CN208206849U - 地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒，涉及地源热泵技术领域，包括本体，所述本体为筒形，所述本体侧面设有多个安装孔，所述安装孔上设有测温元件，所述测温元件从安装孔探出，所述安装孔之间的距离从本体的一端依次增大。本实用新型是专门针对地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置而制作的测温棒，该测温棒在校验装置中便于装配，易于安装；具有测温精度高，测温精度小于0.1℃；测温分辨率高，测温分辨率为0.01℃；定位准确、校验装置测温范围在0～100℃内，测量数据可远传至上位机等的优点。

Description

地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒

技术领域

本实用新型涉及地源热泵技术领域，具体涉及地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒。

背景技术

地源热泵作为一项绿色、节能、环保的系统技术，近年来日益受到人们的重视和推广。地下岩土热物性参数是地源热泵地热换热器的设计中所需要的很重要的参数，岩土热物性参数的大小对钻孔的数量及钻孔的深度具有显著的影响，进而影响地源热泵系统的初投资。

由于岩土热物性的不确定性和不可知性，设计人员只能在某种土壤或岩石导热系数范围内采用较低值，导致设计系统规模过大。因此要进行地源热泵地埋管换热器的现场热响应测试，国标“GB50366-2005地源热泵系统工程技术规范(2009年版)”对现场热响应测试做了详细规定。现场热响应测试最重要的环节就是根据测量的地埋管进出口流体的温度、流量、换热量等参数，推导计算出地下岩土体的导热系数、热容等热物性参数，以便了解掌握地下岩土体的差异及对地源热泵系统的影响，才能真正的做到地源热泵系统设计合理，运行可靠、经济性高。执行现场热响应测试的仪器称为现场热物性测量仪。

例如，申请号为201710598336.6、201610932521.X、201420868088.4、201220678739.4、 201210441003.X、201210207869.4、201220140459.8、201110223663.6、201010556776.3、 201010542651.5、201110028685.7、201310010514.0、201410635924.9、201120152222.7的中国专利均公开了用于岩土热物性测试的装置和方法。

但是目前并没有关于现场热物性测试装置的校验装置。

对此，申请人研发了现场热物性测试仪标定装置和方法，用于对地埋管换热器现场热物性测量仪进行校验，并已经申报专利，但还处于审查阶段，该校验装置可以对现有的现场热物性测量仪进行温度、流量、热量、电功量等的校准。该校验装置包括沙箱、U型PE管、加热水箱、循环水泵；该装置需要测量钻孔、沙箱内沙子、U型PE管外壁的温度场分布，以便于对现有的现场热物性测量仪进行校准。其中，钻孔表面和沙箱内沙子需要测量多点的温度场分布，且需要较高的定位准确度、较高的温度精度及温度分辨率，定位不准对热物性参数的计算有较大影响，测温精度不足将影响对现场热物性测量仪测量参数的校准，因温度变化较小，测温分辨率不够则导致无法分辨微小的温度变化。

所以，目前急需开发出安装位置定位准确、测温精度高、测温分辨率高的地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置的专用测温装置。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种安装位置定位准确、测温精度高、测温分辨率高的地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒。

技术方案如下：

地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒，包括本体，所述本体为筒形，所述本体侧面设有多个安装孔，所述安装孔上均设有测温元件，所述测温元件从安装孔探出，所述安装孔之间的距离从本体的一端依次增大。

