一种中低温地热梯级开发利用装置及方法与流程

本技术涉及地热梯级开发的，尤其是涉及一种中低温地热梯级开发利用装置及方法。

背景技术：

1、地热能是蕴藏在地球内部的热能，是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生能源。

2、公开号为cn112032804a的中国专利公开了一种中低温地热梯级开发利用的发电和集中供热系统及方法，该系统中包括依次连接的地热水采水井、地热发电系统、室内散热器、采暖地板、一级地热热泵和二级地热热泵，通过对地热的精细化多梯级利用，提升了整个系统的地热利用效率。

3、在上述系统中，地热水逐级单向流动，当系统的其中一个地热利用环节出现故障时易于导致整个系统的故障，从而使得系统地热利用的稳定性较差。

技术实现思路

1、为了提高地热利用的稳定性，本技术提供一种中低温地热梯级开发利用装置及方法。

2、第一方面，本技术提供一种中低温地热梯级开发利用装置，采用如下的技术方案：

3、一种中低温地热梯级开发利用装置，包括依次连接的地热采水井、调配器、地热发电系统、室内散热器、采暖地板和温泉，所述温泉与所述地热采水井连接，所述调配器还与所述室内散热器、所述采暖地板和所述温泉单独连接，所述调配器用于调控所述地热采水井与所述地热发电系统、所述室内散热器、所述采暖地板以及所述温泉中任意一个直接连接。

4、通过采用上述技术方案，地热采水井能够将地热水供应到调配器，由于调配器能够与地热发电系统、室内散热器、采暖地板以及温泉中任意一个直接连接，使得调配器能够将地热水直接供应到地热发电系统、室内散热器、采暖地板以及温泉中的任意一个，从而当地热发电系统、室内散热器、采暖地板以及温泉均无故障时，调配器使地热水供应到地热发电系统，使整个开发利用装置正常运行，当地热发电系统、室内散热器以及采暖地板中其中一个地热利用环节出现故障时，调配器能够使地热水跳过故障的地热利用环节直接对下一个地热利用环节进行供应地热水，从而使得开发利用装置不易因地热发电系统、室内散热器以及采暖地板其中一个地热利用环节故障而导致整个开发利用装置处于停运状态，进而提高了地热利用的稳定性。

5、可选的，所述调配器包括箱体和调配组件，所述箱体上连通有进水管和四个出水管，所述进水管与所述地热采水井连通，四个所述出水管分别与所述地热发电系统、所述室内散热器、所述采暖地板和所述温泉连通，所述调配组件设置于所述箱体内，且与所述进水管以及四个所述出水管均连通，所述调配组件用于使所述进水管内的地热水在调温后流入到四个所述出水管的其中一个内部。

6、通过采用上述技术方案，一个进水管能够通过调配组件与四个出水管中的一个连通，在调配组件的调配作用下，使得地热水经过箱体内部能够与地热发电系统、室内散热器、采暖地板以及温泉中任意一个地热利用环节进行直接流通，从而使得调配器便于调节地热水的流向。

7、可选的，所述调配组件包括调配块、冷却管和冷风机，所述调配块设置有四个，且与所述出水管一一对应，所述调配块与所述箱体转动连接，且开设有第一导通孔和第二导通孔，所述冷却管设置有三个，且分别连接在四个所述调配块之间，所述第一导通孔用于使地热水流入到所述出水管，所述第二导通孔用于使地热水流入到所述冷却管，所述进水管用于与对应所述地热发电系统的所述调配块连接，所述冷风机与所述箱体连通，且用于向三个所述冷却管吹冷却风。

8、通过采用上述技术方案，在初始状态，与地热发电系统对应的调配块通过第一导通孔使进水管内的地热水经出水管流入到地热发电系统，其余调配块通过侧壁使冷却管处于封闭状态，使地热水从地热发电系统沿梯级逐级供应。

9、当地热发电系统、室内散热器以及采暖地板中其中一个地热利用环节发生故障需要调配时，转动调配块，使进水管的地热水经调配块的第二导通孔流入到冷却管，然后逐级调配，直到地热水通过第一导通孔能够流入到下一级地热利用环节所对应的出水管内，冷风机对冷却管内的地热水进行降温，使地热水的供应温度与下一级地热利用环节的所需温度相符，从而通过调配块和冷却管，使得地热水便于流动到任意一个地热利用环节中，使得地热水易于跳过故障地热利用环节，提高了地热利用的稳定性。

10、可选的，所述冷却管为弹性材料，所述冷却管的内侧壁上固连有支撑骨架，所述支撑骨架为形状记忆合金，当所述支撑骨架受热时，所述支撑骨架驱动所述冷却管侧壁膨胀呈球面。

11、通过采用上述技术方案，当冷却管内刚通入地热水时，地热水使支撑骨架升温，支撑骨架受热驱动冷却管膨胀，膨胀的冷却管增大了与冷却风的接触面积，提高了冷却管内地热水的冷却效果；当地热水降温后，支撑骨架冷却收缩，使冷却管恢复原状，减少冷却管与冷却风的接触面积，降低了冷却管内地热水的冷却效果，从而通过支撑骨架对冷却管的调节，使得冷却管内地热水的冷却易于快速进行，且便于在降温后处于稳定冷却的状态。

12、可选的，所述冷风机电连接有蓄电池，所述蓄电池电连接有太阳能电池板。

13、通过采用上述技术方案，太阳能电池板吸收太阳光的能量对蓄电池进行充电，蓄电池对冷风机进行供电，使得冷风机便于获取电能。

14、可选的，所述调配块上嵌设有温度传感器，且连接有电机，所述温度传感器用于输出地热水的温度信号，且电连接有控制器，所述控制器与所述电机电连接，所述控制器响应于温度信号，且用于控制所述电机使所述第一导通孔流通地热水或使所述第二导通孔流通地热水。

