本發(fā)明涉及降溫散熱及熱能轉(zhuǎn)化應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高地溫場(chǎng)所降溫發(fā)電一體化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高地溫的熱源：地?zé)岬男纬砂礋嵩捶诸?lèi)，可分為三大類(lèi)：即地球的地幔對(duì)流；火山巖漿集中處的熱及放射性元素的裂變熱成為熱源。其中，對(duì)隧道工程造成施工影響的，主要是火山的熱源和放射性元素的裂變熱源。

(1)火山熱的熱源：由于火山供給的熱是地下的巖漿集中處的熱能而產(chǎn)生熱水，這種熱水(泉水)成為熱源又將熱供給周?chē)膸r層。當(dāng)隧道或地下工程穿過(guò)這種巖層，就有發(fā)生高溫、高熱的現(xiàn)象。

(2)放射性元素的裂變熱的熱源：根據(jù)日本文獻(xiàn)介紹，由于地殼內(nèi)巖石中含有放射性物質(zhì)，其裂變熱產(chǎn)生地溫，地下增溫率以所處的深度不同而異，其平均值為300℃/100m。東京大學(xué)院內(nèi)測(cè)定的實(shí)例表明，該處地下增溫率為2.20℃/100m。假定地表溫度為150℃，地下增溫率以30℃/100m計(jì)，覆蓋層厚1000m深處的地溫而成為450℃。日本某地質(zhì)調(diào)查所對(duì)30處深層熱水地區(qū)調(diào)查的結(jié)果，在平原地區(qū)認(rèn)為不受火山熱源的影響，其地下2000m深處的地下溫度為670℃～1360℃。這說(shuō)明如果覆蓋層很厚即使沒(méi)有火山熱源供給也有發(fā)生高溫、高熱問(wèn)題的可能性。

基于上述熱源，就產(chǎn)生了高地溫場(chǎng)所，包括隨著礦井開(kāi)采深度的增加，在深部礦井會(huì)產(chǎn)生高地溫問(wèn)題，使之成為高地溫場(chǎng)所，同樣，在熱源所在處施工隧道，也會(huì)形成高地溫場(chǎng)所。

通常，針對(duì)深部礦井高地溫問(wèn)題的處理主要是采用空調(diào)降溫。如冷空氣降溫、巷道壁面降溫、設(shè)置隔熱層等，這些常規(guī)的措施沒(méi)有從熱源內(nèi)部降溫，并且沒(méi)有很好的利用高地溫這種持續(xù)不斷的能量，是一種資源的浪費(fèi)。

后來(lái)，出現(xiàn)了單獨(dú)或結(jié)合使用循環(huán)冷卻水進(jìn)行深井煤礦降溫的方法，但基本都存在從巷道遠(yuǎn)端輸送冷水的問(wèn)題，施工輸送管路較長(zhǎng)、施工過(guò)程麻煩、降溫效果差、換熱效率低和能量循環(huán)利用率低，且施工和應(yīng)用成本高。

例如cn105715291a，2016.06.29公開(kāi)的一種高位巷聯(lián)通鉆孔循環(huán)水式礦井降溫系統(tǒng)，包括用熱單位，用熱單位的出水口連接工業(yè)冷水機(jī)組的進(jìn)水口，工業(yè)冷水機(jī)組連接進(jìn)水管路，進(jìn)水管路進(jìn)入到礦井的進(jìn)風(fēng)運(yùn)輸大巷，進(jìn)水管路沿軌道上/下山和聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入到第一高位巷；用熱單位的進(jìn)水口連接有回水管路，回水管路通過(guò)回風(fēng)井連接到礦井的總回風(fēng)巷，回水管路沿回風(fēng)上/下山連接到下一工作面高位巷；第一高位巷和下一工作面高位巷之間均勻間隔設(shè)置有若干排枝狀鉆孔。

