一種利用冬季自然冷源進行轉(zhuǎn)換的礦井降溫系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種利用冬季自然冷源進行轉(zhuǎn)換的礦井降溫系統(tǒng)，它包括設置在地面的自然制冷系統(tǒng)和制冷機組以及設置在井下的換熱輸冷系統(tǒng)；其中自然制冷系統(tǒng)由地面換熱器、冷卻塔、噴淋裝置和集水池組成；換熱輸冷系統(tǒng)包括在井下設置的高低壓換熱器、井下工作面設置的空冷器和風機；冷卻塔和噴淋裝置通過閥門并聯(lián)在地面換熱器殼程上；制冷機組并聯(lián)在高低壓換熱器的管程管路上。本實用新型充分利用了冬季自然冷源，在井上溫度低于10℃時，利用地面自然降溫系統(tǒng)進行降溫，在井上溫度高于10℃，啟動制冷機組，從而實現(xiàn)全年降溫，運行費用低、降溫效果好，運行設備僅為循環(huán)水泵及噴淋裝置的水泵，投資成本低、系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。
【專利說明】一種利用冬季自然冷源進行轉(zhuǎn)換的礦井降溫系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及礦井降溫系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)統(tǒng)計，全國現(xiàn)有煤礦平均采深每年增加9m，采深大于700m的礦井有50多處，最深礦井已經(jīng)超過1500m，預計煤炭資源總量的53%埋深于100m的地下。隨著開采深度的增加，機械化程度的提高，由此出現(xiàn)的地熱、機械散熱也越來越大。高溫高濕等熱害問題開始突出，井下作業(yè)人員的工作效率、人身安全和身體健康受到極大的影響，采取相應措施對其進行治理，保證井下有適宜的作業(yè)環(huán)境等工作勢在必行。
[0003]目前，多處煤礦采用人工制冷方式，人工制冷方式是在地面設置制冷系統(tǒng)，在井下設置換熱輸冷系統(tǒng)；有的制冷系統(tǒng)采用地面空冷機與冷空氣熱交換方式，也有的制冷系統(tǒng)采用冷卻塔與冷水熱交換方式；冷卻塔冷水熱交換方式是制冷機組通過井上循環(huán)泵和循環(huán)管道與冷卻塔實現(xiàn)熱交換；換熱輸冷系統(tǒng)由井下的高低壓換熱器、工作面的空冷器和風機組成，制冷機組通過工質(zhì)循環(huán)泵(9)和工質(zhì)循環(huán)管向高低壓換熱器輸送制冷工質(zhì)，高低壓換熱器通過井下循環(huán)水泵(10)和井下循環(huán)水管和空冷器實現(xiàn)循環(huán)水熱交換，再通過風機將空冷器冷量輸送至各需冷工作地點，工作面溫度由30°C以上降低至22°C左右，達到適宜的井下溫度。當北方冬季室外氣溫達到_5°C及以下時，制冷設備極易出現(xiàn)掛冰、結(jié)冰現(xiàn)象，極限溫度時甚至造成設備內(nèi)部冷媒結(jié)冰，導致設備損壞或結(jié)構(gòu)坍塌。有的制冷系統(tǒng)采用地面空冷機與冷空氣熱交換方式，空冷機直接與風流熱交換導熱系數(shù)小，換熱表面積大，冬季溫度低時會造成空冷機內(nèi)部冷媒結(jié)冰堵塞，造成整個系統(tǒng)癱瘓。由于制冷系統(tǒng)內(nèi)的高低壓換熱器內(nèi)部管束多，管束外部為高壓冷媒，內(nèi)部為低壓水，冬季溫度低時高壓部分泄露會造成低壓部分炸裂危險。因此冬季溫度低于零下時，為了防止制冷機組凍壞，制冷室還要采用暖氣采暖，從而造成在天然冷源存在的情況下，使井下降溫運行費用不降反漲。
[0004]北方冬季地區(qū)室外低氣溫是無污染的天然冷源，如何利用該天然冷源來實現(xiàn)礦井降溫、減少設備初投資及運行費用是需要解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是設計一種利用冬季天然冷源進行轉(zhuǎn)換的礦井降溫系統(tǒng)。
[0006]技術(shù)方案是，一種利用冬季天然冷源進行轉(zhuǎn)換的礦井降溫系統(tǒng)，其特征在于:它包括設置在地面的自然制冷系統(tǒng)以及設置在井下的換熱輸冷系統(tǒng)；其中:
[0007]所述的自然制冷系統(tǒng)由地面換熱器、冷卻塔、噴淋裝置和集水池組成；噴淋裝置布置于集水池之上，使噴淋裝置的淋水收集在集水池中；其中冷卻塔通過循環(huán)水泵與地面換熱器殼程形成水循環(huán)通路；噴淋裝置和集水池通過循環(huán)水泵與地面換熱器殼程形成水循環(huán)通路；
