专利名称：利用含水层压力产生电能的制作方法
技术领域：
该公开内容涉及利用含水层压力产生电能。
背景技术：
通常，含水层是天然出现的含水的透水岩或疏松物质(例如砂砾、沙、淤泥或粘 土)的一层地下层(或多层)。水井是人工挖掘的，用于从地下含水层抽水的目的。水可以从井中提取出来，例如 利用电的或机械的泵。井可以在深度、水容量和水质方面具有很大不同。在某些实际应用中，大量的水可以从井中移除，用于饮用、加热、冷却、灌溉等使用。
发明内容
在一个方面，公开了一种系统，其包括含水层，与含水层流体相连的井和用于使水 流出井的泵。设置该系统以便响应流出井的水，有补充水从含水层向井内流动。该系统还 包括涡轮发电机，其用于将补充水流的动能转换成电能。在某些实际应用中，泵位于井的静态液面之下。典型地，相对于补充水的流动，泵 位于涡轮发电机的下游。泵可以位于井内或井和含水层之间。涡轮发电机的涡轮可以位于 井内或井和含水层之间。典型地，泵所处高度高于涡轮所处高度。在典型的实施例中，当水从井中流出时，补充水借助于产生在含水层和井之间的 压差，自然地从含水层流入井中。泵可以适合于使水以基本上连续的速度流出井，或适合于间歇地运行。一个或多个部件可以适合于联系一个或多个家用或工业应用来利用流出井的水。在另一个方面，一种方法包括从井中移除水；响应移除的水，用来自与井流体连接 的含水层中的水补充井；和将从含水层流入井的补充水的动能转换为电能。补充水典型地借助于含水层和井之间的压差自然地流动。压差可由离开井的水产 生。在一些实际应用中，转换动能包括弓I导补充水流动通过涡轮发电机。在某些实施例中，水通过位于井的静态液面之下的泵从井中移除。相对于补充水 的流动方向，泵典型地位于涡轮发电机的下游。水可以以基本上连续的速度或间歇地从井中移除。因此可以联系一个或多个家用 或工业应用来利用移除的水。而在另一方面，一种系统包括含水层，与含水层流体相连的井和使水流出井的泵。
4该系统设置成响应流出井的水，有补充水从含水层向井内流动。该系统还包括布置成将补 充水流的动能转换成电能的涡轮发电机。一个或多个部件适合于联系一个或多个家用或工 业应用来利用流出井的水。泵位于井的静态液面之下，并且相对于补充水的流动在涡轮发 电机的下游。当水流出井时，补充水借助于在含水层和井之间产生的压差，自然地从含水层 流入井。在一些实际应用中，可存在一个或多个下列优点。例如，能够以对环境无害的方式产生巨量电能。另外，在此公开的技术可以以相对 低的成本实现。而且，水可以以效率很高的方式从井中提取。从说明书、附图和权利要求中可以明显地看出本发明的其他特征和优点。
图1是利用含水层压力产生电能的系统的截面正视图。图2是利用含水层压力产生电能的另一个系统的截面正视图。图3是利用含水层压力产生电能的又一个系统的截面正视图。图4是利用含水层压力产生电能的再一个系统的截面正视图。图5是利用含水层压力产生电能的另一个系统的截面正视图。图6是利用含水层压力产生电能的又一个系统的截面正视图。
具体实施例方式图1是利用含水层压力产生电能的系统100的截面正视图。示出的系统100包括 含水层102、井104、泵106和涡轮发电机108。示出的含水层102是承压含水层。因此，隔水层110界定含水层102上侧的至少 一部分。隔水层110具有通常比存在承压水的含水层物质低的导水率。相对渗透性物质层114直接位于含水层102的部分之上。相对渗透性物质层114 使水能从地表112流进含水层102。水流通过箭头116表示。如示出的，含水层102充满 水，大约到达含水层102和相对渗透性物质层114之间的交界面120。井104与含水层102流体相连。井104从地表112延伸，通过岩床层122，通过含 水层102的隔水层110的一部分并且进入含水层102本身之内。井104的底部对于含水层 102是开放的，以便水可以自由地在含水层102和井104之间流动。