一种地热隧道散热量检测装置及检测方法与流程

本发明涉及散热量检测相关技术领域，更具体的说，涉及一种地热隧道散热量检测装置及检测方法。

背景技术：

在地热隧道施工时，由于地热散热量大，隧道整体温度高，会出现施工人员的工作效率大大降低；部分施工机械的工作效率降低、故障增多；对于高原地区由于低氧环境还会威胁到施工人员的健康和安全等等诸多问题。

为改善地热隧道内的施工环境，需要设计开发地热隧道降温设备，而在此之前，首先就需要对隧道岩壁散热量进行检测，采集数据，以便针对不同的隧道散热量进行分析，从而为隧道降温设备的设计提供数据支持。

因此，先开发出一种能够对隧道岩壁散热量进行快速、准确检测的装置在现阶段就变得十分有必要。

技术实现要素：

为此，本发明的目的在于提出一种地热隧道散热量检测装置及检测方法，以有效的解决背景技术中所提出的问题，其具体技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种地热隧道散热量检测装置，包括：检测装置主箱体，所述检测装置主箱体又包括上下分隔的上箱体和下箱体；其中，所述下箱体为保温箱体，所述保温箱体内固定安装有一水箱，所述水箱其中一侧侧面的顶部设置有一出口能够启闭的溢流管，所述溢流管水平伸出至所述保温箱体的外部；所述上箱体内安装有循环水泵、蓄电池、控制模块、第一导水管道以及第二导水管道、第三导水管道中的部分管道，所述第二导水管道穿过所述上箱体的侧壁伸出至所述上箱体外部，所述第三导水管道从所述下箱体内伸出至所述上箱体内，再穿过所述上箱体的侧壁伸出至所述上箱体外部；所述循环水泵的进水端通过所述第一导水管道与所述水箱相连通，所述循环水泵的出水端通过所述第二导水管道与设于外部的导热管进水口相连通，所述导热管的出水口通过所述第三导水管道与所述水箱相连通，所述第一导水管道和所述第三导水管道分别安装于所述水箱的两侧；所述水箱内设置有一温度传感器，所述温度传感器、所述循环水泵以及所述蓄电池均与所述控制模块电连接，所述控制模块上还电连接有计时器和报警器。

通过采用上述技术方案，本发明将该检测装置上的导热管伸入至隧道岩壁内的开孔中，然后由循环水泵从水箱一侧抽水，水流流出通过导热管换热后又回流至水箱的另外一侧，最终直至水箱内的水温不再变化，在此过程中，控制模块会对应控制各个设备的启停，以获得相关计算参数。而本发明装置通过隧道岩壁开孔内表面积、循环水的质量、自动测得的循环水水温的升高度数以及升温时间等参数便可快速、准确的获得相应隧道岩壁单位时间、单位面积的散热量。

在上述技术方案的基础上，本发明还可做出如下改进：

优选的，所述水箱为空心圆柱体结构。

优选的，所述水箱的内部竖直且并排安装有数个导水板，所述导水板上密下疏有序排列钻有导孔，导水板可以使水箱内的冷热水快速且均匀的混合。

优选的，所述保温箱体采用硅酸盐保温材料制作，所述保温箱体与所述水箱之间由珍珠岩填充。硅酸盐保温材料和珍珠岩的设计均是为了尽可能的减少水箱内热量的损失。

优选的，所述第一导水管道、所述第二导水管道以及所述第三导水管道的外部均包覆有硅酸盐隔热材料，以减少水在循环流动过程中的热量损失；所述第二导水管道、所述第三导水管道位于所述检测装置主箱体外部的部分为金属循环水管，金属循环水管也可吸收地热隧道内散发出的热量，实现循环水的快速换热。

优选的，所述导热管为环形紫铜导热管，环形紫铜导热管具有换热面积大和换热效率高的优点；所述导热管与所述第二导水管道、所述第三导水管道之间为可拆卸连接，以便测量时，工作人员可以先在隧道岩壁开孔内放置好导热管，然后再安装连接好整个检测装置，方便操作。

优选的，所述循环水泵为电动隔膜泵，电动隔膜泵的特点是不需灌引水，自吸能力强；它可以直接将被输送介质和传动机械件分开，所以介质绝对不会向外泄漏，且泵本身无轴液封，使用寿命大大延长。

优选的，所述溢流管的出口由旋塞进行密封，方便随时对出口进行开启和密封。

另一方面，本发明还提供了一种地热隧道散热量检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

a)在隧道岩壁上开孔，孔径、孔深与导热管相匹配，以导热管刚好放入且与孔壁互不接触为宜，同时计算获取孔的内表面积a；

b)将导热管与装置的第二导水管道、第三导水管道连接固定好，然后用硅酸盐保温棉将孔口封堵严密；

c)打开溢流管的出口，在水箱内加水，使水箱内的纯水保持恰好满溢的状态，计算获取水的质量m，同时用温度传感器获取此时水箱内纯水的温度t0；

d)控制模块控制循环水泵开始工作，同时计时器开始计时，记录计时器的初始时间t0；

e)根据温度传感器测得的温度数据，当水箱内水温持续30s稳定不再变化时，报警器报警，检测结束，与此同时计时器停止计时，循环水泵停止工作，此时水箱内水温为t1，计时器显示时间为t1；

f)根据热量公式计算得出单位时间岩壁散热量：

式中：q——单位时间，单位面积隧道岩壁的散热量，j/(m².s)；

c,m——分别为水的比热：(j/kg.℃)、质量：kg；

a——孔洞内表面积，m²；

t0、t1——箱内纯水的初始温度和终止温度，℃；

t0、t1——计时器初始和终止时的温度，s。

优选的，步骤a中，须采用标准规格的开孔器在隧道岩壁上开孔，以方便工作人员快速直接的获取孔的内表面积。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种地热隧道散热量检测装置的结构流程图。

