专利名称：矿井空调输冷系统及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一矿井空调输冷系统，特别是矿井立井筒内利用制冷剂循环来输送冷量的系统及方法。
背景技术：
目前，我国煤矿开采深度大多在800m以上且逐渐增加，综合机械化程度不断提高，地热和井下设备向井下空气散发的热量显著增加；而从岩石裂隙中涌出的热水或与热水接触的高温围岩放热，不但使矿内气温升高，而且造成湿度增大；矿内高温、高湿环境严重影响井下作业人员的身体健康和生产效率，已造成灾害——热害。矿井热害最终将成为制约矿物开采深度的决定性因素，因此，必须利用矿井空调来实现井下降温除湿以消除井下热害。目前，矿井空调的制冷设备可以布置于井下及地面。当制冷设备放置于井下时，需要开挖专门的大型设备硐室，同时要求制冷设备满足煤矿井下防爆标准、设备紧凑化及极高的可靠性，普通技术成熟的制冷设备无法满足这些要求，而且制冷设备放置于井下还有一关键问题是制冷机排热不畅，极大降低了制冷机的制冷系数(COP)。所以目前制冷设备一般布置于地面，在地面可选用普通制冷机，制冷系数高，减小制冷耗电量，运行管理及设备维修方便，冷量输送有冷风输送式、冷水输送式、冰输送式。上述三种冷量输送方式系统布置形式及存在的不足是1、冷风输送式冷风输送式系统布置形式是将制冷风设备和空冷器布置在地面，用风管将冷风送到井下降温工作点。存在的不足，一是由于风量及风管尺寸过大，存在安装不便及输送能耗偏高的不足；二是冷量损失大，降温效果差；三是输送到井下的风需要靠矿井风机抽放到井上，增加了矿井风机电耗。2、冰输送式冰输送式系统布置形式是将制冰设备布置在地面，将地面制取的冰用输冰管道送到井下降温工作点，吸收热量降温，存在的不足，一是由于需要制冷机降低蒸发温度(低于-5°C )来制冰，所以降低了制冷机的制冷系数(COP)，存在制冰、输冰系统设备复杂；二是碎冰在输送过程中易堵塞输冰管道的不足，三是输送到井下的冰溶化成水后需用水泵排到井上，造成水源浪费，大大提高了降温成本。3、冷水输送式冷水输送式系统布置形式是在地面布置制冷水设备和换热器，在井下降温工作点设置空冷器，将井上制取的冷水通过冷水循环管道与空冷器接通，冷水循环使空冷器散发冷气，从空冷器出来的水再回到换热器换热后进入制冷水设备，相比冷风输送可减小管道直径。但也存在以下不足一是由于冷水管道在深度达800m以上的矿井立井筒内，水静压力过大，常规管道难以承受；二是由于水静压力过大，需要设置专门的高低压转换器或者高压换热器，此类设备主要依靠于国外进口，费用昂贵；所以这种方式不可取，不能大面积推广。三是冷水在循环过程中需要高压水泵进行循环，增加了降温成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有矿井空调输冷系统存在能耗高、降温效果差和成本偏高的技术缺陷，提供一种新的矿井空调输冷系统及方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案及其工作原理一种矿井空调输冷系统，它包括制冷设备、换热器和空冷器，其特征在于，所述的制冷设备布置在地面，换热器布置在井下，空冷器布置在井下降温工作点；地面制冷设备的蒸发器与井下换热器通过管道形成一个封闭的循环系统，循环系统中充有制冷剂，称为制冷剂循环系统；井下换热器与空冷器通过管道和循环泵形成一个封闭的循环系统，循环系统中充有冷水，称为冷水循环系统。上述制冷剂优选氟利昂和氨。该系统的工作方法是开启地面制冷设备，制冷剂通过制冷剂进程管道进入井下换热器管程，与换热器壳程中的冷水进行冷热交换发生液-气相变，从而蒸发变为气态，气态制冷剂在蒸发压力作用下，经制冷剂回程管道自动上升至地面制冷设备的蒸发器内，在制冷设备的制冷作用下发生气-液相变成为液态制冷剂，液态制冷剂在重力作用下携带冷量经制冷剂进程管道输送至井下换热器，重新蒸发为气态制冷剂，以此循环流动实现冷量向井下换热器自动输送；同时开启井下冷水循环泵，将换热器冷水输送到空冷器，以此循环流动实现工作点的降温。本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点1、由于采用制冷剂循环来实现冷量输送，冷量传输依靠制冷剂相变过程，单位质量流量的制冷剂其冷量输送能力远大于冷风、冷水的输送方式，因此输送相同冷量时，制冷剂循环流量远小于冷风及冷水的流量，液态制冷剂管道管径远小于冷水管径。