一种在深部热害矿井中应用的冷热水压力交换系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种在深部热害矿井中应用的冷热水压力交换系统，其特征在于：包括地面制冷机组、冷却塔、水箱、井上循环水泵、压力交换装置、井下循环水泵和空冷器；所述冷却塔与地面制冷机组连接，所述地面制冷机组与井上循环水泵连接，所述循环水泵将高压冷水输送到压力交换装置，降压之后的冷水通过低压保温管道被输送至降温区域供给空冷器使用，经降温之后的热水通过回水管道输送回压力交换装置；所述压力交换装置与井下循环水泵连接，所述井下循环水泵与水箱连接，所述水箱与地面制冷机组连接。本实用新型种能够高效降压，并减少冷损失，实现高压冷水降压成低压冷水的目的。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种矿井冷、热水交换系统，特别涉及一种在深部热害矿井应用 的冷热水压力交换系统。 一种在深部热害矿井中应用的冷热水压力交换系统
【背景技术】
[0002] 随着矿井开采深度加大，导致矿井地面集中制冷机组的冷水输送到井下时，水的 静压就已经远远超过了末端空冷器的承压范围，这种高低压交换装置可以使高压冷水压力 降低到能够满足空冷器使用要求，并且冷损失极小。这种装置利用U型管原理，进水管道、 回水管道构成一个U型管，实现高压冷水将低压的热水推送地面上，从而实现能量交换，就 不需要用泵直接将热水输送到地面，降低运行费用。但是对整个降温系统而言，如何将高压 冷水高效的降成低压冷水；如何提高转换阀门的使用寿命；如何减少冷水和热水之间的掺 混。
[0003] 因此需要一种能够高效降压，并减少冷损失的装置，实现高压冷水降压成低压冷 水的目的冷热水压力交换系统。 实用新型内容
[0004] 有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种在深部热害矿井应用的冷热水压力交换 系统，该系统能够高效的达到高压冷水降压成低压冷沙水的目的。
[0005] 本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的，一种在深部热害矿井中应用的 冷热水压力交换系统，包括地面制冷机组、冷却塔、水箱、井上循环水泵、压力交换装置、井 下循环水泵和空冷器；所述冷却塔与地面制冷机组连接，所述地面制冷机组与井上循环水 泵连接，所述循环水泵将高压冷水输送到压力交换装置，降压之后的冷水通过低压保温管 道被输送至降温区域供给空冷器使用，经降温之后的热水通过回水管道输送回压力交换装 置；所述压力交换装置与井下循环水泵连接，所述井下循环水泵与水箱连接，所述水箱与地 面制冷机组连接。
[0006] 进一步，还包括液压站和井下集中控制中心单元，所述液压站与压力交换装置连 接，所述井下集中控制中心单元包括监控与报警系统、工控机、信号采集卡；所述信号采集 卡、监控与报警系统分别与工控机连接，所述工控机分别与液压站、地面制冷机组连接。
[0007] 进一步，还包括回水超泄放单元和循环水处理单元，经过空冷器的水依次经过回 水超压泄放单元、循环水处理单元流入到压力交换装置中，所述回水超泄放单元包括压力 传感器、先导式电磁阀和安全阀，所述空冷器通过两路管道与水循环处理单元，所述压力传 感器和先导式电磁阀依次设置在其中一路管道上，所述安全阀设置在另一路管道上；所述 水循环处理单元包括预过滤器和自动过滤器，所述预过滤器设置于低压循环管道出水端； 所述自动过滤器设置于预过滤器的出水端与井下循环水泵入口之间。
[0008] 进一步，所述压力交换装置包括设置在高压冷水进水管端的三通水分配器，从地 面制冷站达到压力交换装置进水管端的高压冷水通过三通水分配器流入压力交换装置的 腔体内形成低压冷水，所述低压冷水经过三通水分配器送往空冷器，所述压力交换装置的 高压冷水进水管与三通水分配器之间设置有阀门，所述三通水位分配器与空冷器之间设置 有阀门，所述液压站包括液压缸，所述阀门与液压缸的推杆连接；所述液压缸缸体上设置有 两个位置传感器，通过位置传感器感知液压推杆的行程位置。
