CN106416831A - 地表水源用于地热农业育苗的装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地表水源用于地热农业育苗的装置及其控制方法。本发明提供的地表水源用于地热农业育苗的装置包括蒸发器、冷凝器、强制循环水泵、除铁锰装置、苗床换热管。本发明所设计的地热农业育苗的装置通过合理的管路设计及阀门控制，能够使得苗床换热均匀、快速，并且整个换热管道结垢较少，所结污垢便于除去，从而提高整个系统的使用寿命，能够长期保障育苗所需温度要求。
Description
技术领域
本发明涉及农业供热领域，具体涉及一种地表水源用于地热农业育苗的装置及其控制方法。
背景技术
地表水源含有丰富的热量资源，可以对地下井中的水进行换热利于其热能，由于其绿色环保，能效利用率较传统加热方式高，对其开发利用的研究也逐年增加。
现有技术中，鲜有将其用于农业育苗恒温控制中，主要是四季气温变化，但对地热水的热量需求不同，如冬季需对地下井水进行取热，而夏季需对地下井水进行散热，这样单台地热利用设备在只能单向制冷或制热，不便于利用。
此外，现有技术中工业上对地下井水的热量的利用率还较低，主要是由于其换热管通常较大，公称直径在65mm左右，而其换热效率较低。且地表水源的地热系统的使用寿命较短，清理难度较大，主要是由于地表水含有各种矿物质及微生物，杂质含量较高且各地的杂志成分也不相同，所以在换热系统中各个管道内极易形成水垢造成堵塞。这都是制约地热利用在农业育苗中的发展因素。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种方便控制、不易结垢的地表水源用于地热农业育苗的装置及方法。
第一方面，本发明提供的一种地表水源用于地热农业育苗的装置包括蒸发器、冷凝器、强制循环水泵、除铁锰装置、苗床换热管；
所述苗床换热管出水端通过管路连接所述强制循环水泵的进水端，所述循环水泵的出水端通过并联的两条管路与地下井水连通，进水处的并联点为第一并联点，出水处的并联点为第二并联点；第一并联点处的一条并联管路上设置与所述冷凝器进口连通的第一冷凝支管，另一条并联管路上设置与所述蒸发器进口连通的第一蒸发支管；所述第一并联点与所述第一蒸发支管之间的管路上设置制冷控制阀，所述第一并联点与所述第一冷凝支管之间的管路上设置制热控制阀；所述第二并联点与所述第一蒸发支管之间的管路上设置制热控制阀，所述第二并联点与所述第一冷凝支管之间的管路上设置制冷控制阀；
所述苗床换热管进水端通过并联的两条管路与地下井水连通，出水处的并联点为第三并联点，进水处的并联点为第四并联点；第三并联点处的一条并联管路上设置与所述冷凝器出口连通的第二冷凝支管，另一条并联管路上设置与所述蒸发器出口连通的第二蒸发支管；所述第三并联点与所述第二蒸发支管之间的管路上设置制冷控制阀，所述第三并联点与所述第二冷凝支管之间的管路上设置制热控制阀；所述第四并联点与所述第二蒸发支管之间的管路上设置制热控制阀，所述第四并联点与所述第二冷凝支管之间的管路上设置制冷控制阀；
所述第二并联点与地下井水之间设置除铁锰装置；所述第四并联点与地下井水之间也设置除铁锰装置。
上述进水处和出水处均是针对并联管路整体而言，即进水处指水进入并联管路的地方，出水处指水流出并联管路的地方。
这样通过设置并联的管路，仅对制热控制阀和制冷控制阀进行控制则可以实现冷质和热质在蒸发器和冷凝器中进行转换，从而使得即可对地下井水的热量进行利用，也可以对其冷量进行利用。
优选地，上述地表水源用于地热农业育苗的装置中所述苗床换热管内设置螺旋流道组件；所述螺旋流道组件包括与苗床换热管平行的螺旋轴，所述螺旋轴上设置螺旋叶片。
也就是在苗床换热管内设置了有螺旋叶片的轴，这样可以使得整个换热介质的流道长度增加，流速增大，换热效果更好。
