含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验装置，包括包括实验箱体，供水系统和数据采集器，实验箱体包括长方体框架结构保温箱体和设置在保温箱体内壁内侧的多块电加热碳纤维温度控制板，保温箱体的内部空腔中设置有用于容纳充填材料并形成多个充填层的充填空间，每个充填层内均布设有套管式采热装置和带肋热管；供水系统包括保温水箱、分水器和集水器；数据采集器与计算机连接；本发明专利技术还公开了一种含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验方法。本发明专利技术能够简单方便地模拟不同管排布置方式对矿井充填体的蓄释热以及套管内相变蓄热材料吸热与放热过程中温度场的影响，为研究矿井高温采热装置提供了实验基础，实用性强，便于推广使用。

Experimental device and method of thermal recovery in cased mine with phase change thermal storage material

【技术实现步骤摘要】
含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验装置及方法
本专利技术属于矿井换热
，具体涉及一种含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验装置及方法。
技术介绍
随着浅部矿产资源的逐渐减少和枯竭，深部矿产资源的开发利用将成为必然趋势。深部开采处于高应力、高井温和高井深等特殊环境，充填采矿法及地热开采是控制地压、缓解深井热害、提高矿产及地热资源利用率的有效措施。充填采矿法属人工支护采矿法。在矿房或矿块中，随着回采工作面的推进，向采空区送入充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采，是深部开采时控制地压的有效措施。随着矿产资源开发过程节能减排及环保要求日益严格，无废清洁采矿是未来矿业发展的必然趋势。充填采矿法可以将地表堆积废料回填到井下，从而大大提高回采作业安全程度，提高深部资源回收率30％，且解决地表堆积废料造成的环境污染，实现绿色开采。在利用充填法进行深部矿床开采的同时，为了实现矿产资源与地热的协同开采，基于“充填体相变蓄热-地热协同开采”的理念，同时为防止相变材料因相态变化而引起的泄露，本文提出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验装置，其特征在于：包括实验箱体，供水系统和数据采集器(30)，所述实验箱体包括长方体框架结构保温箱体(1)和设置在保温箱体(1)内壁内侧的多块电加热碳纤维温度控制板(3)，所述保温箱体(1)的内部空腔中设置有用于容纳充填材料并形成多个充填层的充填空间，所述保温箱体(1)的后侧壁上设置有用于往充填空间内输送充填材料的充填材料输送通道(15)，每个所述充填层内均布设有套管式采热装置(5)和带肋热管(11)，所述套管式采热装置(5)包括多根圆形套管(7)和设置在圆形套管(7)内的采热管(9)，所述圆形套管(7)内同轴设置有套装在采热管(9)上的多个圆形翅片(...

【技术特征摘要】
1.一种含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验装置，其特征在于：包括实验箱体，供水系统和数据采集器(30)，所述实验箱体包括长方体框架结构保温箱体(1)和设置在保温箱体(1)内壁内侧的多块电加热碳纤维温度控制板(3)，所述保温箱体(1)的内部空腔中设置有用于容纳充填材料并形成多个充填层的充填空间，所述保温箱体(1)的后侧壁上设置有用于往充填空间内输送充填材料的充填材料输送通道(15)，每个所述充填层内均布设有套管式采热装置(5)和带肋热管(11)，所述套管式采热装置(5)包括多根圆形套管(7)和设置在圆形套管(7)内的采热管(9)，所述圆形套管(7)内同轴设置有套装在采热管(9)上的多个圆形翅片(8)，所述圆形套管(7)的管壁上设置有用于往圆形套管(7)内输送相变蓄热材料(10)的相变材料输送入口(33)，所述带肋热管(11)沿水平方向和竖直方向交替布置在圆形套管(7)的外壁面上，沿水平方向布置的带肋热管(11)的冷凝端通过水平模具(16)与圆形套管(7)相连接，沿竖直方向布置的带肋热管(11)的冷凝端通过竖直模具(17)与圆形套管(7)相连接，所述带肋热管(11)的蒸发端设置在充填层内；
所述供水系统包括保温水箱(27)、分水器(28)和集水器(29)，所述保温水箱(27)的入水口通过第一输水管和设置在所述第一输水管上的第一温度传感器(32-1)与集水器(29)的出水口连接，所述保温水箱(27)的出水口通过第二输水管以及从靠近保温水箱(27)的位置到远离保温水箱(27)的位置依次设置在第二输水管上的截止阀(23)、循环水泵(24)、止回阀(25)、压力表(26)和第二温度传感器(32-2)与分水器(28)的入水口连接；所述第一温度传感器(32-1)的输出端和第二温度传感器(32-2)的输出端均与数据采集器(30)的输入端连接；所述分水器(28)的出水口与位于最顶层的采热管(9)连接，所述集水器(29)的进水口与位于最底层的采热管(9)连接；
所述数据采集器(30)的输入端还接有布设在所述充填层内的多个第一热电偶(14-1)和布设在所述圆形套管(7)内的多个第二热电偶(14-2)，所述数据采集器(30)与计算机(31)连接。


