一种高地温隧道高温涌水取热吸收式制冷降温系统

1.本发明属于隧道施工及运营环境安全的技术领域，具体涉及一种高地温隧道高温涌水取热吸收式制冷降温系统。


背景技术：

2.近年来，随着我国经济社会的高速发展，隧道建设也在蓬勃发展。随着川藏铁路的建设，在高地温地区出现许多高埋深的超长隧道，这些地区地质复杂，气候恶劣，高温热害是隧道建设过程中最显著的问题之一。
3.高地温隧道不仅会对施工人员造成影响和危害，同时也会对围岩及隧道本身结构产生影响。隧道工程埋深逐渐变大，隧道长度也逐渐变长，隧道选线无法躲避不良地质区，造成高地温区隧道热害现象逐渐增多，同时还有较严重的水热活动危害，地区内水热活动频繁，温泉、热水遍布，对铁路建设提出了严峻的考验。目前，隧道工程施工期降温主要借助通风，当隧道热害较轻时，加大风量降低作业区段环境温度是有效的，无须增加其他方式降温。但实际工程中，有很多隧道距离长，埋深大，热害问题较为严重，往往还会采取冰块降温、喷雾洒水降温、加设横洞、局部制冷、个体防护等辅助降温措施；同时，隧道施工中高温涌水的处理也是急需解决的问题。综合看来，对于存在高温涌水的高地温隧道，急需一种高效节能的方法，将高温涌水妥善处理并用于隧道施工降温。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种高地温隧道高温涌水取热吸收式制冷降温系统，以解决高地温隧道施工期温度过高的问题。
5.为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
6.一种高地温隧道高温涌水取热吸收式制冷降温系统，其包括高温涌水储存传输系统、吸收式制冷系统和风冷器降温系统；高温涌水储存传输系统包括传输控制室、传热管路和生活热水箱；传热管路的一端与隧道高温涌水区连通，其另一端依次穿过所述传输控制室和吸收式制冷系统并回流至生活热水箱；吸收式制冷系统通过循环冷却水换热管将冷量传输至风冷器降温系统，风冷器降温系统对工作面进行降温。
7.进一步地，传输控制室靠近隧道高温涌水区设置；传输控制室内安装有通过传热管路依次连通的涌水过滤器、保温加热水箱和循环泵。
8.进一步地，传热管路上与隧道高温涌水区连通的进水口处安装有水温监测装置和流量计；保温加热水箱中安装有水温监测装置和加热装置。
9.进一步地，传热管路外部均铺设一层厚度为20mm的聚苯乙烯泡沫保护层。
10.进一步地，吸收式制冷系统靠近掘进隧道的洞口设置，吸收式制冷系统包括吸收式制冷机组和与吸收式制冷机组连通的冷却水塔；吸收式制冷机组与风冷器降温系统相连。
11.进一步地，吸收式制冷机组包括换热器、装有稀溴化锂溶液的溶液发生器、装有浓
溴化锂溶液的溶液吸收器、冷凝器和蒸发器；传热管路通过换热器与溶液发生器进行热交换；溶液发生器通过管路依次与冷凝器、蒸发器和溶液吸收器；溶液发生器和溶液吸收器之间分别通过第一管道和第二管道连通。
12.进一步地，冷却水塔通过循环冷却水管与溶液吸收器相连接；所述蒸发器通过循环冷却水换热管与风冷器降温系统相连。
13.进一步地，风冷器降温系统位于高温工作面上，风冷器降温系统包括风冷器和旋转喷雾装置；循环冷却水换热管穿过所述风冷器，风冷器与所述旋转喷雾装置相连。
14.本发明提供的高地温隧道高温涌水取热吸收式制冷降温系统，具有以下有益效果：
15.本发明将高地温隧道施工中高温涌水的处理与吸收式制冷降温相结合，通过高温涌水储存传输系统将高温涌水用于吸收式制冷系统，使吸收式制冷系统能够无能耗(无额外能耗提供下)运行，在解决隧道高温涌水的同时对其实现热害资源化利用，并实现对隧道施工面的有效降温。
16.传统空调系统在隧道施工降温的应用中存在能耗高，振动大，寿命短等一系列缺点，而本发明采用废热水利用的方式，将施工高温涌水与吸收式制冷结合，实现高地温隧道高温涌水的热害资源化利用，对于高地温隧道的施工降温有着极大实际应用价值，能有效解决高地温隧道高温涌水处理以及施工温度过高等一系列问题，保障了施工人员的安全与施工设备的寿命，并将处理换热完成的热水用于日常使用，进一步实现能耗节约。
17.本发明有效利用隧道施工高温涌水并结合吸收式制冷，在完成高温涌水处理的同时实现对隧道施工面的降温，极大减少能源消耗，且本系统的能源消耗为清洁能源，不对当地自然环境产生影响，同时将换热完成的高温涌水二次利用，作为生活热水储存并使用。
