一種煤礦廢棄凍結管利用裝置及其使用方法
2023-09-19 06:34:50 2
專利名稱：一種煤礦廢棄凍結管利用裝置及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種熱能利用裝置及其使用方法，特別是關於一種煤礦廢棄凍結管利用裝置及其使用方法。
背景技術：
新建礦井在井筒施工時遇到深厚表土層、鬆散不穩定的衝積層和裂隙發育的含水巖層等時，為保證井筒施工安全，需要穩固井筒周圍的深厚表土層、衝擊層、含水巖層等，一般做法是採用凍結法使地層中的水結冰，將鬆散含水巖土變成凍土，使井筒周圍巖層形成穩固的凍結壁，保證井筒掘砌作業安全進行。凍結法施工凍結井壁所利用的若干凍結管在井筒施工完畢後將被廢棄，凍結管內的凍結液一般為-20°C -30°C的鹽水，也會通過大地溫度場換熱自然解凍；而低溫冷媒中蘊含的大量低溫冷能，因凍結管的廢棄也未能得到利用。與此同時，煤礦工業廣場的地面建築(例如辦公樓、生產系統、職工宿舍、食堂等)的冬季供熱、夏季空調等需要消耗大量冷熱能，傳統做法是通過燃煤鍋爐、分體空調提供冷熱源滿足上述要求。這樣，不僅消耗大量煤炭，而且煤炭燃燒時排放大量汙染物極易造成環境汙染。若能夠將凍結管作為換熱器，其內蘊含的低溫冷能可以用於夏季空調製冷，製冷後凍結液內的溫度升高，又可以用於冬季供熱，從而實現循環利用，但是目前還沒有較為完善的換熱系統。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種夏季利用凍結管提供低溫冷能、冬季利用凍結管提供低溫熱能的煤礦廢棄凍結管利用裝置及其使用方法。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種煤礦廢棄凍結管利用裝置，它包括若干凍結管，每一所述凍結管內插設有一供水支管和一回水支管，其特徵在於各所述供水支管分別連接一溫度檢測裝置後並聯連接在同一供水主幹管上，各所述回水支管分別連接一溫度檢測裝置後並聯連接在同一回水主幹管上；所述供水主幹管出口依次連接一除砂器、一全自動過濾器、一真空脫氣機和一凍結液循環泵，所述凍結液循環泵的出口和所述回水主幹管的進口連接所述熱泵機組一端的進、出口，形成一凍結液循環系統；所述熱泵機組另一端的出口通過一進口管、一進口主幹管和若干並聯的進口支管連接一組用戶設備，各所述用戶設備的出口通過並聯的若干迴路支管、一迴路主幹管和一迴路管連接所述熱泵機組另一端的進口，所述進口管或迴路管上連接一循環泵，進而形成一用戶設備循環系統。所述凍結液循環系統中所述凍結液循環泵的出口和所述回水主幹管的進口連接在所述熱泵機組中冷凝器的換熱管兩端；所述用戶設備循環系統中進口管的進口和所述迴路管的出口連接所述熱泵機組中蒸發器的殼體兩端。所述凍結液循環系統中所述凍結液循環泵的出口和所述回水主幹管的進口連接在所述熱泵機組中蒸發器的殼體兩端；所述用戶設備循環系統中進口管的進口和迴路管的出口連接在所述熱泵機組中冷凝器的換熱管兩端。
所述熱泵機組為礦用防垢渦旋熱泵機組。上述一種煤礦廢棄凍結管利用裝置的使用方法，其包括以下步驟1)根據凍結管的分布和井口房屋建築的布置需求，確定井筒周圍可利用的廢棄凍結管的數量；幻根據夏季製冷和冬季供暖的需求，將凍結液循環系統和用戶設備循環系統連接在熱泵機組上3) 設備啟動後，從各凍結管進入供水主幹管的凍結液依次經過除砂、過濾、真空脫氣處理後， 泵入熱泵機組進行換熱，換熱後的凍結液又通過回水主幹管回到各凍結管；而熱泵機組換熱後得到的冷量或熱量，則通過進口管和迴路管輸送給連接熱泵機組的用戶循環系統；4) 循環進行步驟幻，不斷通過熱泵機組提取凍結液的冷量或熱量，滿足用戶設備的製冷或供熱需求，同時各凍結管內的凍結液不斷融化或凝結，在整個夏季或冬季各凍結管內聚集大量熱量或冷量。