[发明专利]一种螺旋形液氮冻结器及方法

权利要求书

1.一种螺旋形液氮冻结器，其特征在于：它包括供液管(3)和回气管(4)，供液管(3)和回气管(4)的一端相互连接，另一端分别设有供液管口(2)和回气管口(1)，其中供液管(3)和回气管(4)为螺旋结构，供液管(3)上设有与冻结孔的直径相同的供液管螺旋圈(6)，回气管(4)上设有与冻结孔的直径相同的回气管螺旋圈(7)，供液管的螺旋圈(6)和回气管的螺旋圈(7)的尾端相互连接且两者之间交错布置、互相之间不直接接触，供液管的螺旋圈(6)和回气管的螺旋圈(7)之间设有固定两者位置的多根支撑钢筋(5)，不同位置的供液管螺旋圈(6)和回气管螺旋圈(7)的竖向间隔距离根据工程需要调整，通过不同间距来控制竖向不同位置的冻结效果，实现竖向的差异冻结。

2.根据权利要求1所述的螺旋形液氮冻结器，其特征在于：工程纵向深度在5～10m处时所需冻结壁厚度为3m，地表至地下5m所需冻结壁厚度为1m时，将供液管(3)和回气管(4)构成的螺旋形冻结器0～5m处相邻螺线圈之间间距调大，5～10m处相邻螺线圈间距调小，以实现不同深度差异冻结。

3.根据权利要求1所述的螺旋形液氮冻结器，其特征在于：所述供液管(3)和回气管(4)上的供液管的螺旋圈(6)和回气管的螺旋圈(7)竖向之间使用支撑钢筋(5)固定连接。

4.一种使用权利要求1所述螺旋形液氮冻结器的冻结方法，其特征在于步骤为：

根据设计尺寸和位置施工冻结孔，将螺旋形液氮冻结器的供液管螺旋圈(6)和回气管螺旋圈(7)加工为尺寸与冷冻孔匹配的尺寸，并使用支撑钢筋(5)将两者联系在一起，保证施工过程中供液管螺旋圈(6)和回气管螺旋圈(7)之间的距离不改变，提高液氮冻结器的稳定性，将尺寸匹配的螺旋形液氮冻结器放入冻结孔，同时保证供液管(3)和回气管(4)上的供液管螺旋圈(6)和回气管螺旋圈(7)紧贴冻结孔边缘的地层，以保证液氮冷量直接传递到地层中；

冻结时，将低温液氮从供液管口(2)灌入供液管(3)中，液氮通过供液管(3)的过程中迅速与周围接触的地层发生热量交换，实现地层冻结，而液氮在到达与回气管(4)连接处气化成高温氮气，顺着回气管(4)向上流动，由于气化后的氮气仍然会夹杂一部分液氮，在向上排放的过程中残余的液氮会继续气化吸热同时再次与地层发生冷量交换，将冷量传递给地层，实现二次冻结，最后通过回气管口(1)排入大气中，整个循环过程中，液氮和氮气之间不发生热量交换，以提高液氮冻结效率。