柜式地温能热、冷响应测试设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种柜式地温能热、冷响应测试设备，包括循环管路，电加热器，风冷热泵，水箱，水泵，流量传感器，温度传感器和用于接收现场流量和温度数据信号、并控制电加热器、风冷热泵和水泵工作状态的控制系统；电加热器、风冷热泵、水箱、水泵、流量传感器和温度传感器设置在循环管路上，并且与管路的连接方式均为可拆卸连接。本实用新型提供的测试设备具有体积适宜易移动，拆装方便易组装和维修；循环系统与控制系统集成于一体，操作方便、简单等优点；能够更加准确的测定岩土的换热能力。使用本实用新型的测试设备进行测试可按照要求进行恒定热量测试，也可建立稳定工况，且温度稳定。
【专利说明】
柜式地温能热、冷响应测试设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及浅层地温能勘查评价及地源热栗系统前期勘察测试技术领域，特别涉及一种柜式地温能热、冷响应测试设备。
【背景技术】
[0002]地埋管地源热栗系统具有高效、节能、环保等特性，是目前浅层地温能开发利用的主要形式，而地埋管换热器的设计是地源热栗系统设计的重点。地埋管换热器是供传热介质与岩土体换热，由埋在地下的密闭循环管组构成的换热器，又称土壤热交换器。根据管路埋设方式不同，分为水平地埋管换热器和垂直地埋管换热器。
[0003]地埋管地源热栗系统是目前浅层地温能开发利用的主要形式，而地埋管换热器的设计是地源热栗系统设计的重点。现有技术中，通常进行稳定热流热响应测试计算岩土综合热物性参数，这种测试是测试设备向地埋管换热器提供恒定热量，通过监测地埋管换热器的进、出水温度变化和流量数据，利用传热模型计算岩土平均导热系数等热物性参数。但是，原位热、冷响应测试设备普遍存在体积过大，精度不高，拆装不便，对水电要求过高的因素，因此经常出现场地无法满足上述测试条件，被迫调整方案，进而无法获取项目地准确的测试结果。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种体积适宜、拆装方便快捷的柜式地温能热、冷响应测试设备。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为:
[0006]—种柜式地温能热、冷响应测试设备，包括用于输送水的循环管路，用于对水加热的电加热器，用于对水加热或降温的风冷热栗，用于对循环管路内水的补给的水箱，用于输送水的水栗，用于检测水的流量的流量传感器，用于检测水的温度的温度传感器和用于接收现场流量和温度数据信号、并控制电加热器、风冷热栗和水栗工作状态的控制系统；
[0007]电加热器、风冷热栗、水箱、水栗、流量传感器和温度传感器设置在循环管路上，并且与管路的连接方式均为可拆卸连接。
[0008]作为进一步的技术方案，循环管路包括出水管和回水管；出水管末端设有出水口，回水管的始端设有回水口；
[0009]水箱设有支路管，支路管与水栗出口侧的出水管连接，支路管上设有第一阀门。
[0010]作为进一步的技术方案，风冷热栗设有与风冷热栗并联的旁通，旁通上设有第二阀门。
[0011]作为进一步的技术方案，温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器；出水管上设有第一温度传感器和第一压力变送器；回水管上位于电加热器进口侧设有第二温度传感器和第二压力变送器，位于电加热器出口侧设有第三温度传感器，流量传感器设置在水箱进口侧。
[0012]作为进一步的技术方案，出水口和回水口设有快接接头。
[0013]作为进一步的技术方案，出水口和回水口设有第一连接管和第二连接管，第一连接管一端与出水口快接接头连接，另一端设有快接接头;第二连接管一端与回水口快接接头连接，另一端设有快接接头。
[0014]作为优选的技术方案，快接接头为航空插头。
[0015]作为进一步的技术方案，控制系统包括:
[0016]PLC 控制器；
[0017]数据采集模块，用于现场温度、流量、电力参数和电加热功能率等参数采集；
[0018]数据输出模块，用于输出数据；
[0019]电压输出模块，用于控制上述电加热器；
[0020]变频器控制模块，用于控制上述的水栗；
[0021 ]以及远程控制及数据发布模块；
[0022]数据采集模块、数据输出模块、电压输出模块、变频器控制模块和远程控制及数据发布模块均与PLC控制器连接。
[0023]作为进一步的技术方案，控制系统还包括触摸屏，触摸屏与PLC控制器连接，用于实现人机交互。
