矿井井下井上联合制冷系统的制作方法

1.本实用新型涉及矿井制冷技术领域，尤其涉及一种矿井井下井上联合制冷系统。


背景技术：

2.随着矿井开采深度的增加，岩石温度升高，通风排水难度增加，高温问题成为深井开采的一个重大难点。通风降温是井下降温的最普遍也最经济的方式，在井下温度不太高的时候，增大通风量可以显著降低井下温度，然而研究表明，随着围岩温度的不断提高，增大通风量的降温效果将会大大下降甚至不起效果。一般来说，当围岩温度达到35℃时，必须考虑采取人工制冷降温的方式。
3.按供冷能力和方式的不同，矿井空调系统分为集中式和分散式。集中式：用一台或多台制冷机向多个采掘工作面供冷，或即使向1个采掘面供冷，但供冷能力在2mw以上者，均称为集中式空调系统。分散式：用小型制冷机分散地向采掘工作面供冷者，称为分散式空调系统。其中，集中式制冷系统为首选供冷方式，根据制冷机的位置又可将集中式制冷系统分为井下集中式制冷系统、井上集中式制冷系统和井上井下联合制冷系统。但现有技术的制冷系统还存在制冷效率低和经济效益低，不符合节能减排的要求等问题。
4.有鉴于此，有必要设计一种改进的矿井井下井上联合制冷系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种矿井井下井上联合制冷系统。通过井上制冷单元和井下制冷单元的联合制冷，以及井上制冷单元、换热单元、井下制冷单元和输冷降温单元的连接关系的合理设计，显著提高制冷效率，降低制冷功率和能耗。
6.为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种矿井井下井上联合制冷系统，包括井上制冷单元、换热单元、井下制冷单元和输冷降温单元；所述井上制冷单元及所述井下制冷单元分别与所述换热单元形成循环通路，所述井下制冷单元的冷端输出端与所述输冷降温单元连接，用于将产生的制冷介质输送至所述输冷降温单元，以为矿井各个工作面降温，所述输冷降温单元的热端输出端与所述换热单元连接，形成循环通路。
7.作为本实用新型的进一步改进，所述换热单元包括第一高低压换热器和第二高低压换热器，实现两级制冷的效果。
8.作为本实用新型的进一步改进，所述第一高低压换热器和第二高低压换热器均分别包括热端输入口和热端输出口以及冷端输入口和冷端输出口；所述第一高低压换热器的冷端输入口与所述井上制冷单元连接，冷端输出口与所述井下制冷单元连接，热端输入口与所述输冷降温单元连接，热端输出口与所述第二高低压换热器的冷端输入口连接；所述第二高低压换热器的冷端输出口与所述井上制冷单元连接，热端输入口和热端输出口均与所述井下制冷单元连接。
9.作为本实用新型的进一步改进，所述井上制冷单元包括井上制冷机和冷却塔，所述冷却塔的热端输入端和冷端输出端分别与所述井上制冷机的热端输出端和冷端输入端
连接，用于向所述井上制冷机提供冷源；所述井上制冷机的冷端输出端与所述换热单元连接，用于将井上输送的一次冷冻水输送至所述换热单元。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述井上制冷单元还包括与所述井上制冷机连接的蒸发预冷器，所述蒸发预冷器还与所述换热单元的热端输出端连接，用于循环利用换热后的冷源以及冬季的自然冷源。
11.作为本实用新型的进一步改进，所述井上制冷机与所述换热单元之间的冷水管道之间设有水轮机，用于实现冷却水重力势能的部分回收以弥补潜水泵的部分功率。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述井下输冷降温单元包括空冷器，所述空冷器的个数为3～10个。
13.作为本实用新型的进一步改进，所述矿井井下井上联合制冷系统还包括井下水处理单元，用于将井下热水输送至所述井上制冷单元。
14.作为本实用新型的进一步改进，所述井下水处理单元包括井下水仓、沉淀池、泥沙分离装置和潜水泵，所述井下水仓用于存储井下热水，并通过沉淀池和泥沙分离装置净化分离后，由潜水泵输送至所述井上制冷单元。
15.作为本实用新型的进一步改进，所述潜水泵和所述井上制冷单元之间还设有热水水仓，用于存储净化分离后的井下热水。
16.本实用新型的有益效果是：
17.1、本实用新型提供的矿井井下井上联合制冷系统，通过井上制冷单元和井下制冷单元的联合制冷，以及井上制冷单元、换热单元、井下制冷单元和输冷降温单元的连接关系的合理设计，显著提高制冷效率，降低制冷功率和能耗。特别地，通过设置两个高低压换热器，实现两级制冷的效果。一方面可以提高一次冷冻水的温度，减少冷损失；另一方面井下制冷机的冷凝热由一次冷冻水带走，在地面上装设蒸发预冷器可以利用冬季的自然冷源，减少冬季井上制冷机的功率。
18.2、本实用新型提供的矿井井下井上联合制冷系统，还设有井下水处理单元，用于将井下热水输送至井上制冷单元，实现对井下热水的循环利用。如此设置，将井下热水和井上空气同时作为冷源进行制冰，制冰效率高，融冰所需热量能够循环利用，从而既能实现井下热水的二次回收利用，又能显著节约能耗。
附图说明
19.图1为本实用新型矿井井下井上联合制冷系统的结构示意图。
20.附图标记
21.10-井上制冷单元；11-井上制冷机；12-蒸发预冷器；13-冷却塔；20-换热单元；21-第一高低压换热器；22-第二高低压换热器；30-井下制冷单元；40-输冷降温单元；50-井下水处理单元；51-井下水仓；52-沉淀池；53-泥沙分离装置；54-潜水泵；55-热水水仓。
