CN107965946B - 一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统，它包括用于抽取地下水的可移动式地热采集装置、用于控制所述可移动式地热采集装置升降的提升机构和地下水回水管路，所述可移动式地热采集装置的采水区域与所述地下水回水管路的回水区域通过隔热隔离区隔开。所述可移动式地热采集装置包括筒体和安装在所述筒体内部的多级提取水泵，所述筒体与地下水回水管路相邻的一端安装所述隔热隔离区，所述隔热隔离区与水井井壁间隙配合，所述筒体的侧壁上开设有渗水孔。该单井可调节式地源热泵井下热交换系统具有设计科学、根据地下水温、水量或用水需求调整取水高度、单井作业、避免回水与抽水直接对流的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种地源热泵系统，具体的说，涉及了一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统。
背景技术
现存的水井式地源热泵地热采集系统，采用的方式大致分为两类，一类是将单井作业，将地下水抽出后，排入河流中。这种方式在大量抽取地下水的情况下，很容易导致地下水枯竭，地面塌陷，对于长期持续的地热采集不利，也严重的影响了地上的安全。另一类是双井作业，一个水井负责抽水，一个水井负责回水，开井工作量大，占地多，成本极高。单井作业负责抽水和回水，抽水和回水容易对流，导致换热效率降低甚至换热失败；若简单的将取水处进行封堵，在取水处枯竭、水温不佳、用水需求需要调整时，该水井就报废，需要重新打井或毁掉重建，不仅浪费，且成本极高。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、根据地下水温、水量或用水需求调整取水高度、单井作业、避免回水与抽水直接对流的一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统，包括用于抽取地下水的可移动式地热采集装置、用于控制所述可移动式地热采集装置升降的提升机构和地下水回水管路，所述可移动式地热采集装置的采水区域与所述地下水回水管路的回水区域通过隔热隔离区隔开。
基上所述，所述可移动式地热采集装置包括筒体和安装在所述筒体内部的多级提取水泵，所述筒体与地下水回水管路相邻的一端安装所述隔热隔离区，所述隔热隔离区与水井井壁间隙配合，所述筒体的侧壁上开设有渗水孔。
基上所述，所述地下水回水管路的出水口位于所述可移动式地热采集装置的上方，所述地下水回水管路的出水口的上方设置用于封堵井体的隔离层，所述隔热隔离区安装在所述可移动式地热采集装置的上端面，所述隔离层、所述隔热隔离区和水井侧壁共同构成增压空间。
基上所述，所述地下水回水管路的出水口位于所述可移动式地热采集装置的下方，所述隔热隔离区安装在所述可移动式地热采集装置的下端面，所述隔热隔离区、水井侧壁与水井底面共同构成增加空间。
基上所述，所述地下水回水管路具有两个出水口，两个所述出水口分别位于所述可移动式地热采集装置的上方和下方，所述可移动式地热采集装置的两端均安装所述隔热隔离区。
基上所述，所述多级提取水泵上安装流量传感器，所述流量传感器和所述多级提取水泵的控制开关均连接所述控制器，所述控制器根据所述流量传感器的采集数据控制所述多级提取水泵的启闭。
基上所述，所述可移动式地热采集装置上安装温度传感器，所述温度传感器和所述提升机构的动力控制端均连接所述控制器，所述控制器根据采集的温度数据控制所述可移动式地热采集装置的升降高度。
基上所述，所述水井井壁上也开设有渗水通道，所述井壁外部设有一层砂石层。
基上所述，它还包括设置在所述可移动式地热采集装置外部的水压传感器，所述水压传感器连接所述控制器，所述控制器根据采集的水压数据控制所述可移动式地热采集装置的升降高度。
基上所述，所述提升机构为卷扬机或电动升降机。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：