上述降溫系統(tǒng)雖然是利用水循環(huán)實(shí)現(xiàn)了冷水與熱水的雙向循環(huán)利用，能在一定程度上降低回采工作面處溫度并利用地?zé)?，具有一定?jié)能減排的效果，但實(shí)際應(yīng)用效果不佳，因?yàn)槠溆糜趥鬏斃鋮s水的管路及其冗長(zhǎng)，管道輸送冷卻水的過(guò)程吸熱，冷卻水到達(dá)回采工作面時(shí)，冷卻水溫度上升，影響回采工作面的降溫效果，并且采用的僅僅是單程的管路，具體如下：“工業(yè)冷水機(jī)組連接進(jìn)水管路，進(jìn)水管路進(jìn)入到礦井的進(jìn)風(fēng)運(yùn)輸大巷，進(jìn)水管路沿軌道上/下山和聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入到第一高位巷；用熱單位的進(jìn)水口連接有回水管路，回水管路通過(guò)回風(fēng)井連接到礦井的總回風(fēng)巷，回水管路沿回風(fēng)上/下山連接到下一工作面高位巷”；后續(xù)才進(jìn)入真正起到冷卻作用的“第一高位巷和下一工作面高位巷之間均勻間隔設(shè)置有若干排枝狀鉆孔”。并且該水循環(huán)的管路設(shè)置還是在回風(fēng)井和回風(fēng)巷的基礎(chǔ)上，足以見(jiàn)得，該降溫系統(tǒng)的施工量較大，施工成本高，特別是其同時(shí)對(duì)地?zé)嵩倮?，?shí)際的換熱效率和能量循環(huán)利用率都很低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高地溫場(chǎng)所降溫發(fā)電一體化系統(tǒng)，該一體化系統(tǒng)不僅能夠有效地從根本上實(shí)現(xiàn)高地溫場(chǎng)所的循環(huán)降溫，并且可以高效的循環(huán)利用余熱發(fā)電，同時(shí)以熱泵機(jī)組為冷水轉(zhuǎn)換站，將高溫水轉(zhuǎn)換成低溫冷水，能避免從遠(yuǎn)端輸送冷水帶來(lái)的弊端，提高降溫效果，更加節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：包括循環(huán)降溫系統(tǒng)和循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)，所述循環(huán)降溫系統(tǒng)包括冷水集水池、u型換熱管、溫水集水池和熱泵機(jī)組，多個(gè)u型換熱管布置在高溫煤、巖層內(nèi)部的鉆孔中，所有u型換熱管的一個(gè)端口通過(guò)總進(jìn)水管及水泵連通至冷水集水池，其另一個(gè)端口通過(guò)總出水管連通到溫水集水池中，溫水集水池經(jīng)過(guò)輸水管路及水泵連入熱泵機(jī)組的制冷部分后，再經(jīng)輸水管路連接回到冷水集水池中。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一種高地溫場(chǎng)所降溫發(fā)電一體化系統(tǒng)，采用在高溫煤、巖層內(nèi)部鉆孔、布置u型換熱管，然后通冷水的方法，可以從煤巖體內(nèi)部降溫，并且u型換熱管與熱源巖層的接觸面積充分，都保證了更好的降溫效果，同時(shí)以熱泵機(jī)組為冷水轉(zhuǎn)換站，將高溫水轉(zhuǎn)換成低溫冷水，還避免了從巷道遠(yuǎn)端輸送冷水的弊端，施工方便易行，施工成本低。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、u型換熱管，2、總進(jìn)水管，3、10、12、18、水泵，4、溫水集水池，5、冷水集水池，6、輸水管路，7、熱泵機(jī)組，8、制熱部分，9、輸水管，11、高溫蓄水池，13、低溫發(fā)電機(jī)組，14、用電裝置，15、控制器，16、溫度探測(cè)器，17、制冷部分，19、總出水管，20、換熱管。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1示出了本發(fā)明一個(gè)較佳的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的一種高地溫場(chǎng)所降溫發(fā)電一體化系統(tǒng)，包括循環(huán)降溫系統(tǒng)和循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)，循環(huán)降溫系統(tǒng)和循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)利用中間共有的熱泵機(jī)組7作為冷熱水轉(zhuǎn)換站；一方面，循環(huán)降溫系統(tǒng)通過(guò)冷水將熱量從高溫處以溫水的形式傳輸至熱泵機(jī)組7的制冷部分17，制冷部分17中的液態(tài)制冷劑吸收熱量，溫水變?yōu)槔渌?，從而完成了一個(gè)降溫循環(huán)過(guò)程；同時(shí)，另一方面，熱量在熱泵機(jī)組7中從制冷部分17傳輸?shù)街茻岵糠?，制熱部分8中的氣態(tài)制冷劑使流經(jīng)的水升溫成熱水，熱水被輸送用于低溫發(fā)電后再次返回?zé)岜脵C(jī)組7的制熱部分8進(jìn)行升溫，從而形成一個(gè)低溫發(fā)電的循環(huán)過(guò)程；本發(fā)明的兩個(gè)循環(huán)過(guò)程，解決了從巷道遠(yuǎn)端輸送冷水源的弊端，并且利用巷道余熱進(jìn)行低溫發(fā)電，整套系統(tǒng)更加節(jié)能、實(shí)用。

其中，所述循環(huán)降溫系統(tǒng)包括冷水集水池5、u型換熱管1、溫水集水池4和熱泵機(jī)組7，多個(gè)u型換熱管1布置在高溫煤、巖層內(nèi)部的鉆孔中，此施工過(guò)程易操作、成本低，且u型換熱管1與高溫煤、巖層的接觸面積大，降溫效果更好，所有u型換熱管1并聯(lián)布置，一個(gè)端口通過(guò)總進(jìn)水管2及水泵3連通至冷水集水池5，其另一個(gè)端口通過(guò)總出水管19連通到溫水集水池4中，溫水集水池4經(jīng)過(guò)輸水管路6及水泵18連入熱泵機(jī)組7的制冷部分17后，再經(jīng)輸水管路6連接回到冷水集水池5中，可見(jiàn)，與u型換熱管1兩個(gè)端部連接的分別是總進(jìn)水管2和總出水管19，所以冷水是從不同入口注入總進(jìn)水管2，從不同出口流入總出水管19的。這樣可以確保不同入口注入的冷水溫度低，且每個(gè)入水口冷水溫度相差不大，從而使整個(gè)斷面降溫效果更好。若采用串聯(lián)水路結(jié)構(gòu)，冷水通過(guò)每個(gè)鉆孔的后溫度會(huì)逐漸上升，降溫效果不佳。

