专利名称：热害矿井局部制冷降温系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种大型制冷设备，特别涉及一种热害矿井局部制冷降温系统。
背景技术：
由于矿井开采深度的增加，以及高温围岩散热、空气自压缩热、机械设备散热、氧 化热等热源的影响，越来越多的矿井出现热害。热害是制约矿井安全生产的因素之一，不仅 危害工作人员的身体健康，而且会降低劳动生产率，减少经济效益。我国《煤矿安全规程》规 定“生产矿井采掘工作面空气温度不得超过18°C，机电硐室空气温度不得超过30°C ；当采 掘工作面空气温度超过30°C，机电硐室空气温度超过34°C时，必须停止作业”，《矿山安全条 例》规定“井下工人作业地点的空气温度不得高于28°C”。我国是世界第一产煤大国，也是高温矿井数量最多的国家。据不完全统 计，目前有 130多对矿井出现了不同程度的热害，其中有88对矿井采掘工作面气温超过30°C，这些矿 井的开采深度平均约在800m左右，超过千米的矿井已有数十对，进入千米深度开采的非煤 矿山也越来越多。在我国预测的煤炭总储量中，有73. 2%的储量埋深在IOOOm以下，其中 IOOOm 2000m深度范围内的煤炭储量占53. 2%。因此，矿井热害成为越来越多矿井当前 急需解决的问题，而且从科学发展的角度来看，矿井热害的有效治理对我国今后开采更大 深度范围内的矿产资源具有重要的战略意义。我国矿井热害治理从20世纪70年代开始，历过了初期的理论研究阶段、中期的降 温技术措施的尝试阶段以及21世纪以来的大规模应用阶段，形成了应用范围广、治理手段 多样化、制冷规模大的矿井热害治理局面。但是这种局面与现状存在着矛盾许多大型矿井 过分依赖国外进口技术和设备。国外设备效果好、但是价格昂贵，是国产设备的好几倍，而 且维护和管理难度大，维修周期长；国产设备规模大、体积庞大、没有形成成套技术和装备， 虽然价格相对便宜，但是制冷效果不理想，冷损大。国内外矿井热害治理实践表明，最为有效的矿井热害治理手段为局部制冷降温和 地面集中制冷降温，但是没有固定的模式，要针对不同的矿井设计不同的降温工艺。目前国 内的局部制冷降温技术和装备都不是十分理想，其关键在于冷凝热不能得到有效的排放。 不仅如此，排热的热量也没有得到有效的利用，使热源没有得到有效的利用。针对上述不足，开发节能、环保、经济、高效的成套技术和装备，对矿井热害治理具 有重大意义。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供一种热害矿井局部制冷降温系统，该系统具有节能、环 保、经济、高效的特点，能有效治理矿井热害。本实用新型的热害矿井局部制冷降温系统，包括制冷机组和排热循环系统，所述 制冷机组包括依次连通形成回路的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器；所述排热循环系统 包括至少一个散热器，所述冷凝器的冷却水出口和冷却水入口分别连通散热器形成散热回路。进一步，所述蒸发器设置于矿井采掘工作面形成直冷式制冷循环系统；进一步，所述制冷机组还包括空冷器，所述蒸发器的冷冻水出口和冷冻水入口分 别连通空冷器形成水冷式制冷循环系统；进一步，所述蒸发器上连接有至少两个空冷器，蒸发器与空冷器之间通过隔热保 温管道连接；进一步，所述空冷器与蒸发器的冷冻水入口之间沿冷冻水的流动方向依次设置有 水处理器和膨胀水箱，所述膨胀水箱上设置有补水管和排污管，补水管上设置用于控制自 动补水的浮球阀；进一步，所述冷凝器和散热器之间设置有废热利用装置；进一步，所述废热利用装置和散热器之间设置有浸泡式换热器；进一步，所述冷凝器的冷却水出口与散热器之间沿冷却水的流动方向依次设置有 水处理器和膨胀水箱，所述膨胀水箱上设置有补水管和排污管，补水管上设置用于控制自 动补水的浮球阀；进一步，所述散热器上设置有水喷淋装置；进一步，所述冷凝器与散热器之间、蒸发器与空冷器之间分别设置有高低压转换
