一种浅层地热能中防止冷热堆积装置及其操作方法与流程

1.本公开涉及地下水开采领域，尤其涉及一种浅层地热能中防止冷热堆积装置及其操作方法。


背景技术：

2.从井中开采地下水，地下水中热能被转送至接近地面的地方。采用地下水形式的地热能是由地壳抽取的天然热能，并以热力形式存在。热力得以被转送至较接近地面的地方，直接取用这些天然热能，并抽取其能量。
3.现有的浅层地热能系统出现较为明显的冷堆积和热堆积现象，具体表现为：在北方地区，地热能供暖系统运行几年之后，管群的中心地区发生冷堆积现象，地热能供暖系统的供热负荷显著下降。地表水供冷系统运行几年之后，管群的中心地区发生热堆积现象，地表水供冷系统的供冷负荷显著下降。
4.有鉴于此，有必要对现有技术中的冷热堆积予以处理，以提高供冷供热负荷。


技术实现要素：

5.本发明的实施例提供一种浅层地热能中防止冷热堆积装置及其操作方法，采用处理装置将浅层地热能管群中心地区的冷热堆积区域土壤处理成粉质土，采用消散冷热堆积装置消耗粉质土中冷热量之后将粉质土归还至冷热堆积区域，既能释放冷热堆积区域土壤能量以提高供冷供热负荷又不影响现有浅层地热能系统和地质环境。
6.为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：一方面，提供一种浅层地热能中防止冷热堆积装置，包括：安装于浅层地热能管群中心地区的多个消散冷热堆积装置、将冷热堆积区域土壤处理成粉质土的处理装置，所述处理装置位于所述消散冷热堆积装置旁侧；多个所述消散冷热堆积装置在浅层地热能管群中心地区穿插设置；每个所述消散冷热堆积装置包括：供浅层地热能流过的第一通道、供粉质土流过的第二通道，第一通道的最大内径＜第二通道的最小内径*1/3；第一通道套设于第二通道，第一通道内的浅层地热能与第二通道内的粉质土换热；若第一通道内流动的浅层地热能为冷媒介，冷热堆积区域土壤的温度和粉质土的温度均低于冷媒介的温度，粉质土的温度高于冷热堆积区域土壤的温度，第二通道内粉质土吸收第一通道内冷媒介热量，以实现冷媒介温度降低；若第一通道内流动的浅层地热能为热媒介，冷热堆积区域土壤的温度和粉质土的温度均高于热媒介的温度，粉质土的温度低于冷热堆积区域土壤的温度，第一通道内热媒介吸收第二通道内粉质土热量，以实现热媒介温度上升。
7.基于一方面，在一种可能的实现方式中，所述处理装置包括粉质化处理本体、冷热堆积区开孔本体、负压系统和排放系统，负压系统位于冷热堆积区开孔本体和粉质化处理
本体之间，排放系统连通粉质化处理本体和多个所述消散冷热堆积装置；冷热堆积区开孔本体对冷热堆积区土壤开孔并收集开孔过程的孔内土，冷热堆积区开孔本体在冷热堆积区土壤开孔后残留有若干个孔洞，若干个孔洞的中心线交叉设置，若干个孔洞均避让浅层地热能管群中心地区的管道群；负压系统将孔内土采用负压方式抽送至粉质化处理本体，粉质化处理本体将孔内土处理成粉质土，粉质化处理本体内的粉质土通过排放系统分成多股进入不同所述消散冷热堆积装置。
8.基于一方面，在一种可能的实现方式中，排放系统连通多个所述消散冷热堆积装置的第二通道入口；第二通道内流动有粉质化处理本体处理的粉质土。
9.基于一方面，在一种可能的实现方式中，浅层地热能管群中心地区包括若干根竖向供水管道、若干根横向供水管道和若干根旁通供水管道；至少一个所述消散冷热堆积装置的第一通道将竖向供水管道和靠近该竖向供水管道的横向供水管道连通，竖向供水管道内的冷媒介在所述消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入横向供水管道，横向供水管道内的热媒介在所述消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入竖向供水管道；至少一个所述消散冷热堆积装置的第一通道将一根竖向供水管道和靠近该竖向供水管道的另一根竖向供水管道连通，一根竖向供水管道内的冷媒介在所述消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入另一根竖向供水管道，另一根竖向供水管道内的热媒介在所述消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入一根竖向供水管道；至少一个所述消散冷热堆积装置的第一通道将一根横向供水管道和靠近该横向供水管道的另一根横向供水管道连通，一根横向供水管道内的冷媒介在所述消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入另一根横向供水管道，另一根横向供水管道内的热媒介在所述消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入一根横向供水管道。
