CN103898895A - 同轴供回液管冻结器 - Google Patents

Abstract

一种同轴供回液管冻结器，包括供液管、回液管和冻结管，所述供液管、回液管均由聚乙烯塑料或聚氯乙烯制成；所述冻结管为中空圆筒形，其底端由下封板封闭，所述下封板的下端还设有底锥；回液管伸出冻结管的部分设有第一回液阀门，所述冻结管的上端外侧设有第二回液阀门，所述供液管设有供液阀门；由此，本发明改变供液管与回液管在冻结管内布置的空间位置，在不增加冻结管直径及盐水流量的前提条件下，能有效的降低供液管内盐水压力；同时实现了控制冷量传导的效果；且供液管在回液管内，提高了供液管的冷量传输效率。

Description

同轴供回液管冻结器

技术领域

本发明涉及人工冻结的技术领域，尤其涉及一种同轴供回液管冻结器。 

背景技术

冻结法起源于天然冻结，由于人工制冷技术的发展和应用，产生了人工冻结。传统上，较普遍的人工冻结是使用盐溶液间接致冷法，就是将盐(如CaCl2)溶液通过氟利昂(或氨)制冷压缩机冷冻后，降为低温溶液，将其作为冷媒在土体内埋设的管道中循环，与土体进行热交换，吸收土体热量，增加自身显热，通过不断循环制冷，使周围土体冻结，达到加固和稳定土体的目的。采用人工致冷加固土体(冻结法)，可以使土体中的大部分水结冰，这不仅提高了土的强度，增强了土体的稳定性和整体性，而且可以达到其它止水方法所无法比拟的隔水性能。与其它施工技术相比，它可有效增强土体稳定性、减少变形、隔绝地下水。 

冻结法凿井是在不稳定地层中建井的主要特殊方法之一。在井筒开凿之前，用人工制冷的方法，将井筒周围的岩土层冻结成封闭的圆筒——冻结壁，以抵抗水、土压力，隔绝地下水和井筒的联系，然后在冻结壁的保护下进行掘砌工作的一种特殊的凿井方法。 

冻结法已有140多年的历史。1862年英国南威尔士在建筑基础施工中，首先使用了人工制冷法加固土壤。1883年德国工程师波茨舒(F.H.Poetsch)，在德国阿尔巴里得煤矿，用冻结法开凿了深度为103米的井筒，获得了冻结法凿井技术专利。世界上采用冻结法凿井较多的国家如德国、英国、波兰、加拿大和前苏联等，最大冻结深度均超过了600m，其中英国的博尔比钾盐矿冻结深度达到了930m目前世界上最深的冻结井筒为我国的核桃峪副井冻结工程，冻结深度达950m。 

现阶段煤炭仍然是我国的主要能源。随着国民经济的快速增长，煤炭的需求量越来越大，尤其近几年，在经济发达和较发达 地区，能源紧张问题又开始显现并日趋严重。而另一方面，随着煤炭资源的大力开采，由于地处或临近我国经济发达地区且冲积层较薄的煤田，绝大多数已得到充分开发，其中不少煤田的资源已枯竭，已不能满足我国目前日益增加的能源需求，因而为了满足国民生产需求，一方面十分需要开发特厚冲积层所覆盖之下的煤田；另一方面我国煤炭开采的主战场已由东部地区向西部软岩地区转移，在当前形势下冻结技术面临一些新的问题： 

1）在东部地区特厚冲积层冻结建井过程中全深冻结技术在技术层面上仍然能满足当前冻结工程的需要，但是从经济层面考虑，存在冷量严重浪费的问题，与当前国家可持续发展战略不相适应。 

2）在西部软岩地区的建井过程中，由于对西部地区工程地质和水文地质的认识及经验相对不足，井检孔水文地质资料不准确，提供的预测井筒涌水量与实际掘进过程中井涌水量严重不符，造成的淹井事故屡见不鲜，出现问题的井筒基本都需要采用冻结法进行下一步的施工。此类工程冻结施工中，上部已成型井壁段冻结壁交圈封水即可，冻结壁厚度较薄；下部冻结段需要抵抗水土压力，冻结壁厚度较厚，现有的全深冻结技术在处理此类冻结工程中易将上部已成型井壁冻坏，产生二次事故。 

