CN108252305A - 一种大体积混凝土水冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大坝混凝土冷却技术领域，具体而言，涉及一种大体积混凝土水冷却系统。一种大体积混凝土水冷却系统，其包括管路结构、地源热泵冷却系统及换热结构。地源热泵冷却系统包括第一换热器、压缩机及第二换热器，并且第一换热器、压缩机及第二换热器依次管路连接并形成循环管路，循环管路用于供冷却剂流通；第二换热器用于与地下水进行热量交换。换热结构用于容纳第一换热器，进水管及出水管均与换热结构连通；换热结构用于供在换热结构内的冷却水与第一换热器内的冷却剂进行热量交换。该大体积混凝土水冷却系统运行稳定可靠、运行的安全性能良好，能够有效保证冷却水的温度相对稳定。

Description

一种大体积混凝土水冷却系统

技术领域

本发明涉及大坝混凝土冷却技术领域，具体而言，涉及一种大体积混凝土水冷却系统。

背景技术

在水利电力建设混凝土施工中，为防止由于温度变化引起混凝土产生裂缝，特别是深层裂缝和贯穿裂缝，对混凝土大坝的整体性、耐久性和防渗性具有严重的危害，为了确保混凝土浇筑质量以及大坝的安全和长期正常运行，通水冷却是大体积混凝土施工的温控防裂主要措施之一，即利用冷却水对已浇混凝土进行通水，控制混凝土的温度达到目标值，从而防止混凝土产生裂缝的一种温控措施。

水电站大坝砼施工中现行制冷方法多采用移动式冷水站氨制冷的方法，以获得符合温度、流量等指标的冷却水对混凝土进行通水冷却。

但是在现有的制冷技术中，普遍存在能耗较高且对环境的危害较大等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大体积混凝土水冷却系统，该大体积混凝土水冷却系统运行稳定可靠、运行的安全性能良好，能够有效保证冷却水的温度相对稳定。并且由于地下水的水体温度波动的范围远远小于空气的变动，所以能够使得机组运行更可靠、更稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

本发明的实施例是这样实现的：

一种大体积混凝土水冷却系统，其包括管路结构、地源热泵冷却系统及换热结构；

管路结构用于供冷却水流通，管路结构包括位于混凝土结构内的冷却管组以及位于混凝土结构外的进水管和出水管；

地源热泵冷却系统包括第一换热器、压缩机及第二换热器，并且第一换热器、压缩机及第二换热器依次管路连接并形成循环管路，循环管路用于供冷却剂流通；第二换热器用于与地下水进行热量交换；

换热结构用于容纳第一换热器，进水管及出水管均与换热结构连通；换热结构用于供在换热结构内的冷却水与第一换热器内的冷却剂进行热量交换。

该大体积混凝土水冷却系统包括管路结构、地源热泵冷却系统及换热结构。其中，通过管路结构、地源热泵冷却系统及换热结构的相互连接，使得冷却水能够在管路结构和换热结构构成的循环管路中流动。在冷却水在管路结构中流动时，会在流经位于混凝土结构内的冷却管组内时带走混凝土结构中的热量；在冷却水流经换热结构时，会与容纳在换热结构中的第一换热器内的冷却剂进行热量的交换。而地源热泵冷却系统中的冷却剂在流经第一换热器时，会吸收在换热结构中的冷却水的热量；当冷却剂在流经第二换热器时，会将吸收的热量释放到地下水中。由此，该大体积混凝土水冷却系统的工作流程包括：通过地源热泵冷却系统降低冷却水的温度，随后通过水泵将冷却水输送至进水管处，并在进入到位于混凝土结构的冷却管组后与混凝土结构进行热量的交换；完成热量交换后，混凝土结构中的热量进入到冷却水中，冷却水随后进入到出水管，并在水泵的作用下重新进入到换热结构中，在地源热泵冷却系统的作用下降低冷却水的温度。由此形成冷却水的一个循环步骤。故通过冷却水吸收混凝土结构中的热量，降低混凝土结构的温度，并将吸收的热量交换到地源热泵冷却系统中，通过地源热泵冷却系统中的冷却剂的流动，将吸收的热量交换到地下水中，整个过程能够在降低冷却能耗的前提下进行，并且由于地下水的温度稳定，使得该大体积混凝土水冷却系统运行稳定可靠、运行的安全性能良好，保证了系统的高效性和经济性。

