專利名稱：利用含水層壓力產(chǎn)生電能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該公開內(nèi)容涉及利用含水層壓力產(chǎn)生電能。
背景技術(shù)：
通常，含水層是天然出現(xiàn)的含水的透水巖或疏松物質(zhì)(例如砂礫、沙、淤泥或粘 土)的一層地下層(或多層)。水井是人工挖掘的，用于從地下含水層抽水的目的。水可以從井中提取出來，例如 利用電的或機(jī)械的泵。井可以在深度、水容量和水質(zhì)方面具有很大不同。在某些實(shí)際應(yīng)用中，大量的水可以從井中移除，用于飲用、加熱、冷卻、灌溉等使用。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，公開了一種系統(tǒng)，其包括含水層，與含水層流體相連的井和用于使水 流出井的泵。設(shè)置該系統(tǒng)以便響應(yīng)流出井的水，有補(bǔ)充水從含水層向井內(nèi)流動(dòng)。該系統(tǒng)還 包括渦輪發(fā)電機(jī)，其用于將補(bǔ)充水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。在某些實(shí)際應(yīng)用中，泵位于井的靜態(tài)液面之下。典型地，相對(duì)于補(bǔ)充水的流動(dòng)，泵 位于渦輪發(fā)電機(jī)的下游。泵可以位于井內(nèi)或井和含水層之間。渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪可以位于 井內(nèi)或井和含水層之間。典型地，泵所處高度高于渦輪所處高度。在典型的實(shí)施例中，當(dāng)水從井中流出時(shí)，補(bǔ)充水借助于產(chǎn)生在含水層和井之間的 壓差，自然地從含水層流入井中。泵可以適合于使水以基本上連續(xù)的速度流出井，或適合于間歇地運(yùn)行。一個(gè)或多個(gè)部件可以適合于聯(lián)系一個(gè)或多個(gè)家用或工業(yè)應(yīng)用來利用流出井的水。在另一個(gè)方面，一種方法包括從井中移除水；響應(yīng)移除的水，用來自與井流體連接 的含水層中的水補(bǔ)充井；和將從含水層流入井的補(bǔ)充水的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。補(bǔ)充水典型地借助于含水層和井之間的壓差自然地流動(dòng)。壓差可由離開井的水產(chǎn) 生。在一些實(shí)際應(yīng)用中，轉(zhuǎn)換動(dòng)能包括弓I導(dǎo)補(bǔ)充水流動(dòng)通過渦輪發(fā)電機(jī)。在某些實(shí)施例中，水通過位于井的靜態(tài)液面之下的泵從井中移除。相對(duì)于補(bǔ)充水 的流動(dòng)方向，泵典型地位于渦輪發(fā)電機(jī)的下游。水可以以基本上連續(xù)的速度或間歇地從井中移除。因此可以聯(lián)系一個(gè)或多個(gè)家用 或工業(yè)應(yīng)用來利用移除的水。而在另一方面，一種系統(tǒng)包括含水層，與含水層流體相連的井和使水流出井的泵。
4該系統(tǒng)設(shè)置成響應(yīng)流出井的水，有補(bǔ)充水從含水層向井內(nèi)流動(dòng)。該系統(tǒng)還包括布置成將補(bǔ) 充水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的渦輪發(fā)電機(jī)。一個(gè)或多個(gè)部件適合于聯(lián)系一個(gè)或多個(gè)家用或工 業(yè)應(yīng)用來利用流出井的水。泵位于井的靜態(tài)液面之下，并且相對(duì)于補(bǔ)充水的流動(dòng)在渦輪發(fā) 電機(jī)的下游。當(dāng)水流出井時(shí)，補(bǔ)充水借助于在含水層和井之間產(chǎn)生的壓差，自然地從含水層 流入井。在一些實(shí)際應(yīng)用中，可存在一個(gè)或多個(gè)下列優(yōu)點(diǎn)。例如，能夠以對(duì)環(huán)境無害的方式產(chǎn)生巨量電能。另外，在此公開的技術(shù)可以以相對(duì) 低的成本實(shí)現(xiàn)。而且，水可以以效率很高的方式從井中提取。從說明書、附圖和權(quán)利要求中可以明顯地看出本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是利用含水層壓力產(chǎn)生電能的系統(tǒng)的截面正視圖。圖2是利用含水層壓力產(chǎn)生電能的另一個(gè)系統(tǒng)的截面正視圖。圖3是利用含水層壓力產(chǎn)生電能的又一個(gè)系統(tǒng)的截面正視圖。圖4是利用含水層壓力產(chǎn)生電能的再一個(gè)系統(tǒng)的截面正視圖。圖5是利用含水層壓力產(chǎn)生電能的另一個(gè)系統(tǒng)的截面正視圖。圖6是利用含水層壓力產(chǎn)生電能的又一個(gè)系統(tǒng)的截面正視圖。