10.基于一方面，在一种可能的实现方式中，所述消散冷热堆积装置包括初级冷热堆积换热系统、冷热介质分支系统、第一中级冷热堆积换热系统和第二中级冷热堆积换热系统；初级冷热堆积换热系统与冷热介质分支系统交汇后形成初级换热系统，初级换热系统分别连接第一中级冷热堆积换热系统和第二中级冷热堆积换热系统；第一中级冷热堆积换热系统和第二中级冷热堆积换热系统连通冷热量临时存储系统；第一通道贯穿冷热介质分支系统、第一中级冷热堆积换热系统和第二中级冷热堆积换热系统，第二通道贯穿初级冷热堆积换热系统、第一中级冷热堆积换热系统和第二中级冷热堆积换热系统。
11.基于一方面，在一种可能的实现方式中，第一中级冷热堆积换热系统和第二中级冷热堆积换热系统的交汇处为锐角，第一中级冷热堆积换热系统和第二中级冷热堆积换热系统的交汇处形成的剖面为大坡度锥体，第一中级冷热堆积换热系统和第二中级冷热堆积换热系统与冷热量临时存储系统连接的弯曲段分别设有输送冷热堆积料动力设备，若干输
送冷热堆积料动力设备伸入第一中级冷热堆积换热系统和第二中级冷热堆积换热系统并沿粉质土流动方向延伸。
12.另一方面，提供一种浅层地热能中防止冷热堆积装置的操作方法，包括：温度传感器实时监测浅层地热能管群中心地区的冷热堆积区域土壤温度，处理器实时判断温度传感器传输的冷热堆积区域土壤温度是否超过阈值，若未超过阈值则持续监测，若超过阈值则先启动浅层地热能中防止冷热堆积装置的处理装置，再启动浅层地热能中防止冷热堆积装置的消散冷热堆积装置；处理装置的冷热堆积区开孔本体以处理装置中心为圆心，在预设半径范围内采用不同方向轴线开孔形成若干孔洞，处理装置的负压系统将冷热堆积区开孔本体采集的孔内土采用负压方式抽送至处理装置的粉质化处理本体，处理装置的粉质化处理本体将孔内土处理成粉质土，处理装置的粉质化处理本体内的粉质土通过处理装置的排放系统分成多股进入至少一个消散冷热堆积装置的第二通道；第二通道内的粉质土与消散冷热堆积装置的第一通道流动的浅层地热能换热，若第一通道内流动的浅层地热能为冷媒介，冷热堆积区域土壤的温度和粉质土的温度均低于冷媒介的温度，粉质土的温度高于冷热堆积区域土壤的温度，第二通道内粉质土吸收第一通道内冷媒介热量；若第一通道内流动的浅层地热能为热媒介，冷热堆积区域土壤的温度和粉质土的温度均高于热媒介的温度，粉质土的温度低于冷热堆积区域土壤的温度，第一通道内热媒介吸收第二通道内粉质土热量；从第二通道流出的粉质土覆盖若干孔洞，直至冷热堆积区域土壤温度未超过阈值后浅层地热能中防止冷热堆积装置停止工作。
13.基于另一方面，在一种可能的实现方式中，第一通道流动的浅层地热能包括以下工况：工况一：消散冷热堆积装置的第一通道将竖向供水管道和靠近该竖向供水管道的横向供水管道连通，竖向供水管道内的冷媒介在消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入横向供水管道，横向供水管道内的热媒介在消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入竖向供水管道；工况二：消散冷热堆积装置的第一通道将一根竖向供水管道和靠近该竖向供水管道的另一根竖向供水管道连通，一根竖向供水管道内的冷媒介在消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入另一根竖向供水管道，另一根竖向供水管道内的热媒介在消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入一根竖向供水管道；工况三：消散冷热堆积装置的第一通道将一根横向供水管道和靠近该横向供水管道的另一根横向供水管道连通，一根横向供水管道内的冷媒介在消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入另一根横向供水管道，另一根横向供水管道内的热媒介在消散冷热堆积装置的第一通道内与第二通道内的粉质土换热之后流入一根横向供水管道。
