专利名称：一种岩土传热性能测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热性能测试仪，具体一种为现场测定岩土体传热、储热性能的岩 土传热性能测试仪。
背景技术：
近年来，基于地埋管钻孔形式的浅层地热能资源开发应用技术在建筑节能领域倍 受青睐，尤其是岩土体高温储热技术为最大程度利用太阳能、工业废热等资源提供了有效 的实现方式。掌握岩土体的传热性能对于实施上述技术具有重要的指导意义。岩土体的传 热性能指标主要包括岩土平均热导率和单位深度换热量，其中单位深度换热量按传热方式 还可分为排热换热量和取热换热量。目前市场上使用的岩土热响应测试仪仅仅采用绝热型电加热器来提供测试热源， 以恒热流排热方式来获得岩土的平均热导率，并以该参数来指导地源热泵系统设计。该测 试仪仪器存在工况调节性差(适用于夏季工况)，加热热流受现场电压波动影响严重，经常 导致很大的后期数据处理误差，且该仪器只能进行单工况测试，测温范围小(仅为常温至 400C )，无法获得取热工况的换热量数据，使用受到很大限制等缺点。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种岩土传热性能 测试仪，该测仪通过排热和取热工况试验来获得岩土体的单位深度换热量和平均热导率， 可为浅层地热能储能系统设计提供实际参数依据，具有结构简单，测温范围广，适用于现场 实际使用等特点。本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，设计一种岩土传热性能测试仪，其 特征在于该测试仪包括箱体、热源部分、冷源部分和用户部分；所述热源部分包括内部设 置加热器的恒温水箱，加热器与恒温水箱外的控制器相连接；所述冷源部分包括恒温水箱 内部设置的蒸发器，蒸发器的两端分别与恒温水箱外的压缩机的一端和膨胀阀的一端相连 接；压缩机的另一端和膨胀阀的另一端分别连接在冷凝器的两端上；压缩机通过信号线还 与控制器相连接；所述用户部分包括地埋管换热器的接口阀门，接口阀门的两端分别通过 循环水泵和热量表与恒温水箱连接，热量表还与数据记录仪相连接，循环水泵通过信号线 也与控制器相连接；除所述接口阀门设置在箱体的外边之外，其余零部件均安装在箱体之 内。与现有技术相比，本实用新型测试仪由于采取冷热补偿技术，通过高精度PID控 制技术来实现恒定水箱温度，可调节性良好，稳定性可达到士0. 5°C，从而保证稳定的换热 条件，以减小测试误差；本实用新型测试仪结构紧凑，安装灵活，操作简便，适合批量化生产。
图1为本实用新型岩土传热性能测试仪一种实施例的组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本实用新型本实用新型设计的岩土传热性能测试仪(简称测试仪，参见图1)，其特征在于该 测试仪包括箱体13、热源部分、冷源部分和用户部分；所述热源部分包括内部设置加热器5 的恒温水箱1，加热器5与恒温水箱1外的控制器6 (PID)相连接；所述冷源部分包括恒温 水箱1内部设置的蒸发器4，蒸发器4的两端分别与恒温水箱1外的压缩机7的一端和膨胀 阀8的一端相连接；压缩机7的另一端和膨胀阀8的另一端分别连接在冷凝器9的两端上； 压缩机7通过信号线还与控制器6相连接；冷却风机10安装在冷凝器9的上方位置；所述 用户部分包括地埋管换热器的接口阀门2，接口阀门2的两端分别通过循环水泵3和热量 表11与恒温水箱1连接，热量表11还与数据记录仪12相连接，循环水泵3通过信号线也 与控制器6相连接；除所述接口阀门2设置在箱体13的外边之外，其余零部件均安装在箱 体13之内。现有技术测试仪采用绝热型电加热器来提供热源，只能测试岩土夏季储热性能， 测温范围仅为常温-40°c。本实用新型测试仪进行了全新设计，采用基于制冷循环和可调加 热器的PID冷热补偿技术，来维持稳定的换热条件，可以获得岩土夏季储热性能和冬季取 热性能，且测温范围扩大至5-80°C，从而使该技术的应用领域变得更加广阔。本实用新型测试仪包括两个循环回路一个是蒸发器4与压缩机7、膨胀阀8、冷凝 器9构成的制冷循环回路；另一个恒温水箱1通过循环水泵3与地埋管换热器构成换热循 环回路。本实用新型测试仪恒温水箱1的工作或测试温度范围为5_80°C，大于现有技术的 常温-40°C。本实用新型测试仪的进一步特征在于，所述蒸发器4安装在加热器5的上方位置； 所述冷却风机10安装在冷凝器9的上方位置。所述蒸发器4安装在加热器5上方位置的 好处是更有利于冷热补偿，维持恒温水箱1内的温度稳定。所述冷却风机10安装在冷凝器 9的上方位置的好处是更便于与室外空气进行充分换热。本实用新型测试仪的进一步特征还在于，所述的蒸发器4采用多层套管式结构。 