2、由于液态制冷剂依靠重力作用由地面制冷设备蒸发器流动至井下换热器，同时气态制冷剂由井下换热器流动至地面的动力为蒸发压力差，无需其它动力设备，降温成本大大降低。3、由于将换热器设置在井下，缩短了冷量的经冷水输送的路程，减小了冷量输送损失及冷水循环泵的电耗，提高了冷量输送效率，从而提高了降温效果。4、由于液态制冷剂管道的管径细，同等壁厚及管材下管径越小，其抗压能力越强， 此外，可视制冷剂流量大小，把液态制冷剂管道做成并联的多根管径更小的管道，以此来克服液态制冷剂管道内液体静压力，这样换热器选用普通的换热器即可，不需要设置专门的高低压转换器或者高压换热器，费用大大降低，易于大面积推广。5、由于井下换热器内制冷剂流量小，可以采用管径小的铜管，适当加大铜管的壁厚可克服液态制冷剂液体静压力的作用，换热器采用铜管提高传热系数。6、本发明中所采用的制冷剂可以是氟利昂或者是氨，适应性广。本发明作为一种新型的输冷系统，可以广泛用于其他矿山的降温。
图1为本发明的系统图。
图中1-液体制冷剂管道，2-气态制冷剂管道，3-制冷设备，4-换热器，5-冷水循环泵，6-冷水循环管道，7-空冷器。
具体实施例方式如图1所示，一种矿井空调输冷系统，是在地面布置有制冷设备3，在井下布置有换热器4，在井下降温工作点布置有空冷器7 ；其中，换热器7 —侧流动制冷剂、另一侧流动冷水，地面制冷设备3的蒸发器入口和井下换热器4的制冷剂出口之间用气态制冷剂管道 2连通，地面制冷设备3的蒸发器出口和井下换热器4的制冷剂入口之间用液态制冷剂管道1连通，从而构成一封闭的管路系统，且在该管路系统内充注一定量的液态制冷剂；井下换热器4的冷水侧与井下降温工作点的空冷器7通过冷水循环管道6连通，且在循环管道 6上串接有冷水循环泵5，从而实现冷水在空冷器4中循环，使井下降温工作点得到降温。该系统的工作方法是开启地面制冷设备3，液态制冷剂在井下换热器4进行热交换发生液-气相变，从而蒸发变为气态，气态制冷剂在井下换热器4内的蒸发压力作用下， 经气态制冷剂管道2自动上升至地面制冷设备3的蒸发器内，气态制冷剂在制冷设备的制冷作用下发生气-液相变，吸收冷量冷凝为液态制冷剂，液态制冷剂在重力作用下携带冷量经液态制冷剂管道1靠自重输送至井下换热器4，重新蒸发为气态制冷剂，以此循环流动实现冷量向井下换热器4自动输送；同时开启井下冷水循环泵5，将换热器4冷水输送到空冷器7，以此循环流动实现工作点的降温。
权利要求
1.一种矿井空调输冷系统，它包括制冷设备、换热器和空冷器，其特征在于，所述的制冷设备布置在地面，换热器布置在井下，空冷器布置在井下降温工作点；地面制冷设备的蒸发器与井下换热器通过管道形成一个封闭的循环系统，循环系统中充有制冷剂，称为制冷剂循环系统；井下换热器与空冷器通过管道和循环泵形成一个封闭的循环系统，循环系统中充有冷水，称为冷水循环系统。
2.如权利要求1所述的矿井空调输冷系统，其特征在于，制冷剂为氟利昂或氨。
3.—种如权利要求1或2所述的矿井空调输冷系统的工作方法，其特征在于，首先开启地面制冷设备，制冷剂通过制冷剂进程管道进入井下换热器管程，与换热器壳程中的冷水进行冷热交换发生液-气相变，从而蒸发变为气态，气态制冷剂在蒸发压力作用下，经制冷剂回程管道自动上升至地面制冷设备的蒸发器内，在制冷设备的制冷作用下发生气-液相变成为液态制冷剂，液态制冷剂在重力作用下携带冷量经制冷剂进程管道输送至井下换热器，重新蒸发为气态制冷剂，以此循环流动实现冷量向井下换热器自动输送；同时开启井下冷水循环泵，将换热器冷水输送到空冷器，以此循环流动实现工作点的降温。
全文摘要
本发明公开了一种矿井空调输冷系统及其工作方法，它包括布置在地面的制冷设备、布置在井下的换热器和布置在井下降温工作点的空冷器，地面制冷设备的蒸发器与井下换热器通过管道形成一个封闭的循环系统，循环系统中充有制冷剂，称为制冷剂循环系统；井下换热器与空冷器通过管道和循环泵形成一个封闭的循环系统，循环系统中充有冷水，称为冷水循环系统。通过上述输冷系统实现井下工作点的降温。本发明系统实现了矿井空调输冷系统能耗低、降温效果好和成本低的目的。
文档编号E21F3/00GK102536297SQ20121004873
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者刘靖, 张丹, 徐文忠, 李宝娟, 梁庆, 韩欣欣 申请人:河南理工大学