[0009] 进一步，所述空冷器包括过滤器、矿用局部通风机、入风口、换热组件和出风口，所 述过滤器、矿用局部通风机、入风口、换热组件和出风口由前至后依次连通，所述换热组件 包括至少两个以可拆卸的方式串接的换热室和与换热室一一对应设置于换热室内用于空 气与冷冻水换热的换热盘管，相邻换热室之间相互连通，相邻换热室内的换热盘管之间以 可拆卸的方式相互连通；所述换热盘管内冷冻水的输送方向为由后至前。
[0010] 进一步，所述液压缸与双点控电磁阀通过液压油管连接，通过双点控电磁阀控制 液压缸内液压的进出。
[0011] 有益技术效果：
[0012] 本实用新型通过集中监控系统对降温系统进行监控，对各个控制对象的控制和设 备工作状态及工作面环境状况进行监控；并且，可以实现集中控制中心与地面制冷站控制 中心进行实时的数据交换，根据井下制冷负荷来控制地面制冷站的工况，使地面制冷站的 工况和实际制冷负荷相匹配，降低制冷站的运行能耗；根据各个工作面总的制冷量负荷，使 冷冻水与工作面制冷需求相匹配，实现了制冷环节的节能，并且降低了系统水循环的运行 费用，对液压阀门的开启和关闭进行动态控制；同时实现对系统关键设备进行故障监测。
[0013] 本实用新型中所述空冷器中的换热室设计为可拆卸式，可根据制冷量的大小确定 换热室数量，使用灵活便于运输、安装和维修；该空冷器具有自动清洗功能，换热性能稳定、 使用寿命长。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用 新型作进一步的详细描述，其中：
[0015] 图1为冷热水压力交换系统结构框图；
[0016] 图2为超压泄放单元结构图；
[0017] 图3为空冷器结构图。
【具体实施方式】
[0018] 以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实 施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
[0019] 如图1所示，一种在深部热害矿井中应用的冷热水压力交换系统，包括地面制冷 机组、冷却塔、水箱、井上循环水泵、压力交换装置、井下循环水泵和空冷器；所述冷却塔与 地面制冷机组连接，所述地面制冷机组与井上循环水泵连接，所述循环水泵将高压冷水输 送到压力交换装置，降压之后的冷水通过低压保温管道被输送至降温区域供给空冷器使 用，经降温之后的热水通过回水管道输送回压力交换装置；所述压力交换装置与井下循环 水泵连接，所述井下循环水泵与水箱连接，所述水箱与地面制冷机组连接。
[0020] 本实施例中，冷热水压力交换系统还包括液压站和井下集中控制中心单元，所述 液压站与压力交换装置连接，所述井下集中控制中心单元包括监控与报警系统、工控机、信 号采集卡；所述信号采集卡、监控与报警系统分别与工控机连接，所述工控机与液压站连 接；所述工控机分别与液压站、地面制冷机组连接。所述井下集中控制中心单元还包括分别 与信号采集卡连接的高压管道流量传感器、低压管道流量传感器、腔体压力传感器、液压控 制阀门；所述高压管道流量传感器设置于高压循环管道的冷水侧用于采集高压循环管道中 液体的流量信号，所述低压管道流量传感器设置于低压循环管道的热水侧用于采集低压循 环管道中液体的流量信号，所述腔体压力传感器设置于水能转换管的三通水分配器处用于 采集水能转换管内的压力信号，所述流量信号和压力信号分别输入到工业控制计算机的数 据采集模块的输入端，所述工业控制计算机的输出端与液压控制阀门连接并控制液压控制 阀门的开关动作；所述井下集控制中心单元用于监控压力交换装置的工作状态及工作面环 境状况，与地面制冷机组的控制中心进行实时的数据交换，根据井下制冷负荷来控制地面 制冷机组的工况，根据各个工作面总的制冷量负荷对电动调节阀开度进行控制；所述监控 与报警系统，用于分析判断系统状态信号及控制相应的系统状态，同时对系统运行状况进 行监控；所述工控机，用于控制液压站的电磁阀的开启和关闭；所述信号采集卡，用于采集 控制系统的状态参数。