2.按照权利要求1所述的含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验装置，其特征在于：所述保温箱体(1)的底板、顶板、前侧壁、后侧壁，左侧壁和右侧壁由保温板一体合成，所述保温箱体(1)底板、顶板、前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁的内侧均设有支撑挡板(4)，所述电加热碳纤维温度控制板(3)设置在保温板与支撑挡板(4)之间；所述保温箱体(1)顶板顶部设置有绝热盖板(6)，所述保温箱体(1)的前侧壁和后侧壁上分别设置有用于供套管式采热装置(5)中圆形套管(7)的两端穿过的安装孔，外露在保温箱体(1)外的采热管(9)的端口通过软管(13)连接，外露在保温箱体(1)外的采热管(9)和软管(13)上均包裹有保温棉；所述圆形套管(7)的两端头通过硅橡胶密封线圈与采热管(9)固定连接；所述带肋热管(11)的肋片为螺旋肋片(18)。


3.按照权利要求1所述的含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验装置，其特征在于：所述套管式采热装置(5)内采热管(9)的布管方式为单管串联式，每根圆形套管(7)内采热管(9)的数量为一根，上下相邻的两根采热管(9)串联，位于最顶层的采热管(9)与分水器(28)的出水口连接，位于最底层的采热管(9)与集水器(29)的进水口连接。


4.按照权利要求1所述的含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验装置，其特征在于：所述套管式采热装置(5)内采热管(9)的布管方式为多管平行式，每根圆形套管(7)内采热管(9)的数量为多根且多根采热管(9)相互平行设置，从上到下排列的每两根圆形套管(7)内采热管(9)的数量相等且多根采热管(9)从上到下一一对应分别串联，上一组两根圆形套管(7)内位于最下层的采热管(9)与下一组两根圆形套管(7)内位于最上层的采热管(9)串联，位于最顶层的采热管(9)与分水器(28)的出水口连接，位于最底层的采热管(9)与集水器(29)的进水口连接。


5.按照权利要求1所述的含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验装置，其特征在于：所述套管式采热装置(5)内采热管(9)的布管方式为多管交叉式，每根圆形套管(7)内采热管(9)的数量为多根且多根采热管(9)相互交叉设置，从上到下排列的每两根圆形套管(7)内采热管(9)的数量相等且多根采热管(9)从上到下一一对应分别串联，上一组两根圆形套管(7)内位于最下层的采热管(9)与下一组两根圆形套管(7)内位于最上层的采热管(9)串联，位于最顶层的采热管(9)与分水器(28)的出水口连接，位于最底层的采热管(9)与集水器(29)的进水口连接。


6.一种采用如权利要求1所述实验装置进行实验的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在保温箱体(1)安装套管式采热装置(5)、带肋热管(11)、第一热电偶(14-1)和第二热电偶(14-2)；
步骤二、将所述套管式采热装置(5)内采热管(9)的布管方式依次设置为单管串联式、多管平行式和多管交叉式，并在每次设置为采热管(9)的布管方式后，执行以下步骤三至步骤七；
步骤三、将位于最顶层的采热管(9)与分水器(28)的出水口连接，位于最底层的采热管(9)与集水器(29)的进水口连接；
步骤四、通过相变蓄热材料输送入口(33)往套管式采热装置(5)的圆形套管(7)内输送相变蓄热材料(10)，直至将圆形套管(7)的内部空腔填充完毕；
步骤五、通过充填材料输送通道(15)往保温箱体(1)的充填...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小艳，刘浪，许慕妍，郇超，赵玉娇，赵敏，文德，刘利，贾宇航，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61