用于矿井降温的制冷装置

446 编辑：中冶有色技术网来源：河北工程大学

2024-01-10 14:09:56

权利要求书： 1.一种用于矿井降温的制冷装置，其特征在于：包括设置在井下的换热单元和与所述换热单元连接的低压闪蒸降温单元，

所述换热单元包括设置在矿井内、内部设有制冷介质的盘管（1）和与所述盘管（1）连接的换热器，所述换热器包括通过管道连接的蒸发器（19）和冷凝器（3），所述蒸发器（19）的一侧与盘管（1）连接，蒸发器（19）内的介质通过设有压缩机（18）的管道与冷凝器（3）连接，所述冷凝器（3）内的介质通过设有节流阀（2）的管道与蒸发器（19）连接；

所述低压闪蒸降温单元包括压力罐（15），所述冷凝器（3）处设有制冷介质，所述制冷介质通过进水管（4）与压力罐（15）的上部连接，压力罐（15）的下部通过出水管（16）与制冷介质连接，压力罐（15）的顶部设有与大气连通的风道（7）。

2.根据权利要求1所述的一种用于矿井降温的制冷装置，其特征在于：所述进水管（4）上设有温控阀，设置在压力罐（15）内进水管（4）的末端设有喷头（9），所述喷头（9）的下方设有填料（10）。

3.根据权利要求2所述的一种用于矿井降温的制冷装置，其特征在于：所述喷头（9）上方的压力罐（15）内设有挡板（20）。

4.根据权利要求3所述的一种用于矿井降温的制冷装置，其特征在于：所述压力罐（15）的顶部设有压力表（5）。

5.根据权利要求4所述的一种用于矿井降温的制冷装置，其特征在于：所述压力罐（15）的一侧设有水位计（11）。

6.根据权利要求1所述的一种用于矿井降温的制冷装置，其特征在于：所述风道（7）上设有与蓄水池（13）连接的回水管（8），风道（7）内设有真空循环泵（6）。

7.根据权利要求6所述的一种用于矿井降温的制冷装置，其特征在于：所述蓄水池（13）的一侧通过循环泵（14）与压力罐（15）连接，蓄水池（13）的另一侧与补水装置（12）连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于矿井降温的制冷装置，其特征在于：所述出水管（16）上设有与温控表连接的补水泵（17）。

9.根据权利要求1?8任一项所述的用于矿井降温的制冷装置，其特征在于：所述压缩机（18）为复叠式压缩机。

说明书：一种用于矿井降温的制冷装置技术领域[0001] 本实用新型涉及矿井降温领域，具体的说是一种用于矿井降温的制冷装置。背景技术[0002] 矿井内的地热、矿物、燃料等放出的热量、采掘机电设备工作时放出的热量和风流下流时自压缩放出的热量是造成深井高温的主要原因。矿井高温热害已成为制约井下安全

开采的重大问题之一。有关专家认为未来矿山的极限开采深度将取决于矿井降温技术和装

备的发展水平。

[0003] 高温高湿的环境不仅严重危害人体的健康，而且时刻威胁生产的顺利进行。人体长时间在湿热的空气中会出现热痉挛现象，严重时会出现中暑、呕吐、湿疹、晕倒等症状影

响人体健康。长期在热湿环境下工作，中枢神经系统受到抑制，注意力分散，动作的准精确

性和协调性下降，且工人心理上易烦躁不安，加上繁重的体力劳动，机警能力下降，事故发

生率上升，有必要采用矿井制冷降温控制高温高湿的井下环境。

[0004] 目前矿井降温方法有：人工制冰降温法、鼓风降温和井下降温系统（水源热泵式）三种。人工制冰降温输送冷媒冷损较大，适用于不太深的矿井；鼓风降温，在降温的同时鼓

真空循环泵组同时产生了大量的热，影响了降热效果；井下降温系统，由热力学第二定律可

知，冷热源在同一个工作环境的条件下，冷热源的换热效率低下，既浪费了不必要的能源，

也使热泵工作产热增加。运行费用高。

实用新型内容

[0005] 本实用新型需要解决的技术问题是提供一种用于矿井降温的制冷装置，将低压闪蒸与制冷循环换热相结合，使气压罐中的水低压状态下沸腾汽化利用潜热将系统的热量带

走，地下矿井的温度降低。

[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：[0007] 本实用新型包括设置在井下的换热单元和与所述换热单元连接的低压闪蒸降温单元，所述换热单元包括设置在矿井内、内部设有制冷介质的盘管和与所述盘管连接的换