18.本发明将隧道施工高温涌水与吸收式制冷相结合，对于高地温隧道施工有极大实际应用价值；且该降温方法可有效解决隧道施工期高温问题，有效保障施工人员与施工设备安全。
19.本发明采用回收隧道施工高温涌水结合吸收式制冷机组的新型制冷方法，投资较低且便于后期维修养护。
附图说明
20.图1为高地温隧道高温涌水取热吸收式制冷降温系统的系统框图。
21.图2为吸收式制冷系统结构示意图。
22.其中，1、掘进隧道；2、隧道高温涌水区；3、高温涌水储存传输系统；4、吸收式制冷系统；5、风冷器降温系统；6、传输控制室；7、涌水过滤器；8、保温加热水箱；9、循环泵；10、传热管路；11、生活热水箱；12、换热器；13、溶液发生器；14、溶液吸收器；15、冷却水塔；16、循环冷却水管；17、冷凝器；18、蒸发器；19、循环冷却水换热管；20、风冷器；21、旋转喷雾装置；22、高温工作面。
具体实施方式
23.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，
只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
24.实施例1
25.参考图1，本实施例的高地温隧道高温涌水取热吸收式制冷降温系统，利用隧道开挖过程中的高温涌水，通过吸收式制冷的方式降低隧道内施工温度，在解决高地温隧道施工期温度过高等一些列问题的同时并将高温涌水加以利用，其具体包括：
26.高温涌水储存传输系统3、吸收式制冷系统4和风冷器降温系统5；
27.其中，高温涌水储存传输系统3的传输控制室6修建在隧道高温涌水区2附近，控制热水介质的储存及循环，并为吸收式制冷系统4提供热源；吸收式制冷系统4位于掘进隧道1的洞口附近，吸收式制冷系统4通过循环冷却水换热管19将冷量传输至风冷器降温系统5，风冷器降温系统5位于高温工作面22附近，对工作面进行降温。
28.具体的，高温涌水储存传输系统3包括传输控制室6、传热管路10和生活热水箱11，传热管路10的一端与隧道高温涌水区2连通，其另一端依次穿过传输控制室6和吸收式制冷系统4并回流至生活热水箱11。
29.传输控制室6靠近隧道高温涌水区2设置，传输控制室6内安装有通过传热管路10依次连通的涌水过滤器7、保温加热水箱8和循环泵9。
30.本实施例中，隧道涌水温度为83℃，经过涌水过滤器7后涌水温度降为78℃，传热管路10将通过吸收式制冷系统4后的高温涌水储存至生活热水箱11，该水可用于施工人员生活使用，换热完成后的高温涌水温度约为78℃-65℃。
31.传热管路10可采用无缝钢管，且直径为100mm，厚度为5mm。
32.传热管路10外部包裹一层厚度为10mm的保温材料，用于减少传输过程中的热量损耗，传热管路10外部均铺设一层厚度为20mm的聚苯乙烯泡沫保护层，以保护传热管路10，增加其使用寿命。
33.本实施例的传热管路10的进水口直径由隧道高温涌水流量确定，且本实施例可通过设置多跟引水管道将隧道高温涌水引入高温涌水储存传输系统3，引水管道采用并联方式连接，其具体数量与直径根据实际需求决定。
34.传热管路10上与隧道高温涌水区2连通的进水口处安装有水温监测装置和流量计，水温监测装置用于监测隧道涌水温度，流量计用于监测隧道涌水流量。
35.保温加热水箱8中安装有水温监测装置和加热装置，当温度不足以保证吸收式制冷系统4运行时，启动保温加热水箱8中的加热装置，对储存涌水进行加热，保证整个系统的顺利运行。
36.在具体作业时：
37.本实施例通过将隧道高温涌水区2内涌出的高温热水进行收集，通过传热管路10进入高温涌水传输系统，经过涌水过滤器7过滤后，输送至吸收式制冷系统4中，将高温涌水提供的热量供吸收式制冷系统4使用，完成热量交换后的高温涌水储存至生活水箱中，供日常生活使用；吸收式制冷系统4设置于主隧道洞口处，风冷器降温系统5设置于高温工作面22前方，通过冷却水环路与吸收式制冷系统4相连接，实现为高温工作面22降温。
38.实施例2
39.为有效解决隧道施工期高温问题，有效保障施工人员与施工设备安全，本实施例
给出一种吸收式制冷系统4和风冷器降温系统5的具体实施方式。
40.吸收式制冷系统4靠近掘进隧道1的洞口设置，吸收式制冷系统4包括吸收式制冷机组和与吸收式制冷机组连通的冷却水塔15，吸收式制冷机组与风冷器降温系统5相连。
41.参考图2，吸收式制冷机组包括换热器12、装有稀溴化锂溶液的溶液发生器13、装有浓溴化锂溶液的溶液吸收器14、冷凝器17和蒸发器18；传热管路10通过换热器12与溶液发生器13进行热交换；溶液发生器13通过管路依次与冷凝器17、蒸发器18和溶液吸收器14。