15、通过采用上述技术方案，调配块初始状态使温度传感器与冷却管正对，当温度传感器测量的温度信号为设定值时，控制器控制电机驱动调配块转动，使调配块的第一导通孔流通地热水或第二导通孔流通地热水，当第一导通孔流通地热水时，使地热水的温度与出水管的需求温度相符，当第二导通孔流通地热水时，使地热水能够流入到下一个冷却管内进行分级冷却，从而通过温度传感器，使得地热水可以实现分级冷却，且使得地热水流入出水管的温度更加准确。

16、可选的，所述箱体内固定设置有多个隔板，多个所述隔板在三个所述冷却管之间围成与所述冷风机连通的三个冷却通道，所述冷却通道内转动设置有用于限流的挡风板。

17、通过采用上述技术方案，通过隔板在冷却管周围形成冷却通道，使得冷风机的冷却风易于吹在冷却管上，提高了冷却风的利用效率；通过转动挡风板调节冷却通道内的风流大小，使得三个冷却通道内的风流易于进行调配，例如，在初始状态，使最先流入地热水的冷却管所在的冷却通道处于完全导通的状态，且使其余的冷却通道处于完全封闭的状态，使风力集中流入到完全导通的冷却通道内，使得最先流入地热水的冷却管更加易于使地热水快速冷却。

18、可选的，位于相邻两个所述冷却管之间的所述调配块连接有第一驱动组件，所述第一驱动组件包括第一齿轮、第一双侧齿条和第二齿轮，所述第一齿轮与所述调配块同轴固连，所述第一双侧齿条的一侧与所述第一齿轮啮合，且与所述隔板滑动连接，所述第二齿轮与靠近所述调配块地热水流入侧的所述挡风板同轴固连，所述第二齿轮用于与所述第一双侧齿条的另一侧啮合。

19、通过采用上述技术方案，调配块在转动时能够带动第一齿轮转动，第一齿轮驱动第一双侧齿条滑动，第一双侧齿条驱动第二齿轮转动，第二齿轮带动挡风板转动，使挡风板能够在调配块转动时同步对冷却通道进行限流，从而在调配块的第一导通孔导流或第二导通孔导流时，挡风板通过限流使冷却风能够集中流动到开始冷却地热水的冷却管处。

20、可选的，位于相邻两个所述冷却管之间的所述调配块连接有第二驱动组件，所述第二驱动组件包括第三齿轮、第二双侧齿条和第四齿轮，所述第三齿轮与所述第一齿轮啮合，且与所述隔板转动连接，所述第二双侧齿条的一侧与所述第三齿轮啮合，且与所述隔板滑动连接，所述第四齿轮与远离所述调配块地热水流入侧的所述挡风板同轴设置，所述第四齿轮与所述挡风板之间设置有卷簧，所述第四齿轮用于与所述第二双侧齿条的另一侧啮合。

21、通过采用上述技术方案，转动调配块使第二导通孔导流时，调配块驱动第三齿轮转动，第三齿轮驱动第二双侧齿条滑动，第二双侧齿条驱动第四齿轮转动，第四齿轮通过卷簧带动挡风板转动，使得刚流入地热水的冷却通道便于在调配块的驱动下打开成完全导通的状态，且由于第四齿轮与挡风板通过卷簧连接，使得挡风板能够同时接受第二齿轮和第四齿轮的驱动。

22、第二方面，本技术提供一种中低温地热梯级开发利用方法，采用如下的技术方案：

23、一种中低温地热梯级开发利用方法，基于上述所述的一种中低温地热梯级开发利用装置，包括以下步骤：

24、s1正常运行：转动所述调配块，在所述第一导通孔导流作用下，使所述进水管内的地热水流入到与所述地热发电系统连通的所述出水管内，使各个梯级的地热利用环节正常运行，直到其中一个地热利用环节发生故障；

25、s2故障调节：转动所述调配块，在所述第一导通孔、所述第二导通孔以及所述冷却管的导流作用下，使所述进水管内的地热水流入到下一个地热利用环节连通的所述出水管内，使地热水正常流动；

26、s3温度调配：启动所述冷风机，所述冷风机将冷却风吹在所述冷却管上，且对所述冷却管内的地热水进行降温，使地热水的温度符合下一个地热利用环节的供水温度；

27、s4稳定运行：通过所述调配器使地热水跳过故障的地热利用环节进行持续供应，使地热水的开发利用能够稳定进行。

28、通过采用上述技术方案，调配器先使地热水流入地热发电系统，使整个装置正常运行，当地热发电系统、室内散热器以及采暖地板中其中一个地热利用环节出现故障时，调配器通过调配块和冷却管使地热水直接流入到故障地热利用环节的下一个地热利用环节中，使得地热水能够持续供应，且不易受到开发利用装置故障的影响，从而提高了地热利用的稳定性。

29、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

30、1.通过设置调配块和冷却管，使得调配器能够使地热采水井的地热水直接流入到任意一个地热利用环节，从而提高了地热利用的稳定性；

31、2.通过隔板围成冷却通道以及在冷却通道内设置用于限流的挡风板，使得冷却管的冷却效果易于调配；

32、3.通过设置第一驱动组件和第二驱动组件，使得调配块与挡风板便于同步调节，提高了开发利用装置使用的便捷性。