热器，所述换热器包括通过管道连接的蒸发器和冷凝器，所述蒸发器的一侧与盘管连接，蒸

发器内的介质通过设有压缩机的管道与冷凝器连接，所述冷凝器内的介质通过设有节流阀

的管道与蒸发器连接；所述低压闪蒸降温单元包括压力罐，所述冷凝器处设有制冷介质，所

述制冷介质通过进水管与压力罐的上部连接，压力罐的下部通过出水管与制冷介质连接，

压力罐的顶部设有与大气连通的风道。

[0008] 本实用新型的进一步改进在于：所述进水管上设有温控阀，设置在压力罐内进水管的末端设有喷头，所述喷头的下方设有填料。

[0009] 本实用新型的进一步改进在于：所述喷头上方的压力罐内设有挡板。[0010] 本实用新型的进一步改进在于：所述压力罐的顶部设有压力表。[0011] 本实用新型的进一步改进在于：所述压力罐的一侧设有水位计。[0012] 本实用新型的进一步改进在于：所述风道上设有与蓄水池连接的回水管，风道内设有真空循环泵。

[0013] 本实用新型的进一步改进在于：所述蓄水池的一侧通过循环泵与压力罐连接，蓄水池的另一侧与补水装置连接。

[0014] 本实用新型的进一步改进在于：所述出水管上设有与温控表连接的补水泵。[0015] 本实用新型的进一步改进在于：所述压缩机为复叠式压缩机。[0016] 由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的有益效果是：[0017] 本实用新型设计新颖、独特，首次将低压闪蒸技术与制冷循环换热相结合用于矿井降温，通过制冷循环将矿井工作端的工作热量传送到压力罐中利用低压闪蒸技术将当下

温度和压力的水沸腾汽化，其核心是从压力罐内抽取空气，使压力罐中的水在低压状态下

沸腾汽化利用潜热将系统的热量带走，地下矿井的温度降低，为长期工作在矿井内的工作

人员提供舒适、低温的工作环境，保证生产的顺利进行。不仅大大降低了地下矿井降温的投

入成本，而且做到对能源的回收利用，提高了能源的利用效率。其适用范围广，市场前景好，

有大力推广的必要。

附图说明[0018] 图1是本实用新型的工作原理结构示意图。[0019] 其中，1、盘管；2、节流阀；3、冷凝器；4、进水管；5、压力表；6、真空循环泵；7、风道；8、回水管；9、喷头；10、填料；11、水位计；12、补水装置；13、蓄水池；14、循环泵；15、压力罐；

16、出水管；17、补水泵；18、压缩机；19、蒸发器；20、挡板。

具体实施方式[0020] 下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：[0021] 一种用于矿井降温的制冷装置，如图1所示，其包括设置在井下的换热单元和与所述换热单元连接的低压闪蒸降温单元，换热单元的介质吸取矿井内的热量温度升高转化为

高温高压的液态介质，当该介质升至系统设定温度值时进入低压闪蒸降温单元，在当下温

度和压力的环境下，液态介质迅速沸腾汽化经风道排出达到系统降温的目的。

[0022] 所述换热单元设置在矿井内的盘管1和与所述盘管1连接的换热器，所述换热器包括设置在井下的蒸发器19、冷凝器3和连接所述蒸发器19与冷凝器3的管道，所述蒸发器19

内的介质通过设有压缩机18的管道与冷凝器3连接，所述压缩机18最好为复叠式压缩机，确

保经过一个压缩过程达到冷凝器3与75℃水的换热过程。所述冷凝器3内的介质通过设有节

流阀2的管道与蒸发器19连接，所述管道内介质为环保型工质R134a、乙二醇溶液或其它制

冷剂。

[0023] 所述盘管1与蒸发器19连接，盘管1内设置的制冷介质为水，所述水吸收地下矿井的余热温度升高，蒸发器19吸收盘管1内水的热量，也可以直接吸收地下矿井的余热。

[0024] 所述蒸发器19内低温低压的液态介质吸收盘管1内水的热量或地下矿井的余热后变为低温低压的气态进入压缩机18，经过压缩机18的压缩后变为高温高压的气态，高温高

压的气态制冷剂在冷凝器3内放热，所述冷凝器3放出的热量加热矿井内冷凝器3处设置的

制冷介质，制冷介质吸收热量温度升高。所述冷凝器3处的制冷介质通过设有温控阀的进水

管4与压力罐15的上部连接，所述制冷介质为水，所述温控阀包括温度传感器、控制器和调

节阀，温度传感器测得的温度信息传递给控制器的输入端，当该处的制冷介质温度升高到

设定值时，控制器根据接收到的温度信息与设定的温度值进行比较判断以后向调节阀发出

开启或关闭的命令。

[0025] 冷凝器3内高温高压的气态制冷剂放出热量后变为高温高压的液态制冷剂，经过节流阀2变为低温低压的气态进入蒸发器19，在蒸发器19内吸收热量变为低温低压的气态，