具體實(shí)施例方式圖1是利用含水層壓力產(chǎn)生電能的系統(tǒng)100的截面正視圖。示出的系統(tǒng)100包括 含水層102、井104、泵106和渦輪發(fā)電機(jī)108。示出的含水層102是承壓含水層。因此，隔水層110界定含水層102上側(cè)的至少 一部分。隔水層110具有通常比存在承壓水的含水層物質(zhì)低的導(dǎo)水率。相對(duì)滲透性物質(zhì)層114直接位于含水層102的部分之上。相對(duì)滲透性物質(zhì)層114 使水能從地表112流進(jìn)含水層102。水流通過箭頭116表示。如示出的，含水層102充滿 水，大約到達(dá)含水層102和相對(duì)滲透性物質(zhì)層114之間的交界面120。井104與含水層102流體相連。井104從地表112延伸，通過巖床層122，通過含 水層102的隔水層110的一部分并且進(jìn)入含水層102本身之內(nèi)。井104的底部對(duì)于含水層 102是開放的，以便水可以自由地在含水層102和井104之間流動(dòng)。井104中的水位大約與 含水層102中的水位相同。泵106位于井104內(nèi)并且在井的水位之下。泵106可操作使水流出井104(流動(dòng) 通過箭頭124表示)。流出井的水可以例如聯(lián)系任何已知的涉及水的家用或工業(yè)應(yīng)用來進(jìn) 行利用。例如，水可以用于家用或者工業(yè)環(huán)境中的飲用、洗浴、清洗、冷卻或加熱應(yīng)用。在各 種實(shí)際應(yīng)用中，泵適合于基本上連續(xù)地運(yùn)行。在其它實(shí)際應(yīng)用中，泵適合于間歇地運(yùn)行。含水層102和井104彼此相對(duì)設(shè)置，以便如果泵106運(yùn)行來從井104移除水，含 水層102能提供補(bǔ)充水到井104。從含水層102到井104的補(bǔ)充水的流動(dòng)通過箭頭126表 示。當(dāng)水從井104中流出時(shí)，補(bǔ)充水借助于含水層102和井104之間產(chǎn)生的壓差自然地流 動(dòng)。通常希望的而并非要求的，泵以保持從含水層102到井104的補(bǔ)充水的相對(duì)恒定的流 動(dòng)的方式運(yùn)行。典型地，每次從井104中移除一定量的水，流入井104中的補(bǔ)充水的量足以使含水層102和井104中的相應(yīng)水位保持彼此相等。渦輪發(fā)電機(jī)108位于井104內(nèi)。它在井的水位下面也在泵106下面(也就是處于 比泵低的高度)。因此，相對(duì)于補(bǔ)充水流方向(箭頭126)，渦輪發(fā)電機(jī)108是在泵106的上 游。渦輪發(fā)電機(jī)108用于將補(bǔ)充水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。產(chǎn)生的電能提供給供電系統(tǒng)(圖 1沒有示出)。井水利用部件127在井104外面。通常該部件適合于接收來自井104的水并聯(lián)系 一個(gè)或多個(gè)家用或工業(yè)應(yīng)用來利用水。在各種實(shí)際應(yīng)用中，該部件可以是飲用水噴泉，利用 井水來冷卻或加熱的工業(yè)機(jī)械，用于家用或應(yīng)用水達(dá)到某些有益目的的任何其它部件或部 件的組合的加熱系統(tǒng)。圖2的系統(tǒng)200類似于圖1的系統(tǒng)100，除了圖2中的含水層202是非承壓含水 層，而不是承壓含水層。非承壓含水層202沒有受到例如圖1中隔壓層110的隔壓層界定。在示出的系統(tǒng)中，相對(duì)滲透性物質(zhì)層114直接位于基本上整個(gè)含水層102的上面。 相對(duì)滲透性物質(zhì)層114使水能從地表112流入含水層202。這些水流通過箭頭116表示。 在示出的系統(tǒng)200中，含水層202充滿水，大約達(dá)到含水層102和相對(duì)滲透性物質(zhì)層114之 間的交界面120。