上述一種煤礦廢棄凍結管利用裝置的使用方法，其特徵在於所述步驟幻中，夏季製冷時，將凍結液循環系統中凍結液循環泵的出口和回水主幹管的進口連接在熱泵機組中冷凝器的換熱管兩端；將用戶設備循環系統中進口管的進口和迴路管的出口連接在熱泵機組中蒸發器的殼體兩端；同時在凍結管的凍結液中加水進行稀釋融化，使稀釋融化後液體狀凍結液佔整個凍結管中凍結液的5% 10%。上述一種煤礦廢棄凍結管利用裝置的使用方法，其特徵在於所述步驟幻中，冬季供熱時，將凍結液循環系統中凍結液循環泵的出口和回水主幹管的進口連接在熱泵機組中蒸發器的殼體兩端；將用戶設備循環系統中進口管的進口和迴路管的出口連接在所述熱泵機組中冷凝器的換熱管兩端。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明由於設置了一凍結液循環系統，並通過一熱泵系統不斷從凍結液循環系統中提取冷量或熱量，再將冷量或熱量提供給用戶設備，因此為利用煤礦廢熱開闢了一個節能的新領域，有效解決了廢棄凍結管低溫冷、熱能的回收再利用問題。2、本發明在製冷或供熱的方式上利用廢棄的凍結管內凍結液的融化和凍結來實現冷量和熱量的提取，因此節能效果非常顯著，採用回收的低溫冷、 熱能可以滿足冬季供暖、夏季空調、洗浴熱水、井口防凍等多種用戶設備的能量需求，而且對環境無汙染，節能減排效益顯著。本發明可以廣泛用於各種煤礦的廢棄凍結管的熱能利用中。
圖1是本發明單個凍結管支管與主幹管的連接示意2是本發明廢棄凍結管回收系統工藝流程示意3是本發明熱泵機組制熱工況連接示意4是本發明熱泵機組製冷工況連接示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，常規廢棄的凍結管1中插設有一連通凍結管1底部的供水支管2和一懸在液面上方的回水支管3，凍結管1中的凍結液一般是Cacl2(鹽溶液)。本發明裝置在利用廢棄的凍結管1之前，首先需要根據凍結管1的分布和井口房屋建築的需求，確定井筒周圍可利用的廢棄凍結管1的數量。然後通過管路將每一凍結管1中的供水支管2連接一溫度檢測裝置4後，並聯連接在同一根供水主幹管5上。如圖2所示，供水主幹管5的出口依次連接一除砂器6、一全自動過濾器7、一真空脫氣機8和一凍結液循環泵9，凍結液循環泵9的出口連接一熱泵機組10進行換熱，熱泵機組10再通過一回水主幹管11並聯連接每一凍結管1上的回水支管3，在每一回水支管3上連接有一溫度檢測裝置12，進而形成一凍結液循環迴路。同時熱泵機組10將與凍結液循環迴路換熱得到的能量傳遞給一組用戶設備13。本發明的熱泵機組10與用戶設備13的連接方式是熱泵機組10通過一出口管 14連接用戶設備13的進口主幹管15，用戶設備13的迴路主幹管16通過一迴路管17連接回熱泵系統10，在出口管14或迴路管17上連接一循環泵18 ；同時一組用戶設備中的各用戶設備13通過一進水支管19並聯連接進口主幹管15，通過一出水支管20並聯連接迴路主幹管16，進而形成一連接熱泵機組10和用戶設備13的用戶循環系統。用戶設備13可以是空調系統、熱水加熱系統、煤礦井口防凍系統等。如圖3所示，上述實施例中的熱泵機組10為已有技術，其設置有一蒸發器101，蒸發器101內的換熱管一端連接一壓縮機102，另一端連接一膨脹閥103，壓縮機102和膨脹閥103的另一端連接在一冷凝器104的殼體兩端。本發明工作時分為兩種使用情況一種是在夏季利用廢棄的凍結管1為用戶設備 13製冷；另一種是在冬季利用廢棄的凍結管1為用戶設備13供熱，下面分別進行描述。