CN114483153A - 矿井空调组件及其控制方法和矿井空调系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种矿井空调组件及其控制方法和矿井空调系统。该矿井空调组件包括空调组件，包括循环连接的压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器；所述压缩机为水力驱动压缩机；所述冷凝器和所述蒸发器均包含有水力风机；加压水路，包括第一水路和第二水路，所述第一水路连通所述水力驱动压缩机，所述第二水路依次经过所述蒸发器的水力风机和所述冷凝器的水力风机。本申请采用加压后的高压水作为矿用空调系统的动力源，不仅提供了压缩机的动力还能带走产生的热量，克服了影响矿井环境安全的因素，大大减少电力能源消耗，提高了制冷效率。
Description
技术领域
本申请属于矿井空调技术领域，具体涉及一种矿井空调组件及其控制方法和矿井空调系统。
背景技术
近年来，随着空调的广泛使用，其耗电问题受到大众的广泛关注。常规矿井空调采用电机驱动进行压缩制冷，但矿井部分环境中存在大量灰尘及粉尘，出于防爆要求考虑需要设计出无需电机驱动的空调，且矿井地下环境温度较高及严重缺水等问题制约着矿井空调的制冷效率。
发明内容
因此，本申请提供一种矿井空调组件及其控制方法和矿井空调系统，能够解决现有技术中矿井下空调使用安全和效率低下的问题。
为了解决上述问题，本申请提供一种矿井空调组件，包括：
空调组件，包括循环连接的压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器；所述压缩机为水力驱动压缩机；所述冷凝器和所述蒸发器均包含有水力风机；
加压水路，包括第一水路和第二水路，所述第一水路连通所述水力驱动压缩机，所述第二水路依次经过所述蒸发器的水力风机和所述冷凝器的水力风机。
可选地，所述加压水路包括水泵，所述水泵包括有两个出口，分别连通所述第一水路和所述第二水路。
可选地，所述第一水路上设有第一流量调节阀，能够调节流向所述水力驱动压缩机的水流量。
可选地，所述第二水路上设有旁通路，所述旁通路与所述蒸发器的水力风机为并联连接。
可选地，所述并联的管路中经过所述蒸发器的水力风机的管路上设有第二流量调节阀。
可选地，所述矿井空调组件还包括有控制器和传感器，所述传感器包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器设有两个，分设于所述蒸发器的进出端；所述压力传感器设有两个，分设于所述蒸发器的进出端；所述第一流量调节阀、所述第二流量调节阀、所述传感器均与所述控制器连接。
根据本申请的另一方面，提供了一种如上所述矿井空调组件的控制方法，包括：
维持第一流量调节阀的开度，根据传感器检测到温度和压力，计算出蒸发器进出口的焓差；
当焓差小于第一预设值时，调控第二流量调节阀的开度，增大蒸发器的水力风机的转速；
当焓差大于第二预设值时，调控第二流量调节阀的开度，减小蒸发器的水力风机的转速；
当焓差处于第二预设值和第一预设值之间时，维持第二流量调节阀的开度。
根据本申请的再一方面，提供了一种矿井空调系统，包括如上所述的矿井空调组件或如上所述控制方法运行的矿井空调组件。
本申请提供的一种矿井空调组件，包括：空调组件，包括循环连接的压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器；所述压缩机为水力驱动压缩机；所述冷凝器和所述蒸发器均包含有水力风机；加压水路，包括第一水路和第二水路，所述第一水路连通所述水力驱动压缩机，所述第二水路依次经过所述蒸发器的水力风机和所述冷凝器的水力风机。
本申请采用加压后的高压水作为矿用空调系统的动力源，不仅提供了压缩机的动力还能带走产生的热量，克服了影响矿井环境安全的因素，大大减少电力能源消耗，提高了制冷效率。
附图说明
图1为本申请实施例的矿井空调系统的原理图；
图2为本申请实施例的矿井空调系统的控制逻辑图。
附图标记表示为：
1、水力驱动压缩机；2、蒸发器；3、节流装置；4、冷凝器；5、水泵；6、第一流量调节阀；7、第二流量调节阀；8、进口压力传感器；9、进口温度传感器；10、出口温度传感器；11、出口压力传感器；12、控制器；13、水入口；14、排水口。
具体实施方式
结合参见图1至图2所示，根据本申请的实施例，一种矿井空调组件，包括：
空调组件，包括循环连接的压缩机、冷凝器4、节流装置3和蒸发器2；所述压缩机为水力驱动压缩机1；所述冷凝器4和所述蒸发器2均包含有水力风机；
加压水路，包括第一水路和第二水路，所述第一水路连通所述水力驱动压缩机1，所述第二水路依次经过所述蒸发器2的水力风机和所述冷凝器4的水力风机。
本申请采用加压后的高压水作为矿用空调系统的动力源，不仅提供了压缩机的动力还能带走产生的热量，克服了影响矿井环境安全的因素，大大减少电力能源消耗，提高了制冷效率。
在一些实施例中，加压水路包括水泵5，所述水泵5包括有两个出口，分别连通所述第一水路和所述第二水路。
直接采用地上水通过水泵5进行加压处理，分成两路注入矿井的空调系统中，安全性较高，能提高空调系统中压缩机的散热。
在一些实施例中，第一水路上设有第一流量调节阀6，能够调节流向所述水力驱动压缩机1的水流量。
通过在第一水路上设置第一流量调节阀6，能够调控水力驱动压缩机1的功率，节约水力消耗。
在一些实施例中，第二水路上设有旁通路，所述旁通路与所述蒸发器2的水力风机为并联连接。
