CN102410670A - 一种煤矿废弃冻结管利用装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤矿废弃冻结管利用装置及其使用方法，它包括若干冻结管，每一冻结管内插设有一供水支管和一回水支管，其特征在于：各供水支管分别连接一温度检测装置后并联连接在同一供水主干管上，各回水支管分别连接一温度检测装置后并联连接在同一回水主干管上；供水主干管出口依次连接一除砂器、一全自动过滤器、一真空脱气机和一冻结液循环泵，冻结液循环泵的出口和回水主干管的进口连接热泵机组一端的进、出口；热泵机组另一端的出口通过一进口管、一进口主干管和若干并联的进口支管连接一组用户设备，各用户设备的出口通过并联的若干回路支管、一回路主干管和一回路管连接热泵机组另一端的进口，进口管或回路管上连接一循环泵。本发明可以广泛用于各种煤矿的废弃冻结管的热能利用中。
Description
技术领域
本发明涉及一种热能利用装置及其使用方法，特别是关于一种煤矿废弃冻结管利用装置及其使用方法。
背景技术
新建矿井在井筒施工时遇到深厚表土层、松散不稳定的冲积层和裂隙发育的含水岩层等时，为保证井筒施工安全，需要稳固井筒周围的深厚表土层、冲击层、含水岩层等，一般做法是采用冻结法使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，使井筒周围岩层形成稳固的冻结壁，保证井筒掘砌作业安全进行。冻结法施工冻结井壁所利用的若干冻结管在井筒施工完毕后将被废弃，冻结管内的冻结液一般为-20℃～-30℃的盐水，也会通过大地温度场换热自然解冻；而低温冷媒中蕴含的大量低温冷能，因冻结管的废弃也未能得到利用。与此同时，煤矿工业广场的地面建筑(例如：办公楼、生产系统、职工宿舍、食堂等)的冬季供热、夏季空调等需要消耗大量冷热能，传统做法是通过燃煤锅炉、分体空调提供冷热源满足上述要求。这样，不仅消耗大量煤炭，而且煤炭燃烧时排放大量污染物极易造成环境污染。若能够将冻结管作为换热器，其内蕴含的低温冷能可以用于夏季空调制冷，制冷后冻结液内的温度升高，又可以用于冬季供热，从而实现循环利用，但是目前还没有较为完善的换热系统。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种夏季利用冻结管提供低温冷能、冬季利用冻结管提供低温热能的煤矿废弃冻结管利用装置及其使用方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种煤矿废弃冻结管利用装置，它包括若干冻结管，每一所述冻结管内插设有一供水支管和一回水支管，其特征在于：各所述供水支管分别连接一温度检测装置后并联连接在同一供水主干管上，各所述回水支管分别连接一温度检测装置后并联连接在同一回水主干管上；所述供水主干管出口依次连接一除砂器、一全自动过滤器、一真空脱气机和一冻结液循环泵，所述冻结液循环泵的出口和所述回水主干管的进口连接所述热泵机组一端的进、出口，形成一冻结液循环系统；所述热泵机组另一端的出口通过一进口管、一进口主干管和若干并联的进口支管连接一组用户设备，各所述用户设备的出口通过并联的若干回路支管、一回路主干管和一回路管连接所述热泵机组另一端的进口，所述进口管或回路管上连接一循环泵，进而形成一用户设备循环系统。
所述冻结液循环系统中所述冻结液循环泵的出口和所述回水主干管的进口连接在所述热泵机组中冷凝器的换热管两端；所述用户设备循环系统中进口管的进口和所述回路管的出口连接所述热泵机组中蒸发器的壳体两端。
所述冻结液循环系统中所述冻结液循环泵的出口和所述回水主干管的进口连接在所述热泵机组中蒸发器的壳体两端；所述用户设备循环系统中进口管的进口和回路管的出口连接在所述热泵机组中冷凝器的换热管两端。
所述热泵机组为矿用防垢涡旋热泵机组。
上述一种煤矿废弃冻结管利用装置的使用方法，其包括以下步骤：1)根据冻结管的分布和井口房屋建筑的布置需求，确定井筒周围可利用的废弃冻结管的数量；2)根据夏季制冷和冬季供暖的需求，将冻结液循环系统和用户设备循环系统连接在热泵机组上：3)设备启动后，从各冻结管进入供水主干管的冻结液依次经过除砂、过滤、真空脱气处理后，泵入热泵机组进行换热，换热后的冻结液又通过回水主干管回到各冻结管；而热泵机组换热后得到的冷量或热量，则通过进口管和回路管输送给连接热泵机组的用户循环系统；4)循环进行步骤3)，不断通过热泵机组提取冻结液的冷量或热量，满足用户设备的制冷或供热需求，同时各冻结管内的冻结液不断融化或凝结，在整个夏季或冬季各冻结管内聚集大量热量或冷量。