其中，所述本体上安装孔之间距离密集的一端设有卡箍，所述本体上设有卡箍的一端超出卡箍，所述本体上设有卡箍的端部设有测温元件。

其中，所述测温元件上的测温元件引线从本体上的引线孔中引出。

其中，所述本体内填充有灌封胶。所述灌封胶优选为环氧树脂，所述灌封胶能够防潮填缝，提高本体的强度和韧度，以及固定测温元件引线。

安装有地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的校验装置，包括沙箱地埋管环路，所述沙箱地埋管环路包括沙箱，所述沙箱中填满均匀沙子，所述沙子的热物性参数已知，所述沙箱内水平设有水泥柱，所述水泥柱用来模拟钻孔，水泥柱的热物性参数已知，所述水泥柱中设有地埋管，在所述水泥柱轴线的垂直方向上，所述沙箱上设有多个断面，在所述沙箱断面上环绕所述水泥柱外周均匀设有多个所述专用测温棒，所述专用测温棒通过测温元件引线与数据采集装置连接，所述专用测温棒的本体通过卡箍固定到水泥柱上，所述卡箍与水泥柱之间设有隔热垫。所述隔热垫用来防止卡箍与水泥柱之间的热交换，防止热损失造成测温误差，测温更加准确。

其中，所述水泥柱为圆柱形，所述卡箍为半环形，所述卡箍的直径小于水泥柱的直径。

其中，还包括外部管路，所述外部管路包括第一温度传感器、流量计、第一三通阀、循环水泵、水箱、第二三通阀、第二温度传感器，其中，所述循环水泵的出口与水箱的进口连接，所述水箱的出口经第二三通阀与地埋管的进口连接，所述地埋管的出口经第一三通阀与所述循环水泵的入口连接，所述第一温度传感器和流量计设于所述地埋管的出口与第一三通阀之间，所述第二温度传感器设于所述第二三通阀与地埋管的进口之间，所述第一温度传感器、流量计和第二温度传感器均与数据采集装置连接，所述第一三通阀的第三个接口和第二三通阀的第三个接口分别与待校验的热物性测量仪进口和出口连通，所述水箱中设有加热器，所述循环水泵和水箱之间设有补水箱。

其中，所述沙箱顶部开口，所述沙箱上方设有喷淋装置，所述沙箱底部朝向水箱一侧倾斜，所述沙箱朝向水箱一侧的下方设有排水口，所述水箱外设有排水沟，所述喷淋装置为排水管，所述排水管上打喷淋孔，所述排水管与地表上的水管相连接。

优选的，所述测温元件为热敏电阻，热敏电阻的数量设置为九个，在本体上靠近卡箍的一端，前四个热敏电阻之间的距离相同，第五个和第六个热敏电阻之间的距离，以及第五个与第四个热敏电阻之间的距离相同，且是前四个热敏电阻之间距离的1.5倍，第七、八、九之间的距离，以及第七个热敏电阻与第六个热敏电阻之间的距离相同，且是前四个热敏电阻之间距离的2倍。这样设置，能够适应校验装置内温度场的分布。所述校验装置内的温度场的分布是从内到外逐渐减小的，且从内到外温度梯度越来越小。

再优选的，所述热敏电阻为铠装热敏电阻。铠装热敏电阻具有精确、灵敏、热响应时间快、质量稳定、使用寿命长的优点。

优选的，所述卡箍为半环形，卡箍的直径小于水泥柱的直径，卡箍的两端沿着半径方向向外延伸有沿板，所述沿板上设有螺纹孔。这样设计，当测温棒通过卡箍固定在水泥柱上时，由于卡箍直径小于水泥柱直径，卡箍螺纹孔上的螺丝拧紧时，就会使卡箍发生形变，使测温棒上能紧紧顶在水泥柱上。

安装地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的校验装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)控制所述第一三通阀和第二三通阀的开关，使所述水箱和沙箱之间连通，用于分别连通所述待校验的热物性测量仪进口和出口的第一三通阀的第三个接口和第二三通阀的第三个接口关闭；

(2)打开所述循环水泵，驱动所述沙箱和水箱及连接管路中的水流动，开启所述水箱中的加热器，用于对水箱中的水进行加热，利用所述数据采集装置采集专用测温棒、第一温度传感器、流量计、第二温度传感器测得的温度和流量数据作为参照测试数据；