在本发明的一种实施例中：

进水管上设有流量控制阀、水泵、第一压力检测装置以及第一温度检测装置。

在本发明的一种实施例中：

出水管上设有第二压力检测装置以及第二温度检测装置。

在本发明的一种实施例中：

换热结构包括换热水箱、第一水箱及第二水箱；换热水箱用于容纳第一换热器；

第一水箱及第二水箱均通过管路与换热水箱连通，进水管与第一水箱连通，出水管与第二水箱连通；

第一水箱用于存储由换热水箱流出的冷却水，第二水箱用于存储由出水管流出的冷却水。

在本发明的一种实施例中：

在连通第一水箱与换热水箱的管路上设有第一流量调节阀。

在本发明的一种实施例中：

在连通第二水箱与换热水箱的管路上设有第二流量调节阀。

在本发明的一种实施例中：

在连通第一水箱与换热水箱的管路上设有第一通断阀；

在连通第二水箱与换热水箱的管路上设有第二通断阀；

换热水箱内设有液位计以及第三温度检测装置。

在本发明的一种实施例中：

换热结构包括主水箱，进水管及出水管均与主水箱连通；

在高度方向上，出水管与主水箱的连接处的高度高于进水管与主水箱的连接处的高度；

并且第一换热器在主水箱内高度位于出水管与主水箱的连接处的高度与进水管与主水箱的连接处的高度之间。

在本发明的一种实施例中：

主水箱内设有液位计。

在本发明的一种实施例中：

冷却管组包括多个子管。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供的大体积混凝土水冷却系统运行稳定可靠、运行的安全性能良好，能够有效保证冷却水的温度相对稳定。并且由于地下水的水体温度波动的范围远远小于空气的变动，所以能够使得机组运行更可靠、更稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中大体积混凝土水冷却系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中换热结构的结构示意图；

图3为本发明实施例中换热结构另一种实施方式的结构示意图。

图标：200-大体积混凝土水冷却系统；210-管路结构；220-地源热泵冷却系统；230-换热结构；211-冷却管组；212-进水管；213-出水管；221-第一换热器；2121-流量控制阀；2122-第一水泵；2123-第一压力检测装置；2124-第一温度检测装置；2131-第二压力检测装置；2132-第二温度检测装置；231-换热水箱；232-第一水箱；233-第二水箱；2321-第一流量调节阀；2331-第二流量调节阀；2311-液位计；2312-第三温度检测装置；239-主水箱；2391-液位计；2111-子管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

请参考图1，图1示出了实施例中提供的大体积混凝土水冷却系统200的具体结构。

从图1中可以看出，该大体积混凝土水冷却系统200包括管路结构210、地源热泵冷却系统220及换热结构230。

其中，管路结构210用于供冷却水流通，管路结构210包括位于混凝土结构内的冷却管组211以及位于混凝土结构外的进水管212和出水管213。

请参照图2，地源热泵冷却系统220包括第一换热器221、压缩机(图中未示出)及第二换热器(图中未示出)，并且第一换热器221、压缩机及第二换热器依次管路连接并形成循环管路，循环管路用于供冷却剂流通；第二换热器用于与地下水进行热量交换。

换热结构230用于容纳第一换热器221，进水管212及出水管213均与换热结构230连通；换热结构230用于供在换热结构230内的冷却水与第一换热器221内的冷却剂进行热量交换。

需要说明的是，为保证冷却水在该大体积混凝土水冷却系统200中的循环流动，故在管路结构210中设置有水泵。具体的，可在进水管212上设置第一水泵2122，与此同时，也可在出水管213设置第二水泵2133，以使得在出水管213中的冷却水能够在第二水泵2133的作用下进入到换热结构中，同时通过第一水泵2122及第二水泵2133的配合工作，保证在该大体积混凝土水冷却系统200中的循环流动。另一方面，第一换热器221可以为蒸发器，第二换热器可以为冷凝器。该地源热泵冷却系统220的工作原理与移动式冷水站氨制冷的原理基本相同。下面对该地源热泵冷却系统220作出说明，需要指出的是，在该地源热泵冷却系统220工作的过程中，下述内容中的冷却剂仅为可选冷却剂中的一种，在此仅选用下述冷却剂作举例说明。