[0024]作为进一步的技术方案，还包括第一柜体、第二柜体和第三柜体，循环管路、电加热器、水箱、水栗、流量传感器和温度传感器安装于第一柜体内，控制系统安装于第二柜体内，第三柜体为风冷热栗支架壳体。
[0025]采用上述技术方案，采用电加热器无级调节控制，与风冷热栗相结合，能够提供热源和冷源，可以根据具体测试需要设定适合的温度，从而更加准确的测定岩土的换热能力。本实用新型测试设备能够根据不同工况下岩土的换热能力调节测试设备，从而使地埋管进、出水温度和功率稳定，可以按照要求建立工况，无论是冬季工况还是夏季工况，并且温度稳走。
[0026]由于循环管路与地埋管形成闭合循环系统，使得通过控制系统能够对系统内水温和流量的监控，循环系统与控制系统集成于一体，操作方便、简单，对于现场的实际条件没有太多要求，基本上能够做到场地平整且有电源就能进行测试工作；
[0027]由于设备内装置均采用可拆卸连接方式，使得设备易拆卸，设备如有部件更换，可轻松的进行拆卸及组装。设备有自清洗功能，易保养，将清洁剂按比例加入系统中，用自清洗功能可轻松的进行管道清洗和加热设备的除垢，大大延长设备的使用寿命。
[0028]此外，本实用新型还具有:
[0029]1.风冷热栗可根据测试的实际需要，可间断使用，使系统采用电加热单一控制水温的方式进行测试，节约了设备能耗。
[0030]2.由军用航空插头进行对接，简单不易出错，采用防水设计，安全可靠;接线数量少，方便快捷;并且可根据用户实际需求现场制作不同长度的连接管，性价比高，大大的减少了用户的操作量。
[0031]3.控制系统可自动存储用户所需数据，并生成相应的数据曲线;可进行远程控制、远程数据发布，用户可以通过网络来获得设备的实时运行状态及相应的数据，能够做到现场无人值守。
【附图说明】
[0032]图1为本实用新型一种柜式地温能热、冷响应测试设备的原理示意图；
[0033]图2为本实用新型一种柜式地温能热、冷响应测试设备的使用状态原理示意图。
[0034]图中，1-水箱，2-出水管，3-回水管，4-电加热器，5-风冷热栗，6-水栗，7_第一阀门，8-第二阀门，9-第一温度传感器，10-第一压力变送器，11-第二温度传感器，12-第二压力变送器，13-第三温度传感器，14-流量传感器，15-快接接头，16-第一连接管，17-第二连接管，18-地埋管回水管，19-地埋管出水管。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此夕卜，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0036]如图1所示的本实用新型一种柜式地温能热、冷响应测试设备，包括用于输送水的循环管路，用于对水加热的电加热器4，用于对水加热或降温的风冷热栗5，用于对循环管路内水的补给的水箱1，用于输送水的水栗6，用于检测水的流量的流量传感器，用于检测水的温度的温度传感器和用于接收现场流量和温度数据信号、并控制电加热器4、风冷热栗5和水栗6工作状态的控制系统；
[0037]电加热器4、风冷热栗5、水箱1、水栗6、流量传感器和温度传感器设置在循环管路上，而循环管路包括出水管2和回水管3 ；出水管2的始端与水箱I连接，水栗6位于与水箱I连接的出水管2上，出水管2末端设有与地埋管连接的出水口 ；电加热器4和风冷热栗5设置在与水箱I连接的回水管3上，风冷热栗5位于电加热器4的出口侧，回水管3的始端设有与地埋管连接的回水口。
[0038]为方便设备维护或更换装置，电加热器4、水箱1、水栗6、流量传感器和温度传感器与管路的连接方式均为可拆卸连接，可以为法兰连接和螺纹连接等方式。
[0039]水箱I设有支路管，支路管与水栗6出口侧的出水管2连接，支路管上设有第一阀门7，通过设置支路管来对整体系统进行流量的调节，更高的满足了操作需求;为方便控制流量的大小，本实用新型的第一阀门7优选为电动阀门，电动阀门与控制系统电路线连接，可用控制系统来控制其开度大小。
[0040]风冷热栗5设有与风冷热栗5并联的旁通，旁通上设有第二阀门8，风冷热栗5的两端也设有切断阀；为风冷热栗5设置旁通的目的在于:1.进行排热试验时，把风冷热栗5旁通掉，水不进入到风冷热栗5里由旁通循环流动，减少了系统的阻力，同时可保护风冷热栗5内的管路在冬天不被冻裂;2.便于风冷热栗5检修。
