CN114484963A - 基于冻结凿井的矿用蓄冷型换热器及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于冻结凿井的矿用蓄冷型换热器及使用方法，包括蓄冷槽，蓄冷槽内设有两类换热矩形盘管(内部分别流低温盐水和冷冻水)和蓄冷水。这两类换热矩形盘管分别并联连接。蓄冷槽外侧设有保温层，保温层外侧设有换热器保护壳体。换热器保护壳体上端设有低温盐水进、出口和冷冻水进、出口。换热器低温盐水进、出口连接来自制冷站的低温盐水；换热器冷冻水进、出口连接矿用空冷器所需的冷冻水。本发明利用冻结凿井施工时的低温盐水，并以蓄冷槽中的蓄冷水为载体，从而间接冷却矿用空冷器所需的冷冻水。本发明可以充分利用冻结凿井施工时制冷站的低温盐水的冷量，降低矿井降温费用，具有较高的经济效益及实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及矿用蓄冷型换热器技术领域，具体涉及一种基于冻结凿井的矿用蓄冷型换热器及使用方法。
背景技术
随着煤矿开采深度的延伸，围岩温度不断升高，使得矿井巷道，采掘面的温度过高，热害程度日趋严重。目前我国大约90％煤炭资源是通过建井开采的，近些年来，东部和西部地区埋深在千米左右的煤炭和金属等矿产资源均采用千米立井井筒作为其开发途径。目前，我国开采深厚表土的煤矿主要选择冻结凿井法作为建井技术。冻结凿井法的施工特点是指在开凿井筒前，在井筒周围钻若干冻结孔，孔内安装由供液管、回液管和底端封闭的冻结管组成的冻结器；地面制冷站将制出的低温盐水(一般为-20～-35℃)循环输送到冻结器内，吸收地层的热量，使含水层形成以冻结管为中心的冻结圆柱，逐渐扩大，从而与相邻的冻结圆柱连成封闭的冻结壁。虽然冻结段井筒工作面环境温度较低，并不需要主动降低其周围温度，但是在冻结段更深处的工作面，由于没有冻结壁，工作面依旧需要人工降温。
矿用空冷器是实现矿井工作面降温的常用末端装置，其冷冻水来源一般都是通过设备直接制备，常用方法并不经济。虽然冻结凿井施工时制冷站生产的低温盐水是很好的冷源，但根据目前的专利显示，在冻结凿井施工时很少有直接使用低温盐水作为冷冻水的冷源，并没有充分利用冻结凿井施工时的现场条件。在进行冻结凿井施工时，利用低温盐水，并以蓄冷槽为载体制取冷冻水，可以省去地面冷水机组的使用，且蓄冷技术可利用电网夜间低谷电力，可以降低凿井施工时的运行费用。
因此，在进行冻结凿井施工时为降低运行费用，充分利用现场条件，并对工作面进行降温，现提出一种基于冻结凿井的矿用蓄冷型换热器及使用方法。
发明内容
本发明的目的在于针对矿用空冷器冷冻水的制备问题，其中矿用空冷器的冷冻水的冷源来源于冻结凿井施工时的低温盐水，且设备结构简单、紧凑。蓄冷槽中采用并联的矩形盘管换热，降温效果和性能良好，并可以充分利用冻结凿井制冷站低温盐水的冷量，降低矿井降温费用，具有较高的经济效益及实用价值。蓄冷槽外设有聚氨酯发泡保温层，保温效果良好。
本发明提供一种基于冻结凿井的矿用蓄冷型换热器及使用方法，包括蓄冷槽，所述蓄冷槽内设有两类换热矩形盘管(内部分别流低温盐水和冷冻水)和蓄冷水。
进一步，所述蓄冷槽外侧设有聚氨酯发泡保温层，保温层厚度不小于5cm，保温层外侧设有矿用蓄冷型换热器保护壳体。
进一步，所述矿用蓄冷型换热器中低温盐水通过4根并联的矩形盘管与蓄冷槽中的蓄冷水进行换热，矿用空冷器所需的冷冻水通过20根并联的矩形盘管与蓄冷槽中的蓄冷水换热。
进一步，所述矿用蓄冷型换热器上端设有低温盐水进、出口和冷冻水进、出口。
进一步，所述矿用蓄冷型换热器低温盐水进、出口连接来自制冷站的低温盐水，冷冻水进、出口连接矿用空冷器所需的冷冻水。
进一步，所述矿用蓄冷型换热器中冷冻水出水温度(即矿用空冷器中矿用空冷器进水温度)低于3℃后，可由与温控器相连的变频水泵来减少低温盐水进水流量；当矿用蓄冷型换热器的冷冻水出水温度高于8℃后，可由与温控器相连的变频水泵来增加低温盐水进水流量。
进一步，所述矿用空冷器中冷冻水的流量需要调节时，可通过变频水泵来调节。