[0008]所述的換熱輸冷系統(tǒng)包括在井下設置的高低壓換熱器、井下工作面設置的空冷器和風機；高低壓換熱器的管程與地面換熱器的管程形成冷媒介質(zhì)循環(huán)通路；高低壓換熱器的殼程與井下空冷器形成水循環(huán)通路，風機將空冷器冷量輸送至各需降溫的工作地點；
[0009]所述的冷卻塔和噴淋裝置通過閥門并聯(lián)在地面換熱器殼程上。
[0010]為了便于氣溫過高時也能制冷，在地面另設有制冷機組，制冷機組通過閥門并聯(lián)在高低壓換熱器的管程管路上。
[0011]上述的集水池蓄水深度彡1.5m，冷卻水回水管的回水口應設在在水池底部0.3米高度。
[0012]上述的噴淋裝置是在分配器上設有多個噴頭，分配器通過電控閥門連接在水管路上。
[0013]上述的地面換熱器為板式換熱器、殼管式換熱器或任何形式的散熱器，選取一種。
[0014]上述的井下高低壓換熱器為礦用高低壓換熱器、換冷器、三腔式換熱器或自動壓力轉(zhuǎn)換裝置，選取一種。
[0015]上述的地面換熱器的高壓側(cè)循環(huán)介質(zhì)為軟化水、乙二醇溶液或其他冷媒工質(zhì)，選取一種。
[0016]為了進一步降溫，上述的噴淋裝置可在集水池中布置有噴淋水泵，噴淋水泵的出水口與噴淋裝置管路接通，集水池的水在水泵作用下二次噴淋。
[0017]本實用新型的工作原理和積極效果是:
[0018]1、室外平均氣溫為O?10°C時，可單獨利用冷卻塔散熱。冷卻塔溫度約為2?3°C的冷卻水進入地面換熱器殼程，帶走地面換熱器管程冷媒介質(zhì)中的熱量后成為溫度約為12°C的水，再進入冷卻塔進行冷卻散熱，在冷卻循環(huán)泵的動力下連續(xù)循環(huán)，為地面換熱器殼程提供冷卻水。井下約為15°C溫度的高壓冷媒介質(zhì)回液進入地面換熱器管管程中，在地面內(nèi)與地面換熱器殼程內(nèi)的2?3°C冷卻水進行熱交換，溫度降低至4?5°C后輸送到井下?lián)Q熱器管程。
[0019]2、室外平均氣溫為(TC以下時，系統(tǒng)利用噴淋降溫裝置制冷。噴淋裝置在淋水過程中吸取室外自然冷源，將地面換熱器殼程約為12°C的水降為溫度約為2?3°C冷卻水進入集水池，在冷卻循環(huán)泵的動力下由集水池為地面換熱器殼程提供2?3°C冷卻水。井下溫度約為15°C的高壓冷媒介質(zhì)回液進入地面換熱器管程，在地面換熱器內(nèi)與地面換熱器殼程2?3°C冷卻水進行熱交換，溫度降低為5°C左右后輸送到井下。
[0020]3、地面被制冷的低溫冷媒介質(zhì)進入高低壓換熱器管程，低溫冷媒介質(zhì)在高低壓換熱器管程內(nèi)與高低壓換熱器殼程內(nèi)的井下輸冷循環(huán)水進行熱交換，溫度升至約為14?15°C，再輸送地面，進入下一個地面制冷循環(huán)。高低壓換熱器殼程內(nèi)的井下循環(huán)水被制冷后送入井下空冷器實現(xiàn)工作面的制冷。
[0021]4、由于噴淋裝置為水風換熱，降溫效果好；在系統(tǒng)因其他故障停止運行時，噴淋裝置處的水可迅速落入集水池中，使系統(tǒng)不存在設備結(jié)冰、掛冰的可能。當系統(tǒng)散熱能力不夠時，可啟動二次噴淋裝置的水泵，通過二次噴淋與自然冷氣交換，進一步降低集水池溫度。
[0022]總之，本實用新型充分利用了冬季自然冷源，在井上溫度低于10°C時，利用地面自然降溫系統(tǒng)進行降溫，在井上溫度高于10°c，啟動制冷機組，從而實現(xiàn)全年降溫，運行費用低、降溫效果好。運行設備僅為循環(huán)水泵及噴淋裝置的水泵，投資成本低、系統(tǒng)運行穩(wěn)定可
O
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖例說明，1-地面換熱器，2-冷卻塔，3-噴淋裝置，4-集水池，5-高低壓換熱器，6-空冷器，7-風機，8-冷卻循環(huán)泵，9-冷媒循環(huán)泵，10-井下循環(huán)水泵，11-回水閥門，12-進水閥門，13-冷卻水進水支管，14-冷卻水回水支管，15-冷卻水回水管，16-冷卻水進水管，17-高壓進水管，18-高壓回水管，19-井下循環(huán)進水管，20-井下循環(huán)回水管，21-噴淋水栗，22~制冷機組。
【具體實施方式】
[0025]下面參照附圖對實施例進一步說明。
