CN113565556B - 一种井下空气压缩式直接冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种井下空气压缩式直接冷却装置，该装置包括外壳，外壳内具有通风通道；通风通道内沿空气流通方向依次设有轴流式风机、空冷器、气动马达、水气分离器；空冷器连接有用于输送冷却水的进水管和排水管。本发明的井下空气压缩式直接冷却装置无需制冷剂，也无需压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等装置，具有制冷效率高、构造简单、可操作性强等特点。使用本发明的冷却装置，可消除矿井下作业场所的高温现象，从而保护了井下作业人员的身心健康，提高了劳动生产效率。

Description

一种井下空气压缩式直接冷却装置
技术领域
本发明属于采矿领域，具体涉及一种井下空气压缩式直接冷却装置。
背景技术
在采矿领域中，随着矿井开采深度的增加和采掘工艺的提高，矿井热害已成为严重影响煤矿安全生产的灾害之一。现有的矿井降温系统分为集中制冷和局部制冷两种方式。集中制冷降温系统由制冷循环、输冷循环、传冷装置、排热循环等复杂的系统构成，不仅投资大、工程量大，而且其多个传热过程造成可用能的极大损失，输冷管道路线长、需要隔热、投入大且冷损大，结果造成系统的制冷效率低下，耗电量大，运行成本高。局部制冷降温技术主要采用蒸汽压缩式制冷降温技术，也存在制冷循环、传冷装置和排热循环，虽然与集中制冷系统相比少了一个冷冻水循环，但仍然存在蒸发器和冷凝器中两次换热，蒸发温度和冷凝温度相对固定，而空气与冷凝水的温度都在变化，使得两次换热的温差较大，可用能损失大。所以局部制冷降温技术也存在系统复杂、效率低下的问题。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，以提供一种井下空气压缩式直接冷却装置。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种井下空气压缩式直接冷却装置，包括：
外壳，所述外壳内具有通风通道；
所述通风通道内沿空气流通方向依次设有轴流式风机、空冷器、气动马达、水气分离器；
所述空冷器连接有用于输送冷却水的进水管和排水管。
在如上所述的井下空气压缩式直接冷却装置，优选，所述轴流式风机包括风机电机、第一传动轴和风机叶轮；所述第一传动轴与通风通道同轴设置；所述风机电机通过所述第一传动轴与所述风机叶轮传动连接。
在如上所述的井下空气压缩式直接冷却装置，优选，所述风机叶轮与所述气动马达通过第二传动轴传动连接，所述第二传动轴与第一传动轴同轴设置。
在如上所述的井下空气压缩式直接冷却装置，优选，所述进水管设置于靠近气动马达的一侧，所述排水管设置于靠近轴流式风机的一侧。
在如上所述的井下空气压缩式直接冷却装置，优选，所述空冷器中的冷却水为井下用水。
在如上所述的井下空气压缩式直接冷却装置，优选，所述空冷器中的冷却水为由地面输入的水。
在如上所述的井下空气压缩式直接冷却装置，优选，所述井下空气压缩式直接冷却装置还包括冷却水循环系统；所述冷却水循环系统包括冷却塔，所述冷却塔设置于矿井外的地面上，所述冷却塔具有向空冷器输入冷却水的出水口和回收空冷器回水的回水口；
优选地，所述出水口位于所述冷却塔的底部，所述回水口位于所述冷却塔的上部。
在如上所述的井下空气压缩式直接冷却装置，优选，所述进水管与所述冷却塔的出水口连接，所述排水管与所述冷却塔的回水口连接。
在如上所述的井下空气压缩式直接冷却装置，优选，所述冷却水循环系统还包括高低压换热器，所述冷却塔的出水口与所述高低压换热器的高压水进口之间通过供水管连接，所述高低压换热器的高压水出口与所述进水管连接，所述高低压换热器的低压水进口与所述排水管连接，所述高低压换热器的低压水出口与所述冷却塔的回水口之间通过回水管连接。
在如上所述的井下空气压缩式直接冷却装置，优选，所述供水管上设有第一水泵；
优选地，所述进水管上设有第二水泵。
有益效果：
本发明的井下空气压缩式直接冷却装置无需制冷剂，也无需压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等装置，具有制冷效率高、构造简单、可操作性强等特点。使用本发明的冷却装置，可消除矿井下作业场所的高温现象，从而保护了井下作业人员的身心健康，提高了劳动生产效率。
本发明在使用时，空气首先进入轴流式风机内；空气通过轴流式风机提高压力和温度后进入空冷器；在空冷器中空气与冷却水进行热交换放出热量，空气温度降低；之后，空气驱动气动马达旋转，空气温度进一步降低；最后，空气经水气分离器除湿，得到低温低湿的空气。
