TWI724831B - 熱能示蹤劑試驗之沉水式加熱與控溫系統 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種以熱能為示蹤劑之量測裝置，用於量測一監測井之地下水層內地下水之流通路徑，包含顯示單元電連接該控制單元以調整加熱單元之運作。顯示單元顯示測量溫度以及設定溫度。調整單元提供輸入設定溫度。溫度量測單元放置於監測井內，用以量測加熱單元加熱監測井內地下水之溫度。加熱單元係放置於該監測井內，以加熱監測井內之地下水。電源單元提供控制單元所需之電源，電源控制單元控制電源單元提供加熱單元之電源。其中，控制單元比較測量溫度與設定溫度，以決定是否控制該電源單元提供該加熱單元電源。
Description
本發明有關於一種加熱與控溫系統，特別是一種以熱能為示蹤劑試驗，用以量測地下水於含水層內流通情形之控制裝置。
近年來隨著社會經濟的蓬勃發展，城鄉建設的迅速開發，已衍生出許多地下水污染、水資源供需不平衡、或是工程災害等問題，而在全球氣候變遷的影響下，更促使地質與環境上複合性災害的嚴重程度增加。由於此相關問題多發生在複雜多變的地層中，伴隨而來的往往是高度的不確定性，以致在面對問題時多無法得到最佳的解決方案。
地下水之水文調查的目的是瞭解水文變化的特性，用以推估試驗區域的地下水水流，水文地質調查係藉由測繪、探勘、製圖、試驗、監測及模擬分析等方法來掌握地下水流動行為、地形地質構造特性及變化，以及兩者間之關聯性，以釐清諸多的不確定性，對於問題探究或災害的預防提供了重要的依據。透過現地水文地質鑽探及孔內水文地質調查與相關室內試驗分析，調查水文地質特性，以瞭解水文地質參數範圍，並可提供水文地質單元建立與地下岩層優勢水流路徑分析之用及探究水文地質參數之關聯性。
再者，透過地下水位監測井建置、現地抽水試驗與地下水位監測成果，可瞭解地下含水層之水力特性，並提供水文地質單元劃定與地下岩層優勢水流路徑分析之用，此外並可探究地質單元與監測井出水量之關聯性，進而掌握地下水資源蘊含量及可開發之區位。
水文地質調查以及地下水水文調查方法包含：地電阻法、抽水實驗、雙環入滲實驗、示蹤劑實驗、等水位法等。示蹤劑實驗通常使用氫氧碳同位素組、稀土族元素等化學藥劑作為示蹤劑。當上述示蹤劑投注於監測井後，可經由連通裂隙到達監測井，並於監測井內量測到上述示蹤劑，藉由示蹤劑量化分布，可直接得知示蹤劑抵達監測井的深度位置，進而估算地下水及滲流大小或污染物(溶質)傳輸可能擴散及延散範圍。
然而，化學示蹤劑添加於地下水中，有污染環境之疑慮，且化學示蹤劑之量測還需要在實驗室中進行化驗，有鑑於此，本發明提供一種以溫度作為地下水示蹤劑(熱示蹤劑)的量測方法，相較於化學示蹤劑，熱示蹤劑易於量測。
傳統加熱地下水井中的水，是在地面加熱水源後，再將熱水灌入地下水井的方式來進行，但此方法造成溫度不易控制，且耗時費力，往往達不到預期的效果。
藉由本發明的加熱與控溫系統，可以將加熱單元直接放置於監測井中，在預定深度進行加熱，並透過溫度控制器設定工作溫度，以及熱溫度計量測水溫回饋，進行加熱單元加熱或停止加熱等動作。
為解決上述的問題，本發明所提供一種熱能示蹤劑試驗之沉水式加熱與控溫系統，用於量測一監測井之地下水於含水層流通情形。
本發明為熱能示蹤劑之量測裝置，包含一控制單元、一顯示單元、一溫度控制單元、一調整單元、一溫度量測單元、一加熱單元、一電源控制單元、一電源單元。顯示單元電連接該溫度控制單元、調整單元及該控制單元，該顯示單元用以顯示一測量溫度以及一設定溫度。調整單元電連接該控制單元以及該顯示單元。溫度控制單元電連接該顯示單元，該溫度控制單元提供輸入該設定溫度。溫度量測單元電連接該顯示單元，該溫度量測單元放置於該監測井內，用以量測該加熱單元加熱監測井內之地下水之溫度。加熱單元電連接該控制單元，該加熱單元係放置於該監測井內，以加熱該監測井內之地下水。電源控制單元電連接該控制單元及電源單元。電源單元電連接該電源控制單元、保護單元以及該控制單元；該電源單元用以提供該控制單元所需之電源，該電源控制單元控制該電源單元。其中，該控制單元根據該測量溫度與該設定溫度比較，以決定是否控制該電源單元提供該加熱單元電源。
於本發明一實施例中，當該控制單元判斷該測量溫度較該設定溫度低時，控制該電源控制單元開啟該電源單元，以提供該加熱單元電源，對地下水加熱。