(3)将步骤(2)中采集的参照测试数据和数学模型，估算所述沙箱内沙子和/或水泥柱的热物性参数；

(4)控制所述第一三通阀和第二三通阀的开关，并关闭所述循环水泵，使所述待校验的热物性测量仪和沙箱之间连通，使所述水箱和沙箱之间关闭；

(5)启动所述待校验的热物性测量仪，使所述待校验的热物性测量仪内部的水通过沙箱内的单U型地埋管循环流动，利用所述待校验的热物性测量仪内部的温度、流量仪表测量并记录温度、流量数据作为实际测试数据；

(6)根据步骤(5)测得的实际测试数据和数学模型，估算所述沙箱内沙子和/或水泥柱的热物性参数；

(7)将步骤(6)与步骤(3)计算得到的热物性参数进行比对，以校验待校验的热物性测量仪的内部的温度、流量仪表。

所述的步骤(1)—(3)用于对所述校验装置进行调试，当所述校验装置运行正常时，才可进行后续步骤；所述步骤(4)用于将所述待校验的热物性测量仪在所述校验装置上进行运转试验，在所述运转试验中，水从沙箱中流出后，经过第一温度传感器、流量计、第一三通阀进入到待校验的热物性测量仪中，然后水流经第二三通阀、第二温度传感器回到沙箱中，检查所述运转试验过程中所述待校验的热物性测量仪是否正常工作，当所述待校验的热物性测量仪正常工作时，才可进行后续步骤。

其中，在所述步骤(2)中，打开所述循环水泵之前，开启喷淋装置，用于对模拟渗流情景下的现场校正。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型提出的地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置的专用温度测量棒，是专门针对地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置而制作的测温棒，该测温棒在校验装置中便于装配，易于安装；设置多个安装孔和测温元件，具有测温精度高，测温精度小于0.1℃；测温分辨率高，测温分辨率为0.01℃；校验装置测温范围在0～100℃内，测量数据可远传至上位机的优点，设置卡箍能够方便测温棒与水泥柱相接触，定位准确，安装孔的设置能够更适用与沙箱中的温度场分布，测量精度高。

2、安装有地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的校验装置，使水箱和待校验的热物性测量仪并联连接沙箱，能够获得用于校验的参照测试数据和实际测试数据，根据参照测试数据和实际测试数据而分别计算得到的热物性参数，对待校验的热物性测量仪进行校验，保证了待校验的热物性测量仪的测量精度。

附图说明

图1是地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的结构示意图；

图2是图1中A-A的剖视图；

图3安装有图1所示地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的校验装置的系统图；

图4是图3的沙箱断面示意图。

附图标记：1-沙箱，2-沙子，3-地埋管，4-隔热垫，5-水泥柱，6-第一温度传感器，7-待校验的热物性测量仪，8-循环水泵，9-水箱，10-补水箱，11-第二三通阀，12-流量计，13-第二温度传感器，14-数据采集装置，15-喷淋装置，16-第一三通阀，301-本体，302-安装孔，303-引线孔，304-测温元件，305-测温元件引线，306-卡箍，307-沿板，308-螺纹孔，309- 灌封胶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的阐述。

实施例：

如图1、图2所示，地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒，包括本体301，所述本体301为筒形，所述本体301侧面设有多个安装孔302，所述安装孔302上均设有测温元件304，所述测温元件304从安装孔302探出，所述安装孔302之间的距离从本体301的一端依次增大。

所述本体301上安装孔302之间距离密集的一端设有卡箍306，所述卡箍306用于将本体301固定到水泥柱5上。所述本体301上设有卡箍306的一端超出卡箍306，所述本体301上设有卡箍306的端部设有测温元件304。

