一种利用冬季自然冷源进行转换的矿井降温系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种利用冬季自然冷源进行转换的矿井降温系统，它包括设置在地面的自然制冷系统和制冷机组以及设置在井下的换热输冷系统；其中自然制冷系统由地面换热器、冷却塔、喷淋装置和集水池组成；换热输冷系统包括在井下设置的高低压换热器、井下工作面设置的空冷器和风机；冷却塔和喷淋装置通过阀门并联在地面换热器壳程上；制冷机组并联在高低压换热器的管程管路上。本实用新型充分利用了冬季自然冷源，在井上温度低于10℃时，利用地面自然降温系统进行降温，在井上温度高于10℃，启动制冷机组，从而实现全年降温，运行费用低、降温效果好，运行设备仅为循环水泵及喷淋装置的水泵，投资成本低、系统运行稳定可靠。
【专利说明】一种利用冬季自然冷源进行转换的矿井降温系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及矿井降温系统。
【背景技术】
[0002]据统计，全国现有煤矿平均采深每年增加9m，采深大于700m的矿井有50多处，最深矿井已经超过1500m，预计煤炭资源总量的53%埋深于100m的地下。随着开采深度的增加，机械化程度的提高，由此出现的地热、机械散热也越来越大。高温高湿等热害问题开始突出，井下作业人员的工作效率、人身安全和身体健康受到极大的影响，采取相应措施对其进行治理，保证井下有适宜的作业环境等工作势在必行。
[0003]目前，多处煤矿采用人工制冷方式，人工制冷方式是在地面设置制冷系统，在井下设置换热输冷系统；有的制冷系统采用地面空冷机与冷空气热交换方式，也有的制冷系统采用冷却塔与冷水热交换方式；冷却塔冷水热交换方式是制冷机组通过井上循环泵和循环管道与冷却塔实现热交换；换热输冷系统由井下的高低压换热器、工作面的空冷器和风机组成，制冷机组通过工质循环泵(9)和工质循环管向高低压换热器输送制冷工质，高低压换热器通过井下循环水泵(10)和井下循环水管和空冷器实现循环水热交换，再通过风机将空冷器冷量输送至各需冷工作地点，工作面温度由30°C以上降低至22°C左右，达到适宜的井下温度。当北方冬季室外气温达到_5°C及以下时，制冷设备极易出现挂冰、结冰现象，极限温度时甚至造成设备内部冷媒结冰，导致设备损坏或结构坍塌。有的制冷系统采用地面空冷机与冷空气热交换方式，空冷机直接与风流热交换导热系数小，换热表面积大，冬季温度低时会造成空冷机内部冷媒结冰堵塞，造成整个系统瘫痪。由于制冷系统内的高低压换热器内部管束多，管束外部为高压冷媒，内部为低压水，冬季温度低时高压部分泄露会造成低压部分炸裂危险。因此冬季温度低于零下时，为了防止制冷机组冻坏，制冷室还要采用暖气采暖，从而造成在天然冷源存在的情况下，使井下降温运行费用不降反涨。
[0004]北方冬季地区室外低气温是无污染的天然冷源，如何利用该天然冷源来实现矿井降温、减少设备初投资及运行费用是需要解决的问题。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是设计一种利用冬季天然冷源进行转换的矿井降温系统。
[0006]技术方案是，一种利用冬季天然冷源进行转换的矿井降温系统，其特征在于:它包括设置在地面的自然制冷系统以及设置在井下的换热输冷系统；其中:
[0007]所述的自然制冷系统由地面换热器、冷却塔、喷淋装置和集水池组成；喷淋装置布置于集水池之上，使喷淋装置的淋水收集在集水池中；其中冷却塔通过循环水泵与地面换热器壳程形成水循环通路；喷淋装置和集水池通过循环水泵与地面换热器壳程形成水循环通路；
[0008]所述的换热输冷系统包括在井下设置的高低压换热器、井下工作面设置的空冷器和风机；高低压换热器的管程与地面换热器的管程形成冷媒介质循环通路；高低压换热器的壳程与井下空冷器形成水循环通路，风机将空冷器冷量输送至各需降温的工作地点；
