專利名稱：礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)，特別是礦井立井筒內(nèi)利用制冷劑循環(huán)來輸送冷量的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，我國煤礦開采深度大多在800m以上且逐漸增加，綜合機械化程度不斷提高，地?zé)岷途略O(shè)備向井下空氣散發(fā)的熱量顯著增加；而從巖石裂隙中涌出的熱水或與熱水接觸的高溫圍巖放熱，不但使礦內(nèi)氣溫升高，而且造成濕度增大；礦內(nèi)高溫、高濕環(huán)境嚴重影響井下作業(yè)人員的身體健康和生產(chǎn)效率，已造成災(zāi)害——熱害。礦井熱害最終將成為制約礦物開采深度的決定性因素，因此，必須利用礦井空調(diào)來實現(xiàn)井下降溫除濕以消除井下熱害。目前，礦井空調(diào)的制冷設(shè)備可以布置于井下及地面。當(dāng)制冷設(shè)備放置于井下時，需要開挖專門的大型設(shè)備硐室，同時要求制冷設(shè)備滿足煤礦井下防爆標準、設(shè)備緊湊化及極高的可靠性，普通技術(shù)成熟的制冷設(shè)備無法滿足這些要求，而且制冷設(shè)備放置于井下還有一關(guān)鍵問題是制冷機排熱不暢，極大降低了制冷機的制冷系數(shù)(COP)。所以目前制冷設(shè)備一般布置于地面，在地面可選用普通制冷機，制冷系數(shù)高，減小制冷耗電量，運行管理及設(shè)備維修方便，冷量輸送有冷風(fēng)輸送式、冷水輸送式、冰輸送式。上述三種冷量輸送方式系統(tǒng)布置形式及存在的不足是1、冷風(fēng)輸送式冷風(fēng)輸送式系統(tǒng)布置形式是將制冷風(fēng)設(shè)備和空冷器布置在地面，用風(fēng)管將冷風(fēng)送到井下降溫工作點。存在的不足，一是由于風(fēng)量及風(fēng)管尺寸過大，存在安裝不便及輸送能耗偏高的不足；二是冷量損失大，降溫效果差；三是輸送到井下的風(fēng)需要靠礦井風(fēng)機抽放到井上，增加了礦井風(fēng)機電耗。2、冰輸送式冰輸送式系統(tǒng)布置形式是將制冰設(shè)備布置在地面，將地面制取的冰用輸冰管道送到井下降溫工作點，吸收熱量降溫，存在的不足，一是由于需要制冷機降低蒸發(fā)溫度(低于-5°C )來制冰，所以降低了制冷機的制冷系數(shù)(COP)，存在制冰、輸冰系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜；二是碎冰在輸送過程中易堵塞輸冰管道的不足，三是輸送到井下的冰溶化成水后需用水泵排到井上，造成水源浪費，大大提高了降溫成本。3、冷水輸送式冷水輸送式系統(tǒng)布置形式是在地面布置制冷水設(shè)備和換熱器，在井下降溫工作點設(shè)置空冷器，將井上制取的冷水通過冷水循環(huán)管道與空冷器接通，冷水循環(huán)使空冷器散發(fā)冷氣，從空冷器出來的水再回到換熱器換熱后進入制冷水設(shè)備，相比冷風(fēng)輸送可減小管道直徑。但也存在以下不足一是由于冷水管道在深度達800m以上的礦井立井筒內(nèi)，水靜壓力過大，常規(guī)管道難以承受；二是由于水靜壓力過大，需要設(shè)置專門的高低壓轉(zhuǎn)換器或者高壓換熱器，此類設(shè)備主要依靠于國外進口，費用昂貴；所以這種方式不可取，不能大面積推廣。三是冷水在循環(huán)過程中需要高壓水泵進行循環(huán)，增加了降溫成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)存在能耗高、降溫效果差和成本偏高的技術(shù)缺陷，提供一種新的礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)及方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案及其工作原理一種礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)，它包括制冷設(shè)備、換熱器和空冷器，其特征在于，所述的制冷設(shè)備布置在地面，換熱器布置在井下，空冷器布置在井下降溫工作點；地面制冷設(shè)備的蒸發(fā)器與井下?lián)Q熱器通過管道形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)中充有制冷劑，稱為制冷劑循環(huán)系統(tǒng)；井下?lián)Q熱器與空冷器通過管道和循環(huán)泵形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)中充有冷水，稱為冷水循環(huán)系統(tǒng)。