连接。由此可见，本发明提供了一种改进的安装地热交换装置的方法，地热交换装置包含热超导介质，该方法用于地热交换系统。0056现在请参阅图12和图13，在将地热传递环70完全下放到钻具30内后，可对套管井12进行灌浆，对套管井12。
37、的灌浆可在钻具30留在地下14时进行，也可在将钻具30从地表中取出后进行。在本实施例中，灌浆由混凝土导管法实现。将混凝土导管80下放到套管井12中，该混凝土导管由远端的钢管部82和近端的柔管部81构成，钢管部82作为下放到套管井12中的混凝土导管80的头部。泵86将贮藏池88中的导热灌浆材料120沿混凝土导管80输送到套管井12的底部，使灌浆材料120包围在地热交换装置70的周围。当套管井12从上到下全部充满后，软管卷筒87将混凝土导管80拉出套管井12，并使混凝土导管80的头部始终保持在灌浆材料120液面的下方。如图14和图16所示，灌浆过程持续至套管井12内充满灌浆材料120且灌浆材料将地。
38、热交换装置70在地面15以下的部分全部包围。0057在其他实施例中，灌浆也可通过压力灌浆的方法来实现，而压力灌浆可以通过在钻具顶端增设灌浆管道或在钻头的旋转体上增设灌浆管道来实现。在将钻具从地表中取出的同时，将灌浆材料灌入钻具的内部空腔，而灌浆在钻具被完全取出时已灌至顶部。在某些情况下灌浆并非必要，例如在淤泥或沙土中，在将钻具取出后，淤泥或沙土将崩塌在地热传递环的周围。0058如图17所示，在灌浆过程完成后，无论是采用混凝土导管法还是压力灌浆法，地热交换装置70均可与处于周围环境中的大楼101或其他建筑内的热泵100有效地连接，从而形成地热热交换系统。该地热传递环70还可在地面15下与一系列附。
39、加地热交换装置有效地连接，而该一系列地热交换装置再与社区热泵连接。0059在另一方案中，如图18所示，地热交换装置70可与热泵103有效地连接，而热泵又与热能收集器105连接并进行热交换，以形成地下热能储存系统。在如图18所示的实施例中，所述热能收集器105为设在车道107处的太阳能收集器。在夏天，太阳辐射在车道107表面，产生的热量由热能收集器105收集，然后热量由热泵泵入地下14并在地表内储存。在冬天，储存在地表内的热量用来融化车道107表面的雪和冰。在另一实施例中，在冬天，储存在地表内的用量也可用于加热冷空气，这导致了地表温度的下降，而下降的地表温度又可在随后的夏天用于冷却周围环境的温度。
40、。因此，热量和冷量都可被储存在地下热能储存系统中。0060现在请参阅图19和图20，在另外的应用中，地热交换装置以地热传递环701形式与加强钢结构92固定并下放到根据本发明方法钻成的套管井12中。在图19和图20中采用了与图12相似的结构、环境及标号，只是在标号后增加了标记“1”。在本实施例中，地热交换装置为地热传递环701，但本领域的技术人员可以理解，任何能与地表进行热量交换的地热交换装置均可使用。在本实施例中，在将地热传递环701与加强钢结构92的组合下放到套管井121中后，可采用前述的混凝土导管法通过水泥车91向套管井121内灌入混凝土93，从而形成如图21所示的能源桩94。在其他实施例。
41、中，还可在说明书CN102016218ACN102016228A7/8页11套管井12灌入灌浆材料或其他适合材料。0061图21中采用了与图17相似的结构、环境及标号，只是在标号后增加了标记“1”。能源桩94为大楼1011提供了基础性的支撑，且与大楼1011内设置的热泵1011有效地连接，从而形成地热热交换系统。因此，对于既要安装地热热交换系统又要设置基桩的地点而言，采用能源桩无疑是一种成本效率并存的方式。现有的此类能源桩一直由CEMENTATIONFOUNDATIONSKANSKAOFMAPLECROSSHOUSE，DENHAMWAY，MAPLECROSS，RICKMANSWORTH，HER。
42、TS，UNITEDKINGDONM，WD39SW进行安装。0062现请参考图22和图23所示的另一种应用，在采用本发明方法钻成的套管井122中灌入混凝土从而安装现场浇注式混凝土桩。图22和图23中分别采用了与图12和图17相似的结构、环境以及标号，只是在标号后增加了标记“2”。采用现场浇注式混凝土桩具有许多优于传统木桩的有益效果，例如现场浇注式混凝土桩不会受到腐蚀也不会遭到昆虫或蛀虫的啃咬，且混凝土的承载能力也优于木材。如图22所示，根据前述方法将套管井122钻至所需深度后，将加强钢结构92下放到套管井122中，随后水泥搅拌器91通过前述的混凝土导管法将混凝土93灌入套管井122中。在套管井1。
43、22内充满混凝土后，振动钻具302将其从钻孔中取出，而由于钻具302从套管井122中取出，迫使混凝土93流入因钻具302形成的空腔内并与周围的泥土颗粒混合，在混凝土93凝固后其间形成非常强的结合。如图23所示成型的现场浇注式混凝土桩95A，95B，95C，可用于为大楼1012的提供基础性的支撑。0063现请参阅图24和图25所示的另一种应用，采用本发明方法钻成的套管井123可用于安装微型桩或迷你桩。图24和图25中分别采用了与图12和图17相似的结构、环境以及标号，只是在标号后增加了标记“3”。微型桩为小直径桩，可经受住轴向和/或层向的负荷。采用微型桩具有许多优于混凝土桩的有益效果，例如，对于。