上述一种煤矿废弃冻结管利用装置的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，夏季制冷时，将冻结液循环系统中冻结液循环泵的出口和回水主干管的进口连接在热泵机组中冷凝器的换热管两端；将用户设备循环系统中进口管的进口和回路管的出口连接在热泵机组中蒸发器的壳体两端；同时在冻结管的冻结液中加水进行稀释融化，使稀释融化后液体状冻结液占整个冻结管中冻结液的5％～10％。
上述一种煤矿废弃冻结管利用装置的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，冬季供热时，将冻结液循环系统中冻结液循环泵的出口和回水主干管的进口连接在热泵机组中蒸发器的壳体两端；将用户设备循环系统中进口管的进口和回路管的出口连接在所述热泵机组中冷凝器的换热管两端。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了一冻结液循环系统，并通过一热泵系统不断从冻结液循环系统中提取冷量或热量，再将冷量或热量提供给用户设备，因此为利用煤矿废热开辟了一个节能的新领域，有效解决了废弃冻结管低温冷、热能的回收再利用问题。2、本发明在制冷或供热的方式上利用废弃的冻结管内冻结液的融化和冻结来实现冷量和热量的提取，因此节能效果非常显著，采用回收的低温冷、热能可以满足冬季供暖、夏季空调、洗浴热水、井口防冻等多种用户设备的能量需求，而且对环境无污染，节能减排效益显著。本发明可以广泛用于各种煤矿的废弃冻结管的热能利用中。
附图说明
图1是本发明单个冻结管支管与主干管的连接示意图
图2是本发明废弃冻结管回收系统工艺流程示意图
图3是本发明热泵机组制热工况连接示意图
图4是本发明热泵机组制冷工况连接示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，常规废弃的冻结管1中插设有一连通冻结管1底部的供水支管2和一悬在液面上方的回水支管3，冻结管1中的冻结液一般是Cacl2(盐溶液)。本发明装置在利用废弃的冻结管1之前，首先需要根据冻结管1的分布和井口房屋建筑的需求，确定井筒周围可利用的废弃冻结管1的数量。然后通过管路将每一冻结管1中的供水支管2连接一温度检测装置4后，并联连接在同一根供水主干管5上。如图2所示，供水主干管5的出口依次连接一除砂器6、一全自动过滤器7、一真空脱气机8和一冻结液循环泵9，冻结液循环泵9的出口连接一热泵机组10进行换热，热泵机组10再通过一回水主干管11并联连接每一冻结管1上的回水支管3，在每一回水支管3上连接有一温度检测装置12，进而形成一冻结液循环回路。同时热泵机组10将与冻结液循环回路换热得到的能量传递给一组用户设备13。本发明的热泵机组10与用户设备13的连接方式是：热泵机组10通过一出口管14连接用户设备13的进口主干管15，用户设备13的回路主干管16通过一回路管17连接回热泵系统10，在出口管14或回路管17上连接一循环泵18；同时一组用户设备中的各用户设备13通过一进水支管19并联连接进口主干管15，通过一出水支管20并联连接回路主干管16，进而形成一连接热泵机组10和用户设备13的用户循环系统。用户设备13可以是空调系统、热水加热系统、煤矿井口防冻系统等。
如图3所示，上述实施例中的热泵机组10为已有技术，其设置有一蒸发器101，蒸发器101内的换热管一端连接一压缩机102，另一端连接一膨胀阀103，压缩机102和膨胀阀103的另一端连接在一冷凝器104的壳体两端。
本发明工作时分为两种使用情况：一种是在夏季利用废弃的冻结管1为用户设备13制冷；另一种是在冬季利用废弃的冻结管1为用户设备13供热，下面分别进行描述。
如图4所示，当夏季利用废弃的冻结管1为用户设备13制冷时，包括以下步骤：
1)将冻结液循环系统的冻结液循环泵9出口和回水主干管11进口连接在热泵机组10内冷凝器104换热管的两端，将热泵机组10内蒸发器101的壳体两端，一端连接用户循环系统的进口管15，另一端连接用户循环系统的回路管16；
2)在冻结管1的冻结液中加水进行融化稀释，使稀释融化后液体状冻结液占整个冻结管中冻结液的5％～10％；
3)启动设备后，冻结管1内的冻结液从供水支管2经过温度检测装置4和供水主干管5进入除砂器6进行除砂处理后，再经过全自动过滤器7进行过滤处理，然后经过真空脱气机8进行脱气除氧处理后，被冻结液循环泵9泵入热泵机组10内冷凝器104的换热管进行换热后，再通过回水主干管11、温度检测装置12和回水支管3回到冻结管1，完成冻结液制冷循环过程；同时热泵机组10自身的循环过程，会将与冻结液换热得到的冷量，通过连接在蒸发器101壳体上的进口管14和进口主干管15传递给用户设备13，并通过回路主干管16和回路管17回到蒸发器101，完成用户设备循环系统的制冷循环过程。