上述制冷劑優(yōu)選氟利昂和氨。該系統(tǒng)的工作方法是開啟地面制冷設(shè)備，制冷劑通過制冷劑進程管道進入井下?lián)Q熱器管程，與換熱器殼程中的冷水進行冷熱交換發(fā)生液-氣相變，從而蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài)制冷劑在蒸發(fā)壓力作用下，經(jīng)制冷劑回程管道自動上升至地面制冷設(shè)備的蒸發(fā)器內(nèi)，在制冷設(shè)備的制冷作用下發(fā)生氣-液相變成為液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑在重力作用下攜帶冷量經(jīng)制冷劑進程管道輸送至井下?lián)Q熱器，重新蒸發(fā)為氣態(tài)制冷劑，以此循環(huán)流動實現(xiàn)冷量向井下?lián)Q熱器自動輸送；同時開啟井下冷水循環(huán)泵，將換熱器冷水輸送到空冷器，以此循環(huán)流動實現(xiàn)工作點的降溫。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點1、由于采用制冷劑循環(huán)來實現(xiàn)冷量輸送，冷量傳輸依靠制冷劑相變過程，單位質(zhì)量流量的制冷劑其冷量輸送能力遠大于冷風(fēng)、冷水的輸送方式，因此輸送相同冷量時，制冷劑循環(huán)流量遠小于冷風(fēng)及冷水的流量，液態(tài)制冷劑管道管徑遠小于冷水管徑。2、由于液態(tài)制冷劑依靠重力作用由地面制冷設(shè)備蒸發(fā)器流動至井下?lián)Q熱器，同時氣態(tài)制冷劑由井下?lián)Q熱器流動至地面的動力為蒸發(fā)壓力差，無需其它動力設(shè)備，降溫成本大大降低。3、由于將換熱器設(shè)置在井下，縮短了冷量的經(jīng)冷水輸送的路程，減小了冷量輸送損失及冷水循環(huán)泵的電耗，提高了冷量輸送效率，從而提高了降溫效果。4、由于液態(tài)制冷劑管道的管徑細，同等壁厚及管材下管徑越小，其抗壓能力越強， 此外，可視制冷劑流量大小，把液態(tài)制冷劑管道做成并聯(lián)的多根管徑更小的管道，以此來克服液態(tài)制冷劑管道內(nèi)液體靜壓力，這樣換熱器選用普通的換熱器即可，不需要設(shè)置專門的高低壓轉(zhuǎn)換器或者高壓換熱器，費用大大降低，易于大面積推廣。5、由于井下?lián)Q熱器內(nèi)制冷劑流量小，可以采用管徑小的銅管，適當(dāng)加大銅管的壁厚可克服液態(tài)制冷劑液體靜壓力的作用，換熱器采用銅管提高傳熱系數(shù)。6、本發(fā)明中所采用的制冷劑可以是氟利昂或者是氨，適應(yīng)性廣。本發(fā)明作為一種新型的輸冷系統(tǒng)，可以廣泛用于其他礦山的降溫。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)圖。
圖中1-液體制冷劑管道，2-氣態(tài)制冷劑管道，3-制冷設(shè)備，4-換熱器，5-冷水循環(huán)泵，6-冷水循環(huán)管道，7-空冷器。
具體實施例方式如圖1所示，一種礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)，是在地面布置有制冷設(shè)備3，在井下布置有換熱器4，在井下降溫工作點布置有空冷器7 ；其中，換熱器7 —側(cè)流動制冷劑、另一側(cè)流動冷水，地面制冷設(shè)備3的蒸發(fā)器入口和井下?lián)Q熱器4的制冷劑出口之間用氣態(tài)制冷劑管道 2連通，地面制冷設(shè)備3的蒸發(fā)器出口和井下?lián)Q熱器4的制冷劑入口之間用液態(tài)制冷劑管道1連通，從而構(gòu)成一封閉的管路系統(tǒng)，且在該管路系統(tǒng)內(nèi)充注一定量的液態(tài)制冷劑；井下?lián)Q熱器4的冷水側(cè)與井下降溫工作點的空冷器7通過冷水循環(huán)管道6連通，且在循環(huán)管道 6上串接有冷水循環(huán)泵5，從而實現(xiàn)冷水在空冷器4中循環(huán)，使井下降溫工作點得到降溫。