[發(fā)明專利]含相變蓄熱材料的套管式礦井采熱實(shí)驗(yàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911304489.0
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111007103B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張小艷;劉浪;許慕妍;郇超;趙玉嬌;趙敏;文德;劉利;賈宇航
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 西安啟誠專利知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61240
• 代理人: 李艷春

1.一種含相變蓄熱材料的套管式礦井采熱實(shí)驗(yàn)方法，其采用的實(shí)驗(yàn)裝置包括實(shí)驗(yàn)箱體，供水系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器(30)，所述實(shí)驗(yàn)箱體包括長方體框架結(jié)構(gòu)保溫箱體(1)和設(shè)置在保溫箱體(1)內(nèi)壁內(nèi)側(cè)的多塊電加熱碳纖維溫度控制板(3)，所述保溫箱體(1)的內(nèi)部空腔中設(shè)置有用于容納充填材料并形成多個(gè)充填層的充填空間，所述保溫箱體(1)的后側(cè)壁上設(shè)置有用于往充填空間內(nèi)輸送充填材料的充填材料輸送通道(15)，每個(gè)所述充填層內(nèi)均布設(shè)有套管式采熱裝置(5)和帶肋熱管(11)，所述套管式采熱裝置(5)包括多根圓形套管(7)和設(shè)置在圓形套管(7)內(nèi)的采熱管(9)，所述圓形套管(7)內(nèi)同軸設(shè)置有套裝在采熱管(9)上的多個(gè)圓形翅片(8)，所述圓形套管(7)的管壁上設(shè)置有用于往圓形套管(7)內(nèi)輸送相變蓄熱材料(10)的相變蓄熱材料輸送入口(33)，所述帶肋熱管(11)沿水平方向和豎直方向交替布置在圓形套管(7)的外壁面上，沿水平方向布置的帶肋熱管(11)的冷凝端通過水平模具(16)與圓形套管(7)相連接，沿豎直方向布置的帶肋熱管(11)的冷凝端通過豎直模具(17)與圓形套管(7)相連接，所述帶肋熱管(11)的蒸發(fā)端設(shè)置在充填層內(nèi)；

所述供水系統(tǒng)包括保溫水箱(27)、分水器(28)和集水器(29)，所述保溫水箱(27)的入水口通過第一輸水管和設(shè)置在所述第一輸水管上的第一溫度傳感器(32-1)與集水器(29)的出水口連接，所述保溫水箱(27)的出水口通過第二輸水管以及從靠近保溫水箱(27)的位置到遠(yuǎn)離保溫水箱(27)的位置依次設(shè)置在第二輸水管上的截止閥(23)、循環(huán)水泵(24)、止回閥(25)、壓力表(26)和第二溫度傳感器(32-2)與分水器(28)的入水口連接；所述第一溫度傳感器(32-1)的輸出端和第二溫度傳感器(32-2)的輸出端均與數(shù)據(jù)采集器(30)的輸入端連接；所述分水器(28)的出水口與位于最頂層的采熱管(9)連接，所述集水器(29)的進(jìn)水口與位于最底層的采熱管(9)連接；

所述數(shù)據(jù)采集器(30)的輸入端還接有布設(shè)在所述充填層內(nèi)的多個(gè)第一熱電偶(14-1)和布設(shè)在所述圓形套管(7)內(nèi)的多個(gè)第二熱電偶(14-2)，所述數(shù)據(jù)采集器(30)與計(jì)算機(jī)(31)連接；

其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、在保溫箱體(1)安裝套管式采熱裝置(5)、帶肋熱管(11)、第一熱電偶(14-1)和第二熱電偶(14-2)；

步驟二、將所述套管式采熱裝置(5)內(nèi)采熱管(9)的布管方式依次設(shè)置為單管串聯(lián)式、多管平行式和多管交叉式，并在每次設(shè)置為采熱管(9)的布管方式后，執(zhí)行以下步驟三至步驟七；

步驟三、將位于最頂層的采熱管(9)與分水器(28)的出水口連接，位于最底層的采熱管(9)與集水器(29)的進(jìn)水口連接；

步驟四、通過相變蓄熱材料輸送入口(33)往套管式采熱裝置(5)的圓形套管(7)內(nèi)輸送相變蓄熱材料(10)，直至將圓形套管(7)的內(nèi)部空腔填充完畢；