优选地，上述地表水源用于地热农业育苗的装置还包括电机；所述螺旋叶片的螺旋直径与苗床换热管的内直径相同，所述螺旋轴有所述电机带动绕轴向旋转。
也即螺旋轴在电机的带动下可以旋转，这样可以使得苗床换热管内的结垢物质在螺旋轴的旋转下由螺旋叶片带出，便于清理和维护。
优选地，上述地表水源用于地热农业育苗的装置中所述苗床换热管的进水端和出水端的管路上设置过滤器；所述强制循环水泵出水口设置单向截止阀。
这是为了进一步减少苗床换热管内的结垢物质，同时保证水循环方向，使得整个系统更加稳定。
优选地，上述地表水源用于地热农业育苗的装置还包括膨胀水箱；所述膨胀水箱底部通过管路连接所述苗床换热管的出水端。
膨胀水箱的作用是保证管路中的压力，防止其热胀冷缩使得管路承受应力发生变形甚至是爆裂。
优选地，上述地表水源用于地热农业育苗的装置中所述除铁锰装置包括第一潜水泵、曝气池、微生物过滤装置、第二潜水泵、反冲洗池和清水池；所述曝气池与地下井之间设置有第一潜水泵，曝气池和微生物过滤装置顺序连接，微生物过滤装置的下端设置有出口三通分别与反冲洗池和清水池连接，反冲洗池和出口三通之间设置有第二潜水泵；所述微生物过滤装置包括顶盖、滤柱、底盖和横移小车，顶盖、滤柱和底盖自上而下连接，为可拆卸连接，横移小车用于支撑滤柱。
优选地，上述地表水源用于地热农业育苗的装置中，所述顶盖上端设置有入水管道，入水管道与顶盖内部的喷淋装置相连接；所述滤柱包括柱壳、滤料和底板，所述柱壳的上部设置有溢水管道，柱壳的中部设置有耳子，底板呈多孔状，布置在柱壳的下端，底板上的孔径为0.3-0.5mm；所述滤料包括承托层和过滤层，过滤层、承托层和底板在滤壳中呈上下布置；所述底盖的下端设置有出口三通和脚架；所述横移小车包括框架平台和支撑架，框架平台呈长方形框架结构，框架平台上设置有两个用于放置滤柱的存放位，存放位上设置有与柱壳中部的耳子适配的定位槽，框架平台的四个角部和四个支撑架垂直连接，四个支撑架分别设置有抬升或下降框架平台的电动缸，支撑架的脚部设置有脚轮。
所述横移小车设置有两个存放位，存放位设置有与柱壳中部的耳子适配的定位槽，用于放置和支撑滤柱，方便对滤柱进行更换，以对滤柱内部的壁垢进行清洗，保证了滤柱的过滤空间，避免了一些支路管道的阻塞。
优选地，上述地表水源用于地热农业育苗的装置中所述曝气池采用弱爆气，曝气后水中的溶解氧的浓度为4-6mg/L；所述微生物过滤装置的出口三通与第二潜水泵和清水池之间分别设置有反冲洗球阀和清水池球阀；所述入水管道上设置有入口球阀。
所述曝气池采用弱爆气，曝气后水中的溶解氧的浓度控制在4-6mg/L，降低曝气成本，避免浪费能源。
优选地，上述地表水源用于地热农业育苗的装置中所述滤料的过滤层从下至上依次布置有石英砂、锰砂和活性炭颗粒，石英砂、锰砂和活性炭颗粒的粒径为0.6-1.5mm，石英砂、锰砂和活性炭颗粒的质量比为5:3:2。
即所述滤料自下而上布置有石英砂、锰砂和活性炭颗粒，滤料主要是作为微生物的载体，锰砂在拥有除锰的功能，活性炭颗粒能够吸附一些重金属。
第二方面，如上所述的地表水源用于地热农业育苗的装置的控制方法为：当苗床换热管内水温低于21℃，则开启制热控制阀，关闭制冷控制阀；当苗床换热管内水温高于29℃，则开启制冷控制阀，关闭制热控制阀。
通过对苗床换热管内水温进行监测来控制育苗过程中苗床的温度，可以使得控制快速，在此温度下进行转换，可以使得整个苗床温度控制在15-32℃内，适于大规模的育苗。
综上所述，本发明所设计的地热农业育苗的装置通过合理的管路设计及阀门控制，能够使得苗床换热均匀、快速，并且整个换热管道结垢较少，所结污垢便于除去，从而提高整个系统的使用寿命，能够长期保障育苗所需温度要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例提供的地表水源用于地热农业育苗的装置的示意图；
图2为本发明一实施例提供的地表水源用于地热农业育苗的装置中除铁锰装置的示意图；