直ο实用新型的有益效果本实用新型的热害矿井局部制冷降温系统，包括制冷机组 和排热循环系统，所述制冷机组包括依次连通形成回路的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发 器；所述排热循环系统包括至少一个散热器，所述冷凝器的冷却水出口和冷却水入口分别 连通散热器形成散热回路，使用时，制冷剂经压缩机压缩成高温高压蒸汽进入冷凝器，与冷 却水进行热交换后在冷凝器中冷凝为液态制冷剂，并经膨胀阀降压为低温低压的制冷剂液 体作为系统冷源，与冷凝器中的高温高压制冷剂进行了热交换的冷却水被输送至设置于地 面的散热器进行散热，以保证系统的正常运行，该系统适用范围广，可根据实际情况合理选 择不同的制冷方式。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1为本实用新型的原理示意图；图2为本实用新型直冷式制冷循环系统原理示意图；图3为本实用新型水冷式制冷循环系统原理示意图；图4为本实用新型由直冷式制冷循环系统和水冷式制冷循环系统同时制冷并集 中排热时的原理示意图；图5为适用于远距离大高差(高差大于100米)传输冷媒的热害矿井局部制冷降 温系统原理示意图。
具体实施方式
实施例1
图1为本实用新型的原理示意图；图2为本实用新型直冷式制冷循环系统原理示
4意图；图3为本实用新型水冷式制冷循环系统原理示意图；图4为本实用新型由直冷式制 冷循环系统和水冷式制冷循环系统同时制冷并集中排热时的原理示意图，如图所示本实 施例的热害矿井局部制冷降温系统，包括三个制冷机组1和排热循环系统，所述制冷机组1 包括依次连通形成回路的压缩机5、冷凝器6、膨胀阀7和蒸发器8 ；所述排热循环系统包括 四个散热器3，所述冷凝器6的冷却水出口和冷却水入口分别连通散热器3形成散热回路， 使用时，制冷剂经压缩机压缩成高温高压蒸汽进入冷凝器，与冷却水进行热交换后在冷凝 器中冷凝为液态制冷剂，并经膨胀阀降压为低温低压的制冷剂液体作为系统冷源，与冷凝 器中的高温高压制冷剂进行了热交换的冷却水被输送至设置于回风巷的散热器进行散热， 最后通过回风井将热量排出。同时，系统还设置有与散热器一一对应的防爆局部通风机4， 以形成用于热交换制冷的风流，该系统适用范围广，可根据实际情况合理选择不同的制冷 方式。本实施例中，所述两个制冷机组1的蒸发器8通过绝热金属软管与膨胀阀7和压 缩机5连通，并设置于矿井采掘工作面形成直冷式制冷循环系统，直冷式制冷循环系统适 用于冷量输送较近的工作地点，冷损小、换热效率高，无需泵、补水系统和水处理系统等；剩 余的一个制冷机组1还包括空冷器2，所述蒸发器8的冷冻水出口和冷冻水入口通过隔热保 温管道分别连通三个空冷器2形成水冷式制冷循环系统，水冷式制冷循环系统适用于远距 离输送载冷剂，安全可靠，可同时对多个存在热害的工作地点进行冷介质供应。 本实施例中，所述空冷器2与蒸发器8的冷冻水入口之间沿冷冻水的流动方向依 次设置有水处理器9和膨胀水箱10，所述膨胀水箱10上设置有补水管11和排污管12，补 水管11上设置用于控制自动补水的浮球阀13，以保证水可以不间断的进入蒸发器进行热 交换，同时对水进行处理，也有利于提高水冷式制冷循环系统的使用寿命。本实施例中，所述冷凝器6和散热器3之间设置有废热利用装置14，将废热通过发 电等方式进行再次利用，有利于提高系统的经济性，降低其运行成本。本实施例中，所述废热利用装置14和散热器3之间设置有浸泡式换热器15，可根 据实际情况，通过地下水或其他水源作为冷源水，进一步提高系统的排热效率，降低能耗。