專利名稱：測量地殼熱傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于測量地殼傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法及進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)的裝置。
本發(fā)明的另一主要目的是提供一種能利用此方法的實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明的地殼熱傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法是將從地?zé)岬玫降母邷厮h(huán)在地下埋設(shè)的熱交換泵內(nèi)；推算出熱交換的采熱量；計(jì)算地殼的熱傳導(dǎo)率；從而計(jì)算交換泵的埋設(shè)長度。
根據(jù)此本發(fā)明的地殼熱傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法，本發(fā)明又提供一種地殼熱傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置包括有一熱交換泵；與熱交換泵在地面上進(jìn)行連通的連通泵；設(shè)置在連通泵上的至少一加熱器、循環(huán)泵及測量水循環(huán)量的流量計(jì)；布置在熱交換泵入口一側(cè)的入口水溫計(jì)；布置在熱交換泵出口一側(cè)的出口水溫計(jì)；及數(shù)個(gè)的熱交換泵的外側(cè)以垂直方向設(shè)置的地?zé)釡囟扔?jì)。
圖2顯示在本發(fā)明的測量地殼傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法上循環(huán)水溫度隨時(shí)間變化圖。
圖3顯示在本發(fā)明的測量地殼傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法上地下溫度隨時(shí)間變化圖。
圖4顯示在本發(fā)明的測量地殼傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法上循環(huán)水溫度的隨時(shí)間變化圖(對(duì)數(shù))。
圖5顯示在本發(fā)明的測量地殼傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法上地下溫度的恢復(fù)狀況示意圖。
圖6顯示在本發(fā)明的測量地殼傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法上電力計(jì)的測定結(jié)果示意圖。
圖7顯示在本發(fā)明的測量地殼傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法上平均水溫的傾斜率示意圖。
圖8顯示本發(fā)明裝置的太陽能熱力發(fā)電器的生產(chǎn)過程的流程圖。標(biāo)號(hào)說明1熱交換泵 2連通泵3電熱器4循環(huán)泵5流量計(jì)6入口水溫計(jì)7出口水溫計(jì)8地?zé)釡囟扔?jì)9電力計(jì)10壓力計(jì)11逆止閥 12延長管13太陽能電池集光板 14蓄電池箱15控制基板 16蓄電池17操縱桿W水E地殼 3a補(bǔ)助電熱器如

圖1所示，熱交換泵1于地面與連通泵2連通，在該連通泵2設(shè)置了將上述水W加熱的加熱器3和循環(huán)水W的循環(huán)泵4和測定水W循環(huán)量的流量計(jì)5和在上述熱交換泵1的入口側(cè)布置的入口水溫計(jì)6和在該熱交換泵1的出口布置的出口水溫計(jì)7。還有，在上述熱交換泵1的外側(cè)以垂直方向設(shè)置了許多的地?zé)釡囟扔?jì)8。而且在本實(shí)施形態(tài)設(shè)置了兩個(gè)逆止閥11、一電力計(jì)9以及一壓力表10。如虛線所示，在連通泵2上還可以設(shè)置延長管12，在該延長管12設(shè)置許多補(bǔ)助加熱器3a，用以將水W再加熱高溫。
然后，說明利用了該實(shí)驗(yàn)裝置來進(jìn)行的本發(fā)明的測量地殼E傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法。該測量地殼傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵?jì)算地殼E的熱量傳導(dǎo)率，推算出在那地殼設(shè)置的地?zé)峤粨Q器的采熱量，最終的目的是能夠決定熱交換泵1的埋設(shè)長度。