[0009]所述的冷却塔和喷淋装置通过阀门并联在地面换热器壳程上。
[0010]为了便于气温过高时也能制冷，在地面另设有制冷机组，制冷机组通过阀门并联在高低压换热器的管程管路上。
[0011]上述的集水池蓄水深度彡1.5m，冷却水回水管的回水口应设在在水池底部0.3米高度。
[0012]上述的喷淋装置是在分配器上设有多个喷头，分配器通过电控阀门连接在水管路上。
[0013]上述的地面换热器为板式换热器、壳管式换热器或任何形式的散热器，选取一种。
[0014]上述的井下高低压换热器为矿用高低压换热器、换冷器、三腔式换热器或自动压力转换装置，选取一种。
[0015]上述的地面换热器的高压侧循环介质为软化水、乙二醇溶液或其他冷媒工质，选取一种。
[0016]为了进一步降温，上述的喷淋装置可在集水池中布置有喷淋水泵，喷淋水泵的出水口与喷淋装置管路接通，集水池的水在水泵作用下二次喷淋。
[0017]本实用新型的工作原理和积极效果是:
[0018]1、室外平均气温为O?10°C时，可单独利用冷却塔散热。冷却塔温度约为2?3°C的冷却水进入地面换热器壳程，带走地面换热器管程冷媒介质中的热量后成为温度约为12°C的水，再进入冷却塔进行冷却散热，在冷却循环泵的动力下连续循环，为地面换热器壳程提供冷却水。井下约为15°C温度的高压冷媒介质回液进入地面换热器管管程中，在地面内与地面换热器壳程内的2?3°C冷却水进行热交换，温度降低至4?5°C后输送到井下换热器管程。
[0019]2、室外平均气温为(TC以下时，系统利用喷淋降温装置制冷。喷淋装置在淋水过程中吸取室外自然冷源，将地面换热器壳程约为12°C的水降为温度约为2?3°C冷却水进入集水池，在冷却循环泵的动力下由集水池为地面换热器壳程提供2?3°C冷却水。井下温度约为15°C的高压冷媒介质回液进入地面换热器管程，在地面换热器内与地面换热器壳程2?3°C冷却水进行热交换，温度降低为5°C左右后输送到井下。
[0020]3、地面被制冷的低温冷媒介质进入高低压换热器管程，低温冷媒介质在高低压换热器管程内与高低压换热器壳程内的井下输冷循环水进行热交换，温度升至约为14?15°C，再输送地面，进入下一个地面制冷循环。高低压换热器壳程内的井下循环水被制冷后送入井下空冷器实现工作面的制冷。
[0021]4、由于喷淋装置为水风换热，降温效果好；在系统因其他故障停止运行时，喷淋装置处的水可迅速落入集水池中，使系统不存在设备结冰、挂冰的可能。当系统散热能力不够时，可启动二次喷淋装置的水泵，通过二次喷淋与自然冷气交换，进一步降低集水池温度。
[0022]总之，本实用新型充分利用了冬季自然冷源，在井上温度低于10°C时，利用地面自然降温系统进行降温，在井上温度高于10°c，启动制冷机组，从而实现全年降温，运行费用低、降温效果好。运行设备仅为循环水泵及喷淋装置的水泵，投资成本低、系统运行稳定可
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【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型结构示意图。
[0024]图例说明，1-地面换热器，2-冷却塔，3-喷淋装置，4-集水池，5-高低压换热器，6-空冷器，7-风机，8-冷却循环泵，9-冷媒循环泵，10-井下循环水泵，11-回水阀门，12-进水阀门，13-冷却水进水支管，14-冷却水回水支管，15-冷却水回水管，16-冷却水进水管，17-高压进水管，18-高压回水管，19-井下循环进水管，20-井下循环回水管，21-喷淋水栗，22~制冷机组。
【具体实施方式】
[0025]下面参照附图对实施例进一步说明。
