[发明专利]矿用高压模块化井下集中制冷装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿用高压模块化井下集中制冷装置，同时还涉及一种井下集中制冷系统。

背景技术

近年来，随着矿井开采深度的增加，我国矿井高温热害问题日益突出，高温矿井数量也越来越多。据统计，我国目前已有130多对矿井存在不同程度的高温热害现象，其中80多对矿井采取了机械制冷降温措施。目前应用于实践的各种矿井降温系统按照输冷介质的不同可分为制冰降温、制冷水降温和制冷风降温。但不论是何种输冷介质，最终均转化为冷风降低井下采掘工作面空气温度；按照制冷装置的布置特点可分为井上集中式、井下集中式、井下分散式（局部）、井上和井下联合式。不论何种形式，都是由制冷、输冷、散冷及排热四大系统组成。

目前，国外矿井降温主要采用制冰和制冷水模式，以集中式制冷降温系统为主。比如，德国主要采用大制冷量的集中式机械制冷水降温系统；南非主要采用冰冷低温辐射矿井降温系统。我国随着矿井开采深度的逐渐增大，矿井降温所需冷负荷也不断增加，地面集中制冷（冷量损失较大）和井下局部制冷（制冷量不足）已不能满足全矿井热害治理的需求，而是逐渐倾向于采用井下集中式机械制冷水降温系统，减少系统的冷量损失，采用高承压冷凝器代替高低压换热器承载深井水的静压力，从而减少初期投资，提高冷量利用效率，降低运行费用。这种降温模式在我国华东地区一些没有余热（瓦斯发电余热）可以利用、单纯利用电制冷的深部开采矿区尤为适用。

在井下集中式机械制冷水矿井降温系统中，集中制冷装置是整个系统的关键。目前国内对矿井制冷设备的研发也是处于刚刚起步阶段。专利（200710025002.6）公开了一种深部开采矿井降温装置，包括地面机组和井下机组，其主要制冷设备（制冷机组）位于地面，冷量在往井下输送的过程中会有大量的损失。专利（201020548178.7）公开了一种应用于煤矿井下的可移动式制冷降温装置，但其冷凝热的排放位于井下，因此制冷量受到限制，偏小。专利201120032780.X和201120032790.3则公开了一种考虑了冷凝器承受高压的矿井制冷机组，但并没有涉及到各结构及整个装置的模块化设计，对整个机组在矿井下的适用性没有考虑。2008年第1套国外进口的井下集中制冷、地面集中排热的矿用集中式制冷水降温系统在山东赵楼煤矿投入使用，至2011年底增加至12套。但遗憾的是，这12套矿井集中制冷降温系统所使用的井下集中制冷装置全部为国外进口，国内没有同类型的井下集中制冷装置，从这一点来说，研制国内井下集中制冷降温装置（本发明）并应用于矿井降温实践中去，具有特别重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种矿用高压模块化井下集中制冷装置，能够满足我国高温深井矿井降温面临的高承压、大换热量以及小体积问题，适应我国高温深井井下集中制冷降温的需要，打破国外技术垄断；本发明的目的之二是提供一种矿用高压模块化井下集中制冷系统。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

本发明的矿用高压模块化井下集中制冷装置，包括制冷压缩模块、高压冷凝模块、节流膨胀模块、蒸发冷却模块和控制系统模块；

所述制冷压缩模块的一端与高压冷凝模块相连，一端与蒸发冷却模块相连，用于制备高压高温制冷剂蒸汽，并输出至高压冷凝模块；

所述高压冷凝模块的一端与制冷压缩模块相连，一端与节流膨胀模块相连，用于将制冷压缩模块输出的高压高温制冷剂蒸汽制备成高压常温液态制冷剂，并输出至节流膨胀模块；所述高压冷凝模块由高承压管壳式换热器组成，采用水冷模式；

所述节流膨胀模块的一端与高压冷凝模块相连，一端与蒸发冷却模块相连，用于使高压常温的液态制冷剂膨胀变为低温常压的气态制冷剂，并输出至蒸发冷却模块；

所述蒸发冷却模块的一端与制冷压缩模块相连，一端与节流膨胀模块相连，用于将气态制冷剂进行蒸发冷却，处理后输出至制冷压缩模块；

所述控制系统模块采用PLC对上述各模块进行控制，并通过温度、压力传感器实现对上述各模块的监控和参数显示。

所述制冷压缩模块包括软启动器、防爆电动机和螺杆式压缩机，所述防爆电动机与螺杆式压缩机相连，为压缩机的运行提供动力，所述软启动器与防爆电动机相连，使防爆电动机实现软启动；