深部開採礦井降溫裝置的製作方法
2023-06-04 07:08:06 1
專利名稱：深部開採礦井降溫裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種礦井用製冷空調，具體地說是一種深部開採礦井降溫裝置。
背景技術：
隨著礦井開採深度的增加，巖石溫度升高，開採與掘進工作面環境的熱害日益嚴重，不少工作面的氣溫超過30℃，甚至高達40℃。同時，隨著礦井機械化程度越來越高，由此出現的機械散熱愈來愈大。礦工在高溫環境下作業，勞動生產率下降，身體受到損害，高溫熱害被認為是礦井災害之一。當環境溫度超過人體溫度時，人體不但不散熱，反而從周圍吸熱，風速越大，熱感覺越厲害。如果採用常規礦井通風方法，結果適得其反。為了改善礦井的工作環境，當開採深度超過礦床極限開採深度時，必須採用機械製冷降溫方法來解決礦井熱害問題。
目前常用的礦井降溫空調系統主要有三種機械製冷水降溫礦井空調系統、冰冷卻礦井空調系統、空氣壓縮式製冷空調系統。
機械製冷水降溫礦井空調系統又分為井下集中式空調系統和地面集中式空調系統。井下集中式空調系統的制冷機組須安裝在井下，通過管道集中向各工作面供冷水，但該系統在井下需要較大的安裝空間，給施工和維護帶來困難，而且電機和控制電器都需要防爆，另外井下制冷機組的冷凝散熱排放成為主要難題。地面集中式空調系統的制冷機組安裝在地面，機組的冷凝熱在地面排放，在井下安裝高低壓換熱器將一次高壓冷媒水轉換成二次低壓冷媒水，最後在降溫地點上用空氣冷卻器冷卻送風，但該系統供冷距離短，不能在深井中應用，另外由於冷媒水的載冷量小，需要輸送的冷媒水量大，冷量輸送功耗大，冷損失也大。
冰冷卻礦井空調系統是在地面上製取粒狀冰或泥狀冰，通過循環泵輸送到井下的融冰裝置，在融冰裝置內，冰與井下空調回水直接換熱，使空調回水的溫度降低，該系統由製冰、輸冰、融冰和供冷四個過程構成。但該系統對運行管理和控制方面有較高的要求，如防止管道冰塞、高效製冰和輸冰設備的開發、適合融冰換熱的冷卻器的開發等。
空氣壓縮式製冷空調系統是利用空氣經過渦輪絕熱膨脹做功，從而使空氣製冷。但該系統要求礦井要有充足的壓縮氣源，其製冷量、製冷效率均小於蒸氣壓縮式製冷系統，系統投資和運行費用均比蒸氣壓縮式製冷系統高。
發明內容
為了克服現有礦井降溫空調系統的不足，本發明的目的在於提供一種功耗小、效率高、系統投資和運行費用低的深部開採礦井降溫裝置。該降溫裝置的制冷機組安裝在地面，機組的冷凝熱在地面排放，制冷機組產生的冷量利用換熱工質的氣液相變潛熱輸送到井下，其冷量輸送密度大；而且供冷換熱工質的輸送是利用其在礦井的高度差和工質的氣液密度差的作用下進行的，無需循環泵。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種深部開採礦井降溫裝置，包括地面機組A和地下機組B，其特徵在於地面機組A包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發冷凝器，壓縮機的進口與蒸發冷凝器的出口連接，壓縮機的出口與冷凝器的進口連接；冷凝器的出口通過膨脹閥與蒸發冷凝器的進口連接；地下機組B包括井下換熱器和送風機，蒸發冷凝器的底部換熱工質出口與井下換熱器的進口連接，井下換熱器的出口與蒸發冷凝器的頂部換熱工質進口連接。
本發明中，所述的壓縮機為螺杆式壓縮機、渦旋式壓縮機或離心式壓縮機。
所述的冷凝器為水冷冷凝器或風冷冷凝器。
所述的膨脹閥為熱力膨脹閥或電子膨脹閥。
所述的蒸發冷凝器為殼管式蒸發冷凝器。
所述的換熱器由紫銅管套鋁片構成。換熱器內的換熱工質為氟利昂R134a或R22等。
所述的送風機為離心風機或軸流風機。
與現有技術相比，本發明的顯著優點是(1)制冷機組安裝在地面，機組的冷凝熱在地面排放，維護管理方便。
(2)制冷機組的供冷量採用換熱工質的氣液相變潛熱輸送到井下，冷量輸送密度大。在同等供冷量時，該系統的換熱工質輸送量少，輸送管道直徑小。
(3)本發明的供冷換熱工質輸送是利用換熱工質在礦井的高度差和工質的氣液密度差的作用下進行的，無需循環泵。
(4)本發明的供冷量能進行遠距離輸送，熱阻小，傳熱量大。
(5)本發明功耗小、效率高，系統投資和運行費用較低。
附圖是本發明的結構示意圖。
附圖中標記說明如下1-壓縮機 2-冷凝器3-膨脹閥 4-蒸發冷凝器5-井下換熱器 6-送風機A-地面機組B-地下機組
具體實施例方式