此實(shí)驗(yàn)使用了5kw的加熱器3來進(jìn)行。如圖1所示，也可以設(shè)置別的2kw以3kw的加熱器3，還可以用10kw來進(jìn)行。其他的主要機(jī)器的做法如下，將循環(huán)泵4或者連通泵2等全部絕熱，不受到戶外氣溫的影響。
循環(huán)泵...0.4kw×50l/min×15m(3相2000V)；電力計(jì)...10kw相當(dāng)(帶脈沖振蕩，帶檢查裁定)；泵...5kw(3相200V)；水溫計(jì)以及地?zé)釡囟扔?jì)...熱傳對(duì)。
首先，表1所示以往的采熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果。關(guān)于此實(shí)驗(yàn)水W的循環(huán)流量是30l/min而測定間隔是5分鐘。另外，表中的“GL”表示地表，因此例如“GL-12m”表示著地下12米。
表1

其次，顯示使用本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置來進(jìn)行的測量結(jié)果。并從此測量結(jié)果來計(jì)算地殼的傳導(dǎo)率。此實(shí)驗(yàn)是從平成13年2月22日11點(diǎn)用循環(huán)流量30l/min來開始，從23日的9點(diǎn)將循環(huán)流量換成50l/min來進(jìn)行，直到同天的19點(diǎn)30分。此后一直追求到26日6點(diǎn)的地下溫度的恢復(fù)狀況。
圖2和圖3所示各計(jì)測結(jié)果隨時(shí)間變化圖。在圖2的“放熱量(測溫)”和“放熱量(熱電)”是按以下公式算出來的。
q＝(tin-tout)×Q×C×ρq放熱量(kcal/h)tin入口水溫計(jì)的溫度(℃)tout出口水溫計(jì)的溫度(℃)Q循環(huán)流量(m3/h)C水的比熱(1.0kcal/kg)ρ水的密度(1000kg/m3)在圖3的圖中表示的“5m地下-12m”和“15m地下-12m”等是為了確認(rèn)由本放熱實(shí)驗(yàn)對(duì)周圍地殼的影響，而在臨接地?zé)峤粨Q器設(shè)置的地下溫度傳感器所示的已測定的地下溫度。比如“5m地下-12m”是意味著距離5m的地方測定了埋設(shè)長度12m地點(diǎn)上的地殼E的溫度。
圖4是把時(shí)間軸作為對(duì)數(shù)情節(jié)水溫度的測定值。另外，出入口溫度之內(nèi)，測溫抵抗體的測定值是伴隨戶外氣溫下降而出口溫度也下降，可能會(huì)考慮受到戶外氣溫的影響，因此在出入口溫度采用了由熱傳對(duì)的測定值。另外，放熱量是從圖2以及圖6由于電力計(jì)9的測定值在6.83kw大略穩(wěn)定，因此采用了。另外，圖5所示地下溫度的恢復(fù)狀況。
從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，地殼E的熱傳導(dǎo)率由(1)Line source method(線源方法)以及(2)Numerical method(數(shù)字方法)來計(jì)算了。
(1)線源方法(Line source method)采用在圖7顯示的傾斜度比較穩(wěn)定的8～21.5個(gè)小時(shí)的平均水溫的傾斜率，用以下公式計(jì)算。放熱量使用了消費(fèi)電力的測定值。
k＝Q/4πm在此，k熱傳導(dǎo)率(w/m·k)Q放熱量(6830m)m傾斜率(圖7“實(shí)施例2(case2)(熱電對(duì))”的圖的傾斜率為1.48)因此，k＝6830/(4×1.48×π)＝3.67w/m·k另外，從實(shí)驗(yàn)開始7個(gè)小時(shí)左右對(duì)數(shù)圖的傾斜率有變化，將變化前后的圖形都近似直線。在此實(shí)施例1(case 1)近似的是從變化前的35分～4個(gè)小時(shí)45分為止的圖，而實(shí)施例2(case 2)近似了變化后的8個(gè)小時(shí)5分～29個(gè)小時(shí)的圖。另外，在ΔT所示溫度。在ΔT＝a+b·ln(t)所示了各個(gè)近似直線。B是圖的傾斜率。另外1n(t)是loge(時(shí)間)。
(2)數(shù)字方法(Numerical method)由U.S Department of Energy Oak Ridge National Laboratory的熱量傳導(dǎo)率計(jì)算軟件“gpm”來計(jì)算熱量傳導(dǎo)率。平均水溫是采用了0～21.5時(shí)間的測定值。而放熱量使用了循環(huán)流量和從出入口溫度差而計(jì)算出來的由電力計(jì)9的6.83kw來比較，其結(jié)果在表2所示。
