[发明专利]超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置及制冷方法

权利要求书

1.一种超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，包括设置在深井下的空冷器(1)，其特征在于：还包括设置在地面的二氧化碳循环机组(2)、设置在深井下的井下减压机构(3)；

所述二氧化碳循环机组(2)包括压缩机组(2-1)和井上减压机构(2-2)；所述井上减压机构(2-2)的出口端通过输冷管道(5)与井下减压机构(3)的进口端相连接，井下减压机构(3)的出口端连接至空冷器(1)的冷源入口，空冷器(1)的冷源出口通过回冷管道(6)连接至压缩机组(2-1)；所述空冷器(1)的热源进口连接井下的高温湿热风道(7)，空冷器(1)的热源出口通过低温干冷风道(8)连接至井下各作业面，所述空冷器(1)的底部设置有冷凝排水口，冷凝排水口与冷凝水罐相连接；所述压缩机组(2-1)的出口端与井上减压机构(2-2)的进口端之间还设置有冷却器(4)，所述冷却器(4)采用常温水作为冷却介质。

2.根据权利要求1所述的一种超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，其特征在于：所述二氧化碳循环机组(2)还包括储油器(2-3)、气液分离机构(2-4)和油分离机构(2-5)，所述气液分离机构(2-4)和油分离机构(2-5)均通过回油管与储油器(2-3)相连接；所述储油器(13)与压缩机组(11)之间的供油管路上设置有油泵(24)。

3.根据权利要求1所述的一种超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，其特征在于：所述冷却器(4)为板式换热器，所述空冷器(1)为列管式换热器或盘管式换热器。

4.一种使用如权利要求1～权利要求3所述超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置的制冷方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、3MPa/20℃的气态二氧化碳经二氧化碳循环机组压缩，变成12MPa/150℃的高温高压气态二氧化碳，然后经降温，得到12MPa/30℃～35℃的中温高压液态二氧化碳；

S2、12MPa/30℃～35℃的中温高压液态二氧化碳进入井上减压机构进行一次减压，成为3.6MPa/0℃的低温低压液态，通过输冷管道送入井下；

S3、3.6MPa/0℃的低温低压液态二氧化碳随着井下深度的增加不断加压、升温，到达1000m深井后，二氧化碳状态变化为13.6MPa/30℃～35℃的高压中温液态；13.6MPa/30℃～35℃的高压中温液态二氧化碳送入井下减压机构间二次减压，变化为4.5MPa/5℃～10℃的低温低压液态；

S4、4.5MPa/5℃～10℃的低温低压液态二氧化碳进入空冷器中，与温度35℃～40℃、湿度99.5％的井下湿热风进行热交换；井下湿热风降温至15℃±2℃，作为空调风送至井下各个工作面，同时，二氧化碳吸热、变化为4MPa/20℃的常温低压气态二氧化碳；

S5、4MPa/20℃的常温低压气态二氧化碳经回冷管道输送回地面，逐步变化为3MPa/20℃的气态二氧化碳，送入二氧化碳循环机组(2)，重复进行压缩循环。

5.根据权利要求4所述的一种制冷方法，其特征在于：所述步骤S1中，冷却器的冷却介质为常温水；常温水与进入冷却器中，与12MPa/150℃的高温高压气态二氧化碳进行热交换，常温水升至80℃±5℃，二氧化碳降温并液化，成为12MPa/30℃～35℃的中温高压液态二氧化碳。

6.根据权利要求4所述的一种制冷方法，其特征在于：所述步骤S4中，温度35℃～40℃、湿度99.5％的井下湿热风降温同时生成冷凝水，冷凝水经冷凝排水口排出空冷器，进入冷凝水储罐储存。