14.在本公开中，至少具有如下技术效果或优点：本发明的实施例采用处理装置将浅层地热能管群中心地区的冷热堆积区域土壤处理成粉质土，采用消散冷热堆积装置消耗粉质土中冷热量之后将粉质土归还至冷热堆积
区域，既能释放冷热堆积区域土壤能量以提高供冷供热负荷又不影响现有浅层地热能系统和地质环境。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为根据本公开的一些实施例提供的浅层地热能中防止冷热堆积装置示意图；图2为根据本公开的一些实施例提供的浅层地热能管群中心地区示意图；图3为根据本公开的一些实施例提供的消散冷热堆积装置安装于浅层地热能管群中心地区示意图；图4为根据本公开的一些实施例提供的处理装置位于浅层地热能管群中心地区示意图；图5为根据本公开的一些实施例提供的预设半径范围与浅层地热能管群中心地区相对位置图示；图6为根据本公开的一些实施例提供的消散冷热堆积装置示意图；图7为根据本公开的一些实施例提供的消散冷热堆积装置中各系统相对关系示意图；附图标记：100-浅层地热能管群中心地区；110-竖向供水管道；120-横向供水管道；130-旁通供水管道；1-消散冷热堆积装置；11-第一通道；12-第二通道；101-初级冷热堆积换热系统；102-冷热介质分支系统；103-第一中级冷热堆积换热系统；104-第二中级冷热堆积换热系统；105-初级换热系统；106-冷热量临时存储系统；107-输送冷热堆积料动力设备；2-处理装置；3-预设半径范围。
具体实施方式
17.下面结合附图所示的各实施方式对本公开进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本公开的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本公开的保护范围之内。
18.请参阅图1、图2、图3、图4和图5，本公开的实施例提供一种浅层地热能中防止冷热堆积装置，包括：安装于浅层地热能管群中心地区100的多个消散冷热堆积装置1、将冷热堆积区域土壤处理成粉质土的处理装置2，处理装置2位于消散冷热堆积装置1旁侧；多个消散冷热堆积装置1在浅层地热能管群中心地区100穿插设置；每个消散冷热堆积装置1包括：供浅层地热能流过的第一通道11、供粉质土流过的第二通道12，第一通道11的最大内径＜第二通道12的最小内径*1/3；第一通道11套设于第二通道12，第一通道11内的浅层地热能与第二通道12内的粉质土换热；若第一通道11内流动的浅层地热能为冷媒介，冷热堆积区域土壤的温度和粉质土的温度均低于冷媒介的温度，粉质土的温度高于冷热堆积区域土壤的温度，第二通道12内粉质土吸收第一通道11内冷媒介热量，以实现冷媒介温度降低；若第一通道11内流动的浅层地热能为热媒介，冷热堆积区域土壤的温度和粉质土的温度均高于热
媒介的温度，粉质土的温度低于冷热堆积区域土壤的温度，第一通道11内热媒介吸收第二通道12内粉质土热量，以实现热媒介温度上升。
19.上述的处理装置2包括粉质化处理本体、冷热堆积区开孔本体、负压系统和排放系统，负压系统位于冷热堆积区开孔本体和粉质化处理本体之间，排放系统连通粉质化处理本体和多个消散冷热堆积装置1；冷热堆积区开孔本体对冷热堆积区土壤开孔并收集开孔过程的孔内土，冷热堆积区开孔本体在冷热堆积区土壤开孔后残留有若干个孔洞，若干个孔洞的中心线交叉设置，若干个孔洞均避让浅层地热能管群中心地区100的管道群；负压系统将孔内土采用负压方式抽送至粉质化处理本体，粉质化处理本体将孔内土处理成粉质土，粉质化处理本体内的粉质土通过排放系统分成多股进入不同消散冷热堆积装置1。
20.上述的排放系统连通多个消散冷热堆积装置1的第二通道12入口；第二通道12内流动有粉质化处理本体处理的粉质土。
