CN111692768A - 一种浅层地热能利用装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浅层地热能利用装置及其使用方法，属于地热能利用技术领域，本方案通过传导板将浅层地下的热量传递到相变热传递箱内，热传递介质内的沙子快速吸收热量，并持续对水进行加热，并随着热量增加，弹性囊球受热膨胀致使热动子克服弹性细绳的拉力上升并与热定子相互接触，从而将热能传输给热存储介质，可以实现通过将热交换槽的内壁仿制成与荷叶表面相似，使得其具有超疏水性，从而减少热交换槽内壁附着沙粒和水的可能性，通过使用水和沙2:1混合制作热传递介质，既能提高热传递介质的储热温度，也能减少存储的热量大量散失的可能性，在热动子上下移动传递热量过程中可以将沙搅散，提高其温度传递给水的效率。
Description
技术领域
本发明涉及地热能利用技术领域，更具体地说，涉及一种浅层地热能利用装置及其使用方法。
背景技术
浅层地温能是一种清洁能源，浅层地温能勘查中，在查明浅层地温能资源的基础上,根据所选用的开采利用方案对浅层地温能利用工程设计、建设、运行的环境影响进行评价,应该评价和预测系统建设运行可能造成的环境正、负效应,为地质环境的管理提供科学依据，浅层地温能利用环境影响评价的范围以能够满足保护地质环境的需要为原则，应依据浅层地温能利用系统的性质、工程规模、布局、生产工艺并结合当地环境、地质条件等因素综合分析确定，在评价范围内地质环境现状调查的基础上，评价浅层地温能利用对大气环境的影响；地下水换热系统对浅层地下水的影响；排放流体中化学成分对地下水环境的影响，能否产生地面沉降、岩溶塌陷和地裂缝；土壤源换热系统循环水泄漏对地下水质的影响，特别要评价浅层地温能开发对浅层地温场的影响。
在环境评价的基础上,提出防止开发浅层地温能负面影响的措施，浅层地温能开发环境影响评价的工作程序包撬收集整理历史资料，建立环境影响评价指标体系，设立观测点，采集水质、水位及温度等系统资料，获取环境影响评价参数，建立环境预测模型，校正模型进行浅层地温能利用环境影响评价。
现有技术中在利用浅层地热能(温度小于25℃)时，通常采用的热传导物质为水或者沙子，由于水的比热容较大，因此水升温较慢，虽然沙子比热容较小，但在升温块的同时降温也快，因此在传递时会有部分的热能在传递的过程中散失，降低了地热能的转换效率。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种浅层地热能利用装置及其使用方法，本方案通过传导板将浅层地下的热量传递到相变热传递箱内，热传递介质内的沙子快速吸收热量，并持续对水进行加热，并随着热传递介质的热量增加，弹性囊球受热膨胀致使热动子克服弹性细绳的拉力上升并与热定子相互接触，从而将热能传输给热存储介质，可以实现通过将热交换槽的内壁仿制成与荷叶表面相似，使得其具有超疏水性，从而减少热交换槽内壁附着沙粒和水的可能性，通过使用水和沙2:1混合制作热传递介质，既能提高热传递介质的储热温度，也能减少存储的热量大量散失的可能性，在热动子上下移动传递热量过程中可以将沙搅散，提高其温度传递给水的效率。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种浅层地热能利用装置，包括相变热传递箱，所述相变热传递箱内填充有热传递介质，所述相变热传递箱底端镶嵌安装有多个均匀分布的传导板，所述相变热传递箱内底端固定连接有多个均匀分布的弹性细绳，所述传导板与弹性细绳相互交错分布，所述弹性细绳上端固定连接有热动子，所述热动子包括与弹性细绳固定连接的弹性囊球，所述弹性囊球外端固定连接有多个环形分布且与弹性囊球相互连通的半凸起囊，所述弹性囊球外端套设有开凿有多个侧边限制孔的侧边限制环，所述半凸起囊位于侧边限制孔内且与侧边限制孔相匹配，所述半凸起囊外端固定连接有多个均匀分布的除沙毛刺，所述相变热传递箱内壁固定连接有热透过层，所述相变热传递箱上端固定连接有热存储箱，所述热存储箱内嵌设有多个与热动子相对应的热定子，所述热定子包括嵌设在热存储箱内的传导棒，所述传导棒贯穿相变热传递箱，所述传导棒底端固定连接有热交换块，所述热交换块底端开凿有与弹性囊球相匹配的热交换槽，通过传导板将浅层地下的热量传递给相变热传递箱内的热传递介质，并随着热传递介质的热量增加，弹性囊球受热膨胀，致使热动子克服弹性细绳的拉力上升并与热定子相互接触，从而将热能传输给热存储介质。
