CN101089366A - 深部开采矿井降温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深部开采矿井降温装置，包括地面机组A和地下机组B，其特征在于：地面机组A包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发冷凝器，压缩机的进口与蒸发冷凝器的出口连接，压缩机的出口与冷凝器的进口连接；冷凝器的出口通过膨胀阀与蒸发冷凝器的进口连接；地下机组B包括井下换热器和送风机，蒸发冷凝器的底部换热工质出口与井下换热器的进口连接，井下换热器的出口与蒸发冷凝器的顶部换热工质进口连接。本发明中制冷机组安装在地面，机组的冷凝热在地面排放，制冷机组产生的冷量利用换热工质的气液相变潜热输送到井下，其冷量输送密度大；而且供冷换热工质的输送是利用其在矿井的高度差和工质的气液密度差的作用下进行的，无需循环泵。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井用制冷空调，具体地说是一种深部开采矿井降温装置。
背景技术
随着矿井开采深度的增加，岩石温度升高，开采与掘进工作面环境的热害日益严重，不少工作面的气温超过30℃，甚至高达40℃。同时，随着矿井机械化程度越来越高，由此出现的机械散热愈来愈大。矿工在高温环境下作业，劳动生产率下降，身体受到损害，高温热害被认为是矿井灾害之一。当环境温度超过人体温度时，人体不但不散热，反而从周围吸热，风速越大，热感觉越厉害。如果采用常规矿井通风方法，结果适得其反。为了改善矿井的工作环境，当开采深度超过矿床极限开采深度时，必须采用机械制冷降温方法来解决矿井热害问题。
目前常用的矿井降温空调系统主要有三种：机械制冷水降温矿井空调系统、冰冷却矿井空调系统、空气压缩式制冷空调系统。
机械制冷水降温矿井空调系统又分为井下集中式空调系统和地面集中式空调系统。井下集中式空调系统的制冷机组须安装在井下，通过管道集中向各工作面供冷水，但该系统在井下需要较大的安装空间，给施工和维护带来困难，而且电机和控制电器都需要防爆，另外井下制冷机组的冷凝散热排放成为主要难题。地面集中式空调系统的制冷机组安装在地面，机组的冷凝热在地面排放，在井下安装高低压换热器将一次高压冷媒水转换成二次低压冷媒水，最后在降温地点上用空气冷却器冷却送风，但该系统供冷距离短，不能在深井中应用，另外由于冷媒水的载冷量小，需要输送的冷媒水量大，冷量输送功耗大，冷损失也大。
冰冷却矿井空调系统是在地面上制取粒状冰或泥状冰，通过循环泵输送到井下的融冰装置，在融冰装置内，冰与井下空调回水直接换热，使空调回水的温度降低，该系统由制冰、输冰、融冰和供冷四个过程构成。但该系统对运行管理和控制方面有较高的要求，如防止管道冰塞、高效制冰和输冰设备的开发、适合融冰换热的冷却器的开发等。
空气压缩式制冷空调系统是利用空气经过涡轮绝热膨胀做功，从而使空气制冷。但该系统要求矿井要有充足的压缩气源，其制冷量、制冷效率均小于蒸气压缩式制冷系统，系统投资和运行费用均比蒸气压缩式制冷系统高。
发明内容
为了克服现有矿井降温空调系统的不足，本发明的目的在于提供一种功耗小、效率高、系统投资和运行费用低的深部开采矿井降温装置。该降温装置的制冷机组安装在地面，机组的冷凝热在地面排放，制冷机组产生的冷量利用换热工质的气液相变潜热输送到井下，其冷量输送密度大；而且供冷换热工质的输送是利用其在矿井的高度差和工质的气液密度差的作用下进行的，无需循环泵。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种深部开采矿井降温装置，包括地面机组A和地下机组B，其特征在于：地面机组A包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发冷凝器，压缩机的进口与蒸发冷凝器的出口连接，压缩机的出口与冷凝器的进口连接；冷凝器的出口通过膨胀阀与蒸发冷凝器的进口连接；地下机组B包括井下换热器和送风机，蒸发冷凝器的底部换热工质出口与井下换热器的进口连接，井下换热器的出口与蒸发冷凝器的顶部换热工质进口连接。
本发明中，所述的压缩机为螺杆式压缩机、涡旋式压缩机或离心式压缩机。
所述的冷凝器为水冷冷凝器或风冷冷凝器。
所述的膨胀阀为热力膨胀阀或电子膨胀阀。
所述的蒸发冷凝器为壳管式蒸发冷凝器。
所述的换热器由紫铜管套铝片构成。换热器内的换热工质为氟利昂R134a或R22等。
所述的送风机为离心风机或轴流风机。
与现有技术相比，本发明的显著优点是：
(1)制冷机组安装在地面，机组的冷凝热在地面排放，维护管理方便。