通过冷却剂(乙二醇溶液)在系统中不断循环流动，发生状态、压力的变化，与地下水进行热量交换，其工作过程是：压缩机把蒸发器中的低压低温乙二醇气体吸出，然后通过压缩机做功，变成高压高温的乙二醇气体，然后通过排气管进入冷凝器中，高压高温的乙二醇气体在里面与地下水进行热量交换，变成中压低温的乙二醇气体，然后进入蒸发器，与水箱中的冷却水进行热量交换，吸收冷却水中的热量，降低冷却水的温度，气化后的乙二醇液又重新被压缩机吸入，该地源热泵冷却系统220完成一个工作循环；在地源热泵冷却系统220工作过程中，混凝土中的热量不断的被冷却水吸收，被吸收的热量通过冷却剂与地下水进行的热量交换而被交换到地下水中，这样不断的循环交换热量，达到循环制冷的目的。

该大体积混凝土水冷却系统200包括管路结构210、地源热泵冷却系统220及换热结构230。

其中，通过管路结构210、地源热泵冷却系统220及换热结构230的相互连接，使得冷却水能够在管路结构210和换热结构230构成的循环管路中流动。在冷却水在管路结构210中流动时，会在流经位于混凝土结构内的冷却管组211内时带走混凝土结构中的热量；在冷却水流经换热结构230时，会与容纳在换热结构230中的第一换热器221内的冷却剂进行热量的交换。

而地源热泵冷却系统220中的冷却剂在流经第一换热器221时，会吸收在换热结构230中的冷却水的热量；当冷却剂在流经第二换热器时，会将吸收的热量释放到地下水中。

由此，通过冷却水吸收混凝土结构中的热量，降低混凝土结构的温度，并将吸收的热量交换到地源热泵冷却系统220中，通过地源热泵冷却系统220中的冷却剂的流动，将吸收的热量交换到地下水中，整个过程能够在降低冷却能耗的前提下进行，并且由于地下水的温度稳定，使得该大体积混凝土水冷却系统200运行稳定可靠、运行的安全性能良好，保证了系统的高效性和经济性。

进一步地，在本实施例中，进水管212上设有流量控制阀2121、第一水泵2122、第一压力检测装置2123以及第一温度检测装置2124。出水管213上设有第二压力检测装置2131以及第二温度检测装置2132。通过设置在进水管212和出水管213上的第一压力检测装置2123及第二压力检测装置2131目的是检测管路结构210中的冷却水的流通的压力稳定性，保证整个机组的稳定。通过第一温度检测装置2124及第二温度检测装置2132能够对进水管212及出水管213处的冷却水的温度进行检测，通过将进水管212及出水管213处的冷却水的温度进行科学的对比及分析，能够有效增加对混凝土结构中降温效果的了解，同时也便于对地源热泵冷却系统220的工作状态进行监控。保证混凝土结构冷却的有效进行。

综上，该管路结构210的工作流程如下：

冷却水通过第一水泵2122后，由进水管212向冷却管组211中流动，在流动的过程中，由于进水管212上设有流量控制阀2121、第一压力检测装置2123以及第一温度检测装置2124。通过设置在进水管212上的流量控制阀2121能够对冷却水进入到冷却管组211中流量进行控制，保证进入冷却管组211中的冷却水能够满足冷却的需要；通过第一压力检测装置2123能够对冷却水的水压进行检测；通过第一温度检测装置2124对冷却水的温度进行检测。故在冷却水向冷却管组211中流动时，通过上述的装置能够对冷却水的通水时间、流量、压力以及温度等数据进行统计及控制。需要说明的是，在进水管212及出水管213中，在通过流量控制阀2121对管路结构210中的进水流量进行控制的前提下，还可对应在进水管212及出水管213中设置流量监测装置，以便于对进水管212及出水管213中的流量进行监测。

与上述原理相同，在出水管213上设有第二压力检测装置2131以及第二温度检测装置2132。通过第二压力检测装置2131以及第二温度检测装置2132能够对出水管213内的冷却水的压力及温度等数据进行统计。

需要说明的是，在上述过程当中，进水管212可以起到对进入冷却管组211的冷却水的控制作用，目的是控制冷却水吸收混凝土结构中的热量的过程。具体的，通过在上述进水管212及出水管213处设置的流量控制阀2121、第一压力检测装置2123、第一温度检测装置2124、第二压力检测装置2131以及第二温度检测装置2132，能够对冷却水在进入混凝土结构前后的两组压力、温度及流量等数据进行统计，随后可以将两组数据进行交叉对比，并通过将得到的数据结果进行科学的分析，便能够帮助工作人员知悉混凝土结构的降温过程。