[0021] 还包括回水超泄放单元和循环水处理单元，经过空冷器的水依次经过回水超压泄 放单元、循环水处理单元流入到压力交换装置中，所述回水超泄放单元包括压力传感器9、 先导式电磁阀10和安全阀11，所述空冷器通过两路管道与水循环处理单元，所述压力传感 器和先导式电磁阀依次设置在其中一路管道上，所述安体阀设置在另一路管道上；所述水 循环处理单元包括预过滤器和自动过滤器，所述预过滤器设置于低压循环管道出水端；所 述自动过滤器设置于预过滤器的出水端与井下循环水泵入口之间。当压力超过安全阀的设 定值时，回水超泄放单元打开，使压力维持在允许的范围内；当压力传感器测得压力超出允 许的范围，而安全阀未工作时，先导式电磁阀介入工作，将压力维持在允许的范围内。通过 先导式电磁阀、安全阀和压力传感器的配合使用，确保回水超压泄放单元处于工作状态。
[0022] 所述压力交换装置包括设置在高压冷水进水管端的三通水分配器，从地面制冷站 达到压力交换装置进水管端的高压冷水通过三通水分配器流入压力交换装置的腔体内形 成低压冷水，所述低压冷水经过三通水分配器送往空冷器，所述压力交换装置的高压冷水 进水管与三通水分配器之间设置有阀门，所述三通水位分配器与空冷器之间设置有阀门， 所述液压站包括液压缸，液压缸通过较长的推杆与阀门相连接，当推杆向外推动时，阀门开 启，当推杆复位时，阀门在自身弹簧作用下关闭；所述液压缸缸体上设置有两个位置传感 器，通过位置传感器感知液压推杆的行程位置，从而确定阀门的开关状态。所述液压缸与双 点控电磁阀通过液压油管连接，通过双点控电磁阀控制液压缸内液压的进出。
[0023] 如图3所示，所述空冷器包括过滤器1、矿用局部通风机2、入风口 3、换热组件和 出风口 5,所述过滤器1、矿用局部通风机2、入风口 3、换热组件和出风口 5由前至后依次连 通，所述换热组件包括至少两个以可拆卸的方式串接的换热室和与换热室4 一一对应设置 于换热室4内用于空气与冷冻水换热的换热盘管6,相邻换热室之间相互连通，相邻换热室 内的换热盘管之间以可拆卸的方式相互连通；所述换热盘管内冷冻水的输送方向为由后至 前。本实施例中，所述空冷器中的换热室设计为可拆卸式，可根据制冷量的大小确定换热室 数量，使用灵活便于运输、安装和维修；该空冷器具有自动清洗功能，换热性能稳定、使用寿 命长。
[0024] 还包括与换热盘管一一对应的喷淋装置，所述喷淋装置包括喷淋水管7、至少两个 设置在喷淋水管上的喷嘴8、移动横管（图中未不出）和可供移动横管左右移动的运行轨 道（图中未示出），所述喷嘴通过软管与喷淋水管连接，所述喷嘴设置在移动横管上；所述 喷嘴位于换热室内，其喷射口朝向换热盘管，相邻换热室对应的喷淋水管之间以可拆卸的 方式相互连通。本实用新型中，可以采用电机驱动的方式使得移动横管在运行轨上运行，为 了保护连接喷嘴与喷淋水管的软管，可以在软管外围设置拖链，可以通过编码器的方式设 置移动横管的行程，也可以通过行程开关来限定。
[0025] 本实用新型通过集中监控系统对降温系统进行监控，对各个控制对象的控制和设 备工作状态及工作面环境状况进行监控；并且，可以实现集中控制中心与地面制冷站控制 中心进行实时的数据交换，根据井下制冷负荷来控制地面制冷站的工况，使地面制冷站的 工况和实际制冷负荷相匹配，降低制冷站的运行能耗；根据各个工作面总的制冷量负荷，使 冷冻水与工作面制冷需求相匹配，实现了制冷环节的节能，并且降低了系统水循环的运行 费用，对液压阀门的开启和关闭进行动态控制；同时实现对系统关键设备进行故障监测。