进一步的，所述热透过层包括与相变热传递箱内壁固定连接的弹性滤网，所述弹性滤网内嵌设有多个与侧边限制环相匹配的竖向限制环，通过设置弹性滤网，可以在热动子将热量传输完毕后，在弹性细绳的复位作用下下移时，对散落的沙子进行筛分，通过设置竖向限制环，可以在热定子穿过竖向限制环时，通过热钉子与竖向限制环的碰撞，可以使得弹性滤网抖动，将其表面的沙粒抖落。
进一步的，所述热交换槽内壁固定连接有多个均匀的主球形凸起，所述主球形凸起表面固定连接有多个均匀分布的副球形凸起，所述副球形凸起的直径为2nm，通过设置主球形凸起和副球形凸起，将热交换槽的内壁仿制成与荷叶表面相似，使得其具有超疏水性，从而使得热动子带出的水分接触到热交换槽内壁时会滚落，并带走热交换槽内壁附着的沙粒。
进一步的，所述热传递介质由水和细沙混合而成，所述水和细沙的混合比为2:1，通过使用水和沙2:1混合制作热传递介质，可以提高热传递介质的储热性能，通过沙子快速吸收热量，并持续对水进行加热，既能提高热传递介质的储热温度，也能减少存储的热量大量散失的可能性。
进一步的，所述热存储箱内填充有热存储介质，所述弹性囊球内填充有二氧化碳气体，通过在弹性囊球内设置二氧化碳，可以借助二氧化碳是温室气体的性质使得弹性囊球受热可以快速膨胀，使得热动子克服弹性细绳的拉力上升。
进一步的，所述传导板和传导棒均由铝材质制成，所述传导板上端设置成圆头状，通过使用铝材质制作传导板和传导棒，可以提高传导板和传导棒的导热效果，通过将传导板上端设置成圆头状，可以使得热动子下移时不易被传导板损坏。
进一步的，所述侧边限制环和竖向限制环内部均固定连接有磁铁块，两个所述磁铁块相互排斥，通过在侧边限制环和竖向限制环内部设置相互排斥的磁体块，可以增加侧边限制环在竖向限制环内停留的时间，减少侧边限制环在竖向限制环内卡住的可能性。
进一步的，所述弹性滤网由不锈钢材质制成，所述弹性滤网表面涂设有防锈漆层，通过使用不锈钢材质制作弹性滤网并在其表面涂设有防锈漆，可以使得弹性滤网在长期的使用过程中不易被锈蚀，从而可以提高弹性滤网的使用寿命。
一种浅层地热能利用装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通过传导板将浅层地下的热量传递到相变热传递箱内，热传递介质内的沙子快速吸收热量，并持续对水进行加热；
S2、并随着热传递介质的热量增加，弹性囊球受热膨胀致使热动子克服弹性细绳的拉力上升并与热定子相互接触，从而将热能传输给热存储介质；
S3、当热动子的温度降低后弹性囊球收缩并使得浮力减小，在弹性细绳的复位作用下下移，穿过热透过层后浸没至热传递介质中，直至下次膨胀升起。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案通过传导板将浅层地下的热量传递到相变热传递箱内，热传递介质内的沙子快速吸收热量，并持续对水进行加热，并随着热传递介质的热量增加，弹性囊球受热膨胀致使热动子克服弹性细绳的拉力上升并与热定子相互接触，从而将热能传输给热存储介质，可以实现通过将热交换槽的内壁仿制成与荷叶表面相似，使得其具有超疏水性，从而减少热交换槽内壁附着沙粒和水的可能性，通过使用水和沙2:1混合制作热传递介质，既能提高热传递介质的储热温度，也能减少存储的热量大量散失的可能性，在热动子上下移动传递热量过程中可以将沙搅散，提高其温度传递给水的效率。