进一步地，在本实施例中，换热结构230包括换热水箱231、第一水箱232及第二水箱233；换热水箱231用于容纳第一换热器221。第一水箱232及第二水箱233均通过管路与换热水箱231连通，进水管212与第一水箱232连通，出水管213与第二水箱233连通。第一水箱232用于存储由换热水箱231流出的冷却水，第二水箱233用于存储由出水管213流出的冷却水。

通过将水管与第一水箱232连通，出水管213与第二水箱233连通，使得第一水箱232内存储有由换热水箱231流出的冷却水，第二水箱233内存储有由出水管213流出的冷却水。与此同时，且在连通第一水箱232与换热水箱231的管路上设有第一流量调节阀2321，在连通第二水箱233与换热水箱231的管路上设有第二流量调节阀2331。通过第一水箱232及第二水箱233的存储作用，能够将换热水箱231流出的冷却水和出水管213流出的冷却水进行存储，以便于对进入到换热水箱231中与地源热泵冷却系统220中的第一换热器221进行热量交换的冷却水的量进行有效的控制。

具体的，在本实施例中，为实现对进入到换热水箱231中与地源热泵冷却系统220中的第一换热器221进行热量交换的冷却水的量进行有效的控制，在连通第一水箱232与换热水箱231的管路上设有第一通断阀(图中未示出)，在连通第二水箱233与换热水箱231的管路上设有第二通断阀(图中未示出)，换热水箱231内设有液位计2311以及第三温度检测装置2312。通过第一流量调节阀2321及第二流量调节阀2331控制第一水箱232和第二水箱233于换热水箱231之间冷却水的流量，以及通过第一通断阀和第二通断阀控制第一水箱232和第二水箱233于换热水箱231之间冷却水的通断，能够有效的控制由换热水箱231进入到第一水箱232中的冷却水的量，以及由第二水箱233进入到换热水箱231中的冷却水的量。综上，通过控制进入到换热水箱231和从排出换热水箱231中的冷却水的量，能够有效的控制在换热水箱231中与第一换热器221中的冷却剂进行热量交换的冷却水的量，同时，通过液位计2311以及第三温度检测装置2312的检测作用，实时地对换热水箱231内的冷却水的量以及温度进行检测，目的是有效保证混凝土结构冷却的效果。

需要说明的是，在上述的控制在换热水箱231内的冷却水的流量的过程中，可以有多种的流通方式，比如：使得在第二水箱233流入到换热水箱231内的冷却水达到一定体积时，断开第二水箱233与换热水箱231的连接管道，完成向换热水箱231内的注水步骤，并且在完成上述的注水步骤时，需要断开第一水箱232与换热水箱231的连通管道。待换热水箱231内的冷却水在液位计2311检查达到要求的注水量后，断开第二水箱233与换热水箱231之间的连通管道，随后通过第三温度计检测换热水箱231内的冷却水的温度，待换热水箱231内的冷却水的温度经第三温度计检测合格后，连通换热水箱231及第一水箱232，使得冷却水在第一水泵2122的作用下向混凝土结构中流动。其外，还可以通过第一流量调节阀2321及第二流量调节阀2331控制第一水箱232和第二水箱233于换热水箱231之间冷却水的流量，使得两者的流量相同，具体的冷却水的冷却原理在此不再赘述。

在本发明的其他实施例中，请参照图3，在高度方向上，出水管213与主水箱239的连接处的高度高于进水管212与主水箱239的连接处的高度。并且第一换热器221在主水箱239内高度位于出水管213与主水箱239的连接处的高度与进水管212与主水箱239的连接处的高度之间。主水箱239内设有液位计2391。通过出水管213与进水管212与主水箱239之间连接处存在高度差，并且第一换热器221在主水箱239内高度位于出水管213与主水箱239的连接处的高度与进水管212与主水箱239的连接处的高度之间，使得由出水管213流入到主水箱239的冷却水在由流入进水管212前会经过第一换热器221，并完成热交换步骤，故能够有效的提高冷却水的冷却效果的稳定性，在冷却水循环流动的过程中进行热量的交换。