21.请继续参阅图1、图2、图3、图4和图5，上述的浅层地热能管群中心地区100包括若干根竖向供水管道110、若干根横向供水管道120和若干根旁通供水管道130；至少一个消散冷热堆积装置1的第一通道11将竖向供水管道110和靠近该竖向供水管道110的横向供水管道120连通，竖向供水管道110内的冷媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入横向供水管道120，横向供水管道120内的热媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入竖向供水管道110；至少一个消散冷热堆积装置1的第一通道11将一根竖向供水管道110和靠近该竖向供水管道110的另一根竖向供水管道110连通，一根竖向供水管道110内的冷媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入另一根竖向供水管道110，另一根竖向供水管道110内的热媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入一根竖向供水管道110；至少一个消散冷热堆积装置1的第一通道11将一根横向供水管道120和靠近该横向供水管道120的另一根横向供水管道120连通，一根横向供水管道120内的冷媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入另一根横向供水管道120，另一根横向供水管道120内的热媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入一根横向供水管道120。
22.请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7，上述的消散冷热堆积装置1包括初级冷热堆积换热系统101、冷热介质分支系统102、第一中级冷热堆积换热系统103和第二中级冷热堆积换热系统104；初级冷热堆积换热系统101与冷热介质分支系统102交汇后形成初级换热系统105，初级换热系统105分别连接第一中级冷热堆积换热系统103和第二中级冷热堆积换热系统104；第一中级冷热堆积换热系统103和第二中级冷热堆积换热系统104连通冷热量临时存储系统106；第一通道11贯穿冷热介质分支系统102、第一中级冷热堆积换热系统103和第二中级冷热堆积换热系统104，第二通道12贯穿初级冷热堆积换热系统101、第一中级冷热堆积换热系统103和第二中级冷热堆积换热系统104。
23.需要说明的是，上述的冷热介质分支系统102也与冷热量临时存储系统106连接，冷热介质分支系统102上设有地热能分支机；冷热介质分支系统102上还设有排放系统。地热能分支机能够将冷热量临时存储系统106内的气流与第一中级冷热堆积换热系统103内的气流和第二中级冷热堆积换热系统104内的气流进行循环，对地热能分支机和第一中级冷热堆积换热系统103和第二中级冷热堆积换热系统104的配合使用和控制能够形成单一
粉质土通道或多路粉质土通道，改变冷热量临时存储系统106内的气压，更利于粉质土和浅层地热能换热。优选初级冷热堆积换热系统101、冷热介质分支系统102、第一中级冷热堆积换热系统103、第二中级冷热堆积换热系统104在空间上错开设置。错开设置能够节省空间以及便于布置粉质土流动方向。
24.请继续参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7，上述的第一中级冷热堆积换热系统103和第二中级冷热堆积换热系统104的交汇处为锐角，第一中级冷热堆积换热系统103和第二中级冷热堆积换热系统104的交汇处形成的剖面为大坡度锥体，第一中级冷热堆积换热系统103和第二中级冷热堆积换热系统104与冷热量临时存储系统106连接的弯曲段分别设有输送冷热堆积料动力设备107，若干输送冷热堆积料动力设备107伸入第一中级冷热堆积换热系统103和第二中级冷热堆积换热系统104并沿粉质土流动方向延伸。