(2)热透过层包括与相变热传递箱内壁固定连接的弹性滤网，弹性滤网内嵌设有多个与侧边限制环相匹配的竖向限制环，通过设置弹性滤网，可以在热动子将热量传输完毕后，在弹性细绳的复位作用下下移时，对散落的沙子进行筛分，通过设置竖向限制环，可以在热定子穿过竖向限制环时，通过热钉子与竖向限制环的碰撞，可以使得弹性滤网抖动，将其表面的沙粒抖落。
(3)热交换槽内壁固定连接有多个均匀的主球形凸起，主球形凸起表面固定连接有多个均匀分布的副球形凸起，副球形凸起的直径为2nm，通过设置主球形凸起和副球形凸起，将热交换槽的内壁仿制成与荷叶表面相似，使得其具有超疏水性，从而使得热动子带出的水分接触到热交换槽内壁时会滚落，并带走热交换槽内壁附着的沙粒。
(4)热传递介质由水和细沙混合而成，水和细沙的混合比为2:1，通过使用水和沙2:1混合制作热传递介质，可以提高热传递介质的储热性能，通过沙子快速吸收热量，并持续对水进行加热，既能提高热传递介质的储热温度，也能减少存储的热量大量散失的可能性。
(5)热存储箱内填充有热存储介质，弹性囊球内填充有二氧化碳气体，通过在弹性囊球内设置二氧化碳，可以借助二氧化碳是温室气体的性质使得弹性囊球受热可以快速膨胀，使得热动子克服弹性细绳的拉力上升。
(6)传导板和传导棒均由铝材质制成，传导板上端设置成圆头状，通过使用铝材质制作传导板和传导棒，可以提高传导板和传导棒的导热效果，通过将传导板上端设置成圆头状，可以使得热动子下移时不易被传导板损坏。
(7)侧边限制环和竖向限制环内部均固定连接有磁铁块，两个磁铁块相互排斥，通过在侧边限制环和竖向限制环内部设置相互排斥的磁体块，可以增加侧边限制环在竖向限制环内停留的时间，减少侧边限制环在竖向限制环内卡住的可能性。
(8)弹性滤网由不锈钢材质制成，弹性滤网表面涂设有防锈漆层，通过使用不锈钢材质制作弹性滤网并在其表面涂设有防锈漆，可以使得弹性滤网在长期的使用过程中不易被锈蚀，从而可以提高弹性滤网的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的浅层地热能利用时的剖面图；
图2为本发明的相变热传递箱部分的剖面图；
图3为图2中A处的结构示意图；
图4为本发明的热动子部分的剖面图；
图5为本发明的热动子膨胀时的剖面图；
图6为本发明的热定子部分的剖面图；
图7为图6中B处的结构示意图。
图中标号说明：
1相变热传递箱、101热传递介质、2传导板、3弹性细绳、4弹性囊球、5半凸起囊、6侧边限制环、7侧边限制孔、8除沙毛刺、9热透过层、10弹性滤网、1001竖向限制环、11热存储箱、1101热存储介质、12传导棒、13热交换块、14热交换槽、15主球形凸起、16副球形凸起。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-6，一种浅层地热能利用装置，包括相变热传递箱1，相变热传递箱1内填充有热传递介质101，相变热传递箱1底端镶嵌安装有多个均匀分布的传导板2，相变热传递箱1内底端固定连接有多个均匀分布的弹性细绳3，传导板2与弹性细绳3相互交错分布，弹性细绳3上端固定连接有热动子，热动子包括与弹性细绳3固定连接的弹性囊球4，弹性囊球4外端固定连接有多个环形分布且与弹性囊球4相互连通的半凸起囊5，弹性囊球4外端套设有开凿有多个侧边限制孔7的侧边限制环6，通过设置侧边限制环6，可以在弹性囊球4受热时，往上下两侧膨胀，使得热动子在上升的过程中呈椭球状，从而可以减少热动子在上升时受到的水的阻力，半凸起囊5位于侧边限制孔7内且与侧边限制孔7相匹配，通过半凸起囊5可以在传递热量时，使得半凸起囊5与热交换槽14内壁接触，提高弹性囊球4与热交换槽14内壁相互接触的面积，提高热传递效率，半凸起囊5外端固定连接有多个均匀分布的除沙毛刺8，相变热传递箱1内壁固定连接有热透过层9，相变热传递箱1上端固定连接有热存储箱11，热存储箱11内嵌设有多个与热动子相对应的热定子，热定子包括嵌设在热存储箱11内的传导棒12，传导棒12贯穿相变热传递箱1，传导棒12底端固定连接有热交换块13，热交换块13底端开凿有与弹性囊球4相匹配的热交换槽14，通过传导板2将浅层地下的热量传递给相变热传递箱1内的热传递介质101，并随着热传递介质101的热量增加，弹性囊球4受热膨胀，致使热动子克服弹性细绳3的拉力上升并与热定子相互接触，从而将热能传输给热存储介质1101。