图3为本发明一实施例提供的地表水源用于地热农业育苗的装置中横移小车的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的地表水源用于地热农业育苗的装置中育苗换热管内部结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“轴向”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
根据图1至图4提供的优选实施例进行如下说明：
本发明提供的一种地表水源用于地热农业育苗的装置包括蒸发器1、冷凝器2、强制循环水泵5、除铁锰装置3、苗床换热管4；所述苗床换热管4出水端通过管路连接所述强制循环水泵5的进水端，所述循环水泵的出水端通过并联的两条管路与地下井水连通，进水处的并联点为第一并联点，出水处的并联点为第二并联点；第一并联点处的一条并联管路上设置与所述冷凝器2进口连通的第一冷凝支管，另一条并联管路上设置与所述蒸发器1进口连通的第一蒸发支管；所述第一并联点与所述第一蒸发支管之间的管路上设置制冷控制阀81，所述第一并联点与所述第一冷凝支管之间的管路上设置制热控制阀82；所述第二并联点与所述第一蒸发支管之间的管路上设置制热控制阀82，所述第二并联点与所述第一冷凝支管之间的管路上设置制冷控制阀81；
所述苗床换热管4进水端通过并联的两条管路与地下井水连通，出水处的并联点为第三并联点，进水处的并联点为第四并联点；第三并联点处的一条并联管路上设置与所述冷凝器2出口连通的第二冷凝支管，另一条并联管路上设置与所述蒸发器1出口连通的第二蒸发支管；所述第三并联点与所述第二蒸发支管之间的管路上设置制冷控制阀81，所述第三并联点与所述第二冷凝支管之间的管路上设置制热控制阀82；所述第四并联点与所述第二蒸发支管之间的管路上设置制热控制阀82，所述第四并联点与所述第二冷凝支管之间的管路上设置制冷控制阀81；
所述第二并联点与地下井水之间设置除铁锰装置3；所述第四并联点与地下井水之间也设置除铁锰装置3。
强制循环泵进水口的管路上设置疏水阀10，蒸发器1和冷凝器2的进口管路上均设置疏水阀10；制冷控制阀81和制热控制阀82为蝶阀。苗床换热管4包括多根埋入苗床底部泥土中的埋植换热管，埋植换热管并联连接。
苗床换热管4内设置螺旋流道组件；螺旋流道组件包括与苗床换热管4平行的螺旋轴41，螺旋轴41上设置螺旋叶片42；螺旋叶片42的螺旋直径与苗床换热管4的内直径相同，螺旋轴41有所述电机带动绕轴向旋转。苗床换热管4的进水端和出水端的管路上设置过滤器9；所述强制循环水泵5出水口设置单向截止阀7。
上述地表水源用于地热农业育苗的装置还包括膨胀水箱6；膨胀水箱6底部通过管路连接所述苗床换热管4的出水端。
除铁除锰装置包括第一潜水泵11、曝气池12、微生物过滤装置30、清水池13和反冲洗池15，曝气池12与地下井18之间设置有第一潜水泵11，第一潜水泵11可把地下水提取到曝气池12中，曝气池12采用弱爆气，曝气后水中的溶解氧的浓度控制在4-6mg/L，降低曝气成本，避免浪费能源；曝气池12和微生物过滤装置30顺序连接，微生物过滤装置30的下端设置有出口三通331分别与清水池13和反冲洗池15连接。清水池13与出口三通331之间设置有清水池球阀14，反冲洗池15和出口三通331之间设置有第二潜水泵17，第二潜水泵17与出口三通331之间设置有反冲洗球阀16，第二潜水泵17可将反冲洗池15中的水通过出口三通331输送到微生物过滤装置30中，以冲洗掉滤料322上附着的大部分铁氧化物和锰氧化物。这样地下井18中的水经处理后进入清水池13中，然后进入蒸发/冷凝换热系统中。