进一步的，风机叶轮与气动马达通过第二传动轴传动连接，在使用时，旋转的气动马达通过第二传动轴与风机电机共同带动风机叶轮旋转，可增加风机叶轮的旋转速度，从而提高了风力。
进一步的，由于空气在空冷器中流动的过程中温度是逐渐降低的，进水管设置于靠近气动马达的一侧，排水管设置于靠近轴流式风机的一侧，可提升冷却效果。
进一步的，采用井下用水作为空冷器中的冷却水，可降低本发明井下空气压缩式直接冷却装置的使用成本。
进一步的，通过设置冷却水循环系统，可实现冷却水的循环利用，降低使用成本。
进一步的，冷却塔的作用是将水与空气进行热交换，制备低温冷却水。
进一步的，高低压换热器的作用是将高压冷却水的冷源传递给低压回水，即将高压冷却水与低压回水进行热交换，以消除冷却水由于降压而形成的显著升温。
进一步的，第一水泵的作用是提升冷却水的压力。
进一步的，第二水泵的作用是进一步提升冷却水的压力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例1中井下空气压缩式直接冷却装置的结构示意图；
图2为本发明实施例2中井下空气压缩式直接冷却装置的结构示意图。
图中，1、轴流式风机；2、风机电机；3、风机叶轮；4、排水管；5、空冷器；6、进水管；7、气动马达；8、水气分离器；9、外壳；10、第二传动轴；11、第一传动轴；12、冷却塔；13、第一水泵；14、第二水泵；15、高低压换热器。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-2所示，一种井下空气压缩式直接冷却装置，包括：外壳9，该外壳9内具有通风通道，该通风通道内沿空气流通方向依次设有轴流式风机2、空冷器5、气动马达7、水气分离器8，该空冷器5连接有用于输送冷却水的进水管6和排水管4。
实施例1
如图1所示，一种井下空气压缩式直接冷却装置，包括外壳9，外壳9位于矿井内。外壳9为两端开口的筒状结构，外壳9内具有通风通道，通风通道的两端为进风口和出风口。通风通道内沿空气流通方向依次设有轴流式风机1、空冷器5、气动马达7、水气分离器8。轴流式风机1、空冷器5、气动马达7、水气分离器8通过外壳9依次连接。
轴流式风机1，用于提高空气压力和温度。轴流式风机1包括风机电机2、第一传动轴11和风机叶轮3。第一传动轴11与通风通道同轴设置。风机电机2通过第一传动轴11与风机叶轮3传动连接。
风机叶轮3与气动马达7通过第二传动轴10传动连接。在使用时，气动马达7可通过第二传动轴10与风机电机2共同带动风机叶轮3旋转。第二传动轴10与第一传动轴11同轴设置，第二传动轴10沿轴向贯穿空冷器5。
空冷器5包括冷却管，该冷却管连通有进水管6和排水管4。通过进水管6向冷却管中输入冷却水，冷却水为井下用水，该冷却水为常温的，不需要预先制冷。
进水管6设置于靠近气动马达7的一侧，排水管4设置于靠近风机叶轮3的一侧。
水气分离器8用于除去输出空气中的冷凝水。水气分离器8设置于气动马达7与出风口之间。
上述实施例1井下空气压缩式直接冷却装置的使用方法，具体为：
首先，空气通过通风通道的进风口进入轴流式风机1，风机电机2通过第一传动轴11带动风机叶轮3旋转，空气通过轴流式风机1提高压力和温度后进入空冷器5。
同时，以井下用水为冷却水，由进水管6进入空冷器5，再由排水管4排出，在空冷器5中的空气与冷却水进行热交换放出热量，空气温度降低。
之后，空气驱动气动马达7旋转，空气温度进一步降低，旋转的气动马达7通过第二传动轴10与风机电机2共同带动风机叶轮3旋转。
最后，空气经水气分离器8除湿，得到低温低湿的空气，该空气经出风口排出。
实施例2
如图2所示，一种井下空气压缩式直接冷却装置，该冷却装置与实施例1的不同仅在空冷器5中的冷却水是由地面输入的，可以实现冷却水的循环使用，并提高井下空气制冷效果。
该井下空气压缩式直接冷却装置还包括冷却水循环系统，该冷却水循环系统可实现冷却水的循环使用。该冷却水循环系统，包括冷却塔12、第一水泵13、第二水泵14、高低压换热器15。冷却塔12设置于矿井外的地面上，高低压换热器15设置于矿井内，且位于外壳9的上方。冷却塔的作用是将水与空气进行热交换，制备低温冷却水。冷却塔具有用于向空冷器输入冷却水的出水口和用于回收空冷器回水的回水口，该出水口位于冷却塔12的底部，该回水口位于冷却塔12的上部。
冷却塔12的出水口与高低压换热器15的高压水进口之间通过供水管连接，该供水管上设有第一水泵13。供水管的作用是将冷却塔12中的冷却水输出。第一水泵13的作用是，提升冷却水的压力，向高低压换热器15输送高压冷却水。高低压换热器15的高压水出口与进水管6连接，进水管6上设有第二水泵14。第二水泵14的作用是，提升冷却水的压力，向空冷器5输送高压冷却水。高低压换热器15的低压水进口与排水管4连接，高低压换热器15的低压水出口与冷却塔12的回水口之间通过回水管连接。高低压换热器15的作用是将高压冷却水的冷源传递给低压回水，即将高压冷却水与低压回水进行热交换，以消除冷却水由于降压而形成的显著升温。