请参阅图3，热透过层9包括与相变热传递箱1内壁固定连接的弹性滤网10，弹性滤网10内嵌设有多个与侧边限制环6相匹配的竖向限制环1001，通过设置弹性滤网10，可以在热动子将热量传输完毕后，在弹性细绳3的复位作用下下移时，对散落的沙子进行筛分，通过设置竖向限制环1001，可以在热定子穿过竖向限制环1001时，通过热钉子与竖向限制环1001的碰撞，可以使得弹性滤网10抖动，将其表面的沙粒抖落。
请参阅图7，热交换槽14内壁固定连接有多个均匀的主球形凸起15，主球形凸起15表面固定连接有多个均匀分布的副球形凸起16，通过主球形凸起15和副球形凸起16可以提高热交换槽14与弹性囊球4的接触面积，从而提高热传递效率，副球形凸起16的直径为2nm，通过设置主球形凸起15和副球形凸起16，将热交换槽14的内壁仿制成与荷叶表面相似，使得其具有超疏水性，从而使得热动子带出的水分接触到热交换槽14内壁时会滚落，并带走热交换槽14内壁附着的沙粒。
请参阅图1-2，热传递介质101由水和细沙混合而成，水和细沙的混合比为2:1，通过使用水和沙2:1混合制作热传递介质101，可以提高热传递介质101的储热性能，通过沙子快速吸收热量，并持续对水进行加热，既能提高热传递介质101的储热温度，也能减少存储的热量大量散失的可能性，热存储箱11内填充有热存储介质1101，热存储介质1101在实际的应用中，可以用来供暖或者发电，本领域技术人员可以根据实际的需要对高温的热存储介质1101加以利用，弹性囊球4内填充有二氧化碳气体，通过在弹性囊球4内设置二氧化碳，可以借助二氧化碳是温室气体的性质使得弹性囊球4受热可以快速膨胀，使得热动子克服弹性细绳3的拉力上升，传导板2和传导棒12均由铝材质制成，传导板2上端设置成圆头状，通过使用铝材质制作传导板2和传导棒12，可以提高传导板2和传导棒12的导热效果，通过将传导板2上端设置成圆头状，可以使得热动子下移时不易被传导板2损坏。
请参阅图2-3，侧边限制环6和竖向限制环1001内部均固定连接有磁铁块，两个磁铁块相互排斥，通过在侧边限制环6和竖向限制环1001内部设置相互排斥的磁体块，可以增加侧边限制环6在竖向限制环1001内停留的时间，减少侧边限制环6在竖向限制环1001内卡住的可能性，弹性滤网10由不锈钢材质制成，弹性滤网10表面涂设有防锈漆层，通过使用不锈钢材质制作弹性滤网10并在其表面涂设有防锈漆，可以使得弹性滤网10在长期的使用过程中不易被锈蚀，从而可以提高弹性滤网10的使用寿命。
一种浅层地热能利用装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通过传导板2将浅层地下的热量传递到相变热传递箱1内，热传递介质101内的沙子快速吸收热量，并持续对水进行加热；
S2、并随着热传递介质101的热量增加，弹性囊球4受热膨胀致使热动子克服弹性细绳3的拉力上升并与热定子相互接触，从而将热能传输给热存储介质1101；
S3、当热动子的温度降低后弹性囊球4收缩并使得浮力减小，在弹性细绳3的复位作用下下移，穿过热透过层9后浸没至热传递介质101中，直至下次膨胀升起。
