CN107271072A - 一种中深层地热能的地热层温度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中深层地热能的地热层温度检测装置及方法，该装置至少包括浮球测温体，读取浮球测温体的无线读取电路，浮球测温体包括密封壳体、密封壳体内的温度传感器、无线发射接收电路、温度处理电路和电池，温度处理电路的温度模拟信号输入口与温度传感器的输出口电连接，温度处理电路的数据端口与无线发射接收电路接口电连接。本发明以便为科学使用干热岩地能提温度数据，设计更高效率、更科学的换热器。

Description

一种中深层地热能的地热层温度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及中深层无干扰地能建筑供暖（制冷）技术，特别是一种中深层地热能的地热层温度检测装置及方法。

背景技术

在中深层地热能中，无干扰地热能（又称“干热岩”）是一种非常稳定的高温地热资源，是通过钻机向地下 2000 至 4000 米深度高温岩层钻孔并安装密闭的高效换热器，将地下深层的热岩体的热能导出并加以利用的技术。无干扰地热有着诸多优点：首先突破用地制约，在用热建筑附近向地下钻孔，无须建设市政配套管网；其次不抽取地下水进行热交换，不产生地下水污染；而且在使用过程中绿色环保，无废气、废液、废渣等任何污染物排放；另外，无干扰地热储量丰富，并可循环利用，可满足人类的长期使用的需要。自进入二十一世纪以来，美国、英国、日本等发达国家在实验的基础上逐步开展了无干扰地热能发电和供暖利用。德国在 2009 年率先在卡琳娜循环发电成功，并在 2012 年又在该地区的兰道和印希姆发电成功，法国也在 2011 年成功建立世界首个兆瓦级无干扰地能发电项目。

然而，现有使用的无干扰地能供暖系统的运行参数、能源节约指标、环境效益指标、项目投资回报率等无法得到真实可靠的原始数据的支持，这在一定程度上也制约了无干扰地热能的推广应用。

因此，根据无干扰地热能的特点，因地制宜的建立客观合理的评价指标体系，并通过高效稳定的监测技术获得实时监测数据，不仅有助于客观评价系统的运行性能，而且有助于优化控制策略指导系统高效运行，更有助于无干扰地能系统的全面推广应用。

无干扰地能供暖技术是通过钻机向地下 2000~4000m深度高温岩层钻孔，在孔中安装一种密闭的金属换热器，将地下深层的热能导出，并通过地源热泵系统向地面供暖的新技术。

然而提取干热岩井群地热热交换水的温度与注入水量、注入水温度、干热岩温度有关，也与金属换热器深度有关，如何确准获取干热岩井群地热温度和干热岩井群地热温度随季节时间变化，是科学使用干热岩地能的前题。

发明内容

本发明的目的是提供一种中深层地热能的地热层温度检测装置及方法，以便为科学使用干热岩地能提温度数据，设计更高效率、更科学的换热器。

本发明的目的是这样实现的，一种中深层地热能的地热层温度检测装置，其特征是：至少包括浮球测温体，读取浮球测温体的无线读取电路，浮球测温体包括密封壳体、密封壳体内的温度传感器、无线发射接收电路、温度处理电路和电池，温度处理电路的温度模拟信号输入口与温度传感器的输出口电连接，温度处理电路的数据端口与无线发射接收电路接口电连接。

所述的电池的正负电极输出与温度传感器、无线发射接收电路、温度处理电路电源端电连接，用于向温度传感器、无线发射接收电路、温度处理电路提供电压输出。

所述的电池的正负电极输出分两路，一路通过电源管理开关与温度传感器和无线发射接收电路电连接，另一路与温度处理电路电源端电连接，温度处理电路的一个I/O口与电源管理开关的控制端电连接，通过控制电源管理开关的导通向温度传感器和无线发射接收电路供电。

所述的温度传感器有多个，可选择2-4个，分布在密封壳体的四周。

所述的温度传感器是30ms液体快速响应NTC热敏电阻温度传感器。

所述的温度传感器传感温度表面在密封壳体表面上，与密封壳体表面形成密封对面。

一种中深层地热能的地热层温度检测方法，其特征是：至少包括浮球测温体，读取浮球测温体的无线读取电路，无线读取电路包括进口无线读取电路和出口无线读取电路；浮球测温体在”U”字管内随液体流动，记录液体流动过程中的温度；浮球测温体的从“U”字管口进入，第一时间T1与无线读取电路感应信息是启始时间；浮球测温体的从管口排出，第二时间T2与出口无线读取电路感应信息是结束时间；T2- T1=T的时间记录的温度,是浮球测温体沿”U”字管流动液体介质的温度记录，通过建立时间T和温度记录曲线，得到高温岩层温度到地面层温度变化。