本发明的有益效果，所述一种矿用蓄冷型换热器，在冻结凿井施工时运用，采用其特有的低温盐水(温度一般为-20℃～-35℃)进行水蓄冷，从而冷却矿用空冷器所需的冷冻水，经济、方便和实用；冷冻水、低温盐水分别通过并联的矩形盘管与蓄冷槽中的蓄冷水换热，换热性能和效果良好；矿用蓄冷型换热器的冷冻水出水温度低于3℃(高于8℃)时，可通过变频水泵减少(增大)低温盐水流量；整个矿用蓄冷型换热器系统结构紧凑，方便实用，效果良好。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明矿用蓄冷型换热器使用方法的示意图；
图2是本发明中矿用蓄冷型换热器的结构示意图；
图3是本发明中矿用蓄冷型换热器的俯视图；
图中：1-蓄冷槽；2-矩形盘管(内流冷冻水)；3-矩形盘管(内流低温盐水)；4-聚氨酯发泡保温层；5-换热器保护壳体；6～25-矩形盘管(内流冷冻水)；26～29-矩形盘管(内流低温盐水)；30-冷冻水进口；31-冷冻水出口；32-低温盐水进口；33-低温盐水出口；34冷冻水进水管；35-冷冻水出水管；36-低温盐水进水管；37-低温盐水出水管；38-矿用空冷器；39-法兰Ⅰ；40-法兰Ⅱ；41-矿用风机；42-过滤网；43-井下工作面；44-井壁；45-蓄冷水；46-温控器；47-变频水泵Ⅰ；48-变频水泵Ⅱ。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-3所示，蓄冷槽1内有两类矩形盘管，一类为内流冷冻水的矩形盘管2，另一类为内流低温盐水的矩形盘管3。蓄冷槽1外侧有聚氨酯发泡保温层4，聚氨酯发泡保温层4外侧有换热器保护壳体5。蓄冷槽中共有24根矩形盘管(6～29)，矿用空冷器所需的冷冻水流经20根并联的矩形盘管(6～25)，来自制冷站的低温盐水流经4根并联的矩形盘管(26～29)。
换热器保护壳体5上端设有冷冻水进口30，冷冻水出口31，低温盐水进口32，低温盐水出口33。冷冻水进口30接冷冻水进水管34，冷冻水出口31接冷冻水出水管35；低温盐水进口32接低温盐水进水管36，低温盐水出口33接低温盐水出水管37。矿用空冷器38的左右两端有法兰Ⅰ39和法兰Ⅱ40，其入口段接有矿用风机41，矿用风机41前接有过滤网42。
风流经过滤网42过滤后，通过矿用风机41进入矿用空冷器38，经过矿用空冷器38降温后送入工作面43(井下工作面)，矿井周围是冻结凿井施工时的井壁44。矿用空冷器38所需的冷冻水由换热器的冷冻水出水管35提供，经矿用空冷器38换热后的冷冻水通过冷冻水进水管34流回蓄冷槽1；经过蓄冷槽1中并联的矩形盘管(6～25)，与蓄冷槽1中的蓄冷水45换热，温度降低，再通过冷冻水出水管35进入矿用空冷器38，实现循环使用。蓄冷槽1中的蓄冷水45冷量来自于并联的矩形盘管(26～29)。来自制冷站的低温盐水通过低温盐水进水管36进入矿用蓄冷型换热器，经过蓄冷槽1中并联的矩形盘管(26～29)，将冷量传递给蓄冷水45，再通过低温盐水出水管37回到制冷站，制冷站将其降温后循环使用。
当温控器46检测到进入矿用空冷器38的冷冻水温度低于3℃后，通过变频水泵Ⅰ47减少低温盐水的流量；当温控器46检测到进入矿用空冷器38的冷冻水温度高于8℃后，通过变频水泵Ⅰ47增加低温盐水的流量。当需要增大或减少矿用空冷器38冷冻水的流量时，可通过变频水泵Ⅱ48来调整。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于冻结凿井的矿用蓄冷型换热器，包括蓄冷槽，其特征在于，蓄冷槽内设有两类换热矩形盘管和蓄冷水；两类换热矩形盘管中一类是内流低温盐水的矩形盘管，另一类是内流冷冻水的矩形盘管，这两类矩形盘管各自并联使用。
2.根据权利要求1所述的矿用蓄冷型换热器，其特征在于，所述蓄冷槽外侧设有聚氨酯发泡保温层。
3.根据权利要求2所述的矿用蓄冷型换热器，其特征在于，所述聚氨酯发泡保温层厚度不小于5cm。
4.根据权利要求2所述的矿用蓄冷型换热器，其特征在于，所述聚氨酯发泡保温层外侧设有换热器保护壳体。
5.根据权利要求1所述的矿用蓄冷型换热器，其特征在于，来自制冷站的低温盐水通过4根并联的矩形盘管与蓄冷槽中的蓄冷水进行换热，矿用空冷器所需的冷冻水通过20根并联的矩形盘管与蓄冷槽中的蓄冷水换热。
6.根据权利要求1所述的矿用蓄冷型换热器，其特征在于，换热器保护壳体上端设有低温盐水进、出口和冷冻水进、出口；换热器低温盐水进、出口连接来自制冷站的低温盐水，换热器冷冻水进、出口连接矿用空冷器所需的冷冻水。
