CN106014418B - 一种自流节能快速的矿井冻结结构和冻结方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿井冷冻领域，尤其涉及一种自流节能快速的矿井冻结结构和冻结方法。以二氧化碳为载冷剂，二氧化碳换热为潜热换热，二氧化碳循环以地热为动力，液体二氧化碳吸收热量变为气体上升到主管道，再到换热器液化，始终不需外部动力；二氧化碳换热以液面开始，随着液位深度的增加，压力加大，蒸发温度提高，温度也在提高，二氧化碳冻结为局部冻结，二氧化碳气体和液体共用主管和干管，主管道坡向下流管，这样使液态二氧化碳依靠重力流向下流管，而气态二氧化碳流向高处换热器处，换热器处把二氧化碳气体液化，形成真空度。二氧化碳冻结为局部冻结，节能效果明显。

Description

一种自流节能快速的矿井冻结结构和冻结方法

技术领域

本发明涉及矿井冷冻领域，尤其涉及一种自流节能快速的矿井冻结结构和冻结方法。

背景技术

传统的矿井冻结采用盐水系统循环，盐水为载冷剂；盐水换热为显热换热，效率低；盐水循环需要盐水泵为动力；盐水换热在整个支管内温度基本相同，井壁整体同时冻结，能耗高，速度慢。

发明内容

发明的目的：为了提供一种效果更好的一种自流节能快速的矿井冻结结构和冻结方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：

方案一：

一种自流节能快速的矿井冻结结构，其特征在于，包含主管道，主管道上伸出多个能位于地下的埋入管，还包含和主管道内部连通的下流管，下流管伸入主管道的高度小于埋入管的高度，所述下流管伸出内通管，内通管伸入埋入管中，所述内通管在埋入管中的部分包含多个孔，主管道连接着液态二氧化碳提供结构。

本发明进一步技术方案在于，所述主管道朝下伸出多个埋入管，所述埋入管呈圆周分布。

本发明进一步技术方案在于，所述主管道连接着分流部分，所述分流部分为板状结构，其伸出多个朝下的埋入管。

本发明进一步技术方案在于，所述主管道分和/或分流部分的材质为绝热材质；所述下流管上包含电磁阀。

本发明进一步技术方案在于，所述多个孔为斜孔。

本发明进一步技术方案在于，所述斜孔围绕内通管一周分布。

本发明进一步技术方案在于，所述内通管上包含电磁阀。

本发明进一步技术方案在于，所述内通管中分布有多个压力传感器和/或温度传感器。

方案二：

一种自流节能快速的矿井冻结的方法，其特征在于，

以二氧化碳为载冷剂，二氧化碳换热为潜热换热，二氧化碳循环以地热为动力，液体二氧化碳吸收热量变为气体上升到主管道，再到换热器液化，始终不需外部动力；二氧化碳换热以液面开始，随着液位深度的增加，压力加大，蒸发温度提高，温度也在提高，二氧化碳冻结为局部冻结，二氧化碳气体和液体共用主管和干管，主管道坡向下流管，这样使液态二氧化碳依靠重力流向下流管，而气态二氧化碳流向高处换热器处，换热器处把二氧化碳气体液化，形成真空度。

本发明进一步技术方案在于，在进行局部冷冻的过程中，在主管道内保证一定的液位，随时经过液体下流管电磁阀向下流管内补充液体二氧化碳，回流管管口位于二氧化碳液位上方，以防主管道中液体流入回流管；液体下流管管壁上有斜孔，既排除液体在内通管内闪发气体，又能够使液体在液位附近短路循环。

采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：传统的矿井冻结采用盐水系统循环，盐水为载冷剂；本技术采用二氧化碳代替传统的盐水系统，二氧化碳为载冷剂。

盐水换热为显热换热，效率低；二氧化碳换热为潜热换热，换热效率大大提高。

盐水循环需要盐水泵为动力；二氧化碳循环以地热为动力，液体二氧化碳吸收热量变为气体上升到主管，再到换热器液化，始终不需外部动力。

盐水换热在整个支管内温度基本相同，井壁整体同时冻结；二氧化碳换热以液面开始，随着液位深度的增加，压力加大，蒸发温度提高，温度也在提高。经计算，液位处调节为-30℃时，液位下60米处为-20℃。所以二氧化碳冻结为局部冻结，节能效果明显。