目前工程中常用的局部保温冻结器如图1，其包含塑料材质PE制成的供液管1、冻结管3、回液管阀门5、上封板2、下封板8、底锥9和塑料材质PE制成的回液管10，其工作结构及原理为：冻结管3、上封板6、下封板8及底锥9通过焊接形成一个整体，内有供液管1及回液管10，低温盐水通过供液管1流入，沿着冻结管3内壁向上流，将冷量通过冻结管3传递给地层，盐水通过回液管阀门5流出冻结管3。 

这种冻结器存在如下缺陷：供液管1和回液管10在冻结管内并排放置，随着冻结深度的增大及上部需要保温段的增大，供液管1和回液管10的长度都需要增加，在冻结器流量不变的前提条件下，供液管1和回液管10内的压力将增大，超过其耐压能力发生破坏，若减小流量、减小压力又达不到预期冻结效果，若增加供液管1和回液管10的管径来减小管内压力，则需要冻结管3的直径增大，造成钢材用量增大，并且增加了冻结造孔难度，增加工程费用；其存在的主要问题是在深井冻结工程中使用需要的冻 结管直径增大，造成钢材用量增大，并且增加了冻结造孔难度，增加工程费用。 

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种同轴供回液管冻结器，以克服上述缺陷。 

发明内容

本发明要解决的技术问题为：现有技术的冻结器在深井冻结工程中使用需要的冻结管直径增大，造成钢材用量增大，并且增加了冻结造孔难度，增加工程费用。 

为解决上述问题，本发明公开了一种同轴供回液管冻结器，包括供液管、回液管和冻结管，其特征在于： 

所述供回液管由聚乙烯塑料或聚氯乙烯塑料制成； 

所述冻结管为中空圆筒形，其底端由下封板封闭，所述下封板的下端还设有底锥； 

所述供液管和回液管插设于所述冻结管内，所述供液管的底端和所述冻结管的底端之间的距离为冻结管的直径的1/4-1/2； 

所述回液管插入所述冻结管内的距离为冻结管长度的1/3-1/2，且回液管伸出冻结管的部分设有第一回液阀门，所述冻结管的上端外侧设有第二回液阀门，所述供液管设有供液阀门。 

其中：所述供液管和回液管同轴插设于所述冻结管内，所述回液管的直径大于所述供液管的直径故套合于所述供液管外。 

其中：所述供液管的直径为冻结管的直径的1/6-1/4，所述回液管的直径为冻结管的1/3-2/3。 

其中：所述供液管的直径为冻结管的1/5，所述回液管的直径为冻结管的3/5。 

其中：所述供液管和回液管为直径相同的半圆管，配合形成一个圆管后插入所述冻结管内。 

其中：所述圆管的直径为冻结管的直径的1/4-3/4。 

其中：所述圆管的直径为冻结管的1/2。 

通过上述结构可知，本发明的同轴供回液管冻结器具有如下技术效果： 

1）采用了改变供液管与回液管在冻结管内布置的空间位置， 在不增加冻结管直径及盐水流量的前提条件下，能有效的降低供液管内盐水压力；同时实现了控制冷量传输的目的； 

2）回液管采用聚乙烯或聚氯乙烯塑料，提高了回液管的保温性能，达到提高冻结器制冷效率的目的。 

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。 

附图说明

图1显示了现有技术中冻结器的结构示意图； 

图2显示了本发明单进双回液管冻结器第一实施例的结构示意图； 

图3A、B分别显示了图2中A-A和B-B向的剖视图； 

具体实施方式

本发明的单进双回液管冻结器包括供液管、回液管和冻结管。 

其中，所述供液管、回液管均由聚乙烯塑料或聚氯乙烯制成。 

所述冻结管为中空圆筒形，其底端由下封板封闭，所述下封板的下端还设有底锥。 

所述供液管和回液管插设于所述冻结管内，所述供液管的底端和所述冻结管的底端之间的距离既要保证流体的充分流动，还要保证底部的冷却性能，优选距离为冻结管的直径的1/4-1/2。 