以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种浅层地热能利用装置，包括相变热传递箱(1)，其特征在于：所述相变热传递箱(1)内填充有热传递介质(101)，所述相变热传递箱(1)底端镶嵌安装有多个均匀分布的传导板(2)，所述相变热传递箱(1)内底端固定连接有多个均匀分布的弹性细绳(3)，所述传导板(2)与弹性细绳(3)相互交错分布，所述弹性细绳(3)上端固定连接有热动子，所述热动子包括与弹性细绳(3)固定连接的弹性囊球(4)，所述弹性囊球(4)外端固定连接有多个环形分布且与弹性囊球(4)相互连通的半凸起囊(5)，所述弹性囊球(4)外端套设有开凿有多个侧边限制孔(7)的侧边限制环(6)，所述半凸起囊(5)位于侧边限制孔(7)内且与侧边限制孔(7)相匹配，所述半凸起囊(5)外端固定连接有多个均匀分布的除沙毛刺(8)，所述相变热传递箱(1)内壁固定连接有热透过层(9)，所述相变热传递箱(1)上端固定连接有热存储箱(11)，所述热存储箱(11)内嵌设有多个与热动子相对应的热定子，所述热定子包括嵌设在热存储箱(11)内的传导棒(12)，所述传导棒(12)贯穿相变热传递箱(1)，所述传导棒(12)底端固定连接有热交换块(13)，所述热交换块(13)底端开凿有与弹性囊球(4)相匹配的热交换槽(14)。
2.根据权利要求1所述的一种浅层地热能利用装置，其特征在于：所述热透过层(9)包括与相变热传递箱(1)内壁固定连接的弹性滤网(10)，所述弹性滤网(10)内嵌设有多个与侧边限制环(6)相匹配的竖向限制环(1001)。
3.根据权利要求1所述的一种浅层地热能利用装置，其特征在于：所述热交换槽(14)内壁固定连接有多个均匀的主球形凸起(15)，所述主球形凸起(15)表面固定连接有多个均匀分布的副球形凸起(16)，所述副球形凸起(16)的直径为2nm。
4.根据权利要求1所述的一种浅层地热能利用装置，其特征在于：所述热传递介质(101)由水和细沙混合而成，所述水和细沙的混合比为2:1。
5.根据权利要求1所述的一种浅层地热能利用装置，其特征在于：所述热存储箱(11)内填充有热存储介质(1101)，所述弹性囊球(4)内填充有二氧化碳气体。
6.根据权利要求1所述的一种浅层地热能利用装置，其特征在于：所述传导板(2)和传导棒(12)均由铝材质制成，所述传导板(2)上端设置成圆头状。
7.根据权利要求1所述的一种浅层地热能利用装置，其特征在于：所述侧边限制环(6)和竖向限制环(1001)内部均固定连接有磁铁块，两个所述磁铁块相互排斥。
8.根据权利要求2所述的一种浅层地热能利用装置，其特征在于：所述弹性滤网(10)由不锈钢材质制成，所述弹性滤网(10)表面涂设有防锈漆层。
9.根据权利要求1所述的一种浅层地热能利用装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通过传导板(2)将浅层地下的热量传递到相变热传递箱(1)内，热传递介质(101)内的沙子快速吸收热量，并持续对水进行加热；
S2、并随着热传递介质(101)的热量增加，弹性囊球(4)受热膨胀致使热动子克服弹性细绳(3)的拉力上升并与热定子相互接触，从而将热能传输给热存储介质(1101)；
S3、当热动子的温度降低后弹性囊球(4)收缩并使得浮力减小，在弹性细绳(3)的复位作用下下移，穿过热透过层(9)后浸没至热传递介质(101)中，直至下次膨胀升起。
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| CN208293676U (zh) * | 2018-05-07 | 2018-12-28 | 广西芸耕科技有限公司 | 一种防结冰蓄水池 |
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2020
- 2020-05-12 CN CN202010395644.0A patent/CN111692768B/zh active Active
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