(2)制冷机组的供冷量采用换热工质的气液相变潜热输送到井下，冷量输送密度大。在同等供冷量时，该系统的换热工质输送量少，输送管道直径小。
(3)本发明的供冷换热工质输送是利用换热工质在矿井的高度差和工质的气液密度差的作用下进行的，无需循环泵。
(4)本发明的供冷量能进行远距离输送，热阻小，传热量大。
(5)本发明功耗小、效率高，系统投资和运行费用较低。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
附图中标记说明如下：
1-压缩机 2-冷凝器 3-膨胀阀 4-蒸发冷凝器
5-井下换热器 6-送风机 A-地面机组 B-地下机组
具体实施方式
一种本发明所述的深部开采矿井降温装置，由地面机组A和地下机组B两大部分构成。地下机组B由换热器5和送风机6组成；地面机组A包括压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3、蒸发冷凝器4。压缩机1的进口与蒸发冷凝器4的出口连接、压缩机1的出口与冷凝器2的进口连接，冷凝器2的出口与膨胀阀3的进口连接，膨胀阀3的出口与蒸发冷凝器4的进口连接，蒸发冷凝器4的出口与压缩机1的进口连接。蒸发冷凝器4的底部换热工质出口通过连接管与井下换热器5的进口连接，井下换热器5的出口通过连接管与蒸发冷凝器4的顶部换热工质进口连接。
本发明的工作原理叙述如下：
附图为本发明深部开采矿井降温装置结构示意图。图中省略了干燥过滤器、气液分离器、电子控制部分。其中，干燥过滤器用来吸收制冷剂中的少量水分、过滤制冷剂中的杂质；气液分离器用来防止压缩机产生液击。地下机组可以根据需要多组并联，图中只画出一组地下机组予以示意。
当地面上的制冷机组工作时，制冷剂由压缩机1压缩后排出，流至冷凝器2放出热量，冷凝后的制冷剂液体经膨胀阀3进行节流降压，降压后的制冷剂在蒸发冷凝器4内蒸发吸热而产生制冷效应，蒸发气化后的制冷剂被吸入压缩机1。同时，在蒸发冷凝器4和井下换热器5之间循环的R134a或R22等换热工质因蒸发冷凝器4内的制冷剂吸热而由气体冷凝为液体，冷凝后的换热工质在矿井高度差的作用下通过连接管进入井下换热器5内，换热工质液体在井下换热器5内蒸发吸热而产生制冷效应，并通过送风机6与井内的空气进行热交换，使井内的空气温度降低，而此时换热工质便由液体气化成气体，沿连接管上升到蒸发冷凝器4的顶部换热工质进口，进入蒸发冷凝器4内的换热工质气体由蒸发冷凝器4内的制冷剂吸热而冷凝成液体，从而完成了换热工质气液相变供冷循环。
本发明制冷机组安装在地面，机组的冷凝热在地面排放，维护管理方便；制冷机组的供冷量采用换热工质的气液相变潜热输送到井下，冷量输送密度大；在同等供冷量时，该系统的换热工质输送量少，输送管道直径小；该系统的供冷换热工质输送是利用换热工质在矿井的高度差和工质的气液密度差的作用下进行的，无需循环泵；供冷量能进行远距离输送，热阻小，传热量大；本发明功耗小、效率高，系统投资和运行费用较低。
Claims (8)
1、一种深部开采矿井降温装置，包括地面机组(A)和地下机组(B)，其特征在于：地面机组(A)包括压缩机(1)、冷凝器(2)、膨胀阀(3)和蒸发冷凝器(4)，压缩机(1)的进口与蒸发冷凝器(4)的出口连接，压缩机(1)的出口与冷凝器(2)的进口连接；冷凝器(2)的出口通过膨胀阀(3)与蒸发冷凝器(4)的进口连接；地下机组(B)包括井下换热器(5)和送风机(6)，蒸发冷凝器(4)的底部换热工质出口与井下换热器(5)的进口连接，井下换热器(5)的出口与蒸发冷凝器(4)的顶部换热工质进口连接。
2、根据权利要求1所述的深部开采矿井降温装置，其特征在于：所述压缩机(1)为螺杆式压缩机或涡旋式压缩机或离心式压缩机。
3、根据权利要求1所述的深部开采矿井降温装置，其特征在于：所述冷凝器(2)为水冷冷凝器或风冷冷凝器。
4、根据权利要求1所述的深部开采矿井降温装置，其特征在于：所述膨胀阀(3)为热力膨胀阀或电子膨胀阀。
5、根据权利要求1所述的深部开采矿井降温装置，其特征在于：所述蒸发冷凝器(4)为壳管式蒸发冷凝器。
6、根据权利要求1所述的深部开采矿井降温装置，其特征在于：所述换热器(5)由紫铜管套铝片构成。
7、根据权利要求1所述的深部开采矿井降温装置，其特征在于：所述换热器(5)内的换热工质为氟利昂R134a或R22。
8、根据权利要求1所述的深部开采矿井降温装置，其特征在于：所述送风机(6)为离心风机或轴流风机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100113 Termination date: 20120705 |