於本發明一實施例中，當該控制單元判斷該測量溫度較該設定溫度高時，控制該電源控制單元關閉該電源單元，停止提供該加熱單元電源，並停止對地下水加熱。
於本發明一實施例中，該顯示單元更包含一溫度控制單元電連接該顯示單元，於該溫度控制單元輸入該設定溫度後，該設定溫度顯示於顯示單元。
於本發明一實施例中，量測裝置更包含一調整單元，電連接該控制單元及顯示單元，該調整單元接收該顯示單元之設定溫度並傳送至該控制單元。於本發明一實施例中，量測裝置更包含一保護單元，電連接該電源單元，該保護單元用以提供漏電保護，當該保護單元偵測到漏電時，斷開該電源單元。
於本發明一實施例中，該加熱單元為不鏽鋼加熱單元、石英加熱單元、電熱絲加熱單元、或陶瓷加熱單元。
於本發明一實施例中，更包含一訊號傳輸線以及一電源傳輸線，其中該溫度量測單元透過該訊號傳輸線與該顯示單元電連接，該加熱單元透過該電源傳輸線與該控制單元電連接。
於本發明一實施例中，更包含一傳輸線收納盤，該傳輸線收納盤包含一輪軸以及一輪座，該輪座放置於地面，該輪軸樞接於該輪座上，該訊號傳輸線以及該電源傳輸線係以該輪軸為圓心，繞著輪軸收納於該傳輸線收納盤內。
為讓上述目的、技術特徵、和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。惟需注意的是，以下圖式均為簡化之示意圖，圖式中之元件數目、形狀及尺寸可依實際實施狀況而隨意變更，且元件佈局狀態可更為複雜。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
請參見圖1，本實施例所提供一種以熱能為示蹤劑之量測裝置100，用於量測一監測井W之地下水G於含水層流通情形。量測裝置100主要包含：控制單元102、顯示單元104、溫度控制單元1042、調整單元106、電源單元108、保護單元1082、電源控制單元110、溫度量測單元120、加熱單元130。
顯示單元104電連接控制單元102、溫度控制單元1042以及調整單元106。顯示單元104用以顯示測量溫度T
1以及設定溫度T
S。測量溫度T
1為溫度量測單元120所量測。設定溫度T
S為使用者手動輸入溫度控制單元1042之目標加熱溫度值，於顯示單元104顯示輸入之設定溫度T
S，並傳送給調整單元106。
調整單元106電連接控制單元102以及顯示單元104，調整單元傳送操作者手動輸入目標加熱之設定溫度T
S給控制單元102。
請參見圖1，溫度量測單元120以及加熱單元130放置於監測井W地下水G之水面以下，加熱單元130對地下水G進行加熱動作，同時，溫度量測單元120同步對地下水G進行溫度量測，用以量測地下水G之測量溫度T
1。溫度量測單元120透過一訊號傳輸線L
1與顯示單元104電連接。加熱單元130透過一電源傳輸線L
2與該控制單元102電連接，加熱單元130係放置於監測井W內，以加熱監測井W內之地下水G。量測裝置100包含一傳輸線收納盤T，傳輸線收納盤T包含一輪軸V以及一輪座S，輪座S放置於地面，輪軸V樞接於輪座S上，訊號傳輸線L
1以及電源傳輸線L
2係以該輪軸V為圓心，繞著輪軸V收納於傳輸線收納盤T內。訊號傳輸線L
1以及電源傳輸線L
2之縮放長度，可根據實際監測井W之深度，調整傳輸線收納盤T進行收收納或釋放。
電源單元108電連接電源控制單元110、控制單元102以及保護單元1082。電源單元108用以提供該控制單元102所需之電源。電源控制單元110控制電源單元108，經由控制單元102提供加熱單元130所需之電源。其中，控制單元102以測量溫度T
1與該設定溫度比較T
S，以決定是否提供加熱單元130電源。於本實施例中，電源單元108為市電插座提供之110~220伏特電壓電源，然，本發明之電源並不限於上述之市電插座電源，亦可為一發電機所提供之電源。
上述之加熱單元130為不鏽鋼加熱單元、石英加熱單元、電熱絲加熱單元、或陶瓷加熱單元，且於本發明中亦不限制加熱單元130之種類，於本發明其他實施例中，可依照需求改變適合之加熱單元。
此外，於本實施例中，加熱單元130之數量為一個加熱單元，本發明中亦不限制加熱單元130之數量，於本發明其他實施例中，可依照所要加熱之地下水G體積，對應增加加熱單元130之數量，並對應調整加熱單元之功率大小。
當控制單元102判斷測量溫度T
1較設定溫度T
S低時，控制單元102控制該電源控制單元110開啟該電源單元108，以提供加熱單元130所需之電源，進而對地下水G加熱。例如圖1中設定溫度T