步驟五、通過充填材料輸送通道(15)往保溫箱體(1)的充填空間內(nèi)輸送充填材料，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的充填高度；

步驟六、待充填材料固化后形成充填體(2)，開啟電加熱碳纖維溫度控制板(3)的電源開關(guān)，電加熱碳纖維溫度控制板(3)自動調(diào)節(jié)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值，模擬高溫深層礦井下未開采礦體及圍巖發(fā)熱；充填體(2)吸取圍巖的高溫?zé)崃?，通過導(dǎo)熱的方式將其熱量傳遞給套管式采熱裝置(5)，當(dāng)圓形套管(7)內(nèi)相變蓄熱材料(10)的溫度達(dá)到相變溫度時(shí)，固態(tài)的相變蓄熱材料(10)吸熱融化，隨著充填體(2)從圍巖內(nèi)吸熱量的增加，圓形套管(7)內(nèi)的相變蓄熱材料(10)的蓄熱溫度也逐漸升高，直至升高到預(yù)設(shè)的溫度，將其熱量存儲起來，完成蓄熱環(huán)節(jié)；蓄熱過程中，第一熱電偶(14-1)對充填體(2)的溫度進(jìn)行檢測，第二熱電偶(14-2)對圓形套管(7)內(nèi)的溫度進(jìn)行檢測，數(shù)據(jù)采集器(30)分別對充填體(2)的溫度和圓形套管(7)內(nèi)相變蓄熱材料(10)的溫度進(jìn)行周期性采樣并傳輸給計(jì)算機(jī)(31)，計(jì)算機(jī)(31)記錄充填體(2)的溫度和相變蓄熱材料(10)的溫度并顯示充填體(2)的溫度變化過程和相變蓄熱材料(10)的溫度變化過程；

步驟七、待蓄熱過程結(jié)束后，關(guān)閉電加熱碳纖維溫度控制板(3)的電源開關(guān)，開啟供水系統(tǒng)；保溫水箱(27)內(nèi)的冷水經(jīng)循環(huán)水泵(24)提供動力后，通過分水器(28)流入采熱管(9)，采熱管(9)內(nèi)的低溫水和圓形套管(7)內(nèi)的相變蓄熱材料(10)存在溫度差發(fā)生熱量交換，不斷地吸取相變蓄熱材料(10)的熱量，相變蓄熱材料(10)不斷地釋放熱量，溫度逐漸地降低到相變溫度，開始相變釋熱；釋熱過程中，圓形套管(7)內(nèi)的相變蓄熱材料(10)一邊相變釋放熱量，一邊不斷地吸取周圍充填體(2)的熱量，充填體(2)的溫度不斷降低，直到完成釋熱環(huán)節(jié)；采熱管(9)內(nèi)的冷水吸收充填體(2)的高溫?zé)崃亢鬁囟炔粩嗵岣?，最后通過集水器(29)的出水口流出返回保溫水箱(27)；同時(shí)，第一熱電偶(14-1)對充填體(2)的溫度進(jìn)行檢測，第二熱電偶(14-2)對圓形套管(7)內(nèi)的溫度進(jìn)行檢測，第一溫度傳感器(32-1)對集水器(29)的出水溫度進(jìn)行檢測，第二溫度傳感器(32-2)對分水器(28)的進(jìn)水溫度進(jìn)行檢測，數(shù)據(jù)采集器(30)分別對充填體(2)的溫度、圓形套管(7)內(nèi)相變蓄熱材料(10)的溫度、集水器(29)的出水溫度和分水器(28)的進(jìn)水溫度進(jìn)行周期性采樣并傳輸給計(jì)算機(jī)(31)，計(jì)算機(jī)(31)記錄充填體(2)的溫度、相變蓄熱材料(10)的溫度、集水器(29)的出水溫度和分水器(28)的進(jìn)水溫度并顯示充填體(2)的溫度變化過程、相變蓄熱材料(10)的溫度變化過程、集水器(29)的出水溫度變化過程和分水器(28)的進(jìn)水溫度變化過程。