附图说明

为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：

图1为发明结构示意图；

其中：1.主管道；2.回流管；3.分流部分；4.埋入管；5.电磁阀；6.内通管；7.开口；8.下流管；91.传感器一；92.传感器二；93.传感器三；94.传感器四。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制：

方案一：

一种自流节能快速的矿井冻结结构，其特征在于，包含主管道，主管道上伸出多个能位于地下的埋入管，还包含和主管道内部连通的下流管，下流管伸入主管道的高度小于埋入管的高度，所述下流管伸出内通管，内通管伸入埋入管中，所述内通管在埋入管中的部分包含多个孔，主管道连接着液态二氧化碳提供结构，液态二氧化碳提供结构为换热器。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：以二氧化碳为载冷剂，二氧化碳换热为潜热换热，二氧化碳循环以地热为动力，液体二氧化碳吸收热量变为气体上升到主管道，再到换热器液化，始终不需外部动力；二氧化碳换热以液面开始，随着液位深度的增加，压力加大，蒸发温度提高，温度也在提高，二氧化碳冻结为局部冻结，二氧化碳气体和液体共用主管和干管，主管道坡向下流管，这样使液态二氧化碳依靠重力流向下流管，而气态二氧化碳流向高处换热器处，换热器处把二氧化碳气体液化，形成真空度。

更具体的对比为：

1、传统的矿井冻结采用盐水系统循环，盐水为载冷剂；本技术采用二氧化碳代替传统的盐水系统，二氧化碳为载冷剂。

2、盐水换热为显热换热，效率低；二氧化碳换热为潜热换热，换热效率大大提高。

3、盐水循环需要盐水泵为动力；二氧化碳循环以地热为动力，液体二氧化碳吸收热量变为气体上升到主管，再到换热器液化，始终不需外部动力。

4、盐水换热在整个支管内温度基本相同，井壁整体同时冻结；二氧化碳换热以液面开始，随着液位深度的增加，压力加大，蒸发温度提高，温度也在提高。经计算，液位处调节为-30℃时，液位下60米处为-20℃。所以二氧化碳冻结为局部冻结，节能效果明显。

进一步的改进方案为：所述主管道朝下伸出多个埋入管，所述埋入管呈圆周分布。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：呈圆周分布为最优选的一种分布方式，将中心的矿井能够有效围起来进行冷冻，保证周围都形成冷冻壁。

所述主管道连接着分流部分，所述分流部分为板状结构，其伸出多个朝下的埋入管。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：本处是一种实现方式，板状结构可以作为顶板朝下布置，板状结构中心为空的结构，因此能传导液体。

所述主管道分和/或分流部分的材质为绝热材质；所述下流管上包含电磁阀。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：绝热材质能到防止外部热量对二氧化碳的冷冻过程造成影响。

所述多个孔为斜孔。所述斜孔围绕内通管一周分布。如图1所示，本种结构的作用很多。在进行局部冷冻的过程中，在主管道内保证一定的液位，随时经过液体下流管电磁阀向下流管内补充液体二氧化碳，回流管管口位于二氧化碳液位上方，以防主管道中液体流入回流管；液体下流管管壁上有斜孔，既排除液体在内通管内闪发气体，又能够使液体在液位附近短路循环。所述内通管上包含电磁阀。所述内通管中分布有多个压力传感器和/或温度传感器。因此还能实现智能控制。

作为进一步的优选，1、每根管内有一个或两个压力传感器，和电磁阀联动控制液位，保证每根管液位相同。信号线如何和管外连接。2、开机前用主管道液位来校正各压力传感器的实际误差，并存入电脑控制系统。3、冻结器内部供液管每200mm开一个d6小孔，45°外上倾斜，在液位处短路循环。4、虹吸式蒸发器和二氧化碳换热，使二氧化碳液化。地热将成为二氧化碳流动动力，节约了载冷剂循环泵。

需要突出说明的是：

液体支管为所谓的下流管；气体支管即所谓的埋入管。

1、二氧化碳气体和液体共用主管和干管，主管道坡向支管。这样使液态二氧化碳依靠重力流向支管，而气态二氧化碳流向高处换热器处，换热器处把二氧化碳气体液化，形成真空度。