图2为本发明一种地热隧道散热量检测装置的具体结构示意图。

图3为本发明一种地热隧道散热量检测装置上操作面板的示意图。

其中，图中，

1-检测装置主箱体，2-上箱体，3-下箱体，4-溢流管，5-循环水泵，6-控制模块，7-第一导水管道，8-第二导水管道，9-第三导水管道，10-水箱，11-导水板，12-旋塞，13-导热管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面根据图1-3详细描述本发明具体实施例中的地热隧道散热量检测装置及检测方法。

实施例：

如图1、图2所示，本发明实施例一种地热隧道散热量检测装置，包括：检测装置主箱体1，检测装置主箱体1又包括上下分隔的上箱体2和下箱体3。

其中，

下箱体3为保温箱体，该保温箱体采用硅酸盐保温材料制作，保温箱体内固定安装有一水箱10，保温箱体与水箱10之间由珍珠岩填充密实；水箱10其中一侧侧面的顶部设置有一出口能够启闭的溢流管4，溢流管4水平伸出至保温箱体的外部，溢流管4结构的设计主要是为了保证水箱10内水量的恒定，方便工作人员确定水的总质量；溢流管4的出口由旋塞12进行密封。

上箱体2内安装有循环水泵5、蓄电池、控制模块6、第一导水管道7以及第二导水管道8、第三导水管道9中的部分管道，第二导水管道8穿过上箱体2的侧壁伸出至上箱体2外部，第三导水管道9从下箱体3内伸出至上箱体2内，再穿过上箱体2的侧壁伸出至上箱体2外部；循环水泵5的进水端通过第一导水管道7与水箱10相连通，循环水泵5的出水端通过第二导水管道8与设于外部的导热管13进水口相连通，导热管13的出水口通过第三导水管道9与水箱10相连通，第一导水管道7和第三导水管道9分别安装于水箱10的两侧。

水箱10内设置有一温度传感器，温度传感器、循环水泵5以及蓄电池均与控制模块6电连接，控制模块6上还电连接有计时器和报警器。

本发明中的控制模块6为常见的plc可编程控制模块6，plc可编程控制模块6通过控制电路分别连接温度传感器、循环水泵5、计时器和报警器，温度传感器用以监测水箱10内水温的变化；循环水泵5用以确保水在换热过程中一直处于循环流动的状态；计时器用以计算水温变化期间设备的运行时间；报警器用以确定设备停止工作的时间。而蓄电池用于为各个设备供电，本发明中优选使用锂离子电池。

在本发明的一个具体实施例中，水箱10为空心圆柱体结构，并且在该空心圆柱体结构内部竖直且并排安装有数个导水板11，导水板11上密下疏有序排列钻有导孔，以使水箱10内部的冷水和热水能够快速的混合均匀。

在本发明的一个具体实施例中，第一导水管道7、第二导水管道8以及第三导水管道9的外部均包覆有硅酸盐隔热材料；第二导水管道8、第三导水管道9位于检测装置主箱体1外部的部分为金属循环水管。

在本发明的一个具体实施例中，导热管13为环形紫铜导热管；导热管13与第二导水管道8、第三导水管道9之间为可拆卸连接。

在本发明的一个具体实施例中，循环水泵5为可自吸的电动隔膜泵。

本发明实施例一种地热隧道散热量检测方法，包括以下步骤：

a)在隧道岩壁上开孔，孔径、孔深与导热管13相匹配，以导热管13刚好放入且与孔壁互不接触为宜，同时计算获取孔的内表面积a；

b)将导热管13与装置的第二导水管道8、第三导水管道9连接固定好，然后用硅酸盐保温棉将孔口封堵严密；

c)打开溢流管4的出口，在水箱10内加水，使水箱10内的纯水保持恰好满溢的状态，计算获取水的质量m，同时用温度传感器获取此时水箱10内纯水的温度t0；

d)控制模块6控制循环水泵5开始工作，同时计时器开始计时，记录计时器的初始时间t0；

e)根据温度传感器测得的温度数据，当水箱10内水温持续30s稳定不再变化时，报警器报警，检测结束，与此同时计时器停止计时，循环水泵5停止工作，此时水箱10内水温为t1，计时器显示时间为t1；

f)根据热量公式计算得出单位时间岩壁散热量：

式中：q——单位时间，单位面积隧道岩壁的散热量，j/(m².s)；

c,m——分别为水的比热：(j/kg.℃)、质量：kg；

a——孔洞内表面积，m²；

t0、t1——箱内纯水的初始温度和终止温度，℃；

t0、t1——计时器初始和终止时的温度，s。

进一步的，上述步骤a中，须采用标准规格的开孔器在隧道岩壁上开孔。

本发明装置外部设有与控制模块6电连接的操作面板，如图3所示，该操作面板上对应设有“开始”键和“停止”键，同时通过该操作面板也可以对应输入相关的计算数据，具体操作过程如下：

本发明操作面板上只需输入试验编号及孔洞内表面积，由于水箱10内水的质量是一定的，故系统内已提前自动记录；温度变化、运行时间及散热量计算均为控制模块6内的系统自行处理；

输入试验编号及孔洞内表面积后，按“开始”键，系统开始运行，计时器开始计时，温度计记录温度变化，并在操作面板上实时显示；

当达到设计停止条件时，温度变化及运行时间均显示最终结果，热量计算显示计算结果；短按“停止”键归零现有数据，长按“停止”键关机；根据操作面板右上角电量显示定期对装置内的蓄电池进行充电。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。