优选的，所述测温元件304为热敏电阻，热敏电阻的数量设置为九个，本体301上靠近卡箍306的一端，前四个热敏电阻之间的距离相同，第五个和第六个热敏电阻之间的距离，以及第五个与第四个热敏电阻之间的距离相同，且是前四个热敏电阻之间距离的1.5倍，第七、八、九之间的距离，以及第七个热敏电阻与第六个热敏电阻之间的距离相同，且是前四个热敏电阻之间距离的2倍。这样设置，能够适应校验装置内温度场的分布。校验装置内的温度场的分布是从内到外逐渐减小的，且从内到外温度梯度越来越小。或者，根据温度场的分布布置安装孔302之间的距离。

再优选的，所述热敏电阻为铠装热敏电阻。铠装热敏电阻具有精确、灵敏、热响应时间快、质量稳定、使用寿命长的优点。

具体的，所述本体301为圆筒体，本体301的长度为1200mm，本体301的截面直径为15mm，本体的壁厚0.5mm，所述安装孔302设有九个，且位于同一直线上，安装孔302的直径为5mm，均安装测温元件304，九个铠装热敏电阻从上到下相互间的距离分别为100mm、100mm、100mm、 150mm、150mm、200mm、200mm、200mm。

热敏电阻的阻值与温度之间存在非线性关系，为了能够得到准确的测量数据，需要采用 Fluke2638A对热敏电阻进行校正。

其中，所述测温元件304上的测温元件引线305从本体301上的引线孔303中引出。具体的，所述测温元件引线305为两芯七股，0.16mm丝径、3.4mm外径的铜芯线，测温元件引线305用特氟龙材料做防水处理，所述引线孔303设于有安装孔302的本体背面中间位置，且设有一个，所有的测温元件引线305均从引线孔302中引出，并用热熔胶棒固定。

其中，所述本体301内填充有灌封胶309。整个本体301采用PVC塑料制成，因为PVC塑料导热系数低，对沙箱1内温度场的影响小；所述灌封胶309选择环氧树脂，能够防潮填缝，提高本体309的强度和韧度，以及固定测温元件引线304。

其中，所述本体301上设有卡箍306的一端超出卡箍306。具体的，本体301超出卡箍306的长度为5mm，这样设置，能够在本体301安装到水泥柱5上后，最靠近卡箍306的测温元件304能与水泥柱5充分接触，达到精确定位的效果。

如图3、图4所示，安装有图1所示地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的校验装置，包括沙箱地埋管环路，所述沙箱地埋管环路包括沙箱1，所述沙箱1中填满热物性参数已知的均匀沙子2，沙箱1里填满的均匀沙子用于替代地下岩土，所述沙箱1内水平设有水泥柱，所述水泥柱5用来模拟钻孔，水泥柱5的热物性参数已知，所述水泥柱5 中设有地埋管3，所述地埋管3为单U型地埋管，在水泥柱5轴线的垂直方向上，所述沙箱1 上设有多个断面，在所述沙箱1断面上环绕所述水泥柱5外周均匀设有多个所述专用测温棒，所述专用测温棒通过测温元件引线305与数据采集装置14连接，所述专用测温棒的本体301 通过卡箍306固定到水泥柱5上，所述卡箍306与水泥柱5之间设有隔热垫4。所述隔热垫4 用来防止卡箍306与水泥柱5之间的热交换，防止热损失造成测温误差，测温更加准确。所述专用测温棒检测水泥柱5表面、沙箱1内沙子2的温度场分布。

其中，所述水泥柱5为圆柱形，所述卡箍306为半环形，所述卡箍306的直径小于水泥柱5的直径。

具体的，所述沙箱1是2.55×2.55×21m的长方体，其结构为钢筋混凝土，厚度为250mm，水泥柱5设于沙箱1中心，且其直径为15cm。所述沙箱1断面设有七个，每个断面上环绕水泥柱5外周均匀设置有四个专用测温棒，即每个专用测温棒之间的轴线夹角为90°。沙箱1 一侧留有抽拉式检修门，方便后期的填砂和往外排砂以及测温元件的检修，为避免周围环境对沙箱1的影响，沙箱1体外墙需做保温处理，沙箱1外墙利用保温泡沫板和水泥砂浆制成。