本实施例中，所述冷凝器6的冷却水出口与散热器3之间沿冷却水的流动方向依 次设置有水处理器9和膨胀水箱10，所述膨胀水箱10上设置有补水管11和排污管12，补 水管11上设置用于控制自动补水的浮球阀13，以保证水可不间断的进入冷凝器进行热交 换，同时对水进行处理，也有利于提高排热循环系统使用寿命。本实施例中，所述散热器3上设置有水喷淋装置16，以进一步提高散热器的散热效率。本实施例中，所述冷凝器6与散热器3之间设置有高低压转换装置17，当冷却水循 环系统和水冷式制冷循环系统中的载冷水落差较大时，高低压转换装置一方面可实现压力 转换，减少能量的损失，避免冷却水和载冷水在循环过程中温升过大；另一方面起到能量回 收的作用，减少整个系统的能耗。本实施例中，所述空冷器2、散热器3、冷凝器6和蒸发器8的介质入口和介质出口 处均设置有温度计、压力计、流量计和多种常规阀门，以便于随时监控系统的运行情况并根 据该情况对系统进行调控。本实施例的热害矿井局部制冷降温系统，采用直冷式制冷循环系统和水冷式制冷循环系统同时应用，单独制冷，集中排热，适用范围广。实施例2 图5为适用于远距离传输冷媒的热害矿井局部制冷降温系统原理示意图，如图所 示本实施例的热害矿井局部制冷降温系统，包括制冷机组1和排热循环系统，所述制冷机 组1包括依次连通形成回路的压缩机5、冷凝器6、膨胀阀7和蒸发器8 ；所述排热循环系统 包括四个散热器3，所述冷凝器6的冷却水出口和冷却水入口分别连通散热器3形成散热回 路，使用时，制冷剂经压缩机压缩成高温高压蒸汽进入冷凝器，与冷却水进行热交换后在冷 凝器中冷凝为液态制冷剂，并经膨胀阀降压为低温低压的制冷剂液体作为系统冷源，与冷 凝器中的高温高压制冷剂进行了热交换的冷却水被输送至设置于回风巷的散热器进行散 热，同时，系统还设置有与散热器一一对应的防爆局部通风机4，以制造用于热交换制冷的 风流，该系统适用范围广，可根据实际情况合理选择不同的制冷方式。本实施例中，所述制冷机组1还包括三组并联的空冷器2，所述蒸发器8的冷冻水 出口和冷冻水入口通过隔热保温管道分别连通空冷器2形成水冷式制冷循环系统，水冷式 制冷循环系统适用于远距离输送载冷剂，安全可靠，可同时对多个存在热害的工作地点进 行冷介质供应。本实施例中，所述空冷器2与蒸发器8的冷冻水入口之间沿冷冻水的流动方向依 次设置有水处理器9和膨胀水箱10，所述膨胀水箱10上设置有补水管11和排污管12，补 水管11上设置用于控制自动补水的浮球阀13，以保证水可以不间断的进入蒸发器进行热 交换，同时对水进行处理，也有利于提高水冷式制冷循环系统的使用寿命。本实施例中，所述冷凝器6和散热器3之间设置有废热利用装置14，将废热通过发 电等方式进行再次利用，有利于提高系统的经济性，降低其运行成本。本实施例中，所述废热利用装置14和散热器3之间设置有浸泡式换热器15，可根 据实际情况，通过地下水或其他水源作为冷源水，进一步提高系统的排热效率。本实施例中，所述冷凝器6的冷却水出口与散热器3之间沿冷却水的流动方向依 次设置有水处理器9和膨胀水箱10，所述膨胀水箱10上设置有补水管11和排污管12，补 水管11上设置用于控制自动补水的浮球阀13，以保证水可以不间断的进入冷凝器进行热 交换，同时对水进行处理，也有利于提高排热循环系统的使用寿命。本实施例中，所述散热器3上设置有水喷淋装置16，以进一步提高散热器的散热 效率。本实施例中，所述冷凝器6与散热器3之间、蒸发器8与空冷器2之间分别设置有 高低压转换装置17，当冷却水循环系统和水冷式制冷循环系统中的载冷水落差较大时，高 低压转换装置一方面可实现压力转换，减少能量的损失，避免冷却水和载冷水在循环过程 中温升过大；另一方面起到能量回收的作用，减少整个系统的能耗。