专利名称：一种双u换热导管的热响应试验设备的制作方法
技术领域：
本实用新型有关于岩土热物性测试的技术领域，尤其是一种热响应试验设备。
背景技术：
过去几年里，地热能源的利用得到稳定发展，精确的地下热參数对于地热系统来说是至关重要的。到90年代初期，地下热參数虽然在某些大型的工程中得到实测，但相当浪费时间和金钱。热响应试验是在许多著名的热力学著作的基础上开发出来的，并于1996年第一次在瑞典的某所大学成功得到试验。随后的几年里，作为灵活的自动试验装置在很多国家得到发展和提高。但是，由于地质条件的复杂性，经验设计參数往往带有较大偏差，热响应试验对于正确安装及选择地热系统是非常重要的，其主要优点在干，与常规的在试验室中测得的结果相比，它是直接在地下钻孔换热导管中进行测量的，在不受干扰的地下条件里，一些在整 个井的深度范围内会发生变化的參数(如受回填料和地下水的影响)在热响应试验中均可测出。此外，现有热响应试验设备其所设的换热导管回路比较简单，其能够布置以进行測量的面积范围有限，使得最終估算结果与实际值之间有较大的偏差。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供ー种双U换热导管的热响应试验设备，采用ー个封闭的热循环系统，通过地下双U型换热导管将士壤加热，温度的上升被精确的连续收集。从 而即可获得如导热系数、热阻等热性能參数，且借助双U换热导管的设计，使换热导管布置的面积増大，以增加测量的准确性。本实用新型提供ー种双U换热导管的热响应试验设备，其包含一个控制器、ー个水箱、传输管、埋置于深层岩土中的换热导管、泵及加热或制冷器；前述水箱通过传输管与埋置于深层岩土中的地下换热导管组成ー个流体循环回路，而设置于传输管上的泵提供循环动カ；所述传输管上设有流体流量计并设有各个节点上都有分布的进出水温度传感器，地下换热导管外侧岩土中也具有温度传感器，所述传输管上还设有流体压カ计，并与所述控制器信号连接；所述加热或制冷器设于水箱内对流体加热或制冷；所述控制器信号连接水箱、泵、加热或制冷器、流量计及温度传感器，所述控制器控制水箱、泵及加热或制冷器的运作，并接受和处理流量计及温度传感器检测的数据；该换热导管双U管。所述水箱上侧设有ー个回水口，下侧设有ー个出水ロ，回水口连接回水传输管，而出水ロ连接出水传输管，两个传输管分别连通于地下换热导管的两端。其中，所述双U管为交差布置的双U管或并排布置的双U管。其中，双U管的每个U管的一端为出水端，另一端为进水端，则出水传输管具有两个歧管分别与双U管的进水端连接，回水传输管具有两个歧管分别与双U管的出水端连接。其中，该双U管的两个U管的首尾相连通，且所连通后的双U管的进水端与水箱的出水传输管连接，出水端与水箱的回水传输管连接。[0010]所述加热或制冷器为加热器。所述加热器为电加热器，由三个独立的电加热器组成，分别为1、2、4 kW，所述控制器借此能实现I 7kW的无级调节。所述电加热器的电路上设有电流传感器及电压传感器，并与所述控制器信号连接。 所述水箱为保温水箱。所述控制器采用可编程逻辑控制器。本实用新型的有益效果在于该双U换热导管的热响应试验设备采用一个封闭的热循环系统，通过地下换双U换热热导管将土壤加热，温度的上升被精确的连续收集。从而即可获得如导热系数、热阻等热性能參数。由于双U换热导管所分布于地下的面积较大，使最終的估算结果更接近真实情況。
图I为本实用新型结构原理图。 其中控制器I水箱2泵3回水口 21出水ロ 22流量计4回水传输管51出水传输管52カロ热或制冷器6压カ计7导管8传感器9信号线11电加热器61。
具体实施方式