微生物过滤装置30包括顶盖31、滤柱32和底盖33，顶盖31、滤柱32和底盖33从上至下依次螺栓连接，且三者之间均设置有密封圈5；顶盖31和底盖33均呈半球形，且采用不锈钢材质。顶盖31上端设置有入水管道312，入水管道312上设置有入口球阀311，入水管道312与顶盖31内部的喷淋装置315相连接，喷淋装置315呈圆盘形，可使水均匀分布在滤柱32中，避免了滤柱32中因局部水量大而导致过滤效果差。
滤柱32包括柱壳321、滤料322和底板323，滤料322包括垫层3221和过滤层3222，垫层3221与过滤层3222的厚度比为1:5。本发明中，垫层3221采用粒径为3-8mm的卵石。当然，垫层3221也可以采用砾石。过滤层3222、垫层3221和底板323在柱壳321中自上而下依次布置，底板323呈多孔状布置在柱壳321的下端，底板323上的孔径为0.3-0.5mm。过滤层3222从下至上依次布置有石英砂、锰砂和活性炭颗粒，石英砂、锰砂和活性炭颗粒的质量比为5:3:2，三者的粒径为0.6-1.5mm，石英砂降低了滤料322的成本，锰砂拥有除锰的功能，活性炭颗粒能够吸附一些重金属，石英砂、锰砂和活性炭颗粒均作为微生物的载体。底盖33的下端设置有出口三通331和脚架332。
横移小车34包括框架平台344和支撑架343，框架平台344呈长方形框架结构，框架平台344上设置有两个用于放置滤柱32的存放位345，存放位345上设置有与柱壳321中部的耳子324适配的定位槽346，框架平台344的四个角部和四个支撑架343垂直连接，四个支撑架343分别设置有抬升或下降框架平台344的电动缸342，支撑架343的脚部设置有脚轮341。对滤柱32进行更换时，将备用滤柱放置在横移小车34的备用存放位345上；首先，通过电动缸342下降框架平台344，滑动横移小车34使定位槽346处于滤柱32中部的耳子324的正下方；其次，通过电动缸342抬升框架平台344，使耳子324落入定位槽346中，继续抬升框架平台344一小段距离，使横移小车34支撑滤柱32的重量；然后，拆卸顶盖31、滤柱32和底盖33之间的螺栓连接，可移开滤柱32，对顶盖31、滤柱32和底盖33进行清理，保证了滤柱32的过滤空间，避免了一些支路管道的阻塞；最后，驱动横移小车34移动，使滤柱32回到顶盖31和底盖33之间，顶盖31、滤柱32和底盖33通过螺栓连接，即完成回装；或使备用滤柱移至顶盖31和底盖33之间，将顶盖31、备用滤柱和底盖33通过螺栓连接，即完成了滤柱32的更换。
柱壳321采用玻璃钢材质，便于人们观察内部使用情况；柱壳321的上部设置有溢水管道325，用于排出滤柱32内部水位过高的水或反冲洗水，溢水管道325上设置溢水球阀326。顶盖31上部设置有放气孔313，放气孔313上端配有活动孔盖314，当过滤器内部气压大于外界大气压时，孔盖314将会被过滤器内部的气体冲开，以释放过滤器内过多的气体，从而保证过滤器内外气压一致；反之，孔盖314将处于闭合状态，以防止一些杂物掉入过滤器中。
当苗床换热管外水温低于21℃，则开启制热控制阀，关闭制冷控制阀；当苗床换热管内水温高于29℃，则开启制冷控制阀，关闭制热控制阀，从而保证苗床的温度适宜作物生长。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.地表水源用于地热农业育苗的装置，其特征在于，
包括蒸发器、冷凝器、强制循环水泵、除铁锰装置、苗床换热管；
所述苗床换热管出水端通过管路连接所述强制循环水泵的进水端，所述循环水泵的出水端通过并联的两条管路与地下井水连通，进水处的并联点为第一并联点，出水处的并联点为第二并联点；
第一并联点处的一条并联管路上设置与所述冷凝器进口连通的第一冷凝支管，另一条并联管路上设置与所述蒸发器进口连通的第一蒸发支管；
所述第一并联点与所述第一蒸发支管之间的管路上设置制冷控制阀，所述第一并联点与所述第一冷凝支管之间的管路上设置制热控制阀；