井104中的水位大約等于含水層202中的水位。泵106和渦輪發(fā)電機(jī)108位于井104內(nèi)并在井的水位之下?？梢赃\(yùn)行泵106以使 水流出井104(流動(dòng)通過箭頭124表示)。響應(yīng)這種水的移除，含水層102自然地提供補(bǔ)充 水到井104中(流動(dòng)通過箭頭126表示)。渦輪發(fā)電機(jī)108將補(bǔ)充水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能， 提供給供電系統(tǒng)(圖2沒有示出)。圖3的系統(tǒng)300類似于圖2的系統(tǒng)200，除了在圖3的系統(tǒng)300中，井104水平偏 離含水層102。在示出的系統(tǒng)300中，井104和含水層102通過在它們之間延伸的水平鉆孔 328彼此流體連接。泵106和渦輪發(fā)電機(jī)108兩者位于井104內(nèi)。設(shè)置泵106以使水流出井(流動(dòng)通 過箭頭124表示)，并且渦輪發(fā)電機(jī)設(shè)置成將補(bǔ)充水流(流動(dòng)通過箭頭126表示)的動(dòng)能轉(zhuǎn) 換為電能。圖4的系統(tǒng)400類似于圖3的系統(tǒng)300，除了在圖4的系統(tǒng)400中，渦輪發(fā)電機(jī)108 位于井104和含水層102之間。更具體地說，渦輪發(fā)電機(jī)108位于在井和含水層102之間 延伸的水平鉆孔328中。圖5的系統(tǒng)500類似于圖4的系統(tǒng)400，除了在圖5的系統(tǒng)500中，泵106和渦輪 發(fā)電機(jī)108都位于井104和含水層102之間。更具體地說，泵106和渦輪發(fā)電機(jī)108位于 在井104和含水層102之間延伸的水平鉆孔328中。圖6的系統(tǒng)600類似于圖2的系統(tǒng)200，除了在圖6的系統(tǒng)600中，泵106位于井 104的外面。管640從井延伸到泵106。第二管642從泵延伸到井水利用部件127。在例如 圖示的實(shí)際應(yīng)用中，泵106不在井的水位之下，盡管如此泵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，可以提供預(yù)先準(zhǔn)備好泵106的裝置。盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的許多實(shí)施方案，但顯然，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 的前提下能夠進(jìn)行各種改型。例如，含水層可以包括任何種類的水的地下匯集，通過使水流出以形成井。含水層 可以通過任何種類的物質(zhì)界定，可滲透的、半滲透性的或不滲透的。渦輪發(fā)電機(jī)可以完全淹沒在井水之中?；蛘撸挥袦u輪發(fā)電機(jī)的渦輪部分是淹沒的，而渦輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)部分與 井水流體地隔離開。在某些情況下，井水(或至少一部分井水)在使用以后可以返回到含水層和/或 井中。泵可以是離心泵或正排量型泵。各種閥門配置可以應(yīng)用于系統(tǒng)。多個(gè)井和相關(guān)的泵/渦輪發(fā)電機(jī)裝置可以與單個(gè)含水層相連，每個(gè)井和相關(guān)的泵 /渦輪發(fā)電機(jī)裝置與含水層的不同部分流體連通。相應(yīng)地，其它實(shí)際應(yīng)用在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，包括含水層；與含水層流體相連的井；用于使水流出井的泵，其中，該系統(tǒng)設(shè)置成響應(yīng)從所述井流出的所述水，有補(bǔ)充水從含水層向井內(nèi)流動(dòng)，和渦輪發(fā)電機(jī)，其設(shè)置成將補(bǔ)充水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，泵位于井的靜態(tài)液面之下。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，相對(duì)于補(bǔ)充水的流動(dòng)，泵位于渦輪發(fā)電機(jī)的下游。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，泵位于井內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪位于井內(nèi)。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪位于井和含水層之間。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，泵位于井和含水層之間。