25.本公开实施例还提供了一种浅层地热能中防止冷热堆积装置的操作方法，包括：温度传感器实时监测浅层地热能管群中心地区100的冷热堆积区域土壤温度，处理器实时判断温度传感器传输的冷热堆积区域土壤温度是否超过阈值，若未超过阈值则持续监测，若超过阈值则先启动浅层地热能中防止冷热堆积装置的处理装置2，再启动浅层地热能中防止冷热堆积装置的消散冷热堆积装置1；处理装置2的冷热堆积区开孔本体以处理装置2中心为圆心，在预设半径范围3内采用不同方向轴线开孔形成若干孔洞，处理装置2的负压系统将冷热堆积区开孔本体采集的孔内土采用负压方式抽送至处理装置2的粉质化处理本体，处理装置2的粉质化处理本体将孔内土处理成粉质土，处理装置2的粉质化处理本体内的粉质土通过处理装置2的排放系统分成多股进入至少一个消散冷热堆积装置1的第二通道12；第二通道12内的粉质土与消散冷热堆积装置1的第一通道11流动的浅层地热能换热，若第一通道11内流动的浅层地热能为冷媒介，冷热堆积区域土壤的温度和粉质土的温度均低于冷媒介的温度，粉质土的温度高于冷热堆积区域土壤的温度，第二通道12内粉质土吸收第一通道11内冷媒介热量；若第一通道11内流动的浅层地热能为热媒介，冷热堆积区域土壤的温度和粉质土的温度均高于热媒介的温度，粉质土的温度低于冷热堆积区域土壤的温度，第一通道11内热媒介吸收第二通道12内粉质土热量；从第二通道12流出的粉质土覆盖若干孔洞，直至冷热堆积区域土壤温度未超过阈值后浅层地热能中防止冷热堆积装置停止工作。
26.在上述方案中，优选第一通道11流动的浅层地热能包括以下工况：工况一：消散冷热堆积装置1的第一通道11将竖向供水管道110和靠近该竖向供水管道110的横向供水管道120连通，竖向供水管道110内的冷媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入横向供水管道120，横向供水管道120内的热媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入竖向供水管道110；工况二：消散冷热堆积装置1的第一通道11将一根竖向供水管道110和靠近该竖向供水管道110的另一根竖向供水管道110连通，一根竖向供水管道110内的冷媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入另一根竖向供水管道110，另一根竖向供水管道110内的热媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入一根竖向供水管道110；
工况三：消散冷热堆积装置1的第一通道11将一根横向供水管道120和靠近该横向供水管道120的另一根横向供水管道120连通，一根横向供水管道120内的冷媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入另一根横向供水管道120，另一根横向供水管道120内的热媒介在消散冷热堆积装置1的第一通道11内与第二通道12内的粉质土换热之后流入一根横向供水管道120。
27.本公开实施例采用处理装置2将浅层地热能管群中心地区100的冷热堆积区域土壤处理成粉质土，采用消散冷热堆积装置1消耗粉质土中冷热量之后将粉质土归还至冷热堆积区域，既能释放冷热堆积区域土壤能量以提高供冷供热负荷又不影响现有浅层地热能系统和地质环境。
28.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本公开的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本公开的保护范围，凡未脱离本公开技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本公开的保护范围之内。
29.对于本领域技术人员而言，显然本公开不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本公开的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本公开。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本公开的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本公开内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
30.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。