井104中的水位大约与 含水层102中的水位相同。泵106位于井104内并且在井的水位之下。泵106可操作使水流出井104(流动 通过箭头124表示)。流出井的水可以例如联系任何已知的涉及水的家用或工业应用来进 行利用。例如，水可以用于家用或者工业环境中的饮用、洗浴、清洗、冷却或加热应用。在各 种实际应用中，泵适合于基本上连续地运行。在其它实际应用中，泵适合于间歇地运行。含水层102和井104彼此相对设置，以便如果泵106运行来从井104移除水，含 水层102能提供补充水到井104。从含水层102到井104的补充水的流动通过箭头126表 示。当水从井104中流出时，补充水借助于含水层102和井104之间产生的压差自然地流 动。通常希望的而并非要求的，泵以保持从含水层102到井104的补充水的相对恒定的流 动的方式运行。典型地，每次从井104中移除一定量的水，流入井104中的补充水的量足以使含水层102和井104中的相应水位保持彼此相等。涡轮发电机108位于井104内。它在井的水位下面也在泵106下面(也就是处于 比泵低的高度)。因此，相对于补充水流方向(箭头126)，涡轮发电机108是在泵106的上 游。涡轮发电机108用于将补充水流的动能转换为电能。产生的电能提供给供电系统(图 1没有示出)。井水利用部件127在井104外面。通常该部件适合于接收来自井104的水并联系 一个或多个家用或工业应用来利用水。在各种实际应用中，该部件可以是饮用水喷泉，利用 井水来冷却或加热的工业机械，用于家用或应用水达到某些有益目的的任何其它部件或部 件的组合的加热系统。图2的系统200类似于图1的系统100，除了图2中的含水层202是非承压含水 层，而不是承压含水层。非承压含水层202没有受到例如图1中隔压层110的隔压层界定。在示出的系统中，相对渗透性物质层114直接位于基本上整个含水层102的上面。 相对渗透性物质层114使水能从地表112流入含水层202。这些水流通过箭头116表示。 在示出的系统200中，含水层202充满水，大约达到含水层102和相对渗透性物质层114之 间的交界面120。井104中的水位大约等于含水层202中的水位。泵106和涡轮发电机108位于井104内并在井的水位之下。可以运行泵106以使 水流出井104(流动通过箭头124表示)。响应这种水的移除，含水层102自然地提供补充 水到井104中(流动通过箭头126表示)。涡轮发电机108将补充水流的动能转换为电能， 提供给供电系统(图2没有示出)。图3的系统300类似于图2的系统200，除了在图3的系统300中，井104水平偏 离含水层102。在示出的系统300中，井104和含水层102通过在它们之间延伸的水平钻孔 328彼此流体连接。泵106和涡轮发电机108两者位于井104内。设置泵106以使水流出井(流动通 过箭头124表示)，并且涡轮发电机设置成将补充水流(流动通过箭头126表示)的动能转 换为电能。图4的系统400类似于图3的系统300，除了在图4的系统400中，涡轮发电机108 位于井104和含水层102之间。更具体地说，涡轮发电机108位于在井和含水层102之间 延伸的水平钻孔328中。图5的系统500类似于图4的系统400，除了在图5的系统500中，泵106和涡轮 发电机108都位于井104和含水层102之间。更具体地说，泵106和涡轮发电机108位于 在井104和含水层102之间延伸的水平钻孔328中。图6的系统600类似于图2的系统200，除了在图6的系统600中，泵106位于井 104的外面。管640从井延伸到泵106。第二管642从泵延伸到井水利用部件127。在例如 图示的实际应用中，泵106不在井的水位之下，尽管如此泵106能使水流出井104。泵106 可以例如是正排量型泵。