具体实施方式
22.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本实用新型进行详细描述。
23.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在具体实
施例中仅仅示出了与本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
24.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
25.请参阅图1所示，本实用新型提供的矿井井下井上联合制冷系统，包括井上制冷单元10、换热单元20、井下制冷单元30和输冷降温单元40。所述井上制冷单元10及所述井下制冷单元30分别与所述换热单元20形成循环通路，所述井下制冷单元30的冷端输出端与所述输冷降温单元40连接，用于将产生的制冷介质输送至所述输冷降温单元40，以为矿井各个工作面降温，所述输冷降温单元40的热端输出端与所述换热单元20连接，形成循环通路。如此设置，过井上制冷单元10和井下制冷单元30的联合制冷，以及井上制冷单元10、换热单元20、井下制冷单元30和输冷降温单元40的连接关系的合理设计，显著提高制冷效率，降低制冷功率和能耗。
26.具体地，所述井上制冷单元10包括井上制冷机11和冷却塔13，所述冷却塔13的热端输入端(37℃)和冷端输出端(32℃)分别与所述井上制冷机11的热端输出端(37℃)和冷端输入端(32℃)连接，用于向所述井上制冷机11提供冷源；所述井上制冷机11的冷端输出端与所述换热单元20连接，用于将井上输送的一次冷冻水输送至所述换热单元20。
27.所述井上制冷单元10还包括与所述井上制冷机11连接的蒸发预冷器12，所述蒸发预冷器12还与所述换热单元20的热端输出端连接，用于循环利用换热后的冷源以及冬季的自然冷源，减少冬季井上制冷机11的功率。
28.特别地，所述井上制冷机11与所述换热单元20之间的冷水管道之间设有水轮机，用于实现冷却水重力势能的部分回收以弥补潜水泵的部分功率。冷却水到达井下之后则通过特制水箱实现冷却水的缓冲，将高压冷却水转变为低压冷却水。
29.所述换热单元20包括第一高低压换热器21和第二高低压换热器22，实现两级制冷的效果。所述第一高低压换热器21和第二高低压换热器22均分别包括热端输入口和热端输出口以及冷端输入口和冷端输出口。
30.所述第一高低压换热器21的冷端输入口与所述井上制冷单元10连接(具体与井上制冷机11连接)，冷端输出口与所述井下制冷单元30连接，热端输入口与所述输冷降温单元40连接，热端输出口与所述第二高低压换热器22的冷端输入口连接；所述第二高低压换热器22的冷端输出口与所述井上制冷单元10连接(具体与蒸发预冷器12连接)，热端输入口和热端输出口均与所述井下制冷单元30连接。
31.例如，在一些实施方式中，所述第一高低压换热器21的热端输入口、热端输出口、冷端输入口和冷端输出口的温度分别为12℃、10℃、7.2℃和10℃；第二高低压换热器22的热端输入口、热端输出口、冷端输入口和冷端输出口的温度分别为37℃、32℃、10℃和30℃。
32.所述井下输冷降温单元40包括井下空冷器，所述井下空冷器的个数为3～10个。所述井下空冷器用于将冷水传递至矿井的各个工作面进行降温。
33.在一些实施方式中，所述矿井井下井上联合制冷系统还包括井下水处理单元50，用于将井下热水输送至所述井上制冷单元10。如此设置，能够通过井下设置的排水管道将
井下热水输送至井上，并通过与井上制冷单元10的热交换，实现对井下热水及其热量的回收利用。
34.具体地，所述井下水处理单元50包括井下水仓51、沉淀池52、泥沙分离装置53和潜水泵54，所述井下水仓51用于存储井下热水，并通过沉淀池52和泥沙分离装置53净化分离后，由潜水泵54输送至所述井上制冷单元10(具体与冷却塔13连接)。如此设置，能够对井下热水进行存储利用，还能将其在井下净化分离后再输送至井上，减小沉淀等杂质对输送造成的阻力，降低输送能耗。
35.所述潜水泵54和所述井上制冷单元10之间还设有热水水仓55，用于存储净化分离后的井下热水，从而对其进行分批热交换利用。热水水仓55优选与冷却塔14的热端输入端连接，从而将深井水进行二次利用。
36.本实用新型提供的矿井井下井上联合制冷系统的工作原理为：井上、井下分别放置制冷机组，井上输送的一次冷冻水通过第一高低压换热器21对二次冷冻水回水先进行预冷，之后再通过第二高低压换热器22冷却井下制冷机的冷却水回水，这样便起到了两级制冷的效果。一方面可以提高一次冷冻水的温度，减少冷损失；另一方面井下制冷机的冷凝热由一次冷冻水带走，在地面上装设蒸发预冷器12可以利用冬季的自然冷源，减少冬季井上制冷机的功率。
37.综上所述，本实用新型提供的矿井井下井上联合制冷系统，通过井上制冷单元10和井下制冷单元30的联合制冷，以及井上制冷单元10、换热单元20、井下制冷单元30和输冷降温单元40的连接关系的合理设计，显著提高制冷效率，降低制冷功率和能耗。特别地，通过设置两个高低压换热器21、22，实现两级制冷的效果。通过井下水处理单元50将井下热水输送至井上制冷单元10，实现对井下热水的循环利用。
38.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精神和范围。