[發明專利]淺層巖土體熱物理性質原位測試儀

有效

• 申請號: 200810241092.7
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN101477071A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 陳昌富;孫友宏;王慶華;吳曉寒;李淑穎;張楠;劉冬生
• 申請（專利權）人: 中航勘察設計研究院
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N33/24
• 代理公司: 中國航空專利中心
• 代理人: 李建英

技術領域

本發明屬于地源熱物理領域，涉及一種淺層巖土體熱物理性質原位測試儀。

背景技術

地源熱泵技術以其節約化石能源和環保等優勢在歐美等國家早已廣泛應用。但該技術在我國推廣過程中面臨一個主要的技術問題，即地層的熱物性大都來自實驗室測試，甚至相當一部分工程設計依靠經驗和估算。由于地層熱物性參數是影響地源熱泵地下埋管長度的主要因素，尤其對于大型的垂直埋管熱泵系統，需進行現場地層熱物性原位測試，以得到較準的鉆孔地層平均導熱系數和鉆孔的熱阻。自1996年世界上出現第一臺現場測試地層熱物性設備以來，已有20多個國家擁有了相同或相近的設備。北京工業大學2007年碩士畢業論文《熱反應實驗及其應用的研究》中所介紹地熱熱物性測試儀采用電加熱器作為熱源，雖然能控制熱流密度的大小，但是只能進行往地下土壤中輸送熱量的測試，而不能進行從地下土壤中提取熱量的測試。2007年8月由中國資源綜合利用協會地溫資源綜合利用專業委員會舉辦的地溫能與熱泵技術應用高層論壇中論文《地埋管地源熱泵系統地下換熱器熱(冷)響應測試車研制》中所介紹的由北京華清集團研制的熱響應測試設備采用了熱泵做為熱源或冷源，但是并有熱流密度的自動控制功能。

發明內容

本發明的目的是提供一種既能模擬地源熱泵系統制冷運行工況又能模擬供暖運行工況的淺層巖土體熱物理性質原位測試儀。本發明的技術解決方案是：測試儀包括至少一個排氣裝置，一個循環水泵、水泵前至少一個第1溫度傳感器和水泵后至少一個第2溫度傳感器，至少一個熱泵，熱泵后至少一個第3溫度傳感器，一個排氣閥，壓力變送器、一個第5溫度傳感器和一個電磁流量計，控制裝置，測試儀還包括一個電動三通分流調節閥，一個冷凝器和一個第4溫度傳感器在所述調節閥后的支路I上；排氣裝置依次與置于水泵前的第1溫度傳感器、循環水泵、置于水泵后的第2溫度傳感器、熱泵、置于熱泵后的第3溫度傳感器、電動三通分流調節閥、壓力變送器、置于三通分流后的第5溫度傳感器、電磁流量計相連；冷凝器依次與排氣閥、電動三通分流調節閥相連；壓力變送器與電動三通分流調節閥之間引出一個管路依次與第4溫度傳感器、冷凝器相連；水箱上一個管路通過閥門I連接到排氣裝置和置于水泵前的第1溫度傳感器之間，水箱上另一個管路通過閥門II連接到排氣裝置和置于水泵前的第1溫度傳感器之間，并在該另一個管路的閥門II和水箱之間引出一個進水口；置于水泵后的第2溫度傳感器和熱泵之間引出一個管路通過閥門III連接到電磁流量計后端；控制裝置中的溫度采集和數模轉換裝置分別與置于熱泵后的第3溫度傳感器、第4溫度傳感器、置于三通分流后的第5溫度傳感器和置于循環水泵前的第1溫度傳感器相連，調整電動三通分流調節閥的分流比例的裝置通過溫度采集和數模轉換裝置，與置于三通分流后的第5溫度傳感器、置于循環水泵前的第1溫度傳感器相連。

所述的電動三通分流調節閥自動控制裝置包括，

1)采集置于熱泵后的第3溫度傳感器和第4溫度傳感器的溫度數據并進行數模轉換的裝置；

2)通過所采集的溫度數據計算電動三通分流調節閥的分流比例的裝置；

3)采集置于三通分流后的第5溫度傳感器和置于循環水泵前的第1溫度傳感器的溫度數據并進行數模轉換的裝置；

4)通過采集置于三通分流后的第5溫度傳感器和置于循環水泵前的第1溫度傳感器的溫度數據調整電動三通分流調節閥的分流比例的裝置。

本發明具有的優點和有益效果，該測試采用熱泵作為冷、熱源可以進行供冷或供熱工況下的巖土體熱物性測試；研究熱泵系統的運行性能以及大地溫度場的恢復狀態等；測量設備精度較高，測試運行穩定可靠，測試數據準確；采用電動三通分流調節閥保證輸入或提取的熱量恒定，便于應用現有恒熱流傳熱模型進行數據分析和計算。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明電動三通分流控制流程圖；

圖3為測試儀的電氣控制原理圖

圖4為熱物性測試過程示意圖；

圖5為測試儀輸入地下的熱量隨運行時間的變化曲線圖；

圖6為計算擬合曲線圖。

具體實施方式