另外，如果需要，可以提供预先准备好泵106的装置。尽管已经描述了本发明的许多实施方案，但显然，在不脱离本发明的精神和范围 的前提下能够进行各种改型。例如，含水层可以包括任何种类的水的地下汇集，通过使水流出以形成井。含水层 可以通过任何种类的物质界定，可渗透的、半渗透性的或不渗透的。涡轮发电机可以完全淹没在井水之中。或者，只有涡轮发电机的涡轮部分是淹没的，而涡轮发电机的发电机部分与 井水流体地隔离开。在某些情况下，井水(或至少一部分井水)在使用以后可以返回到含水层和/或 井中。泵可以是离心泵或正排量型泵。各种阀门配置可以应用于系统。多个井和相关的泵/涡轮发电机装置可以与单个含水层相连，每个井和相关的泵 /涡轮发电机装置与含水层的不同部分流体连通。相应地，其它实际应用在权利要求的范围之内。
权利要求
一种系统，包括含水层；与含水层流体相连的井；用于使水流出井的泵，其中，该系统设置成响应从所述井流出的所述水，有补充水从含水层向井内流动，和涡轮发电机，其设置成将补充水流的动能转换成电能。
2.如权利要求1所述的系统，其中，泵位于井的静态液面之下。
3.如权利要求2所述的系统，其中，相对于补充水的流动，泵位于涡轮发电机的下游。
4.如权利要求1所述的系统，其中，泵位于井内。
5.如权利要求4所述的系统，其中，涡轮发电机的涡轮位于井内。
6.如权利要求4所述的系统，其中，涡轮发电机的涡轮位于井和含水层之间。
7.如权利要求1所述的系统，其中，泵位于井和含水层之间。
8.如权利要求2所述的系统，其中，泵所处高度高于涡轮所处高度。
9.如权利要求1所述的系统，其中，当水流从井中流出时，借助于产生在含水层和井之 间的压差，补充水自然地从含水层流入井。
10.如权利要求1所述的系统，其中，泵适合于使水以基本上连续的速度流出井。
11.如权利要求1所述的系统，还包括一个或多个部件，其适合于联系一个或多个家用 或工业应用来利用流出井的水。
12.一种方法，包括 从井中移除水；响应移除的水，用来自与井流体连接的含水层的水补充井；和 将从含水层流入井的补充水的动能转换为电能。
13.如权利要求12所述的方法，其中，补充水借助于含水层和井之间的压差自然地流动。
14.如权利要求13所述的方法，其中，压差出现是由于水从井中移除。
15.如权利要求12所述的方法，其中，转换动能包括引导流动的补充水通过涡轮发电机。
16.如权利要求15所述的方法，其中，利用位于井的静态水位之下的泵，从井中移除水。
17.如权利要求16所述的方法，其中，相对于补充水的流动，泵位于涡轮发电机的下游。
18.如权利要求12所述的方法，其中，水以基本上连续的速度从井中移除。
19.如权利要求12所述的方法，还包括联系一个或多个家用或工业应用来利用从井中 移除的水。
20.一种系统，包括 含水层；与含水层流体相连的井；布置成使水流出井的泵，其中，系统设置成响应从所述井流出的所述水，有补充水从含 水层向井内流动；布置成将补充水流的动能转换成电能的涡轮发电机；和一个或多个部件，其适合于联系一个或多个家用或工业应用来利用从井中流出的水， 其中，泵位于井的静态液面之下，并且相对于补充水的流动在涡轮发电机的下游，和 当水从井中流出时，补充水借助于产生在含水层和井之间的压差，自然地从含水层流 入井。
全文摘要
一种系统和方法，其利用含水层压力产生电能。该系统包括含水层，与含水层流体相连的井，泵和涡轮。设置泵使水流出井。响应流出井的水，补充水自然地从含水层流向井内。设置涡轮发电机以将补充水流的动能转换成电能。
文档编号F24J3/08GK101965486SQ200880127434
公开日2011年2月2日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年2月25日
发明者威廉·赖利 申请人:威廉·赖利