S為41.5度，溫度量測單元120實際量測地下水G之測量溫度T
1為29.1度，此時控制單元102控制該電源控制單元110開啟該電源單元108，加熱單元130就會啟動加熱，直到達到預定溫度為止。
當控制單元102判斷測量溫度T
1較該設定溫度T
S高時，控制單元102控制電源控制單元110關閉電源單元108，以停止提供該加熱單元130電源，並停止對地下水G加熱。
又，請參閱圖1，量測裝置100包含一保護單元1082，電連接電源單元108，保護單元1082用以提供漏電保護，當保護單元1082偵測到漏電或異常電流時，保護單元1082直接斷開電源單元108，以避免量測裝置100損壞。
上述的實施例僅用來例舉本發明的實施態樣，以及闡釋本發明的技術特徵，並非用來限制本發明的保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成的改變或均等性的安排均屬於本發明所主張的範圍，本發明的權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
100:量測裝置
102:控制單元
104:顯示單元
1042:溫度控制單元
106:調整單元
108:電源單元
1082:保護單元
110:電源控制單元
120:溫度量測單元
130:加熱單元
T:傳輸線收納盤
V:輪軸
S:輪座
W:監測井
G:地下水
L
1:訊號傳輸線
L
2:電源傳輸線
圖1為本發明以熱能為示蹤劑之量測裝置的實施例示意圖。
100:量測裝置
102:控制單元
104:顯示單元
1042:溫度控制單元
106:調整單元
108:電源單元
1082:保護單元
110:電源控制單元
120:溫度量測單元
130:加熱單元
T:傳輸線收納盤
V:輪軸
S:輪座
W:監測井
G:地下水
L1:訊號傳輸線
L2:電源傳輸線
Claims (7)
- 一種以熱能示蹤劑試驗之沉水式加熱與控溫系統，用於量測一監測井之地下水於含水層流通情形，包含： 一控制單元； 一顯示單元，電連接該控制單元，該顯示單元用以顯示一測量溫度以及一設定溫度； 一溫度控制單元，電連接該顯示單元，該溫度控制單元提供輸入該設定溫度； 一調整單元，電連接該控制單元以及該顯示單元，該調整單元接收該顯示單元之該設定溫度並傳送至該控制單元； 一溫度量測單元，電連接該顯示單元，該溫度量測單元放置於該監測井內，用以量測一加熱單元加熱監測井內之地下水之溫度，且該加熱單元，電連接該控制單元，該加熱單元係放置於該監測井內，以加熱該監測井內之地下水； 一電源單元，電連接至一電源控制單元、一保護單元以及該控制單元；該電源單元用以提供該控制單元所需之電源；該電源控制單元，電連接該控制單元以及該電源單元，該電源控制單元控制該電源單元提供該控制單元之電源； 其中，該控制單元根據該測量溫度與該設定溫度比較，以決定是否控制該電源單元提供該加熱單元電源。
- 如請求項1所述的沉水式加熱與控溫系統，其中，當該控制單元判斷該測量溫度較該設定溫度低時，控制該電源控制單元開啟該電源單元，以提供該加熱單元電源，對地下水加熱。
- 如請求項1所述的沉水式加熱與控溫系統，其中，當該控制單元判斷該測量溫度較該設定溫度高時，控制該電源控制單元關閉該電源單元，停止提供該加熱單元電源，並停止對地下水加熱。
- 如請求項1所述的沉水式加熱與控溫系統，該保護單元電連接該電源單元，且該保護單元用以提供漏電保護，當該保護單元偵測到漏電或異常電流時，斷開該電源單元。
- 如請求項1所述的沉水式加熱與控溫系統，其中該加熱單元為不鏽鋼加熱單元、石英加熱單元、電熱絲加熱單元、或陶瓷加熱單元。
- 如請求項1所述的沉水式加熱與控溫系統，更包含一訊號傳輸線以及一電源傳輸線，其中該溫度量測單元透過該訊號傳輸線與該顯示單元電連接，該加熱單元透過該電源傳輸線與該控制單元電連接。
- 如請求項6所述的沉水式加熱與控溫系統，更包含一傳輸線收納盤，該傳輸線收納盤包含一輪軸以及一輪座，該輪座放置於地面，該輪軸樞接於該輪座上，該訊號傳輸線以及該電源傳輸線係以該輪軸為圓心，繞著該輪軸收納於該傳輸線收納盤內。
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Cited By (1)
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