为让本实用新型的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本实用新型的较佳实施例(但不以此为限)，并配合附图，作详细说明如下如图I所示，本实用新型提供ー种双U换热导管的热响应试验设备，其包含ー个控制器I、一个水箱2、传输管(包括回水传输管51、出水传输管52)、埋置于深层岩土中的导管8、泵3及加热或制冷器6 ;前述水箱2通过传输管与埋置于深层岩土中的地下换热导管8组成ー个流体循环回路，而设置于传输管上的泵3提供循环动力；所述传输管上设有流体流量计4，以及各个节点上都有分布的进出水温度传感器9，地下换热导管外侧岩土中也具有温度传感器9，所述传输管上还设有流体压カ计7与所述控制器I信号连接。所述加热或制冷器6设于水箱2内对流体加热或制冷；所述控制器I通过信号线11信号连接水箱2、泵3、加热或制冷器6、流量计4及温度传感器9，所述控制器I控制水箱2、泵3及加热或制冷器6的运作，并接受和处理流量计4及温度传感器9检测的数据。具体在本实例中，如图I所示，所述加热或制冷器6为加热器。电加热器61由三个独立的加热器组成，分别为1、2、4 kW，所述控制器I借此能实现I 7kW的无级调节。且电加热器的电路上设有电流传感器及电压传感器，并与所述控制器I信号连接。而且水箱2上侧设有ー个回水口 21，下侧设有ー个出水ロ 22，回水口 21连接回水传输管51，而出水ロ 22连接出水传输管52，两个传输管分别连通于地下换热导管8的两端。而地下换热导管8为U管，可以是单U管(如图)或交差布置的双U管或并排布置的双U管，双U管的每个U管的一端为出水端，另一端为进水端，则出水传输管52具有两个歧管分别与双U管的进水端连接，回水传输管51具有两个歧管分别与双U管的出水端连接；或者，该双U管的两个U管的首尾相连通，且所连通后的双U管的进水端与水箱的出水传输管连接，出水端与水箱的回水传输管连接。本实用新型的具体应用方法热响应试验对于正确安装及选择地热系统是非常重要的，其主要优点在干，与常规的在试验室中测得的结果相比，它是直接在地下钻孔换热器中进行测量的，在不受干扰的地下条件里，一些在整个井的深度范围内会发生变化的參数(如受回填料和地下水的影响)在热响应试验中均可测出。本实用新型是ー个封闭的热循环系统，通过地下换热导管将士壤加热，温度的上升被精确的连续收集。这样即可获得如导热系数、热阻等热性能參数。 本实用新型系统可由三部分组成数据采集装置、数据输出、数据分析。数据采集装置(由控制器I、流体流量计4、温度传感器9、压カ计7、电流传感器及电压传感器等传感器)与地下换热导管相连接形成封闭的热循环系统，它内部有温度传感器9、管道循环泵3、电加热器61、自动调温器(可选设备)、定压装置(可选设备)、流量计4、压カ计7等部件组成，组装于ー个金属箱内。数据输出是通过ー些程序软件，将采集到的数据以特殊的格式存储在控制柜中的电脑里，也可转移到其他计算机中；可通过分析软件对采集到的数据进行分析，得到我们想要的数据。如图I所示，岩土热物參数作为ー种物理性质，无论对其放热还是取热试验，其数据处理过程基本相同。因此根据要求特制设备的原理是控制器I控制泵3工作，由于泵3的作用，流体由回水口 21进入，分布于回水口 21的温度传感器9采集温度信号。流体进入水箱2，经过电加热，通过循环泵3后，到流量传感器采集流量信号，加热的流体温度信号。由传感器采集，然后流体从出水口 22流出，输入到埋置于深层岩土中的导管8内，导管8内加热的流体与深层岩土进行热交換后，又从回水口 21返回到仪器内，形成封闭的循环。将在一定时间内连续采集到的加热功率、温度差、流量值作为測量数据，再利用參数估算法求出岩土的平均导热系数，达到检测目的。电流传感器、电压传感器用于对加热器的加热功率进行实时测量，以保证检测精度。本实用新型的设备的具体条件为(I)试压、保压后的成井测试孔导管。(2)岩土热物性测系统设备。①控制器土壤导热能力测试数据采集记录仪，模拟量输入输出模块(进出水温度、电流、电压传感器、信号、电源连接线、稳定的単相交流电源)；②电加热器61由三个独立的加热器组成，分别为1、2、4 kW，可根据实际情况实现I 7kW的无级调节；③水泵3 :扬程为10 m，设定额定流量为I. 