所述的浮球测温体的从“U”字管口进入，通过控制水泵开启和关断，控制浮球测温体的 “U”字管的位置，记录关断时间对应的温度记录。

本发明的原理及优点是：干热岩井群由井网压裂和群状的“U”字管组成，通过将地面层常温水注入干热岩层，通过热交换吸收地层热量后，由地能侧循环泵提取干热岩井群地热能。由地能侧循环泵提取干热岩井群地热热交换水的温度与注入水量、注入水温度、干热岩温度有关，也与”U”字管长度和”U”字管分布的吸热状态有关，为了获取干热岩温度层温度或干热岩层地热热交换水的温度，及”U”字管水流温度信息，本发明通过浮球测温体在”U”字管内随液体流动，记录液体流动过程中的温度。这样不受干热岩深度影响，在记录温度时，采用连续或控制地能侧循环泵开启和关闭时间两种方式，得到浮球测温体静态或动态在“U”字管不同位置的温度，具有方便，全面记录换热过程的温度数据。

附图说明

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例结构原理图；

图2是浮球测温体实施例1结构原理图；

图3是浮球测温体实施例1电路原理图；

图4是浮球测温体实施例2电路原理图；

图5是浮球测温体1在“U”字管不同位置的温度记录曲线。

图中，1、浮球测温体；2、无线读取电路；3、“U”字管；4、高温岩层；5、管口；6、液体介质；7、水泵。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种中深层地热能的地热层温度检测装置，至少包括浮球测温体1，读取浮球测温体1的无线读取电路2，无线读取电路2包括进口无线读取电路2-1和出口无线读取电路2-2；浮球测温体1在”U”字管3内随液体流动，记录液体流动过程中的温度；浮球测温体1的从“U”字管口5进入，第一时间T1与无线读取电路2-1感应信息是启始时间；浮球测温体1的从管口排出，第二时间T2与出口无线读取电路2-2感应信息是结束时间；T2- T1=T的时间记录的温度,是浮球测温体1沿”U”字管3流动液体介质6的温度记录，通过建立时间T和温度记录曲线，得到高温岩层4温度到地面层温度变化。

无线读取电路2包括的进口无线读取电路2-1和出口无线读取电路2-2具有相同的结构，是一个无线信息读取装置，包括无线收发电路，单片机、存贮器，时钟电路，属于现有的公知技术。

如图2所示，浮球测温体1包括密封壳体101、密封壳体101内的温度传感器106、无线发射接收电路105、温度处理电路103和电池102，所述的温度传感器106有多个，可选择2-4个，分布在密封壳体101的四周。

所述的温度传感器106是30ms液体快速响应NTC热敏电阻温度传感器。温度传感器106传感温度表面在密封壳体101表面上， 30ms液体快速响应NTC热敏电阻温度传感器是环形结构，环形结构欠在密封壳体101外层，与密封壳体101表面形成密封，并形成整体球状体结构。

如图3所示，给出浮球测温体1的一种电路图，温度处理电路103的温度模拟信号输入口与温度传感器106的输出口电连接，温度处理电路103的数据端口与无线发射接收电路105接口电连接。所述的电池102的正负电极输出与温度传感器106、无线发射接收电路105、温度处理电路103电源端电连接，用于向温度传感器106、无线发射接收电路105、温度处理电路103提供电压输出。

所述的浮球测温体1有一定的配重107，配重107使浮球测温体1在液体内形成浅浮力，以便有效测量运动过程中的液体介质6的温度。

实施例2

如图4所示，所述的电池102的正负电极输出分两路，一路通过电源管理开关104与温度传感器106和无线发射接收电路105电连接，另一路与温度处理电路103电源端电连接，温度处理电路103的一个I/O口与电源管理开关104的控制端电连接，温度处理电路103通过控制电源管理开关104的导通向温度传感器106和无线发射接收电路105提供电压。

如图1、图5所示，所述的浮球测温体1的从“U”字管口进入，通过控制水泵7开启和关断，控制浮球测温体1在 “U”字管的位置，记录关断时间对应的温度记录。

浮球测温体1用于按时间间隔记录运动过程中的液体介质6的温度，在通过无线方式向无线读取电路2输出“U”字管水流温度状态信息，无线读取电路2在”U”字管3线路上或管线接口处，无线读取电路2通过无线读取信息。