[0026]一種利用冬季天然冷源進行轉(zhuǎn)換的礦井降溫系統(tǒng)，它包括在地面設置的制冷系統(tǒng)，在井下設置的換熱輸冷系統(tǒng)；換熱輸冷系統(tǒng)包括在井下設置的高低壓換熱器5、井下工作面設置的空冷器6，高低壓換熱器5的低壓側(cè)通過井下循環(huán)水泵10、井下循環(huán)進水管19、井下循環(huán)回水管20實現(xiàn)與空冷器6的冷水循環(huán)，再通過風機7將空冷器6冷量輸送至各需降溫的工作地點；其中所述的地面設置的制冷系統(tǒng)由地面換熱器1、冷卻塔2、噴淋裝置3和集水池4組成；噴淋裝置3置于集水池4之上，使噴淋裝置3的淋水收集在集水池4中；地面換熱器I的低壓側(cè)通過冷卻循環(huán)泵8、冷卻水進水管16、進水閥門12、回水閥門11、冷卻水回水管15與冷卻塔2接通實現(xiàn)循環(huán)；冷卻水進水管16再通過冷卻水進水支管13與噴淋裝置3接通，冷卻水回水管15再通過冷卻水回水支管14與集水池4接通，通過閥門調(diào)節(jié)實現(xiàn)噴淋裝置3與冷卻塔2獨立運行；地面換熱器I的高壓側(cè)通過冷媒循環(huán)泵9、高壓進水管17、高壓回水管18與井下設置的高低壓換熱器5高壓側(cè)接通實現(xiàn)循環(huán)。
[0027]從圖中看出:冷卻塔2與地面換熱器I殼程形成水循環(huán)通路；噴淋裝置3和集水池4與地面換熱器I殼程形成水循環(huán)通路；高低壓換熱器5的管程與地面換熱器I的管程形成冷媒介質(zhì)循環(huán)通路；高低壓換熱器5的殼程與井下空冷器6形成水循環(huán)通路。從圖中還看出:冷卻塔2和噴淋裝置3通過閥門并聯(lián)在地面換熱器I殼程上。
[0028]上述的集水池4蓄水深度彡1.5m，冷卻水回水支管14的回水口應設在在水池底部0.3米高度。
[0029]上述的地面換熱器I為板式換熱器、殼管式換熱器或任何形式的散熱器，選取一種。
[0030]上述的井下高低壓換熱器5為礦用高低壓換熱器、換冷器、三腔式換熱器或自動壓力轉(zhuǎn)換裝置，選取一種。
[0031]上述的地面換熱器I的高壓側(cè)循環(huán)介質(zhì)為軟化水、乙二醇溶液或其他冷媒工質(zhì)，選取一種。
[0032]上述的噴淋裝置3由管路、電控閥門、分配器、噴頭組成。在集水池4中布置有噴淋水泵21，噴淋水泵21的出水口與噴淋裝置3管路接通，集水池4的水在噴淋水泵21作用下實現(xiàn)二次噴淋降溫。
[0033]為了便于全年制冷，在地面另設有制冷機組22，制冷機組22通過閥門并聯(lián)在高低壓換熱器5的管程管路上。
【權(quán)利要求】
1.一種利用冬季自然冷源進行轉(zhuǎn)換的礦井降溫系統(tǒng)，其特征在于:它包括設置在地面的自然制冷系統(tǒng)以及設置在井下的換熱輸冷系統(tǒng)；其中: 所述的自然制冷系統(tǒng)由地面換熱器、冷卻塔、噴淋裝置和集水池組成；噴淋裝置是在分配器上設有多個噴頭，分配器通過電控閥門連接在水管路上；噴淋裝置布置于集水池之上，使噴淋裝置的淋水收集在集水池中；其中冷卻塔通過循環(huán)水泵與地面換熱器殼體形成水循環(huán)通路；噴淋裝置和集水池通過循環(huán)水泵與地面換熱器殼體形成水循環(huán)通路； 所述的換熱輸冷系統(tǒng)包括在井下設置的高低壓換熱器、井下工作面設置的空冷器和風機；高低壓換熱器的管程與地面換熱器的管程形成冷媒介質(zhì)循環(huán)通路；高低壓換熱器的殼程與井下空冷器形成水循環(huán)通路，風機將空冷器冷量輸送至各需降溫的工作地點； 所述的冷卻塔和噴淋裝置通過閥門并聯(lián)在地面換熱器殼程上； 所述的集水池蓄水深度> 1.5m，冷卻水回水管的回水口應設在在水池底部0.3米高度。
2.如權(quán)利要求1所述的礦井降溫系統(tǒng)，其特征在于:在地面設有制冷機組，制冷機組通過閥門并聯(lián)在高低壓換熱器的管程管路上。
3.如權(quán)利要求1所述的礦井降溫系統(tǒng)，其特征在于:在集水池中布置有噴淋水泵，噴淋水泵的出水口與噴淋裝置管路接通，集水池的水在噴淋水泵作用下二次噴淋。
【文檔編號】E21F3/00GK204082198SQ201420378372
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】張殿振, 高強, 郭軍港, 楊秀, 郭忠良, 高慎彪 申請人:山東新雪礦井降溫科技有限公司