2m3/h. 4.装置在保温水箱外，作用是在测试开始时，通过调节水流量，把温差稳定在一定范围内。控制器I是可编程逻辑控制器，是ー种数字运算操作的电子系统，专为在エ业环境应用而设计的。惟以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施范围；故，凡依本实用新型申请专利范围及创作说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖之范围内。
权利要求1.ー种双U换热导管的热响应试验设备，其特征在于，包含一个控制器、ー个水箱、传输管、埋置于深层岩土中的换热导管、泵及加热或制冷器； 前述水箱通过传输管与埋置于深层岩土中的地下换热导管组成ー个流体循环回路，而设置于传输管上的泵提供循环动力； 所述传输管上设有流体流量计以及于各个节点上都有分布的进出水温度传感器，地下换热导管外侧岩土中也具有温度传感器，所述加热或制冷器设于水箱内对流体加热或制冷; 所述控制器信号连接水箱、泵、加热或制冷器、流量计及温度传感器，所述控制器控制水箱、泵及加热或制冷器的运作，并接受和处理流量计及温度传感器检测的数据；所述换热导管为双U管。
2.如权利要求I所述双U换热导管的热响应试验设备，其特征在于，所述水箱上侧设有ー个回水口，下侧设有ー个出水ロ，回水口连接回水传输管，而出水口连接出水传输管，两个传输管分别连通于地下换热导管的两端。
3.如权利要求I所述双U换热导管的热响应试验设备，其特征在于，所述双U管为交差布置的双U管或并排布置的双U管。
4.如权利要求3所述双U换热导管的热响应试验设备，其特征在于，其中，双U管的每个U管的一端为出水端，另一端为进水端，则出水传输管具有两个歧管分别与双U管的进水端连接，回水传输管具有两个歧管分别与双U管的出水端连接。
5.如权利要求3所述双U换热导管的热响应试验设备，其特征在干，该双U管的两个U管的首尾相连通，且所连通后的双U管的进水端与水箱的出水传输管连接，出水端与水箱的回水传输管连接。
6.如权利要求2所述双U换热导管的热响应试验设备，其特征在于，所述加热或制冷器为加热器。
7.如权利要求6所述的热响应试验设备，其特征在于，所述加热器为电加热器，由三个独立的电加热器组成，分别为1、2、4 kW，所述控制器借此能实现I 7kW的无级调节。
8.如权利要求7所述双U换热导管的热响应试验设备，其特征在于，所述电加热器的电路上设有电流传感器及电压传感器，并与所述控制器信号连接。
9.如权利要求I所述双U换热导管的热响应试验设备，其特征在于，所述传输管上还设有流体压カ计，并与所述控制器信号连接。
10.如权利要求1-6任一项所述双U换热导管的热响应试验设备,其特征在于,所述水箱为保温水箱，所述控制器采用可编程逻辑控制器。
专利摘要本实用新型提供一种双U换热导管的热响应试验设备，其包含一个控制器、一个水箱、传输管、埋置于深层岩土中的换热导管、泵及加热或制冷器；前述水箱通过传输管与埋置于深层岩土中的地下换热导管组成一个流体循环回路，而设置于传输管上的泵提供循环动力；所述传输管上设有流体流量计并设有各个节点上都有分布的进出水温度传感器，地下换热导管外侧岩土中也具有温度传感器，所述传输管上还设有流体压力计，并与所述控制器信号连接，所述换热导管为双U管。该热响应试验设备采用一个封闭的热循环系统，通过地下换热导管将土壤加热，温度的上升被精确的连续收集。从而即可获得如导热系数、热阻等热性能参数。
文档编号G01N25/20GK202599888SQ201220226439
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者吴亚平, 许力 申请人:安徽省拓普能源科技管理股份有限公司