2、主干管内保证一定的液位，可以随时经过液体支管电磁阀向支管内补充液体二氧化碳。

3、气体支管上端升入干管内液位上方，以防干管中液体经过气体支管流入支管。

4、液体支管管壁上有斜孔（见图），既排除液体支管内闪发气体，又可以使液体在液位附近短路循环，不再经过液体支管最低端循环,同时防止液体在液位以上流到气体支管中。

5、支管底端装不少于两个压力传感器，压力传感器和供液电磁阀联控，根据压力数据和液位的关系，控制不同支管内的液位，使液位相同。

以下对本专利的具体的几个创新点进一步进行说明以及改进，作为备选方案：

方案A：一种矿井冻结结构的气液自循环结构， 其特征在于，包含主管道，主管道中包含和主管道内部连接的埋入管，还包含和主管道内部连通的下流管，下流管伸入主管道的高度小于埋入管的高度。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：本处提供了一种液体和气体能自动分流的结构，不同于之前的结构，都是采用一些介质进行分离，本处是直接在一个容器里边，采用液面和管道的位差，不同管道的高度不一致，一部分在液面下，一部分在液面上，因此能够实现分流和自动循环，不用外界能源，还充分利用了埋入管能埋入地下利用地热的优势，开创性地实现了自动循环的一种结构，尤其突出的是在一个主管道连接的单个腔体里边完成该效果，边运输边分离，效果好。本处的气液循环结构不一定单单能被利用在矿井领域，还可以是其他领域。本处的结构是单独能够实现功能的单体。

结合图1，所述埋入管包含多个，下流管分出多个内通管伸入埋入管中。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：本处提供了一种下流管的实现方式和实现结构，但是类似的实现方式均在本专利的保护范围内，比如，可以多个下流管，每个埋入管都对应一个下流管也可以。

所述下流管上包含电磁阀。

所述下流管和主管道内部连通但是未伸入该主管道，埋入管伸入主管道包含埋入管伸入端。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：结合附图，高度高低不一致，有很多种实现方式和结构，可以是优选的本处说明的结构，未伸入使得液体能方便流进去。

所述下流管包含一个以上。

作为优选，所述下流管位于主管道的最低位置。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：最低位置能够有利于液体的补充。同理：所述下流管连接分流部分，分流部分作为主管道的延伸，所述下流管位于分流部分的几何中心部位。

以下为分流部分的又一种的实现结构，所述分流部分为圆形或者是一圈管状结构。

方案B：

一种矿井冷冻局部冻结结构，其特征在于，包含换热器，换热器连接二氧化碳提供结构，换热器还连接主管道，主管道中包含和主管道内部连接的埋入管，还包含和主管道内部连通的下流管，下流管伸入主管道的高度小于埋入管的高度；所述下流管连接分流部分，所述分流部分为弧形的或者直线的管道。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：弧形的管道能方便形成弧形的冷冻壁，直线的管道能方便形成冷冻壁，不一定只是应用于矿井冷冻，还可以用于局部救灾等，比如在煤矿渗水的时候的救灾，二氧化碳相比于盐水，优点有很多，传统的矿井冻结采用盐水系统循环，盐水为载冷剂；本技术采用二氧化碳代替传统的盐水系统，二氧化碳为载冷剂。

盐水换热为显热换热，效率低；二氧化碳换热为潜热换热，换热效率大大提高。盐水循环需要盐水泵为动力；二氧化碳循环以地热为动力，液体二氧化碳吸收热量变为气体上升到主管，再到换热器液化，始终不需外部动力。盐水换热在整个支管内温度基本相同，井壁整体同时冻结；二氧化碳换热以液面开始，随着液位深度的增加，压力加大，蒸发温度提高，温度也在提高。经计算，液位处调节为-30℃时，液位下60米处为-20℃。所以二氧化碳冻结为局部冻结，节能效果明显。

所述弧形的管道包含多个，多个弧形的管道呈同心圆分布；所述弧形的管道为圈状的管道。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：作为优选，本处的机构能形成多层冷冻壁，使得透水的危险性减少，圆形属于特殊的弧形，本处提供的是一种特殊的优选结构。

作为进一步的优选，所述弧形的或者直线的管道为封闭的形状。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：封闭的形状能够适应多种井的形状，因为很多井不一定是标准形状，本处结构使得冷冻壁的形状不一定非得是圆柱形的。

