專利名稱：礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一礦井空調(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(jī)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(yán)
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(shí)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(shí)，需要開挖專門的大型設(shè)備硐室，同時(shí)要求制冷設(shè)備滿足煤礦井下防爆標(biāo)準(zhǔn)、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(jī)排熱不暢，極大降低了制冷機(jī)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(jī)，制冷系數(shù)高，減小制冷耗電量，運(yùn)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(diǎn)。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(jī)抽放到井上，增加了礦井風(fēng)機(jī)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(diǎn)，吸收熱量降溫，存在的不足，一是由于需要制冷機(jī)降低蒸發(fā)溫度(低于-5°C )來制冰，所以降低了制冷機(jī)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(fèi)，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(diǎn)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(jìn)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(dá)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(jìn)口，費(fèi)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(jìn)行循環(huán)，增加了降溫成本。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(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(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(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(diǎn)；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(gè)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(gè)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(jìn)程管道進(jìn)入井下?lián)Q熱器管程，與換熱器殼程中的冷水進(jìn)行冷熱交換發(fā)生液一氣相變，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(dòng)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(jìn)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(dòng)實(shí)現(xiàn)冷量向井下?lián)Q熱器自動(dòng)輸送；同時(shí)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(dòng)實(shí)現(xiàn)工作點(diǎn)的降溫。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于采用制冷劑循環(huán)來實(shí)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(yuǎn)大于冷風(fēng)、冷水的輸送方式，因此輸送相同冷量時(shí)，制冷劑循環(huán)流量遠(yuǎn)小于冷風(fēng)及冷水的流量，液態(tài)制冷劑管道管徑遠(yuǎn)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(dòng)至井下?lián)Q熱器，同時(shí)氣態(tài)制冷劑由井下?lián)Q熱器流動(dòng)至地面的動(dòng)力為蒸發(fā)壓力差，無需其它動(dòng)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(xì)，同等壁厚及管材下管徑越小，其抗壓能力越強(qiáng)，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(fèi)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、本實(shí)用新型中所采用的制冷劑可以是氟利昂或者是氨，適應(yīng)性廣。本實(shí)用新型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為本實(shí)用新型的系統(tǒng)圖。[0025]圖中1_液態(tài)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(shí)施方式
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(diǎn)布置有空冷器7 ;其中，換熱器4 一側(cè)流動(dòng)制冷劑、另一側(cè)流動(dòng)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I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(diǎn)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(shí)現(xiàn)冷水在空冷器7中循環(huán)，使井下降溫工作點(diǎn)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(jìn)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(dòng)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I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(dòng)實(shí)現(xiàn)冷量向井下?lián)Q熱器4自動(dòng)輸送；同時(shí)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(dòng)實(shí)現(xiàn)工作點(diǎn)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(diǎn)；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(gè)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(gè)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。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種礦井空調(diào)輸冷系統(tǒng)，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(diǎn)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(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)井下工作點(diǎn)的降溫。本實(shí)用新型系統(tǒng)實(shí)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(hào)E21F3/00GK202832620SQ20122006977
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)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, 梁慶, 張丹, 韓欣欣, 李寶娟, 徐文忠 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)