上述实施例2井下空气压缩式直接冷却装置的使用方法，具体为：
首先，空气通过通风通道的进风口进入轴流式风机1，风机电机2通过第一传动轴11带动风机叶轮3旋转，空气通过轴流式风机1提高压力和温度后进入空冷器5。
同时，地面上冷却塔12中的冷却水依次经第一水泵13、高低压换热器15、第二水泵14，由进水管6进入空冷器5，再由排水管4排出，经高低压换热器15进入冷却塔12，如此反复，在空冷器5中的空气与冷却水进行热交换放出热量，空气温度降低。
之后，空气驱动气动马达7旋转，空气温度进一步降低，旋转的气动马达7通过第二传动轴10与风机电机2共同带动风机叶轮3旋转。
最后，空气经水气分离器8除湿，得到低温低湿的空气，该空气经出风口排出。
在本发明的其它实施例中，冷却水循环系统包括冷却塔12，冷却塔12的出水口与进水管6直接连接，排水管4与冷却塔12的回水口直接连接。在使用时，冷却塔12制备的冷却水通过进水管6进入空冷器5，回水通过排水管4排入冷却塔12，冷却塔12对回水冷却后，可重复使用。
在本发明的其它实施例中，冷却水循环系统包括冷却塔12和高低压换热器15，冷却塔12的出水口与高低压换热器15的高压水进口之间通过供水管连接，高低压换热器15的高压水出口与进水管连接，高低压换热器15的低压水进口与排水管6连接，高低压换热器15的低压水出口与冷却塔的回水口之间通过回水管连接。
综上所述，本发明的井下空气压缩式直接冷却装置无需制冷剂，也无需压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等装置，具有制冷效率高、构造简单、可操作性强等特点。使用该冷却装置，可消除矿井下作业场所的高温现象，从而保护了井下作业人员的身心健康，提高了劳动生产效率。
可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种井下空气压缩式直接冷却装置，其特征在于，包括：
外壳，所述外壳内具有通风通道；
所述通风通道内沿空气流通方向依次设有轴流式风机、空冷器、气动马达、水气分离器；
所述空冷器连接有用于输送冷却水的进水管和排水管;
所述轴流式风机包括风机电机、第一传动轴和风机叶轮；所述第一传动轴与通风通道同轴设置；所述风机电机通过所述第一传动轴与所述风机叶轮传动连接;
所述风机叶轮与所述气动马达通过第二传动轴传动连接，所述第二传动轴与第一传动轴同轴设置;
所述进水管设置于靠近气动马达的一侧，所述排水管设置于靠近轴流式风机的一侧；
首先，空气通过所述通风通道的进风口进入所述轴流式风机，所述风机电机通过所述第一传动轴带动所述风机叶轮旋转，空气通过所述轴流式风机提高压力和温度后进入所述空冷器；在所述空冷器中的空气与冷却水进行热交换放出热量，空气温度降低；之后，空气驱动所述气动马达旋转，空气温度进一步降低，旋转的所述气动马达通过所述第二传动轴与所述风机电机共同带动所述风机叶轮旋转；最后，空气经所述水气分离器除湿，得到低温低湿的空气，空气经所述通风通道的出风口排出。
2.如权利要求1所述的井下空气压缩式直接冷却装置，其特征在于，所述空冷器中的冷却水为井下用水。
3.如权利要求1所述的井下空气压缩式直接冷却装置，其特征在于，所述空冷器中的冷却水为由地面输入的水。
4.如权利要求3所述的井下空气压缩式直接冷却装置，其特征在于，所述井下空气压缩式直接冷却装置还包括冷却水循环系统；所述冷却水循环系统包括冷却塔，所述冷却塔设置于矿井外的地面上，所述冷却塔具有向空冷器输入冷却水的出水口和回收空冷器回水的回水口；所述出水口位于所述冷却塔的底部，所述回水口位于所述冷却塔的上部。
5.如权利要求4所述的井下空气压缩式直接冷却装置，其特征在于，所述进水管与所述冷却塔的出水口连接，所述排水管与所述冷却塔的回水口连接。
6.如权利要求4所述的井下空气压缩式直接冷却装置，其特征在于，所述冷却水循环系统还包括高低压换热器，所述冷却塔的出水口与所述高低压换热器的高压水进口之间通过供水管连接，所述高低压换热器的高压水出口与所述进水管连接，所述高低压换热器的低压水进口与所述排水管连接，所述高低压换热器的低压水出口与所述冷却塔的回水口之间通过回水管连接。
7.如权利要求6所述的井下空气压缩式直接冷却装置，其特征在于，所述供水管上设有第一水泵；所述进水管上设有第二水泵。
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