具体的，所述卡箍306的两端沿着半径方向向外延伸有沿板307，所述沿板307上设有螺纹孔308。这样设计，当本体301通过卡箍306固定在水泥柱5上时，由于卡箍306直径小于水泥柱5直径，卡箍306螺纹孔308上的螺丝拧紧时，就会使卡箍306发生形变，使本体306能紧紧顶在水泥柱5上。

具体的，所述半环形卡箍306外周半径为75mm，厚度为0.5mm，所述沿板307和卡箍306 焊接连接，或者一体式设计，所述螺纹孔08的直径为15mm，所述螺纹孔308用于将本体安装在水泥柱5上，所述卡箍306和沿板307的制作材料选择金属材质。

其中，还包括外部管路，所述外部管路包括第一温度传感器6、流量计12、第一三通阀 16、循环水泵8、水箱9、第二三通阀11、第二温度传感器13，其中，所述循环水泵8的出口与水箱9的进口连接，所述水箱9的出口经第二三通阀11与地埋管3的进口连接，所述地埋管3的出口经第一三通阀16与所述循环水泵8的入口连接，所述第一温度传感器6和流量计12设于所述地埋管3的出口与第一三通阀16之间，所述第二温度传感器13设于所述第二三通阀11与地埋管3的进口之间，所述第一温度传感器6、流量计12和第二温度传感器13 均与数据采集装置14连接，所述第一三通阀16的第三个接口和第二三通阀11的第三个接口分别与待校验的热物性测量仪7进口和出口连通，所述水箱9中设有加热器，，用于加热水箱中的水。所述循环水泵8和水箱9之间设有补水箱10，用于弥补校验装置运行时，水在管道连接处等地方的流失。

可选地，为了对渗流情景下的待校验的热物性测量仪7实现校正，所述沙箱1顶部开口，设有可拆卸的隔热挡板，所述沙箱1上方设有喷淋装置15，所述喷淋装置15为排水管，所述排水管上打喷淋孔，所述排水管与地表上的水管相连接，所述沙箱1底部朝向水箱9一侧倾斜，所述沙箱1朝向水箱9一侧的下方设有排水口，用于进行有渗流实验时的排水，所述水箱9外设有排水沟。

具体的，所述排水管设置在沙箱上方1m～1.5m处，所述喷淋装置12用于模拟地下渗流。所述沙箱1底部朝向水箱9一侧倾斜后，沙箱1底部所在平面与水平面的夹角为0.005°。

使用时，安装有图1所示地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的校验装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)控制所述第一三通阀16和第二三通阀11的开关，使所述水箱9和沙箱1之间连通，用于分别连通所述待标定的热物性测量仪7进口和出口的第一三通阀16的第三个接口和第二三通阀11的第三个接口关闭；

(2)打开所述循环水泵8，驱动所述沙箱1和水箱9及连接管路中的水流动，开启所述水箱9中的加热器，用于对水箱9中的水进行加热，利用所述数据采集装置14采集专用测温棒、第一温度传感器6、流量计12、第二温度传感器13测得的温度和流量数据作为参照测试数据；

(3)将步骤(2)中采集的参照测试数据和数学模型，估算所述沙箱1内沙子2和/或水泥柱5的热物性参数；

(4)控制所述第一三通阀16和第二三通阀11的开关，并关闭所述循环水泵8，使所述待校验的热物性测量仪7和沙箱1之间连通，使所述水箱9和沙箱1之间关闭；

(5)启动所述待校验的热物性测量仪7，使所述待校验的热物性测量仪7内部的水通过沙箱1内的单U型地埋管循环流动，利用所述待校验的热物性测量仪7内部的温度、流量仪表测量并记录温度、流量数据作为实际测试数据；