44、混凝土桩，绝大部分的承载能力是由加强型混凝土来提供的，因此提高承载能力是通过增加现场浇注式混凝土桩的截面积和表面积来实现的。相比之下，微型桩的承载能力取决于高强度的钢结构单元，因此微型桩直径较小，从而可以安装在有限的环境中。0064进一步，根据国际地基钻井协会ADSC提供的一篇由TOMAARMOURPE所作报道微型桩在土地保留及斜坡稳固中的应用，可将该报道完全公开的内容引入本发明中作为参考，且该报道指出，安装微型桩可在灌浆/地表的结合面处产生巨大的灌浆/地表结合力。灌浆在与微型桩的结合区域通过摩擦而将承载交换至地表，产生类似于地锚的效果。因此，由于微型桩直径小，所以微型桩的一切端部承载通常都能。
45、被忽略，这也就为支撑结构提供了非常优越的加固作用。0065如图24所示，根据前述方法将套管井123钻至所需深度后，将微型桩97下放到套管井123中，随后泵863通过前述的混凝土导管法将贮藏池883中的灌浆材料1203灌入套管井123中。在套管井123充满了灌浆材料1203后，振动钻具303将其取出钻孔，而由于钻具303从套管井123中取出，迫使灌浆材料1203流入因钻具303形成的空腔内并与周围的泥土颗粒混合形成非常强的结合。灌浆材料1203还与微型桩97相结合。0066如图23所示成型的微型桩97A，97B和97C可为大楼图中未示提供基础性的支撑。在本实施例中，以其中一根微型桩97A为例，每。
46、根微型桩均包括弹性区域130，说明书CN102016218ACN102016228A8/8页12高强度钢结构140和扭力锚盘150，类似于GEWI桩。GEWI桩由DYWIDAGSYSTEMSINTERNATIONALLIMITEDOFNORTHFIELDROAD，SOUTHAM，WARWICKSHIRE，UNITEDKINGDOM，CV47OFG提供，具有微型桩和固定锚的双重功能。0067如图26所示的另一方案中，传统的微型桩109A，109B，109C，类似于由LBFOSTEROF6500LANGFIELDROAD，HOUSTON，TEXAS，UNITEDSTATESOFAMERICA770。
47、92提供的形式，也可采用本发明公开的方法进行安装从而支撑大楼1014。图26中采用了与图12相似的结构、环境以及标号，只是在标号后增加了标记“4”。0068本领域的技术人员可以理解的是，前文的许多细节只是以实施例的形式提供，可在不偏离本发明范围的情况下进行变化和删减。本发明的范围见权利要求。说明书CN102016218ACN102016228A1/25页13图1说明书附图CN102016218ACN102016228A2/25页14图2说明书附图CN102016218ACN102016228A3/25页15图3说明书附图CN102016218ACN102016228A4/25页16图4说明书附。
48、图CN102016218ACN102016228A5/25页17图5说明书附图CN102016218ACN102016228A6/25页18图6说明书附图CN102016218ACN102016228A7/25页19图7说明书附图CN102016218ACN102016228A8/25页20图8图9说明书附图CN102016218ACN102016228A9/25页21图10说明书附图CN102016218ACN102016228A10/25页22图11说明书附图CN102016218ACN102016228A11/25页23图12说明书附图CN102016218ACN102016228A12。
49、/25页24图13说明书附图CN102016218ACN102016228A13/25页25图14说明书附图CN102016218ACN102016228A14/25页26图15说明书附图CN102016218ACN102016228A15/25页27图16说明书附图CN102016218ACN102016228A16/25页28图17说明书附图CN102016218ACN102016228A17/25页29图18说明书附图CN102016218ACN102016228A18/25页30图19说明书附图CN102016218ACN102016228A19/25页31图20说明书附图CN102016218ACN102016228A20/25页32图21说明书附图CN102016218ACN102016228A21/25页33图22说明书附图CN102016218ACN102016228A22/25页34图23说明书附图CN102016218ACN102016228A23/25页35图24说明书附图CN102016218ACN102016228A24/25页36图25说明书附图CN102016218ACN102016228A25/25页37图26说明书附图CN102016218A。