[0026]一种利用冬季天然冷源进行转换的矿井降温系统，它包括在地面设置的制冷系统，在井下设置的换热输冷系统；换热输冷系统包括在井下设置的高低压换热器5、井下工作面设置的空冷器6，高低压换热器5的低压侧通过井下循环水泵10、井下循环进水管19、井下循环回水管20实现与空冷器6的冷水循环，再通过风机7将空冷器6冷量输送至各需降温的工作地点；其中所述的地面设置的制冷系统由地面换热器1、冷却塔2、喷淋装置3和集水池4组成；喷淋装置3置于集水池4之上，使喷淋装置3的淋水收集在集水池4中；地面换热器I的低压侧通过冷却循环泵8、冷却水进水管16、进水阀门12、回水阀门11、冷却水回水管15与冷却塔2接通实现循环；冷却水进水管16再通过冷却水进水支管13与喷淋装置3接通，冷却水回水管15再通过冷却水回水支管14与集水池4接通，通过阀门调节实现喷淋装置3与冷却塔2独立运行；地面换热器I的高压侧通过冷媒循环泵9、高压进水管17、高压回水管18与井下设置的高低压换热器5高压侧接通实现循环。
[0027]从图中看出:冷却塔2与地面换热器I壳程形成水循环通路；喷淋装置3和集水池4与地面换热器I壳程形成水循环通路；高低压换热器5的管程与地面换热器I的管程形成冷媒介质循环通路；高低压换热器5的壳程与井下空冷器6形成水循环通路。从图中还看出:冷却塔2和喷淋装置3通过阀门并联在地面换热器I壳程上。
[0028]上述的集水池4蓄水深度彡1.5m，冷却水回水支管14的回水口应设在在水池底部0.3米高度。
[0029]上述的地面换热器I为板式换热器、壳管式换热器或任何形式的散热器，选取一种。
[0030]上述的井下高低压换热器5为矿用高低压换热器、换冷器、三腔式换热器或自动压力转换装置，选取一种。
[0031]上述的地面换热器I的高压侧循环介质为软化水、乙二醇溶液或其他冷媒工质，选取一种。
[0032]上述的喷淋装置3由管路、电控阀门、分配器、喷头组成。在集水池4中布置有喷淋水泵21，喷淋水泵21的出水口与喷淋装置3管路接通，集水池4的水在喷淋水泵21作用下实现二次喷淋降温。
[0033]为了便于全年制冷，在地面另设有制冷机组22，制冷机组22通过阀门并联在高低压换热器5的管程管路上。
【权利要求】
1.一种利用冬季自然冷源进行转换的矿井降温系统，其特征在于:它包括设置在地面的自然制冷系统以及设置在井下的换热输冷系统；其中: 所述的自然制冷系统由地面换热器、冷却塔、喷淋装置和集水池组成；喷淋装置是在分配器上设有多个喷头，分配器通过电控阀门连接在水管路上；喷淋装置布置于集水池之上，使喷淋装置的淋水收集在集水池中；其中冷却塔通过循环水泵与地面换热器壳体形成水循环通路；喷淋装置和集水池通过循环水泵与地面换热器壳体形成水循环通路； 所述的换热输冷系统包括在井下设置的高低压换热器、井下工作面设置的空冷器和风机；高低压换热器的管程与地面换热器的管程形成冷媒介质循环通路；高低压换热器的壳程与井下空冷器形成水循环通路，风机将空冷器冷量输送至各需降温的工作地点； 所述的冷却塔和喷淋装置通过阀门并联在地面换热器壳程上； 所述的集水池蓄水深度> 1.5m，冷却水回水管的回水口应设在在水池底部0.3米高度。
2.如权利要求1所述的矿井降温系统，其特征在于:在地面设有制冷机组，制冷机组通过阀门并联在高低压换热器的管程管路上。
3.如权利要求1所述的矿井降温系统，其特征在于:在集水池中布置有喷淋水泵，喷淋水泵的出水口与喷淋装置管路接通，集水池的水在喷淋水泵作用下二次喷淋。
【文档编号】E21F3/00GK204082198SQ201420378372
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】张殿振, 高强, 郭军港, 杨秀, 郭忠良, 高慎彪 申请人:山东新雪矿井降温科技有限公司