一種本發明所述的深部開採礦井降溫裝置，由地面機組A和地下機組B兩大部分構成。地下機組B由換熱器5和送風機6組成；地面機組A包括壓縮機1、冷凝器2、膨脹閥3、蒸發冷凝器4。壓縮機1的進口與蒸發冷凝器4的出口連接、壓縮機1的出口與冷凝器2的進口連接，冷凝器2的出口與膨脹閥3的進口連接，膨脹閥3的出口與蒸發冷凝器4的進口連接，蒸發冷凝器4的出口與壓縮機1的進口連接。蒸發冷凝器4的底部換熱工質出口通過連接管與井下換熱器5的進口連接，井下換熱器5的出口通過連接管與蒸發冷凝器4的頂部換熱工質進口連接。
本發明的工作原理敘述如下附圖為本發明深部開採礦井降溫裝置結構示意圖。圖中省略了乾燥過濾器、氣液分離器、電子控制部分。其中，乾燥過濾器用來吸收製冷劑中的少量水分、過濾製冷劑中的雜質；氣液分離器用來防止壓縮機產生液擊。地下機組可以根據需要多組並聯，圖中只畫出一組地下機組予以示意。
當地面上的制冷機組工作時，製冷劑由壓縮機1壓縮後排出，流至冷凝器2放出熱量，冷凝後的製冷劑液體經膨脹閥3進行節流降壓，降壓後的製冷劑在蒸發冷凝器4內蒸發吸熱而產生製冷效應，蒸發氣化後的製冷劑被吸入壓縮機1。同時，在蒸發冷凝器4和井下換熱器5之間循環的R134a或R22等換熱工質因蒸發冷凝器4內的製冷劑吸熱而由氣體冷凝為液體，冷凝後的換熱工質在礦井高度差的作用下通過連接管進入井下換熱器5內，換熱工質液體在井下換熱器5內蒸發吸熱而產生製冷效應，並通過送風機6與井內的空氣進行熱交換，使井內的空氣溫度降低，而此時換熱工質便由液體氣化成氣體，沿連接管上升到蒸發冷凝器4的頂部換熱工質進口，進入蒸發冷凝器4內的換熱工質氣體由蒸發冷凝器4內的製冷劑吸熱而冷凝成液體，從而完成了換熱工質氣液相變供冷循環。
本發明制冷機組安裝在地面，機組的冷凝熱在地面排放，維護管理方便；制冷機組的供冷量採用換熱工質的氣液相變潛熱輸送到井下，冷量輸送密度大；在同等供冷量時，該系統的換熱工質輸送量少，輸送管道直徑小；該系統的供冷換熱工質輸送是利用換熱工質在礦井的高度差和工質的氣液密度差的作用下進行的，無需循環泵；供冷量能進行遠距離輸送，熱阻小，傳熱量大；本發明功耗小、效率高，系統投資和運行費用較低。
權利要求
1.一種深部開採礦井降溫裝置，包括地面機組(A)和地下機組(B)，其特徵在於地面機組(A)包括壓縮機(1)、冷凝器(2)、膨脹閥(3)和蒸發冷凝器(4)，壓縮機(1)的進口與蒸發冷凝器(4)的出口連接，壓縮機(1)的出口與冷凝器(2)的進口連接；冷凝器(2)的出口通過膨脹閥(3)與蒸發冷凝器(4)的進口連接；地下機組(B)包括井下換熱器(5)和送風機(6)，蒸發冷凝器(4)的底部換熱工質出口與井下換熱器(5)的進口連接，井下換熱器(5)的出口與蒸發冷凝器(4)的頂部換熱工質進口連接。
2.根據權利要求1所述的深部開採礦井降溫裝置，其特徵在於所述壓縮機(1)為螺杆式壓縮機或渦旋式壓縮機或離心式壓縮機。
3.根據權利要求1所述的深部開採礦井降溫裝置，其特徵在於所述冷凝器(2)為水冷冷凝器或風冷冷凝器。
4.根據權利要求1所述的深部開採礦井降溫裝置，其特徵在於所述膨脹閥(3)為熱力膨脹閥或電子膨脹閥。
5.根據權利要求1所述的深部開採礦井降溫裝置，其特徵在於所述蒸發冷凝器(4)為殼管式蒸發冷凝器。
6.根據權利要求1所述的深部開採礦井降溫裝置，其特徵在於所述換熱器(5)由紫銅管套鋁片構成。
7.根據權利要求1所述的深部開採礦井降溫裝置，其特徵在於所述換熱器(5)內的換熱工質為氟利昂R134a或R22。
8.根據權利要求1所述的深部開採礦井降溫裝置，其特徵在於所述送風機(6)為離心風機或軸流風機。
全文摘要
本發明公開了一種深部開採礦井降溫裝置，包括地面機組A和地下機組B，其特徵在於地面機組A包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發冷凝器，壓縮機的進口與蒸發冷凝器的出口連接，壓縮機的出口與冷凝器的進口連接；冷凝器的出口通過膨脹閥與蒸發冷凝器的進口連接；地下機組B包括井下換熱器和送風機，蒸發冷凝器的底部換熱工質出口與井下換熱器的進口連接，井下換熱器的出口與蒸發冷凝器的頂部換熱工質進口連接。本發明中制冷機組安裝在地面，機組的冷凝熱在地面排放，制冷機組產生的冷量利用換熱工質的氣液相變潛熱輸送到井下，其冷量輸送密度大；而且供冷換熱工質的輸送是利用其在礦井的高度差和工質的氣液密度差的作用下進行的，無需循環泵。
文檔編號F24F3/00GK101089366SQ20071002500
公開日2007年12月19日 申請日期2007年7月5日 優先權日2007年7月5日
發明者方貴銀, 張曼, 楊帆, 吳雙茂 申請人:南京大學