8.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，泵所處高度高于渦輪所處高度。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)水流從井中流出時(shí)，借助于產(chǎn)生在含水層和井之 間的壓差，補(bǔ)充水自然地從含水層流入井。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，泵適合于使水以基本上連續(xù)的速度流出井。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)部件，其適合于聯(lián)系一個(gè)或多個(gè)家用 或工業(yè)應(yīng)用來利用流出井的水。
12.一種方法，包括 從井中移除水；響應(yīng)移除的水，用來自與井流體連接的含水層的水補(bǔ)充井；和 將從含水層流入井的補(bǔ)充水的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，補(bǔ)充水借助于含水層和井之間的壓差自然地流動(dòng)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，壓差出現(xiàn)是由于水從井中移除。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，轉(zhuǎn)換動(dòng)能包括引導(dǎo)流動(dòng)的補(bǔ)充水通過渦輪發(fā)電機(jī)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，利用位于井的靜態(tài)水位之下的泵，從井中移除水。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，相對(duì)于補(bǔ)充水的流動(dòng)，泵位于渦輪發(fā)電機(jī)的下游。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，水以基本上連續(xù)的速度從井中移除。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括聯(lián)系一個(gè)或多個(gè)家用或工業(yè)應(yīng)用來利用從井中 移除的水。
20.一種系統(tǒng)，包括 含水層；與含水層流體相連的井；布置成使水流出井的泵，其中，系統(tǒng)設(shè)置成響應(yīng)從所述井流出的所述水，有補(bǔ)充水從含 水層向井內(nèi)流動(dòng)；布置成將補(bǔ)充水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的渦輪發(fā)電機(jī)；和一個(gè)或多個(gè)部件，其適合于聯(lián)系一個(gè)或多個(gè)家用或工業(yè)應(yīng)用來利用從井中流出的水， 其中，泵位于井的靜態(tài)液面之下，并且相對(duì)于補(bǔ)充水的流動(dòng)在渦輪發(fā)電機(jī)的下游，和 當(dāng)水從井中流出時(shí)，補(bǔ)充水借助于產(chǎn)生在含水層和井之間的壓差，自然地從含水層流 入井。
全文摘要
一種系統(tǒng)和方法，其利用含水層壓力產(chǎn)生電能。該系統(tǒng)包括含水層，與含水層流體相連的井，泵和渦輪。設(shè)置泵使水流出井。響應(yīng)流出井的水，補(bǔ)充水自然地從含水層流向井內(nèi)。設(shè)置渦輪發(fā)電機(jī)以將補(bǔ)充水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。
文檔編號(hào)F24J3/08GK101965486SQ200880127434
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月25日
發(fā)明者威廉·賴?yán)?申請(qǐng)人:威廉·賴?yán)?br>