浮球测温体1在”U”字管3内随液体流动，记录液体流动过程中的温度，在TX时间温度最高值是在”U”字管3的底部获取（高温岩层4区），通过浮球测温体1的温度记录过程也可以获取其流速。

浮球测温体1的从管口进入，第一时间T1与无线读取电路2-1感应信息是启始时间；浮球测温体1的从管口排出，第二时间T2与无线读取电路2-2感应信息是结束时间。T2- T1=T的时间记录的温度,浮球测温体1沿”U”字管3的温度记录，建立时间T和温度记录曲线，可以根我们提供大量有用的信息，以便准确分析和利用干热岩层温度和”U”字管3设计。

图5中，第一时间T1是常温水或循环水，在时间T1进入高温岩层4区，换热温度最高，随后将换热水输出到处理提升系统。最后向用户侧提供热水。

本发明中，温度传感器106是随流动液体流动的，因此，温度传感器106是30ms液体快速响应NTC热敏电阻温度传感器。达到快速检测温度的目的。

当然也可以通过控制水泵开启和关断，控制浮球测温体1的 “U”字管的位置，记录关断时间对应的温度记录。这种方式获取的数据经长时间积累，实现对地热深层温度随季节变化的规律，实现科学研究的目的。

Claims (8)

1.一种中深层地热能的地热层温度检测装置，其特征是：至少包括浮球测温体（1），读取浮球测温体（1）的无线读取电路（2），浮球测温体（1）包括密封壳体（101）、密封壳体（101）内的温度传感器（106）、无线发射接收电路（105）、温度处理电路（103）和电池（102），温度处理电路（103）的温度模拟信号输入口与温度传感器（106）的输出口电连接，温度处理电路（103）的数据端口与无线发射接收电路（105）接口电连接。

2.根据权利要求1所述的一种中深层地热能的地热层温度检测装置，其特征是：所述的电池（102）的正负电极输出与温度传感器（106）、无线发射接收电路（105）、温度处理电路（103）电源端电连接，用于向温度传感器（106）、无线发射接收电路（105）、温度处理电路（103）提供电压输出。

3.根据权利要求1所述的一种中深层地热能的地热层温度检测装置，其特征是：所述的电池（102）的正负电极输出分两路，一路通过电源管理开关（104）与温度传感器（106）和无线发射接收电路（105）电连接，另一路与温度处理电路（103）电源端电连接，温度处理电路（103）的一个I/O口与电源管理开关（104）的控制端电连接，通过控制电源管理开关(104)的导通向温度传感器（106）和无线发射接收电路（105）供电。

4.根据权利要求1所述的一种中深层地热能的地热层温度检测装置，其特征是：所述的温度传感器(106)有多个，可选择2-4个，分布在密封壳体(101)的四周。

5.根据权利要求1所述的一种中深层地热能的地热层温度检测装置，其特征是：所述的温度传感器(106)是30ms液体快速响应NTC热敏电阻温度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种中深层地热能的地热层温度检测装置，其特征是：所述的温度传感器(106)传感温度表面在密封壳体(101)表面上，与密封壳体(101)表面形成密封对面。

7.一种中深层地热能的地热层温度检测方法，其特征是：至少包括浮球测温体(1)，读取浮球测温体(1)的无线读取电路(2)，无线读取电路(2)包括进口无线读取电路(2-1)和出口无线读取电路(2-2)；浮球测温体(1)在”U”字管(3)内随液体流动，记录液体流动过程中的温度；浮球测温体(1)的从“U”字管口(5)进入，第一时间T1与无线读取电路(2-1)感应信息是启始时间；浮球测温体(1)的从管口排出，第二时间T2与出口无线读取电路(2-2)感应信息是结束时间；T2- T1=T的时间记录的温度,是浮球测温体(1)沿”U”字管(3)流动液体介质(6)的温度记录，通过建立时间T和温度记录曲线，得到高温岩层(4)温度到地面层温度变化。

8.根据权利要求7所述的一种中深层地热能的地热层温度检测方法，其特征是：所述的浮球测温体(1)的从“U”字管口进入，通过控制水泵开启和关断，控制浮球测温体(1)的 “U”字管的位置，记录关断时间对应的温度记录。