如圖4所示，當夏季利用廢棄的凍結管1為用戶設備13製冷時，包括以下步驟1)將凍結液循環系統的凍結液循環泵9出口和回水主幹管11進口連接在熱泵機組10內冷凝器104換熱管的兩端，將熱泵機組10內蒸發器101的殼體兩端，一端連接用戶循環系統的進口管15，另一端連接用戶循環系統的迴路管16 ；2)在凍結管1的凍結液中加水進行融化稀釋，使稀釋融化後液體狀凍結液佔整個凍結管中凍結液的5% 10% ；3)啟動設備後，凍結管1內的凍結液從供水支管2經過溫度檢測裝置4和供水主幹管5進入除砂器6進行除砂處理後，再經過全自動過濾器7進行過濾處理，然後經過真空脫氣機8進行脫氣除氧處理後，被凍結液循環泵9泵入熱泵機組10內冷凝器104的換熱管進行換熱後，再通過回水主幹管11、溫度檢測裝置12和回水支管3回到凍結管1，完成凍結液製冷循環過程；同時熱泵機組10自身的循環過程，會將與凍結液換熱得到的冷量，通過連接在蒸發器101殼體上的進口管14和進口主幹管15傳遞給用戶設備13，並通過迴路主幹管16和迴路管17回到蒸發器101，完成用戶設備循環系統的製冷循環過程。4)凍結液經過步驟幻不斷將冷媒通過熱泵機組10傳遞給用戶設備13的同時，凍結管1內的凍結液不斷被加熱融化，從而在整個夏季使凍結管1內聚集大量熱量。如圖3所示，當冬季利用廢棄的凍結管1為用戶設備13供熱時，包括以下步驟1)將凍結液循環系統的凍結液循環泵9出口和回水主幹管11進口連接熱泵機組 10內蒸發器101殼體的兩端，將熱泵機組10內冷凝器104的換熱管兩端連接用戶循環系統的進口管14和迴路管17。2)啟動設備後，凍結液從供水支管2經過溫度檢測裝置4和供水主幹管5進入除砂器6進行除砂處理後，再經過全自動過濾器7進行過濾處理，然後經過真空脫氣機8進行脫氣除氧處理後，被凍結液循環泵9泵入熱泵機組10內蒸發器101的殼體，與殼體內換熱管內的製冷劑換熱後，再通過回水主幹管11、溫度檢測裝置12和回水支管3回到凍結管1， 完成凍結液供熱循環過程；同時熱泵機組10自身的循環過程，會將與凍結液換熱得到的熱量，通過連接在冷凝器104的換熱管兩端的進口管14和迴路管17傳遞給用戶設備13，完成用戶設備循環系統的運行；3)凍結液經過步驟幻不斷將熱量通過熱泵機組10傳遞給用戶設備13的同時，凍結管1內的凍結液不斷被冷卻，溫度降低凍結液凝結，從而在整個冬季使凍結管1內聚集大
量冷量。上述各實施例中，本發明利用分別連接進水支管2和回水支管3的溫度檢測裝置 4、12，對進出凍結管1的凍結液進行溫度檢測，進而控制系統的製冷和供熱操作。上述實施例中，本發明所使用的熱泵機組10可以是各種已有技術產品，比如礦用防垢渦旋熱泵機組。除砂器6、一全自動過濾器7、一真空脫氣機8和一凍結液循環泵9都可以採用購買的現成產品。上述實施例中，不同季節凍結液循環系統和用戶設備循環系統與熱泵機組10的不同連接方式可以用熱泵系統設置的換向閥實現，此為常規方式，在此不再贅述。上述各實施例僅用於說明本發明，其中各部件的結構、連接方式和操作方法等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護範圍之外。
權利要求
1.一種煤礦廢棄凍結管利用裝置，它包括若干凍結管，每一所述凍結管內插設有一供水支管和一回水支管，其特徵在於各所述供水支管分別連接一溫度檢測裝置後並聯連接在同一供水主幹管上，各所述回水支管分別連接一溫度檢測裝置後並聯連接在同一回水主幹管上；所述供水主幹管出口依次連接一除砂器、一全自動過濾器、一真空脫氣機和一凍結液循環泵，所述凍結液循環泵的出口和所述回水主幹管的進口連接所述熱泵機組一端的進、出口，形成一凍結液循環系統；所述熱泵機組另一端的出口通過一進口管、一進口主幹管和若干並聯的進口支管連接一組用戶設備，各所述用戶設備的出口通過並聯的若干迴路支管、一迴路主幹管和一迴路管連接所述熱泵機組另一端的進口，所述進口管或迴路管上連接一循環泵，進而形成一用戶設備循環系統。