这种结构有利于提高单位体积的制冷效率，实现紧凑化结构设计；所述的冷凝器9采用翅 片管式结构。这种结构有利于增大与室外空气的换热面积，提高制冷效率。本实用新型测试仪适用于150m深度以内岩土体的传热性能测试。所述地埋管换 热器的匹配形式包括单U型、双U型以及套管型等。本实用新型测试仪的工作原理和过程如下首先，将单U型或双U型地埋管换热 器与所述测试仪的接口阀门2相连接，再将恒温水箱1中注满水或防冻液，并确认气密性良 好，然后开始测试工作。本实用新型测试仪包括两种测试工作模式排热模式和取热模式。排热模式适用 于测试岩土体的夏季储热性能，而取热模式适用于测试岩土体的冬季取热性能。这种设计 扩大了测试仪的工况范围，更适用于实际应用。[0018]对于排热模式，先通过控制器6 (PID)设定恒温水箱1的温度，温度范围为常温至 80°c ；再开启循环水泵3，进行岩土体排热。在控制器6的干预下，恒温水箱1中的流体温 度会保持一个相对稳定数值。当达到稳定换热状态时，关闭循环水泵3 ；然后重新设定恒温 水箱1的温度，进入另一工况测试。对于取热模式，先通过控制器6设定恒温水箱1的温度，温度范围为5°C至常温； 再开启循环水泵3和压缩机7，所述膨胀阀8、冷凝器9和冷却风机10同时也处于工作状态。 在加热器5的温度补偿和控制器6的干预下，恒温水箱1中的流体温度会保持一个相对稳 定数值。当达到稳定换热状态时，关闭循环水泵3和压缩机7 ；然后重新设定恒温水箱1的 温度，进入另一工况测试。在上述测试工作过程中，热量表11可实时记录地埋管换热器的接口阀门2处的温 度和循环流量，并通过数据记录仪12打印输出，以供后续数据处理时使用。本实用新型测试仪设计了 一个恒温水箱1，并通过循环水泵3与地埋管换热器构 成循环回路，可通过一定流量下进出口温度的变化情况来获得岩土体的传热性能；在恒温 水箱1内设置了加热器5，并与控制器6相连接，可以实现室温至80°C范围内的恒定排热 流体温度；在恒温水箱1内还设置了蒸发器4，与压缩机7、膨胀阀8、冷凝器9和冷却风机 10 一起构成冷却循环，并通过控制器6和加热器5的协调作用，可以实现5°C至室温范围 内的恒定取热流体温度测试。本实用新型设计的测试仪突破了传统技术的测温范围有限， 且只能测试夏季工况的限制，并将应用范围扩展至岩土体高温储热领域，测温范围扩展至 5-80°C，可以获得岩土的夏季储热和冬季取热性能参数，对于实现浅层地热能的高效利用 以及太阳能、工业废热的跨季节利用具有实际指导作用。
权利要求1.一种岩土传热性能测试仪，其特征在于该测试仪包括箱体、热源部分、冷源部分和用 户部分；所述热源部分包括内部设置加热器的恒温水箱，加热器与恒温水箱外的控制器相 连接；所述冷源部分包括恒温水箱内部设置的蒸发器，蒸发器的两端分别与恒温水箱外的 压缩机的一端和膨胀阀的一端相连接；压缩机的另一端和膨胀阀的另一端分别连接在冷凝 器的两端上；压缩机通过信号线还与控制器相连接；所述用户部分包括地埋管换热器的接 口阀门，接口阀门的两端分别通过循环水泵和热量表与恒温水箱连接，热量表还与数据记 录仪相连接，循环水泵通过信号线也与控制器相连接；除所述接口阀门设置在箱体的外边 之外，其余零部件均安装在箱体之内。
2.根据权利要求1所述的岩土传热性能测试仪，其特征在于所述蒸发器安装在加热器 的上方位置；所述冷却风机安装在冷凝器的上方位置。
3.根据权利要求1所述的岩土传热性能测试仪，其特征在于所述的蒸发器采用多层套 管式结构；所述的冷凝器采用翅片管式结构。
4.根据权利要求1、2或3所述的岩土传热性能测试仪，其特征在于所述测试仪的测温 范围为5-800C ο
专利摘要本实用新型公开一种岩土传热性能测试仪，其特征在于该测试仪包括箱体、热源部分、冷源部分和用户部分；所述热源部分包括内部设置加热器的恒温水箱，加热器与恒温水箱外的控制器相连接；所述冷源部分包括恒温水箱内部设置的蒸发器，蒸发器的两端分别与恒温水箱外的压缩机的一端和膨胀阀的一端相连接；压缩机的另一端和膨胀阀的另一端分别连接在冷凝器的两端上；压缩机通过信号线还与控制器相连接；所述用户部分包括地埋管换热器的接口阀门，接口阀门的两端分别通过循环水泵和热量表与恒温水箱连接，热量表还与数据记录仪相连接，循环水泵通过信号线也与控制器相连接；除所述接口阀门设置在箱体的外边之外，其余零部件均安装在箱体之内。
文档编号G01N25/20GK201885986SQ20102062554
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者杜红普, 王华军, 顾吉浩, 齐承英 申请人:河北工业大学
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