作为进一步的改进，所述弧形的或者直线的管道上方固定连接提升结构，提升结构的轴连接管道，管道和主管道之间通过软管连接。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：本处使得管道能方便升降，方便调整冷冻区域，调整冷冻区域的方式将不仅仅是通过也为调整，还能调整高度。

作为进一步的改进，二氧化碳提供装置通过倾斜的管道连接分流部分。

所述弧形的或者直线的管道包含多组，多组的尺寸不一致。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：尺寸不一致因此能够适应各种大小的井。

方案C：

一种矿井冷冻微循环结构，其特征在于，包含管状结构，管状结构上包含多个孔。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：本处的结构是单独能够实现功能的单体，液体支管管壁上有孔，既排除液体支管内闪发气体，又可以使液体在液位附近短路循环，不再经过液体支管最低端循环,同时防止液体在液位以上流到气体支管中。液体支管为所谓的下流管；气体支管即所谓的埋入管。

作为进一步的优选，所述管状结构为下流管，包含埋入管，埋入管中插入有下流管，下流管在埋入管中的部分包含多个孔。所述孔为斜孔。

结合附图，所述斜孔为朝上的斜孔。

进一步的优选，所述斜孔为倾斜朝上的管道。朝上的管道能同时防止液体在液位以上流到气体支管中。

作为进一步的优选，所述下流管包含中心管，中心管分出多个分支的下流管进而再伸入多个埋入管中。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：本处的结构方便调整整体的多个管道中的液体。

所述分支的下流管从埋入管中部折入埋入管中。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：方便导向液体进入埋入管。作为进一步的优选，折入可以是带弧形的折入。

所述多个孔位于管状结构的一侧。或者所述多个孔围绕管状结构周布。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：本处的结构能够将埋入管的四周均冷冻起来。

所述下流管上安装有多个压力传感器和/或温度传感器。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：支管底端装不少于两个压力传感器，压力传感器和供液电磁阀联控，根据压力数据和液位的关系，控制不同支管内的液位，使液位相同。

需要说明的是，本专利提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不相互制约，但是其也能够在不冲突的情况下相互组合，达到多个效果共同实现。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种自流节能快速的矿井冻结的方法，其特征在于，矿井冻结结构包含主管道，主管道上伸出多个能位于地下的埋入管，还包含和主管道内部连通的下流管，下流管伸入主管道的高度小于埋入管的高度，所述下流管伸出内通管，内通管伸入埋入管中，所述内通管在埋入管中的部分包含多个孔，主管道连接着换热器；所述多个孔为斜孔；内通管管壁上有斜孔，既排出液体在内通管内的闪发气体，又能够使液体在液位附近短路循环；所述斜孔围绕内通管一周分布；

所述主管道和/或分流部分的材质为绝热材质；所述下流管上包含电磁阀；

采用如下方法：以二氧化碳为载冷剂，二氧化碳换热为潜热换热，二氧化碳循环以地热为动力，液体二氧化碳吸收热量变为气体上升到主管道，再到换热器液化，始终不需外部动力；二氧化碳换热以液面开始，随着液位深度的增加，压力加大，蒸发温度提高，温度也在提高，二氧化碳冻结为局部冻结，二氧化碳气体和液体共用主管道，主管道坡向下流管，这样使液态二氧化碳依靠重力流向下流管，而气态二氧化碳流向高处换热器处，换热器把二氧化碳气体液化，形成真空度。

2.如权利要求1所述的一种自流节能快速的矿井冻结的方法，其特征在于，在进行局部冻结的过程中，在主管道内保证一定的液位，随时经过液体下流管电磁阀向下流管内补充液体二氧化碳，埋入管管口位于二氧化碳液位上方，以防主管道中液体流入埋入管；内通管管壁上有斜孔，既排出液体在内通管内的闪发气体，又能够使液体在液位附近短路循环。

3.如权利要求1所述的一种自流节能快速的矿井冻结的方法，其特征在于，所述主管道朝下伸出多个埋入管，所述埋入管呈圆周分布。

4.如权利要求1所述的一种自流节能快速的矿井冻结的方法，其特征在于，所述主管道连接着分流部分，所述分流部分为板状结构，其伸出多个朝下的埋入管。

5.如权利要求1所述的一种自流节能快速的矿井冻结的方法，其特征在于，所述内通管上包含电磁阀。

6.如权利要求1所述的一种自流节能快速的矿井冻结的方法，其特征在于，所述内通管中分布有多个压力传感器和/或温度传感器。