2.如權利要求1所述的一種煤礦廢棄凍結管利用裝置，其特徵在於所述凍結液循環系統中所述凍結液循環泵的出口和所述回水主幹管的進口連接在所述熱泵機組中冷凝器的換熱管兩端；所述用戶設備循環系統中進口管的進口和所述迴路管的出口連接所述熱泵機組中蒸發器的殼體兩端。
3.如權利要求1所述的一種煤礦廢棄凍結管利用裝置，其特徵在於所述凍結液循環系統中所述凍結液循環泵的出口和所述回水主幹管的進口連接在所述熱泵機組中蒸發器的殼體兩端；所述用戶設備循環系統中進口管的進口和迴路管的出口連接在所述熱泵機組中冷凝器的換熱管兩端。
4.如權利要求1或2或3所述的一種煤礦廢棄凍結管利用裝置，其特徵在於所述熱泵機組為礦用防垢渦旋熱泵機組。
5.一種如權利要求1 4任意一項所述煤礦廢棄凍結管利用裝置的使用方法，其包括以下步驟1)根據凍結管的分布和井口房屋建築的布置需求，確定井筒周圍可利用的廢棄凍結管的數量；2)根據夏季製冷和冬季供暖的需求，將凍結液循環系統和用戶設備循環系統連接在熱泵機組上3)設備啟動後，從各凍結管進入供水主幹管的凍結液依次經過除砂、過濾、真空脫氣處理後，泵入熱泵機組進行換熱，換熱後的凍結液又通過回水主幹管回到各凍結管；而熱泵機組換熱後得到的冷量或熱量，則通過進口管和迴路管輸送給連接熱泵機組的用戶循環系統；4)循環進行步驟幻，不斷通過熱泵機組提取凍結液的冷量或熱量，滿足用戶設備的製冷或供熱需求，同時各凍結管內的凍結液不斷融化或凝結，在整個夏季或冬季各凍結管內聚集大量熱量或冷量。
6.如權利要求5所述的一種煤礦廢棄凍結管利用裝置的使用方法，其特徵在於所述步驟2)中，夏季製冷時，將凍結液循環系統中凍結液循環泵的出口和回水主幹管的進口連接在熱泵機組中冷凝器的換熱管兩端；將用戶設備循環系統中進口管的進口和迴路管的出口連接在熱泵機組中蒸發器的殼體兩端；同時在凍結管的凍結液中加水進行稀釋融化，使稀釋融化後液體狀凍結液佔整個凍結管中凍結液的5% 10%。
7.如權利要求5所述的一種煤礦廢棄凍結管利用裝置的使用方法，其特徵在於所述步驟2)中，冬季供熱時，將凍結液循環系統中凍結液循環泵的出口和回水主幹管的進口連接在熱泵機組中蒸發器的殼體兩端；將用戶設備循環系統中進口管的進口和迴路管的出口連接在所述熱泵機組中冷凝器的換熱管兩端。
全文摘要
本發明涉及一種煤礦廢棄凍結管利用裝置及其使用方法，它包括若干凍結管，每一凍結管內插設有一供水支管和一回水支管，其特徵在於各供水支管分別連接一溫度檢測裝置後並聯連接在同一供水主幹管上，各回水支管分別連接一溫度檢測裝置後並聯連接在同一回水主幹管上；供水主幹管出口依次連接一除砂器、一全自動過濾器、一真空脫氣機和一凍結液循環泵，凍結液循環泵的出口和回水主幹管的進口連接熱泵機組一端的進、出口；熱泵機組另一端的出口通過一進口管、一進口主幹管和若干並聯的進口支管連接一組用戶設備，各用戶設備的出口通過並聯的若干迴路支管、一迴路主幹管和一迴路管連接熱泵機組另一端的進口，進口管或迴路管上連接一循環泵。本發明可以廣泛用於各種煤礦的廢棄凍結管的熱能利用中。
文檔編號F25B30/06GK102410670SQ201110299950
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月27日 優先權日2011年9月27日
發明者朱志, 牛永勝, 王建學, 榮金利, 裴偉, 鍾坤佐 申請人:北京礦大節能科技有限公司