7.权利要求1所述矿用蓄冷型换热器的使用方法，其特征在于，当矿用蓄冷型换热器的冷冻水出水温度低于3℃后，由与温控器相连的变频水泵来减少低温盐水进水流量；当矿用蓄冷型换热器的冷冻水出水温度高于8℃后，由与温控器相连的变频水泵来增加低温盐水进水流量。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，当需要增大或减少矿用空冷器冷冻水的流量时，通过变频水泵来调整。
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|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1183684A1 (ru) * | 1983-11-15 | 1985-10-07 | Ленинградский Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Им.Г.В.Плеханова | Способ комплексного тепло-хладоснабжени глубоких шахт и рудников |
| CN1051776A (zh) * | 1990-12-19 | 1991-05-29 | 孔祥清 | 矿山盐水蓄冷车用于矿井局部降温 |
| CN106440452A (zh) * | 2016-08-27 | 2017-02-22 | 赵向辉 | 蓄冷装置及蓄热装置 |
| CN111456798A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-07-28 | 山东新雪矿井降温科技有限公司 | 通过表冷器蓄冷为矿井降温的开式循环系统及其工作方法 |
| CN111456797A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-07-28 | 山东新雪矿井降温科技有限公司 | 通过表冷器换冷为矿井降温的闭式循环系统及其工作方法 |
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2022
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1183684A1 (ru) * | 1983-11-15 | 1985-10-07 | Ленинградский Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Им.Г.В.Плеханова | Способ комплексного тепло-хладоснабжени глубоких шахт и рудников |
| CN1051776A (zh) * | 1990-12-19 | 1991-05-29 | 孔祥清 | 矿山盐水蓄冷车用于矿井局部降温 |
| CN106440452A (zh) * | 2016-08-27 | 2017-02-22 | 赵向辉 | 蓄冷装置及蓄热装置 |
| CN111456798A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-07-28 | 山东新雪矿井降温科技有限公司 | 通过表冷器蓄冷为矿井降温的开式循环系统及其工作方法 |
| CN111456797A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-07-28 | 山东新雪矿井降温科技有限公司 | 通过表冷器换冷为矿井降温的闭式循环系统及其工作方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 宁方波，陈红蕾: "《寒区冻结工程利用自然冷能的空冷换热技术研究》", 《建井技术》 * |
| 范瑞金，张鑫明，周剑: "《冻结壁冷量用于矿井降温方案可行性研究》", 《山东煤炭科技》 * |
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