所述第二并联点与所述第一蒸发支管之间的管路上设置制热控制阀，所述第二并联点与所述第一冷凝支管之间的管路上设置制冷控制阀；
所述苗床换热管进水端通过并联的两条管路与地下井水连通，出水处的并联点为第三并联点，进水处的并联点为第四并联点；
第三并联点处的一条并联管路上设置与所述冷凝器出口连通的第二冷凝支管，另一条并联管路上设置与所述蒸发器出口连通的第二蒸发支管；
所述第三并联点与所述第二蒸发支管之间的管路上设置制冷控制阀，所述第三并联点与所述第二冷凝支管之间的管路上设置制热控制阀；
所述第四并联点与所述第二蒸发支管之间的管路上设置制热控制阀，所述第四并联点与所述第二冷凝支管之间的管路上设置制冷控制阀；
所述第二并联点与地下井水之间设置除铁锰装置；
所述第四并联点与地下井水之间也设置除铁锰装置。
2.根据权利要求1所述的地表水源用于地热农业育苗的装置，其特征在于，
所述苗床换热管内设置螺旋流道组件；
所述螺旋流道组件包括与苗床换热管平行的螺旋轴，所述螺旋轴上设置螺旋叶片。
3.根据权利要求2所述的地表水源用于地热农业育苗的装置，其特征在于，还包括：电机；
所述螺旋叶片的螺旋直径与苗床换热管的内直径相同，所述螺旋轴有所述电机带动绕轴向旋转。
4.根据权利要求2所述的地表水源用于地热农业育苗的装置，其特征在于，
所述苗床换热管的进水端和出水端的管路上设置过滤器；
所述强制循环水泵出水口设置单向截止阀。
5.根据权利要求2所述的地表水源用于地热农业育苗的装置，其特征在于，还包括：膨胀水箱；
所述膨胀水箱底部通过管路连接所述苗床换热管的出水端。
6.根据权利要求1所述的地表水源用于地热农业育苗的装置，其特征在于，
所述除铁锰装置包括第一潜水泵、曝气池、微生物过滤装置、第二潜水泵、反冲洗池和清水池；
所述曝气池与地下井之间设置有第一潜水泵，曝气池和微生物过滤装置顺序连接，微生物过滤装置的下端设置有出口三通分别与反冲洗池和清水池连接，反冲洗池和出口三通之间设置有第二潜水泵；
所述微生物过滤装置包括顶盖、滤柱、底盖和横移小车，顶盖、滤柱和底盖自上而下连接，为可拆卸连接，横移小车用于支撑滤柱。
7.根据权利要求2所述的地表水源用于地热农业育苗的装置，其特征在于，
所述顶盖上端设置有入水管道，入水管道与顶盖内部的喷淋装置相连接；所述滤柱包括柱壳、滤料和底板，所述柱壳的上部设置有溢水管道，柱壳的中部设置有耳子，底板呈多孔状，布置在柱壳的下端，底板上的孔径为0.3-0.5mm；
所述滤料包括承托层和过滤层，过滤层、承托层和底板在滤壳中呈上下布置；
所述底盖的下端设置有出口三通和脚架；
所述横移小车包括框架平台和支撑架，框架平台呈长方形框架结构，框架平台上设置有两个用于放置滤柱的存放位，存放位上设置有与柱壳中部的耳子适配的定位槽，框架平台的四个角部和四个支撑架垂直连接，四个支撑架分别设置有抬升或下降框架平台的电动缸，支撑架的脚部设置有脚轮。
8.根据权利要求2所述的地表水源用于地热农业育苗的装置，其特征在于，
所述曝气池采用弱爆气，曝气后水中的溶解氧的浓度为4-6mg/L；所述微生物过滤装置的出口三通与第二潜水泵和清水池之间分别设置有反冲洗球阀和清水池球阀；所述入水管道上设置有入口球阀。
9.根据权利要求4所述的地表水源用于地热农业育苗的装置，其特征在于，
所述滤料的过滤层从下至上依次布置有石英砂、锰砂和活性炭颗粒，石英砂、锰砂和活性炭颗粒的粒径为0.6-1.5mm，石英砂、锰砂和活性炭颗粒的质量比为5:3:2。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的地表水源用于地热农业育苗的装置的控制方法，其特征在于，
当苗床换热管内水温低于21℃，则开启制热控制阀，关闭制冷控制阀；
当苗床换热管内水温高于29℃，则开启制冷控制阀，关闭制热控制阀。
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