周而复始的循环，利用制冷剂的相变不断的将地下矿井的余热转移到冷凝器3处设置的制

冷介质内。

[0026] 压力罐15的设置为系统提供一个低压的运行环境，起到平衡水量和压力的作用，各点控制均为联锁反应，自动运行，压力波动范围小，安全可靠、节能环保，经济效益好，可

有效避免安全阀的频繁开启和自动补水阀的频繁补水。物质的沸点是随压力增大而升高，

而压力越低，沸点就越低。这样就可以让高压高温流体经过减压，使其沸点降低。当水在大

气压力下被加热时，100℃是该压力下液体水所能允许的最高温度。再加热也不能提高水的

温度，而只能将水转化成蒸汽。水在升温至沸点前的过程中吸收的热叫“显热”，在同样大气

压力下将饱和水转化成蒸汽所需要的热叫“潜热”。压力降低，部分显热释放出来，这部分超

量热就会以潜热的形式被吸收，引起部分水被“闪蒸”成蒸汽。

[0027] 将压力罐15通过抽气装置进行抽气降压处理，冷凝器3内介质达到设定温度值时，进水管4上的温控阀开启冷凝器3内的介质进入压力罐15内。在压力罐15内进水管4的端部

设有喷头9，在压力罐15内通过喷头9喷出而瞬间被雾化，喷头9的设置增大了液体汽化的表

面积，使液体在低压状态下迅速沸腾汽化，并实现两相分离，然后通过压力罐15顶部与大气

连通的风道7顺利将热量带出。

[0028] 当下温度的水进入低压状态的压力罐15内瞬间汽化，以潜热形式被“闪蒸”成蒸汽。部分蒸汽通过压力罐15顶部风道7内的真空循环泵6将蒸汽抽入风道7内被送出以供它

用，部分蒸汽在风道7内冷凝成水经与风道7连接的回水管8流回蓄水池13，回水管8的设置

可将风道7内的蒸汽冷凝水引入蓄水池13，既避免了水分在风道7内滞留，又达到水分循环、

节约能源的效果。

[0029] 所述蓄水池13的一侧通过循环泵14与压力罐15连接，蓄水池13的另一侧与补水装置12连接。当压力罐15一侧的水位计11显示水量不足时，开启循环泵14向压力罐15内补水

确保压力罐15内水位恒定。蓄水池13内水量不足时通过补水装置12补充。

[0030] 所述压力罐15内喷头9的下方设有填料10，填料10的设置利于释放更多的热量。喷头9喷出的水蒸气部分经填料10进入压力罐15的水内，使水温度升高，当水温升高到设定值

时，经出水管16在补水泵17的作用下将压力罐15内的水送入制冷介质内，再度吸收冷凝器3

放出的热量，周而复始。

[0031] 所述压力罐15的下部通过出水管16与制冷介质连接，所述出水管16上设有与温控表连接的补水泵17。所述温控表包括温度传感器和控制器，当温度传感器测得的温度值传

递给控制器的输入端，控制器将接收的温度值与内部的设定值比较、判断，然后向补水泵17

发出开启或关闭的命令。

[0032] 所述喷头9上方的压力罐15内设有挡板20，在喷头9处沸腾汽化后蒸汽经过挡板20时水蒸气顺利通过，水分被留住，可防止在压力罐15负压环境下，真空循环泵6将水抽出压

力罐15。

[0033] 所述喷头9上方的压力罐15上设有压力表5，压力表5的设置可直观显示压力罐15的压力值，利于该装置的压力控制，为装置的正常运行提供可靠的压力保证。

[0034] 本实用新型通过制冷循环将工作端的工作热量传送到压力罐15内，在压力罐15内利用低压闪蒸技术使当下温度和压力下的水迅速沸腾汽化，利用相变潜热将工作环境的热

量带走以供他用，使地下矿井的温度降低。

[0035] 最后应该说明的是：上述实例只是为清楚表述本实用新型而做的举例，并不具备唯一性，亦绝非是对实施方式的限定。对所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础

上还可以做出其他不同形式的变化或变动，在此无法对所有的实施方式进行穷举，而由此

所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本实用新型的保护范围之中。