4)冻结液经过步骤3)不断将冷媒通过热泵机组10传递给用户设备13的同时，冻结管1内的冻结液不断被加热融化，从而在整个夏季使冻结管1内聚集大量热量。
如图3所示，当冬季利用废弃的冻结管1为用户设备13供热时，包括以下步骤：
1)将冻结液循环系统的冻结液循环泵9出口和回水主干管11进口连接热泵机组10内蒸发器101壳体的两端，将热泵机组10内冷凝器104的换热管两端连接用户循环系统的进口管14和回路管17。
2)启动设备后，冻结液从供水支管2经过温度检测装置4和供水主干管5进入除砂器6进行除砂处理后，再经过全自动过滤器7进行过滤处理，然后经过真空脱气机8进行脱气除氧处理后，被冻结液循环泵9泵入热泵机组10内蒸发器101的壳体，与壳体内换热管内的制冷剂换热后，再通过回水主干管11、温度检测装置12和回水支管3回到冻结管1，完成冻结液供热循环过程；同时热泵机组10自身的循环过程，会将与冻结液换热得到的热量，通过连接在冷凝器104的换热管两端的进口管14和回路管17传递给用户设备13，完成用户设备循环系统的运行；
3)冻结液经过步骤2)不断将热量通过热泵机组10传递给用户设备13的同时，冻结管1内的冻结液不断被冷却，温度降低冻结液凝结，从而在整个冬季使冻结管1内聚集大量冷量。
上述各实施例中，本发明利用分别连接进水支管2和回水支管3的温度检测装置4、12，对进出冻结管1的冻结液进行温度检测，进而控制系统的制冷和供热操作。
上述实施例中，本发明所使用的热泵机组10可以是各种已有技术产品，比如矿用防垢涡旋热泵机组。除砂器6、一全自动过滤器7、一真空脱气机8和一冻结液循环泵9都可以采用购买的现成产品。
上述实施例中，不同季节冻结液循环系统和用户设备循环系统与热泵机组10的不同连接方式可以用热泵系统设置的换向阀实现，此为常规方式，在此不再赘述。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和操作方法等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (7)
1.一种煤矿废弃冻结管利用装置，它包括若干冻结管，每一所述冻结管内插设有一供水支管和一回水支管，其特征在于：各所述供水支管分别连接一温度检测装置后并联连接在同一供水主干管上，各所述回水支管分别连接一温度检测装置后并联连接在同一回水主干管上；所述供水主干管出口依次连接一除砂器、一全自动过滤器、一真空脱气机和一冻结液循环泵，所述冻结液循环泵的出口和所述回水主干管的进口连接所述热泵机组一端的进、出口，形成一冻结液循环系统；所述热泵机组另一端的出口通过一进口管、一进口主干管和若干并联的进口支管连接一组用户设备，各所述用户设备的出口通过并联的若干回路支管、一回路主干管和一回路管连接所述热泵机组另一端的进口，所述进口管或回路管上连接一循环泵，进而形成一用户设备循环系统。
2.如权利要求1所述的一种煤矿废弃冻结管利用装置，其特征在于：所述冻结液循环系统中所述冻结液循环泵的出口和所述回水主干管的进口连接在所述热泵机组中冷凝器的换热管两端；所述用户设备循环系统中进口管的进口和所述回路管的出口连接所述热泵机组中蒸发器的壳体两端。
3.如权利要求1所述的一种煤矿废弃冻结管利用装置，其特征在于：所述冻结液循环系统中所述冻结液循环泵的出口和所述回水主干管的进口连接在所述热泵机组中蒸发器的壳体两端；所述用户设备循环系统中进口管的进口和回路管的出口连接在所述热泵机组中冷凝器的换热管两端。
4.如权利要求1或2或3所述的一种煤矿废弃冻结管利用装置，其特征在于：所述热泵机组为矿用防垢涡旋热泵机组。
5.一种如权利要求1～4任意一项所述煤矿废弃冻结管利用装置的使用方法，其包括以下步骤：
1)根据冻结管的分布和井口房屋建筑的布置需求，确定井筒周围可利用的废弃冻结管的数量；
2)根据夏季制冷和冬季供暖的需求，将冻结液循环系统和用户设备循环系统连接在热泵机组上：
3)设备启动后，从各冻结管进入供水主干管的冻结液依次经过除砂、过滤、真空脱气处理后，泵入热泵机组进行换热，换热后的冻结液又通过回水主干管回到各冻结管；而热泵机组换热后得到的冷量或热量，则通过进口管和回路管输送给连接热泵机组的用户循环系统；
4)循环进行步骤3)，不断通过热泵机组提取冻结液的冷量或热量，满足用户设备的制冷或供热需求，同时各冻结管内的冻结液不断融化或凝结，在整个夏季或冬季各冻结管内聚集大量热量或冷量。