[0041]温度传感器包括第一温度传感器9、第二温度传感器11和第三温度传感器13;出水管2上设有第一温度传感器9和第一压力变送器10;回水管3上位于电加热器4进口侧设有第二温度传感器11和第二压力变送器12，位于电加热器4出口侧设有第三温度传感器13，流量传感器14设置在水箱I进口侧;第一温度传感器9、第二温度传感器11、第三温度传感器13、第一压力变送器10、第二压力变送器12和流量传感器14与控制系统连接;流量传感器14优选为电磁流量计，控制系统内的电路线与装置和管路布局整齐、紧凑，没有交叉，使电路线拆装方便，便于更换零部件。为方便设备维护或更换装置，管路上的第一温度传感器9、第二温度传感器11、第三温度传感器13、第一压力变送器10、第二压力变送器12和电磁流量计与管路的连接方式采用可拆卸连接，可以为法兰连接和螺纹连接等方式。
[0042]出水口和回水口设有快接接头15，使用时，由于现场地埋管和设备一般不能直接连接，需要借助连接管，如图2所示，本实用新型的出水口和回水口设有第一连接管16和第二连接管17，第一连接管16—端与出水口快接接头15连接，另一端通过快接接头15与现场的地埋管回水管18连接;第二连接管17—端与回水口快接接头15连接，另一端通过快接接头15与地埋管出水管19连接;本实用新型优选的快接接头15为航空插头;第一连接管16和第二连接管17优选为不锈钢软管，可根据现场实际需求，制作成不同长度，也可根据实际情况采用其他材质。
[0043]控制系统包括PLC控制器;数据采集模块，用于现场温度、流量、电力参数和电加热功能率等参数采集;数据输出模块，用于输出数据;电压输出模块，用于控制上述电加热器；变频器控制模块，用于控制上述的水栗；以及远程控制及数据发布模块;各个模块都于PLC控制器连接。控制系统还包括触摸屏，其连接至PLC控制器，用于实现人机交互。可在测试过程中形成温度数据曲线，方便用户监控数据趋势。
[0044]为保证设备内各装置正常维护，对于易储水的水栗6、电加热器4、风冷热栗5和水箱11还设有专用排水阀。
[0045]本实用新型的循环管路、控制系统和风冷热栗5等设备均设置在柜式箱内，整套设备包括三个柜体，即第一柜体、第二柜体和第三柜体，循环管路、电加热器4、水箱1、水栗6、流量传感器和温度传感器安装于第一柜体内，控制系统安装于第二柜体内，第三柜体为风冷热栗5支架壳体。第一柜体、第二柜体和第三柜体底部可设有移动轮，使得整体设备虽然重量偏重，但移动较为方便。
[0046]工作原理:
[0047]本设备可进行岩土体初始平均温度测试、稳定热流测试和稳定工况测试。
[0048]岩土体初始温度测试可采用无功循环法、水温平衡法和垂直布置传感器法(设有12路传感器连接通道)三种方法进行测试，获得岩土体平均初始温度。
[0049]稳定热流测试是利用测试设备向地埋管换热器提供恒定热流，通过监测地埋管换热器的进、出水温度的变化和流量数据，对数据分析处理计算后得到岩土体的平均导热系数。
[0050]稳定工况测试包括冬季工况测试和夏季工况测试，冬季工况测试即冬季地埋管换热器的排热能力测试，利用测试设备稳定地建立冬季地埋管换热器的运行工况，在工况稳定的情况下测定地埋管换热器的换热量，从而确定每延米地埋管换热器的排热能力。夏季工况测试即夏季地埋管换热器的吸热能力测试，利用测试设备稳定地建立夏季地埋管换热器的运行工况，在工况稳定的情况下测定地埋管换热器的换热量，从而确定每延米地埋管换热器的吸热能力。
[0051 ]测试过程，整个设备无水的情况下连接到地埋管上，将设备的出水口的第一连接管16，回水口的第二连接管17分别与现场的地埋管回水管18和地埋管出水管19快接接头15连接，形成闭合循环测试系统，并且系统呈通路状态;在水箱I内补足整个系统所需的水后，通过电路控制系统，启动水栗6、电加热器4和风冷热栗5，通过控制系统选择不同试验模式，系统水开始自循环、加热或制冷；当然，风冷热栗5可根据需要选择性的使用，当风冷热栗5停用时，第二阀门8开启旁通为通路，系统水流经旁通循环;通过控制系统来对现场温度、压力和流量进行实时监控，根据测试需求调节加热或者制冷功率，使设备保持运行过程稳定；测试过程可形成数据曲线，并获得的测试数据自动储存在控制系统内，用户可用移动硬盘拷贝。此外，还可启用远程控制及数据发布模块，通过网络来获得设备的实时运行状态及相应的数据。