所述回液管插入所述冻结管内的距离优选为冻结管长度的1/3-1/2，且回液管伸出冻结管的部分设有第一回液阀门，所述冻结管的上端外侧设有第二回液阀门，所述供液管设有供液阀门（未示出）。 

下面介绍本发明的两个具体实施例。 

参见图2至图3A-B，显示了本发明的单进双回液管冻结器的第一实施例。 

所述单进双回液管冻结器包括供液管11、回液管12和冻结管13。 

所述冻结管13为中空圆筒形，其底端由下封板18封闭，所述下封板18的下端还设有底锥19。 

所述供液管11和回液管12同轴插设于所述冻结管13内（参见图2），所述供液管11的直径为冻结管13的直径的1/6-1/4，所 述回液管12的直径大于所述供液管11的直径故套合于所述供液管11外，其直径为冻结管的1/3-2/3，以实现更好的效果，优选的是，所述供液管11的直径为冻结管13的1/5，所述回液管12的直径为冻结管的3/5。 

其中，所述供液管11的底端和所述冻结管13的底端之间的距离既要保证流体的充分流动，还要保证底部的冷却性能，优选距离为冻结管的直径的1/4-1/2。 

所述回液管12插入所述冻结管13内的距离优选为冻结管13长度的1/3-1/2，且回液管12伸出冻结管13的部分设有第一回液阀门15，所述冻结管13的上端外侧设有第二回液阀门17，所述回液管12的顶端设有包围所述供液管11并封闭所述回液管12的第一封板14，所述冻结管13的顶端设有包围所述回液管12并封闭所述冻结管13的第二封板16，所述供液管11伸出所述回液管12并设有供液阀门（未示出）。 

通过上述结构，本申请中的供液管11、回液管12和冻结管13同轴设置，既能实现稳定的冻结效果，通过回液管12流出冻结管13能对冻结管13下部的地层进行有效冻结，而通过第二回液阀门17流出冻结管13能对冻结管13上部的地层进行有效冻结，从而在深层冻结时能获得有益的冻结效果。 

而且，同轴的设置，可以有效降低供液管内的液体压力，双回液的流道也使得保温效果更加明显。 

同时，本申请中供液管和回液管的特殊直径和长度设置，是申请人通过长期的实验和创造性劳动得到的，这种设置使得供液和回液之间的流动状态更加稳定，冷冻效果更好。 

通过上述结构可知，本发明的优点在于： 

1）同轴供回液结构设计使输冷方式更为合理，在实现控制冷量分配的同时还有利于提高输送冷量的效率。 

2）采用了改变供液管与回液管在冻结管内布置的空间位置，在不增加冻结管直径及盐水流量的前提条件下，能有效的降低供液管内盐水压力；同时改善了冷却效果； 

3）回液管用聚乙烯塑料或聚氯乙烯制成，降低了回液管的保温性能，提高了该冻结器的保温效果。 

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制 本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。 

Claims (4)

1.一种同轴供回液管冻结器，包括供液管、回液管和冻结管，其特征在于：

所述供、回液管均由聚乙烯塑料或聚氯乙烯塑料制成；

所述冻结管为中空圆筒形，其底端由下封板封闭，所述下封板的下端还设有底锥；

所述供液管和回液管插设于所述冻结管内，所述供液管的底端和所述冻结管的底端之间的距离为冻结管的直径的1/4-1/2；

所述回液管插入所述冻结管内的距离为冻结管长度的1/3-1/2，且回液管伸出冻结管的部分设有第一回液阀门，所述冻结管的上端外侧设有第二回液阀门，所述供液管设有供液阀门。

2.如权利要求1所述的同轴供回液管冻结器，其特征在于：所述供液管和回液管同轴插设于所述冻结管内，所述回液管的直径大于所述供液管的直径故套合于所述供液管外。

3.如权利要求2所述的同轴供回液管冻结器，其特征在于：所述供液管的直径为冻结管的直径的1/6-1/4，所述回液管的直径为冻结管的1/3-2/3。

4.如权利要求3所述的同轴供回液管冻结器，其特征在于：所述供液管的直径为冻结管的1/5，所述回液管的直径为冻结管的3/5。

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