該系統(tǒng)的工作方法是開啟地面制冷設(shè)備3，液態(tài)制冷劑在井下?lián)Q熱器4進行熱交換發(fā)生液-氣相變，從而蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài)制冷劑在井下?lián)Q熱器4內(nèi)的蒸發(fā)壓力作用下， 經(jīng)氣態(tài)制冷劑管道2自動上升至地面制冷設(shè)備3的蒸發(fā)器內(nèi)，氣態(tài)制冷劑在制冷設(shè)備的制冷作用下發(fā)生氣-液相變，吸收冷量冷凝為液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑在重力作用下攜帶冷量經(jīng)液態(tài)制冷劑管道1靠自重輸送至井下?lián)Q熱器4，重新蒸發(fā)為氣態(tài)制冷劑，以此循環(huán)流動實現(xiàn)冷量向井下?lián)Q熱器4自動輸送；同時開啟井下冷水循環(huán)泵5，將換熱器4冷水輸送到空冷器7，以此循環(huán)流動實現(xiàn)工作點的降溫。
權(quán)利要求
1.一種礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)，它包括制冷設(shè)備、換熱器和空冷器，其特征在于，所述的制冷設(shè)備布置在地面，換熱器布置在井下，空冷器布置在井下降溫工作點；地面制冷設(shè)備的蒸發(fā)器與井下?lián)Q熱器通過管道形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)中充有制冷劑，稱為制冷劑循環(huán)系統(tǒng)；井下?lián)Q熱器與空冷器通過管道和循環(huán)泵形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)中充有冷水，稱為冷水循環(huán)系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)，其特征在于，制冷劑為氟利昂或氨。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，首先開啟地面制冷設(shè)備，制冷劑通過制冷劑進程管道進入井下?lián)Q熱器管程，與換熱器殼程中的冷水進行冷熱交換發(fā)生液-氣相變，從而蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài)制冷劑在蒸發(fā)壓力作用下，經(jīng)制冷劑回程管道自動上升至地面制冷設(shè)備的蒸發(fā)器內(nèi)，在制冷設(shè)備的制冷作用下發(fā)生氣-液相變成為液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑在重力作用下攜帶冷量經(jīng)制冷劑進程管道輸送至井下?lián)Q熱器，重新蒸發(fā)為氣態(tài)制冷劑，以此循環(huán)流動實現(xiàn)冷量向井下?lián)Q熱器自動輸送；同時開啟井下冷水循環(huán)泵，將換熱器冷水輸送到空冷器，以此循環(huán)流動實現(xiàn)工作點的降溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)及其工作方法，它包括布置在地面的制冷設(shè)備、布置在井下的換熱器和布置在井下降溫工作點的空冷器，地面制冷設(shè)備的蒸發(fā)器與井下?lián)Q熱器通過管道形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)中充有制冷劑，稱為制冷劑循環(huán)系統(tǒng)；井下?lián)Q熱器與空冷器通過管道和循環(huán)泵形成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)中充有冷水，稱為冷水循環(huán)系統(tǒng)。通過上述輸冷系統(tǒng)實現(xiàn)井下工作點的降溫。本發(fā)明系統(tǒng)實現(xiàn)了礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)能耗低、降溫效果好和成本低的目的。
文檔編號E21F3/00GK102536297SQ20121004873
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者劉靖, 張丹, 徐文忠, 李寶娟, 梁慶, 韓欣欣 申請人:河南理工大學(xué)