42.溶液发生器13和溶液吸收器14之间分别通过第一管道和第二管道连通，其中第一管道用于将溶液吸收器14内的稀溴化锂溶液输送到溶液发生器13中，第二管道用于将溶液发生器13内的浓溶液输送到溶液吸收器14内，即通过第一管道和第二管道实现溶液发生器13和溶液吸收器14内溶液的动态平衡。
43.冷却水塔15通过循环冷却水管16与溶液吸收器14相连接，蒸发器18通过循环冷却水换热管19与风冷器降温系统5相连。
44.风冷器降温系统5位于高温工作面22上，风冷器降温系统5包括风冷器20和旋转喷雾装置21，循环冷却水换热管19穿过风冷器20，风冷器20与旋转喷雾装置21相连。
45.本实施例的风冷器20和旋转喷雾装置21可直接选用现有技术，故不再赘述其具体工作原理。
46.本实施例在具体作业时：
47.隧道高温涌水区2中的高温涌水通过传热管路10的进水口进入高温涌水储存传输系统3，并通过传输控制室6中的涌水过滤器7完成水质过滤，保温加热水箱8与循环泵9控制热水介质的储存及循环，并通过传热管路10将高温水传输至吸收式制冷系统4的换热器12中，换热器12将换热后的热量传递至溶液发生器13中，溶液发生器13内的稀溴化锂溶液蒸发出水蒸气，水蒸气通过管道进入到冷凝器17内，冷凝器17内的水蒸气液化进入到蒸发器18内，水蒸发吸收循环冷却水换热管19的热量，即降低循环冷却水换热管19的温度，进而通过风冷器20与旋转喷雾装置21降低隧道施工温度；其中，冷却水塔15通过循环冷却水管16为溶液吸收器14提供冷却水，以进行热交换。
48.进一步的，水蒸气进入到溶液吸收器14内，溶液吸收器14内的浓溴化锂溶液吸收水蒸气变为稀溶液，通过第一管道用于将溶液吸收器14内的稀溴化锂溶液输送到溶液发生器13中，实现稀溴化锂溶液的循环动态平衡。
49.本发明包括两个阶段：
50.供热控制阶段：将隧道高温涌水区2中的高温涌水通过传热管路10的进水口收集，并通过高温涌水储存传输系统3中的过滤器进行过滤，通过传热管路10输送至吸收式制冷系统4当中，通过换热器12对溶液发生器13中的溴化锂浓溶液加热，促成吸收式制冷系统4的运行，风冷器降温系统5通过循环冷却水换热管19与吸收式制冷系统4中的蒸发器18进行冷量交换，风冷器降温系统5实现对隧道施工面的降温。
51.热水储存阶段：高温涌水储存传输系统3中的高温涌水完成过滤与吸收式制冷系统4的换热后，由传热管路10排出至淋浴生活水箱中储存，供施工人员日常生活使用；
52.其中，保温加热水箱8对完成过滤的高温涌水进行储存及保温，并对其温度进行控制；具体的，当隧道涌水温度达不到温度阈值时，开启保温加热水箱8内的加热装置对水进行加热，直至达到所需的温度阈值，本实施例的温度阈值可根据吸收式制冷系统4而定，本
实施例对此不作限定。循环泵9提供循环动力，并控制传热管路10中的水流速度。
53.本发明系统的两个阶段，节能高效，可有效缓解高地温隧道施工过程中所面临的高温涌水及热害问题，对于高地温隧道的施工降温问题及高温涌水处理具有较高的应用价值及重要指导意义。
54.本发明的高温涌水储存传输系统3借助隧道高温涌水取热，通过传热管路10与热交换器同吸收式制冷系统4中的溶液发生器13相连接，提供热源供吸收式制冷系统4运行，同时将换热完成的热水储存至生活水箱，供日常使用；同时吸收式制冷系统4中蒸发器18通过循环冷却水换热管19与风冷器降温系统5连接，降低隧道施工温度，实现低能耗甚至无能耗制冷。
55.本发明高温涌水储存传输系统3通过收集隧道施工中涌出的高温热水，将其过滤后储存于保温加热水箱8中，再通过循环泵9、传热管路10以及热交换器吸收式制冷系统4中的发生器连接，加热发生器中的溴化锂制冷剂，使之完成吸收式制冷循环，并将换热完成的热水储存至淋浴生活水箱中，供日常生活使用。同时通过循环冷却水换热管19将吸收式制冷系统4中的蒸发器18与风冷器降温系统5相连接，冷却水在两系统间循环流通，使风冷器20出风温度降低，更好的降低隧道施工面温度。
56.本发明有效利用隧道开挖过程中的高温涌水，在处理热害高温涌水的同时将其资源化利用，用于解决隧道施工中的高温问题与施工生活用水问题，极大减少能源消耗，且能源消耗为清洁能源，不对当地自然环境产生影响。
57.虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。