1、采用单井作业，设计一可调节高度的可移动式地热采集装置，该装置通过提升机构控制升降，根据夏天或者冬天对于水温的不同需求可进行调整，或者在水源浑浊、枯竭时，通过向下移动，获取水源，在水量丰沛的季节，向上移动，节省提升水的动力，采水区域和回水区域通过隔热隔离层隔绝，避免采集水和回流水对流互通，促使回流水自两侧向土壤中扩散，汇入地下水中去。
2、可移动式地热采集装置采用筒状结构，隔热隔离区设置在筒体的近回水端，随可移动式地热采集装置移动。
3、当水量丰沛时，回水可从筒体上方回流，一是回水所需动力小，二是回水拔高水面，直到抵接隔离层，通过增压空间提升水压，能够将回水快速压入土壤中去。当水量匮乏时，回水可从筒体下方回流，此时回水所需动力较大，但是回水提供的动力进一步提升了下方的水压，将回水压入土壤中去。
回水管的出水口可以根据需求设置，也可以设置为两个，分别位于可移动式地热采集装置的上方和下方，根据具体的使用情况进行搭配组合使用。
4、安装流量传感器，根据抽水流量，判断水源是否存在枯竭现象，进而控制是否关闭水泵，防止空转。安装温度传感器，采集地下水温度，对比外界温度和地下水温，调整采集深度。安装水压传感器，在停机维护期间，水流稳定的情况下，进行水压采集，判断水源是否存在枯竭的情况，进而判断附近水源的状况。
附图说明
图1是本发明实施例1中单井可调节式地源热泵井下热交换系统的结构示意图。
图2是本发明实施例2中单井可调节式地源热泵井下热交换系统的结构示意图。
图3是本发明实施例3中单井可调节式地源热泵井下热交换系统的结构示意图。
图中：1. 水井井壁；2.筒体；3.隔热隔离区；4.隔离层；5.多级提取水泵；6.地下水回水管路；7.提升水管。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统，包括用于抽取地下水的可移动式地热采集装置、用于控制所述可移动式地热采集装置升降的提升机构和地下水回水管路6，所述可移动式地热采集装置包括筒体2和安装在所述筒体2内部的多级提取水泵5，所述多级提取水泵连接提升水管7，所述筒体2的侧壁上开设有渗水孔。
所述地下水回水管路6的出水口位于所述可移动式地热采集装置的上方，所述筒体2的上端安装隔热隔离区，这是为了保证所述可移动式地热采集装置的采水区域与所述地下水回水管路6的回水区域通过隔热隔离区3隔开。所述地下水回水管路6的出水口的上方设置用于封堵井体的隔离层4，所述隔离层、所述隔热隔离区和水井侧壁共同构成增压空间，这是为了保证回水压力足以把回水压入周边环境中去。
同时，需要说明的是，所述隔热隔离区3与水井井壁1间隙配合，目的是为移动留存足够的余量，同时间隙又足够小，一是避免回水大量通过与采集水对流，二是保证增压空间中水压的稳定，至于间隙中少部分水流的通过，并不影响地热采集的整体效果。具体的间隙数据，根据水井尺寸的大小变化而变化。
所述提升机构为卷扬机。所述水井井壁上也开设有渗水通道，所述井壁外部设有一层砂石层。
在其它实施例中，所述提升机构还可以是电动升降机。
具体使用时，根据冬天取暖、夏天制冷的不同需求，调整可移动式地热采集装置的具体位置，以获取适合的温度进行热量交换，高度确定后，控制提升机构停机锁死，开启多级提取水泵5进行抽水，水流通过渗水通道和渗水孔流入筒体2内部，被多级提取水泵5抽走，经过换热后，经地下水回水管路流入井中，在水量充沛、下沉较多的情况下，出水口设置在可移动式地热采集装置的上方，回流水的增加会导致上方水位增高，直到抵接隔离层4，通过增压空间增压，将水压入周边的土壤中，汇入地下水流，流向下游，进入整个地下水的内部循环中。而多级提取水泵5所提取的水，大部分均来自于地下水流上游流下来的水，保证了水源的新鲜度，避免了抽水和回水的直接对冲所导致的温差无变化的问题。
同时，这种采集手段，还避免了水流外排所导致的水源枯竭，双水井采集所造成的成本增加等问题。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述地下水回水管路6的出水口位于所述可移动式地热采集装置的下方，所述隔热隔离区安装在所述可移动式地热采集装置的下端面，所述隔热隔离区、水井侧壁与水井底面共同构成增加空间。
主要在水源不够充沛的情况下使用，例如冬季，将回水压入下层空间中，由于下层空间的体积固定，压入的水增加了相对水压，将水流压入附近的土壤中，实现回流及循环。
实施例3