表2由gpm的計(jì)算結(jié)果(w/m·k)

在此采用了由熱傳對(duì)的測定值，因此水溫的變動(dòng)很大，而且可以考慮到精密度稍微差。由于水溫的變動(dòng)太大使用循環(huán)流量時(shí)不能計(jì)算了，將在“gpm”計(jì)算的線源方法(line source method)的結(jié)果共合所示。
使用上述的熱傳導(dǎo)率，重新布置在圖1所示以往的采熱實(shí)驗(yàn)的條件，由GLDe-sign計(jì)算熱交換泵1的埋設(shè)長度。其結(jié)果在表3所示。
表3

從此結(jié)果，使用消費(fèi)電力測定值的數(shù)字方法(Numerical method)時(shí)，明確了離實(shí)驗(yàn)的挖掘長度(100m)最接近的值。因此，從此次的實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了由利用消費(fèi)電力測定值的數(shù)字方法(Numerical method)而最佳得到熱交換泵1的掘削長度。
另外，循環(huán)泵4是除了用商用電源之外，還可以用太陽能熱力發(fā)電裝置和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電裝置。太陽電池發(fā)電裝置是在圖8所示，從太陽能電池集光板13來吸收陽光，對(duì)蓄電池箱14內(nèi)的蓄電池16通過有必要充電時(shí)運(yùn)作的控制基板15來蓄電，由操縱桿17來將有必要的電力供應(yīng)循環(huán)泵4。
關(guān)于本發(fā)明的測量地殼傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法，將從地?zé)醽淼母邷厮甒在地下埋設(shè)的熱交換泵1內(nèi)循環(huán)，再從該放熱量和水溫算出地殼E的熱傳導(dǎo)率可以計(jì)算熱交換泵1的埋設(shè)長度。因此，可以設(shè)置對(duì)應(yīng)必要的采熱量的埋設(shè)長度的熱交換泵。
權(quán)利要求
1.一種測量地殼熱傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于a、高溫水在埋設(shè)地下的熱交換泵內(nèi)循環(huán)；b、推算地?zé)峤粨Q的放熱量；c、計(jì)算地殼的熱傳導(dǎo)率；d、計(jì)算交換泵的埋設(shè)長度。
2.一種用于測量地殼傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于該裝置包括有一熱交換泵；與熱交換泵于地面進(jìn)行連通的連通泵；在連通泵設(shè)置至少一加熱器、循環(huán)泵及測量水循環(huán)量的流量計(jì)；在該熱交換泵的入口一側(cè)布置入口水溫計(jì)；布置在熱交換泵出口一側(cè)的出口水溫計(jì)；及數(shù)個(gè)的熱交換泵的外側(cè)以垂直方向設(shè)置的地?zé)釡囟扔?jì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測量地殼熱傳導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法，高溫水在埋設(shè)地下的熱交換泵內(nèi)循環(huán)；推算地?zé)峤粨Q的放熱量；計(jì)算地殼的熱傳導(dǎo)率；計(jì)算交換泵的埋設(shè)長度。用于實(shí)驗(yàn)該方法的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括有一熱交換泵；與熱交換泵于地面進(jìn)行連通的連通泵；在連通泵設(shè)置至少一加熱器、循環(huán)泵及測量水循環(huán)量的流量計(jì)；在該熱交換泵的入口一側(cè)布置入口水溫計(jì)；布置在熱交換泵出口一側(cè)的出口水溫計(jì)；及數(shù)個(gè)的熱交換泵的外側(cè)以垂直方向設(shè)置的地?zé)釡囟扔?jì)。
文檔編號(hào)G01N25/40GK1465972SQ0214037
公開日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2002年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月4日
發(fā)明者洲澤昭已 申請(qǐng)人:米砂瓦環(huán)境技術(shù)株式會(huì)社