进一步地，在本实施例中，冷却管组211包括多个子管2111。通过将冷却管组211设置为多个子管2111，并且多个子管2111构成冷却混凝土结构的管路，能够有效增大冷却水与混凝土结构中的热量交换的面积，保证混凝土结构的冷却效果。

该大体积混凝土水冷却系统200的工作原理是：

该大体积混凝土水冷却系统200包括管路结构210、地源热泵冷却系统220及换热结构230。其中，通过管路结构210、地源热泵冷却系统220及换热结构230的相互连接，使得冷却水能够在管路结构210和换热结构230构成的循环管路中流动。在冷却水在管路结构210中流动时，会在流经位于混凝土结构内的冷却管组211内时带走混凝土结构中的热量；在冷却水流经换热结构230时，会与容纳在换热结构230中的第一换热器221内的冷却剂进行热量的交换。

而地源热泵冷却系统220中的冷却剂在流经第一换热器221时，会吸收在换热结构230中的冷却水的热量；当冷却剂在流经第二换热器时，会将吸收的热量释放到地下水中。

由此，通过冷却水吸收混凝土结构中的热量，降低混凝土结构的温度，并将吸收的热量交换到地源热泵冷却系统220中，通过地源热泵冷却系统220中的冷却剂的流动，将吸收的热量交换到地下水中，整个过程能够在降低冷却能耗的前提下进行，并且由于地下水的温度稳定，使得该大体积混凝土水冷却系统200运行稳定可靠、运行的安全性能良好，保证了系统的高效性和经济性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大体积混凝土水冷却系统，其特征在于：

所述大体积混凝土水冷却系统包括管路结构、地源热泵冷却系统及换热结构；

所述管路结构用于供冷却水流通，所述管路结构包括位于混凝土结构内的冷却管组以及位于混凝土结构外的进水管和出水管；

所述地源热泵冷却系统包括第一换热器、压缩机及第二换热器，并且所述第一换热器、所述压缩机及所述第二换热器依次管路连接并形成循环管路，所述循环管路用于供冷却剂流通；所述第二换热器用于与地下水进行热量交换；

所述换热结构用于容纳所述第一换热器，所述进水管及所述出水管均与所述换热结构连通；所述换热结构用于供在所述换热结构内的所述冷却水与所述第一换热器内的所述冷却剂进行热量交换。

2.根据权利要求1所述的大体积混凝土水冷却系统，其特征在于：

所述进水管上设有流量控制阀、水泵、第一压力检测装置以及第一温度检测装置。

3.根据权利要求2所述的大体积混凝土水冷却系统，其特征在于：

所述出水管上设有第二压力检测装置以及第二温度检测装置。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的大体积混凝土水冷却系统，其特征在于：

所述换热结构包括换热水箱、第一水箱及第二水箱；所述换热水箱用于容纳所述第一换热器；

所述第一水箱及所述第二水箱均通过管路与所述换热水箱连通，所述进水管与所述第一水箱连通，所述出水管与所述第二水箱连通；

所述第一水箱用于存储由所述换热水箱流出的所述冷却水，所述第二水箱用于存储由所述出水管流出的所述冷却水。

5.根据权利要求4所述的大体积混凝土水冷却系统，其特征在于：

在连通所述第一水箱与所述换热水箱的管路上设有第一流量调节阀。

6.根据权利要求4所述的大体积混凝土水冷却系统，其特征在于：

在连通所述第二水箱与所述换热水箱的管路上设有第二流量调节阀。

7.根据权利要求4所述的大体积混凝土水冷却系统，其特征在于：

在连通所述第一水箱与所述换热水箱的管路上设有第一通断阀；

在连通所述第二水箱与所述换热水箱的管路上设有第二通断阀；

所述换热水箱内设有液位计以及第三温度检测装置。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的大体积混凝土水冷却系统，其特征在于：

所述换热结构包括主水箱，所述进水管及所述出水管均与所述主水箱连通；

在高度方向上，所述出水管与所述主水箱的连接处的高度高于所述进水管与所述主水箱的连接处的高度；

并且所述第一换热器在所述主水箱内高度位于所述出水管与所述主水箱的连接处的高度与所述进水管与所述主水箱的连接处的高度之间。

9.根据权利要求8所述的大体积混凝土水冷却系统，其特征在于：

所述主水箱内设有液位计。

10.根据权利要求1所述的大体积混凝土水冷却系统，其特征在于：

所述冷却管组包括多个子管。