如图3所示，本实施例与实施例1和2的区别在于：所述地下水回水管路6具有两个出水口，两个所述出水口分别位于所述可移动式地热采集装置的上方和下方，所述可移动式地热采集装置的两端均安装所述隔热隔离区3。
两种回水方式相结合，搭配使用。
实施例4
本实施例与实施例1-3的区别在于：所述多级提取水泵上安装流量传感器，所述流量传感器和所述多级提取水泵的控制开关均连接所述控制器，所述控制器根据所述流量传感器的采集数据控制所述多级提取水泵的启闭。
利用取水的流量是否稳定，来判断取水位置的水量是否充沛，进而确定是否关停多级提取水泵，以免水泵空转损坏，然后确定是否要调整抽水的高度。
实施例5
本实施例与实施例4的区别在于：所述可移动式地热采集装置上安装温度传感器，所述温度传感器和所述提升机构的动力控制端均连接所述控制器，所述控制器根据采集的温度数据控制所述可移动式地热采集装置的升降高度。
根据采集的温度信息，与外界需要的温度进行对比，然后判断是否需要调整采集深度。
实施例6
本实施例与实施例5的区别在于：它还包括设置在所述可移动式地热采集装置外部的水压传感器，所述水压传感器连接所述控制器，所述控制器根据采集的水压数据控制所述可移动式地热采集装置的升降高度。
主要应用于停机状态下，为了避免工作状态回水的干扰造成测量不准确，设置水压传感器，测量采集深度的水压，计算出水量是否充沛，进而判断是否需要作出调整。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统，其特征在于：它包括用于抽取地下水的可移动式地热采集装置、用于控制所述可移动式地热采集装置升降的提升机构和地下水回水管路，所述可移动式地热采集装置的采水区域与所述地下水回水管路的回水区域通过隔热隔离区隔开；所述可移动式地热采集装置包括筒体和安装在所述筒体内部的多级提取水泵，所述筒体与地下水回水管路相邻的一端安装所述隔热隔离区，所述隔热隔离区与水井井壁间隙配合，所述筒体的侧壁上开设有渗水孔；所述地下水回水管路的出水口位于所述可移动式地热采集装置的上方，所述隔热隔离区安装在所述可移动式地热采集装置的上端面，所述地下水回水管路的出水口的上方设置用于封堵井体的隔离层，所述隔离层、所述隔热隔离区和水井侧壁共同构成增压空间；或，所述地下水回水管路的出水口位于所述可移动式地热采集装置的下方，所述隔热隔离区安装在所述可移动式地热采集装置的下端面，所述隔热隔离区、水井侧壁与水井底面共同构成增加空间；或，所述地下水回水管路具有两个出水口，两个所述出水口分别位于所述可移动式地热采集装置的上方和下方，所述可移动式地热采集装置的两端均安装所述隔热隔离区。
2.根据权利要求1所述的一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统，其特征在于：所述多级提取水泵上安装流量传感器，所述流量传感器和所述多级提取水泵的控制开关均连接控制器，所述控制器根据所述流量传感器的采集数据控制所述多级提取水泵的启闭。
3.根据权利要求2所述的一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统，其特征在于：所述可移动式地热采集装置上安装温度传感器，所述温度传感器和所述提升机构的动力控制端均连接所述控制器，所述控制器根据采集的温度数据控制所述可移动式地热采集装置的升降高度。
4.根据权利要求2或3所述的一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统，其特征在于：所述水井井壁上也开设有渗水通道，所述井壁外部设有一层砂石层。
5.根据权利要求4所述的一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统，其特征在于：它还包括设置在所述可移动式地热采集装置外部的水压传感器，所述水压传感器连接所述控制器，所述控制器根据采集的水压数据控制所述可移动式地热采集装置的升降高度。
6.根据权利要求5所述的一种单井可调节式地源热泵井下热交换系统，其特征在于：所述提升机构为卷扬机或电动升降机。
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