[0026] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域 的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这 样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之 内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种在深部热#矿井中应用的冷热水压力受换系统，其特征在于：包括地面制冷机 组、冷却塔、水箱、井上循环水泵、压力交换装置、井下循环水泵和空冷器；所述冷却塔与地 面制冷机组连接，所述地面制冷机组与井上循环水泵连接，所述循环水泵将高压冷水输送 到压力交换装置，降压之后的冷水通过低压保温管道被输送至降温区域供给空冷器使用， 经降温之后的热水通过回水管道输送回压力交换装置；所述压力交换装置与井下循环水泵 连接，所述井下循环水泵与水箱连接，所述水箱与地面制冷机组连接。
2. 根据权利要求1所述的在深部热害矿井中应用的冷热水压力交换系统，其特征在 于：还包括液压站和井下集中控制中心单元，所述液压站与压力交换装置连接，所述井下集 中控制中心单元包括监控与报警系统、工控机、信号采集卡；所述信号采集卡、监控与报警 系统分别与工控机连接，所述工控机分别与液压站、地面制冷机组连接。
3. 根据权利要求1所述的在深部热害矿井中应用的冷热水压力交换系统，其特征在 于：还包括回水超泄放单元和循环水处理单元，经过空冷器的水依次经过回水超压泄放单 元、循环水处理单元流入到压力交换装置中，所述回水超泄放单元包括压力传感器、先导式 电磁阀和安全阀，所述空冷器通过两路管道与水循环处理单元，所述压力传感器和先导式 电磁阀依次设置在其中一路管道上，所述安全阀设置在另一路管道上；所述水循环处理单 元包括预过滤器和自动过滤器，所述预过滤器设置于低压循环管道出水端；所述自动过滤 器设置于预过滤器的出水端与井下循环水泵入口之间。
4. 根据权利要求1所述的在深部热害矿井中应用的冷热水压力交换系统，其特征在 于：所述压力交换装置包括设置在高压冷水进水管端的三通水分配器，从地面制冷站达到 压力交换装置进水管端的高压冷水通过三通水分配器流入压力交换装置的腔体内形成低 压冷水，所述低压冷水经过三通水分配器送往空冷器，所述压力交换装置的高压冷水进水 管与三通水分配器之间设置有阀门，所述三通水位分配器与空冷器之间设置有阀门，所述 液压站包括液压缸，所述阀门与液压缸的推杆连接；所述液压缸缸体上设置有两个位置传 感器，通过位置传感器感知液压推杆的行程位置。
5. 根据权利要求1所述的在深部热害矿井中应用的冷热水压力交换系统，其特征在 于：所述空冷器包括过滤器、矿用局部通风机、入风口、换热组件和出风口，所述过滤器、矿 用局部通风机、入风口、换热组件和出风口由前至后依次连通，所述换热组件包括至少两个 以可拆卸的方式串接的换热室和与换热室一一对应设置于换热室内用于空气与冷冻水换 热的换热盘管，相邻换热室之间相互连通，相邻换热室内的换热盘管之间以可拆卸的方式 相互连通；所述换热盘管内冷冻水的输送方向为由后至前。
6. 根据权利要求5所述的在深部热害矿井中应用的冷热水压力交换系统，其特征在 于：所述液压缸与双点控电磁阀通过液压油管连接，通过双点控电磁阀控制液压缸内液压 的进出。
【文档编号】E21F3/00GK203867604SQ201420311990
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】文光才, 张建国, 陈孜虎, 姬建虎, 吕有厂, 寇建新, 代志旭, 李喜员, 曹其俭, 曾明明, 张斌 申请人:中煤科工集团重庆研究院有限公司, 平顶山天安煤业股份有限公司