降溫的過(guò)程是：冷水從就近設(shè)置的冷水集水池5輸出，在水泵3作用下通過(guò)總進(jìn)水管2將冷水注入預(yù)先打孔放置的所有的u型換熱管1，冷水對(duì)u型換熱管1所處的高溫處巖層降溫，即冷水變溫水，溫水通過(guò)總出水管19進(jìn)入溫水集水池4中,進(jìn)而溫水集水池4中的溫水在水泵18的作用下，經(jīng)過(guò)輸水管路6進(jìn)入熱泵機(jī)組7，溫水流經(jīng)熱泵機(jī)組7的制冷部分17，在制冷部分17中升溫介質(zhì)的作用下，輸水管路6中的溫水變?yōu)槔渌?，然后流回冷水集水?內(nèi)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的降溫過(guò)程。該過(guò)程的冷水為短距離循環(huán)供應(yīng)，克服了從巷道遠(yuǎn)端輸送冷水的弊端。

為了減少系統(tǒng)的廢熱排放，利用低溫發(fā)電機(jī)組13吸取高溫水的熱量進(jìn)行低溫發(fā)電，實(shí)際的換熱效率和能量循環(huán)利用率高，所述循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)包括熱泵機(jī)組7、高溫蓄水池11和低溫發(fā)電機(jī)組13，三者先通過(guò)輸水管9依次連接，再通過(guò)另一路輸水管9和水泵10，12連接形成循環(huán)回路，輸水管9經(jīng)過(guò)熱泵機(jī)組7的制熱部分8。

低溫發(fā)電的過(guò)程是：熱泵機(jī)組7內(nèi)位于制熱部分8的輸水管9中的水會(huì)被加熱，達(dá)到低溫發(fā)電溫度的熱水，從高溫蓄水池11進(jìn)入低溫發(fā)電機(jī)組13，熱量被發(fā)電利用后，水溫降低，在控制器15的控制下，水泵12將水從低溫發(fā)電機(jī)組13泵出，返回高溫蓄水池11，進(jìn)而通過(guò)水泵10流回?zé)岜脵C(jī)組7，進(jìn)行再加熱以及準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)低溫發(fā)電的循環(huán)過(guò)程。此過(guò)程的熱水源為短距離循環(huán)供應(yīng)，換熱效率高。

通常情況下，在本實(shí)施例中，溫水集水池4內(nèi)的水溫保持在35℃以下，冷水集水池5內(nèi)的水溫在26℃以下，而高溫蓄水池11內(nèi)的水溫需要在75℃以上，以保證降溫和低溫發(fā)電過(guò)程有效地進(jìn)行。

作為本實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)是，還包括溫度探測(cè)器16、控制器15和用電裝置14，此處的用電裝置14可以是照明裝置等耗電量不高的設(shè)備，低溫發(fā)電機(jī)組13分別與用電裝置14和控制器15相連接，控制器15與溫度探測(cè)器16以及輸水管9上的水泵10，12相連接，溫度探測(cè)器16置于高溫蓄水池11內(nèi)，溫度探測(cè)器16用來(lái)探測(cè)高溫蓄水池11內(nèi)水的溫度，控制器15用來(lái)控制發(fā)電部分水循環(huán)。若溫度探測(cè)器16探測(cè)的高溫蓄水池11內(nèi)水的溫度，低于低溫發(fā)電所需溫度，例如75℃，則控制器15控制水泵10，12繼續(xù)工作；若溫度探測(cè)器16探測(cè)的高溫蓄水池11內(nèi)水溫達(dá)到低溫發(fā)電所需溫度，例如高于75℃，則控制器15控制水泵10，12停止工作。

本實(shí)施例的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案是，所述循環(huán)降溫系統(tǒng)及循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)布置在高溫煤、巖層內(nèi)部鉆孔的換熱管20采用u型或螺旋型，并在鉆孔外部用水泥漿進(jìn)行封堵。因?yàn)閡型或螺旋型可以使輸水管9與冷凝介質(zhì)、輸水管路6與升溫介質(zhì)之間從熱交換更徹底。

更為具體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以是，u型換熱管1在高溫煤、巖層內(nèi)采用并聯(lián)平行方式布置，高溫煤、巖層內(nèi)的鉆孔深度為5～6m，孔徑不宜小于0.11m，鉆孔的間距應(yīng)滿(mǎn)足換熱需要，間距宜為3～4m，相鄰兩排u型換熱管1之間的布置間距為3～4m，u型換熱管1的具體布置數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際煤巖層斷面大小來(lái)定。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上實(shí)施例所做出任何簡(jiǎn)單修改和同等變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。