[0052]清洗过程，设备本身具备自清洗功能，可自动控制清洗的时间和水栗的启停，并设有系统内水温过高保护功能。当测试用水使用湖水或者河水时，因水质较差会对设备产生腐蚀;设备使用一段时间后，水路管路及设备会产生水垢，设备应定期进行清洁。测试过程完毕后，用一个清洁连接管或直接使用第一连接管16或第二连接管17，将设备的出水口和回水口连接，形成闭合循环清洗系统，往水箱I内加入一定比例的除垢剂，启动设备自清洗模式，通过控制水栗5的间断性的启停，除垢溶液进入系统，对系统内的污垢进行浸泡和冲洗，实现对管道清洗和加热器除垢；自清洗模式结束后，将连接管的一端打开，排出污水，再次将设备短接，采用清水自循环一段时间，将水泄出清洗过程完毕。
[0053]本实用新型还具有额外的功能:
[0054]1.整套设备供电连接方便、快捷，用户只需自行配制一个带有电度表的二级配电箱即可。
[0055]2.设备流量可在允许量程范围内任意设定，采用高精度流量传感器，且流量调节控制精度高。
[0056]3.设备电加热器功率可进行无极调节，用户可根据需求设置，设备运行过程稳定。
[0057]4.设备可进行地埋管、水井温度测试，土壤热干扰测试，温度恢复测试，以及多孔联合测试。可利用垂直布传感器方法测得岩土体初始温度等多种辅助功能。
[0058]5.设备虽然重量偏重，但移动较为方便，并且可根据用户需求自由组合，功能强大，运输也较为方便，是一款高度集成且高性价比的试验仪器。
[0059]以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种柜式地温能热、冷响应测试设备，其特征在于，包括用于输送水的循环管路，用于对水加热的电加热器，用于对水加热或降温的风冷热栗，用于对循环管路内水的补给的水箱，用于输送水的水栗，用于检测水的流量的流量传感器，用于检测水的温度的温度传感器和用于接收现场流量和温度数据信号、并控制所述电加热器、所述风冷热栗和所述水栗工作状态的控制系统； 所述电加热器、所述风冷热栗、所述水箱、所述水栗、所述流量传感器和所述温度传感器设置在所述循环管路上，并且与管路的连接方式均为可拆卸连接。2.根据权利要求1所述的柜式地温能热、冷响应测试设备，其特征在于，所述循环管路包括出水管和回水管;所述出水管末端设有出水口，所述回水管的始端设有回水口 ； 所述水箱设有支路管，所述支路管与所述水栗出口侧的所述出水管连接，所述支路管上设有第一阀门。3.根据权利要求1所述的柜式地温能热、冷响应测试设备，其特征在于，所述风冷热栗设有与所述风冷热栗并联的旁通，所述旁通上设有第二阀门。4.根据权利要求2所述的柜式地温能热、冷响应测试设备，其特征在于，所述温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器;所述出水管上设有所述第一温度传感器和第一压力变送器;所述回水管上位于所述电加热器进口侧设有所述第二温度传感器和第二压力变送器，位于所述电加热器出口侧设有所述第三温度传感器，所述流量传感器设置在所述水箱进口侧。5.根据权利要求2所述的柜式地温能热、冷响应测试设备，其特征在于，所述出水口和回水口设有快接接头。6.根据权利要求5所述的柜式地温能热、冷响应测试设备，其特征在于，所述出水口和所述回水口设有第一连接管和第二连接管，所述第一连接管一端与所述出水口快接接头连接，另一端设有快接接头;所述第二连接管一端与所述回水口快接接头连接，另一端设有快接接头。7.根据权利要求5或6所述的柜式地温能热、冷响应测试设备，其特征在于，所述快接接头为航空插头。8.根据权利要求1所述的柜式地温能热、冷响应测试设备，其特征在于，所述控制系统包括: PLC控制器； 数据采集模块，用于现场温度、流量、电力参数和电加热功能率等参数采集； 数据输出模块，用于输出数据； 电压输出模块，用于控制上述电加热器； 变频器控制模块，用于控制上述的水栗； 以及远程控制及数据发布模块； 所述数据采集模块、所述数据输出模块、所述电压输出模块、所述变频器控制模块和所述远程控制及数据发布模块均与所述PLC控制器连接。9.根据权利要求8所述的柜式地温能热、冷响应测试设备，其特征在于，所述控制系统还包括触摸屏，所述触摸屏与所述PLC控制器连接，用于实现人机交互。10.根据权利要求1所述的柜式地温能热、冷响应测试设备，其特征在于，还包括第一柜体、第二柜体和第三柜体，所述循环管路、所述电加热器、所述水箱、所述水栗、所述流量传感器和所述温度传感器安装于所述第一柜体内，所述控制系统安装于所述第二柜体内，所述第三柜体为风冷热栗支架壳体。
【文档编号】G01D21/02GK205580514SQ201620313667
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】毕文明, 郭建峰, 李忠兰, 王建
【申请人】北京华清荣昊新能源开发有限责任公司