(6)根据步骤(5)测得的实际测试数据和数学模型，估算所述沙箱1内沙子2和/或水泥柱5的热物性参数；

(7)将步骤(6)与步骤(3)计算得到的热物性参数进行比对，以校正待标定的热物性测量仪7的内部的温度、流量仪表。

所述的步骤(1)—(3)用于对所述校验装置进行调试，当所述校验装置运行正常时，才可进行后续步骤；所述步骤(4)用于将所述待校验的热物性测量仪7在所述校验装置上进行运转试验，在所述运转试验中，水从沙箱1中流出后，经过第一温度传感器6、流量计12、第一三通阀16进入到待校验的热物性测量仪7中，然后水流经第二三通阀11、第二温度传感器13回到沙箱中，检查所述运转试验过程中所述待校验的热物性测量仪7是否正常工作，当所述待校验的热物性测量仪7正常工作时，才可进行后续步骤。

当模拟渗流情景下的现场校正时，在所述步骤(2)中，打开所述循环水泵8之前，开启喷淋装置15。

Claims (7)

1.地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒，其特征在于，包括本体，所述本体为筒形，所述本体侧面设有多个安装孔，所述安装孔上均设有测温元件，所述测温元件从安装孔探出，所述安装孔之间的距离从本体的一端依次增大,所述本体上安装孔之间距离密集的一端设有卡箍，所述本体上设有卡箍的一端超出卡箍，所述本体上设有卡箍的端部设有测温元件。

2.根据权利要求1所述的地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒，其特征在于，所述测温元件上的测温元件引线从本体上的引线孔中引出。

3.根据权利要求1所述的地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒，其特征在于，所述本体内填充有灌封胶。

4.安装有根据权利要求1-3任意一项所述的地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的校验装置，包括沙箱地埋管环路，所述沙箱地埋管环路包括沙箱，所述沙箱中填满沙子，所述沙箱内水平设有水泥柱，用于模拟钻孔，所述水泥柱中设有地埋管，其特征在于，在所述水泥柱轴线的垂直方向上，所述沙箱上设有多个断面，在所述沙箱断面上环绕所述水泥柱外周均匀设有多个所述专用测温棒，所述专用测温棒通过测温元件引线与数据采集装置连接，所述专用测温棒的本体通过卡箍固定到水泥柱上，所述卡箍与水泥柱之间设有隔热垫。

5.根据权利要求4所述的安装有地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的校验装置，其特征在于，所述水泥柱为圆柱形，所述卡箍为半环形，所述卡箍的直径小于水泥柱的直径。

6.根据权利要求4所述的安装有地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的校验装置，其特征在于，还包括外部管路，所述外部管路包括第一温度传感器、流量计、第一三通阀、循环水泵、水箱、第二三通阀、第二温度传感器，其中，所述循环水泵的出口与水箱的进口连接，所述水箱的出口经第二三通阀与地埋管的进口连接，所述地埋管的出口经第一三通阀与所述循环水泵的入口连接，所述第一温度传感器和流量计设于所述地埋管的出口与第一三通阀之间，所述第二温度传感器设于所述第二三通阀与地埋管的进口之间，所述第一温度传感器、流量计和第二温度传感器均与数据采集装置连接，所述第一三通阀的第三个接口和第二三通阀的第三个接口分别与待校验的热物性测量仪进口和出口连通，所述水箱中设有加热器，所述循环水泵和水箱之间设有补水箱。

7.根据权利要求6所述的安装有地埋管换热器现场热物性测量仪校验装置专用测温棒的校验装置，其特征在于，所述沙箱顶部开口，所述沙箱上方设有喷淋装置，所述沙箱底部朝向水箱一侧倾斜，所述沙箱朝向水箱一侧的下方设有排水口，所述水箱外设有排水沟，所述喷淋装置为排水管，所述排水管上打喷淋孔，所述排水管与地表上的水管相连接。