通过与蒸发器2水力风机并联设置一个旁通路，便于对第二水路进行分流设置，以利于对进入蒸发器2水力风机的流量进行调控。优选地，并联的管路中经过所述蒸发器2的水力风机的管路上设有第二流量调节阀7。
如图1所示从地面引入水，为整个空调系统提供动力源。地面上水通过管道由高压水入口13进入到水泵5中，经过加压后分流，一部分高压水在带动水力驱动压缩机1转子转动，同时也带走了机械传动所产生的热量，另一部分高压水经过带有水力风机的蒸发器2，高压水带动风叶转动产生较高流速的风与蒸发器2中冷媒进行换热，随后经过冷凝器4的水力风机中，水力风机产生的风将冷凝放出的热量排出，最后水经过排水口14排出。
在一些实施例中，矿井空调组件还包括有控制器12和传感器，所述传感器包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器设有两个，分设于所述蒸发器2的进出端；所述压力传感器设有两个，分设于所述蒸发器2的进出端；所述第一流量调节阀6、所述第二流量调节阀7、所述传感器均与所述控制器12连接。
通过在相关位置上设置传感器，以便对整个矿井空调组件进行调控，达到节约水力资源。
上述的水力风机为同轴设置的桨叶和风机叶片，高压水从进水口到达桨叶，桨叶受到高压驱动轴转动，进而风机叶片在轴心力作用下转动，从而实现水力驱动，而当对通过桨叶的水流量进行调节时，水的动能减小进而其推动桨叶时的能量减小，风机叶片转动速度减弱。
根据本申请的另一方面，提供了一种如上所述矿井空调组件的控制方法，包括：
维持第一流量调节阀6的开度，根据传感器检测到温度和压力，计算出蒸发器2进出口的焓差；
当焓差小于第一预设值时，调控第二流量调节阀7的开度，增大蒸发器2的水力风机的转速；
当焓差大于第二预设值时，调控第二流量调节阀7的开度，减小蒸发器2的水力风机的转速；
当焓差处于第二预设值和第一预设值之间时，维持第二流量调节阀7的开度。
如图2所示，基于流量调节的变频风机的控制实施方案如下：
进口温度传感器9和出口温度传感器10用于测量蒸发器2冷媒的进出口温度，进口压力传感器8和出口压力传感器11用于测量蒸发器2冷媒进出口压力，最终将信号传给控制器12。控制器12根据内置H＝f(p，T)函数，确定冷媒进出口焓值，并计算进出口焓差。
根据进出口焓差对水力风机频率进行变频调节。当△H≤A1时，根据公式M＝M0+t|△H-A1|对通过风机的水流量进行调节，所产生的效果是将风机的频率增大到合适范围；当△H≥B1时，根据公式M＝M0-t|B1-△H|对风机频率进行调节，所产生的效果是将风机的频率减小到合适范围；当A1≤△H≤B1时，风机频率保持不变。
M0表示制冷运行模式风机的初始频率；M表示风机经调控后的频率；t为经验系数；△H表示蒸发式冷凝器4进出口焓差；A1和B1表示焓差上限值和下限值；当进出口焓差小于下限值时，增大驱动风机水流量，相反当进出口焓差大于上限值时，减小驱动风机水流量。
本申请根据系统焓差，通过改变流量对风机频率进行控制从而节约水力消耗，提高了制冷效率。
根据本申请的再一方面，提供了一种矿井空调系统，包括如上所述的矿井空调组件或如上所述控制方法运行的矿井空调组件。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种矿井空调组件，其特征在于，包括：
空调组件，包括循环连接的压缩机、冷凝器(4)、节流装置(3)和蒸发器(2)；所述压缩机为水力驱动压缩机(1)；所述冷凝器(4)和所述蒸发器(2)均包含有水力风机；
加压水路，包括第一水路和第二水路，所述第一水路连通所述水力驱动压缩机(1)，所述第二水路依次经过所述蒸发器(2)的水力风机和所述冷凝器(4)的水力风机。
2.根据权利要求1所述的矿井空调组件，其特征在于，所述加压水路包括水泵(5)，所述水泵(5)包括有两个出口，分别连通所述第一水路和所述第二水路。
3.根据权利要求1或2所述的矿井空调组件，其特征在于，所述第一水路上设有第一流量调节阀(6)，能够调节流向所述水力驱动压缩机(1)的水流量。
4.根据权利要求3所述的矿井空调组件，其特征在于，所述第二水路上设有旁通路，所述旁通路与所述蒸发器(2)的水力风机为并联连接。
5.根据权利要求4所述的矿井空调组件，其特征在于，所述并联的管路中经过所述蒸发器(2)的水力风机的管路上设有第二流量调节阀(7)。
6.根据权利要求5所述的矿井空调组件，其特征在于，所述矿井空调组件还包括有控制器(12)和传感器，所述传感器包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器设有两个，分设于所述蒸发器(2)的进出端；所述压力传感器设有两个，分设于所述蒸发器(2)的进出端；所述第一流量调节阀(6)、所述第二流量调节阀(7)、所述传感器均与所述控制器(12)连接。
7.一种如权利要求6所述矿井空调组件的控制方法，其特征在于，包括：
维持第一流量调节阀(6)的开度，根据传感器检测到温度和压力，计算出蒸发器(2)进出口的焓差；
当焓差小于第一预设值时，调控第二流量调节阀(7)的开度，增大蒸发器(2)的水力风机的转速；
当焓差大于第二预设值时，调控第二流量调节阀(7)的开度，减小蒸发器(2)的水力风机的转速；
当焓差处于第二预设值和第一预设值之间时，维持第二流量调节阀(7)的开度。
8.一种矿井空调系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的矿井空调组件或如权利要求7所述控制方法运行的矿井空调组件。
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