本实施例中，所述空冷器2、散热器3、冷凝器6和蒸发器8的介质入口和介质出口 处均设置有温度计、压力计、流量计和多种常规阀门，以便于随时监控系统的运行情况并根 据情况对系统进行调控。本实施例的热害矿井局部制冷降温系统，采用水冷式制冷循环系统，并设置有两 个高低压转换装置，适用于高差超过100米的深井。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通 技术人员应当理解，可以对本 实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范 围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求一种热害矿井局部制冷降温系统，其特征在于包括制冷机组(1)和排热循环系统，所述制冷机组(1)包括依次连通形成回路的压缩机(5)、冷凝器(6)、膨胀阀(7)和蒸发器(8)；所述排热循环系统包括至少一个散热器(3)，所述冷凝器(6)的冷却水出口和冷却水入口分别连通散热器(3)形成散热回路。
2.根据权利要求1所述的热害矿井局部制冷降温系统，其特征在于所述蒸发器⑶ 设置于矿井采掘工作面形成直冷式制冷循环系统。
3.根据权利要求1所述的热害矿井局部制冷降温系统，其特征在于所述制冷机组(1) 还包括空冷器(2)，所述蒸发器(8)的冷冻水出口和冷冻水入口分别连通空冷器(2)形成水 冷式制冷循环系统。
4.根据权利要求3所述的热害矿井局部制冷降温系统，其特征在于所述蒸发器⑶ 上连接有至少两个空冷器(2)，蒸发器(8)与空冷器(2)之间通过隔热保温管道连接。
5.根据权利要求4所述的热害矿井局部制冷降温系统，其特征在于所述空冷器(2) 与蒸发器(8)的冷冻水入口之间沿冷冻水的流动方向依次设置有水处理器(9)和膨胀水箱 (10)，所述膨胀水箱(10)上设置有补水管(11)和排污管(12)，补水管(11)上设置用于控 制自动补水的浮球阀(13)。
6.根据权利要求5所述的热害矿井局部制冷降温系统，其特征在于所述冷凝器(6) 和散热器(3)之间设置有废热利用装置(14)。
7.根据权利要求6所述的热害矿井局部制冷降温系统，其特征在于所述废热利用装 置(14)和散热器(3)之间设置有浸泡式换热器(15)。
8.根据权利要求7所述的热害矿井局部制冷降温系统，其特征在于所述冷凝器(6) 的冷却水出口与散热器(3)之间沿冷却水的流动方向依次设置有水处理器(9)和膨胀水箱 (10)，所述膨胀水箱(10)上设置有补水管(11)和排污管(12)，补水管(11)上设置用于控 制自动补水的浮球阀(13)。
9.根据权利要求8所述的热害矿井局部制冷降温系统，其特征在于所述散热器(3) 上设置有水喷淋装置(16)。
10.根据权利要求9所述的热害矿井局部制冷降温系统，其特征在于所述冷凝器(6) 与散热器(3)之间、蒸发器(8)与空冷器(2)之间分别设置有高低压转换装置(17)。
专利摘要本实用新型公开了一种热害矿井局部制冷降温系统，包括制冷机组和排热循环系统，所述制冷机组包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，排热循环系统包括至少一个散热器，制冷机组所产生的热量，通过排热循环系统进行排放，所述制冷机组可分别以制冷剂和水为载冷介质形成直冷式制冷循环系统和水冷式制冷循环系统，该系统冷损小，运行经济，根据冷量输送的远近选择使用其中一种制冷方式或两种制冷方式组合进行制冷，同时，本系统还可通过设置高低压转换装置来适应深度较大的矿井，适用范围广。
文档编号E21F3/00GK201627598SQ20092020696
公开日2010年11月10日 申请日期2009年11月3日 优先权日2009年11月3日
发明者向大海, 姬建虎, 张习军, 王正辉, 陆伟 申请人:煤炭科学研究总院重庆研究院