6.如权利要求5所述的一种煤矿废弃冻结管利用装置的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，夏季制冷时，将冻结液循环系统中冻结液循环泵的出口和回水主干管的进口连接在热泵机组中冷凝器的换热管两端；将用户设备循环系统中进口管的进口和回路管的出口连接在热泵机组中蒸发器的壳体两端；同时在冻结管的冻结液中加水进行稀释融化，使稀释融化后液体状冻结液占整个冻结管中冻结液的5％～10％。
7.如权利要求5所述的一种煤矿废弃冻结管利用装置的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，冬季供热时，将冻结液循环系统中冻结液循环泵的出口和回水主干管的进口连接在热泵机组中蒸发器的壳体两端；将用户设备循环系统中进口管的进口和回路管的出口连接在所述热泵机组中冷凝器的换热管两端。
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Denomination of invention: Utilization device of abandoned freezing pipe of coal mine and application method thereof Effective date of registration: 20140917 Granted publication date: 20130109 Pledgee: Beijing ustron Tongsheng financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing CUMT Energy Saving Technology Co., Ltd. Registration number: 2014990000762 |
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Date of cancellation: 20150929 Granted publication date: 20130109 Pledgee: Beijing ustron Tongsheng financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing CUMT Energy Saving Technology Co., Ltd. Registration number: 2014990000762 |
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Denomination of invention: Utilization device of abandoned freezing pipe of coal mine and application method thereof Effective date of registration: 20151021 Granted publication date: 20130109 Pledgee: Beijing ustron Tongsheng financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing CUMT Energy Saving Technology Co., Ltd. Registration number: 2015990000891 |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210618 Address after: 100089 no.a-09-59, 4th floor, 89 Xisanhuan North Road, Haidian District, Beijing Patentee after: Beijing Kaili Xinyuan Technology Co.,Ltd. Address before: 100083 2 / F, block A2, Zhongguancun energy security science and Technology Park, Haidian District, Beijing Patentee before: BEIJING CUMT ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. |