一种兼具净化空气和富氧功能的矿井用降温系统技术方案

本发明专利技术公开了一种兼具净化空气和富氧功能的矿井用降温系统，包括：抽风机，其与矿井工作区连通；高温气体管，其与抽风机连通；废气排气管；气体分离升压装置，其包括多个气体分离升压单元，其气体进口与高温气体管连通，排气口与废气排气管连通；第一干冷器，其与气体分离升压装置的气体出口连通；膨胀机，其与第一干冷器连通；流量调节阀，其与膨胀机连通；低温气体管，其与流量调节阀连通，用于给第一干冷器和气体分离升压装置供冷；空气混合器，其与第一干冷器、流量调节阀和新风进风管连通；以及送风机，其连接于空气混合器和矿井之间。采用本发明专利技术降温系统，能够将矿井内的有害气体分离，富集氧气，消除热害，提高空气质量。提高空气质量。提高空气质量。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具净化空气和富氧功能的矿井用降温系统


[0001]本专利技术涉及矿井安全设备领域，特别涉及一种兼具净化空气和富氧功能的矿井用降温系统。

技术介绍

[0002]随着社会的进步与经济的发展，人们对工作环境的舒适度提出了较高要求，同时很多生产工艺流程对温度和湿度也有相应要求。我国有上百个金属矿井存在深部高温环境问题，尤其是在500～1000m采深的矿井中，高温矿井占比高达63％。此外，深层矿井中的高温空气不仅氧气浓度低(低于20％)，还含有少量有害气体(一氧化碳、二氧化硫等)。在高温低氧环境中作业，正常的水盐代谢被破坏，从而可能引起中暑、昏厥、呕吐等症状，严重时还会导致死亡，可见热害和较差的空气质量严重影响井下人员的工作效率乃至身体健康，已成为制约生产的主要因素。
[0003]现今，矿井降温主流技术主要分为非人工制冷降温和人工制冷降温。非人工制冷即通风冷却，人工制冷降温技术主要采用蒸气压缩制冷。然而对于高温矿井，通风冷却虽然能够增加矿井内氧气，降低有害气体浓度，但当矿井围岩温度达到一定程度时，单一增加风量已经起不到降温作用，也就不能有效的解决高温热害的影响，其次置换通风量过大也会增大泵送能耗。蒸气压缩制冷虽然能够有效降低矿井温度消除热害，但是在其整个运行过程中以矿井内空气循环为主，降低有害气体浓度能力有限，对空气湿度几乎无作用且无法提高含氧量，依旧需要引入新风增加额外的能耗。另外，以氨为制冷剂的蒸气压缩式制冷方式也有氨泄漏爆炸的安全隐患。
[0004]在当前国家提出“碳达峰、碳中和”战略的背景下，高温热害及与之相关的通风、降温能耗成为制约矿井作业绿色低碳发展的又一个主要问题。因此，急需研发一种应兼具净化空气和富氧功能的矿井用降温系统，既能够处理矿井中的高温空气以提升其氧气浓度且去除部分有害气体，同时又可有效消除热害以改善工作环境；最好该系统还能够回收矿井内高温空气蕴含的废热作为驱动系统的能量，尽可能减少高品位的电能或机械能的消耗以实现系统节能降碳运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种兼具净化空气和富氧功能的矿井用降温系统，从而克服现有矿井的通风制冷方式无法同时对矿井内高温空气进行有害气体成分分离、提升氧气浓度和消除热害的缺点，并且充分利用矿井高温空气的废热，减少使用高品位的电能或机械能，起到节能减排的效果。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种兼具净化空气和富氧功能的矿井用降温系统，包括：抽风机，其进风口与矿井工作区连通；高温气体管，其进口与所述抽风机的出风口连通；废气排气管，其出口通过排风机与矿井外部连通；气体分离升压装置，其包括多个串联设置的气体分离升压单元，每个所述气体分离升压单元包括冷腔、热腔和微通道组，所述
冷腔和所述热腔之间通过所述微通道组连通，所述微通道组包括若干个连接相应的所述冷腔和所述热腔的微通道，每个所述微通道的特征尺寸不大于氧气分子平均自由程，所述冷腔内设有冷腔换热器，所述热腔内设有热腔换热器；第一个所述气体分离升压单元的冷腔的冷腔进口与所述高温气体管的出口连通，后一个所述气体分离升压单元的冷腔的冷腔进口与前一个所述气体分离升压单元的热腔的热腔出口连通，最后一个所述气体分离升压单元的热腔的热腔出口与出气管的进口连通；其中，每个所述热腔换热器与所述高温气体管连通，每个所述冷腔上设有排气口，且每个所述冷腔的排气口与所述废气排气管连通；第一干冷器，其干冷通道的进口与所述出气管的出口连通；膨胀机，其进口与所述第一干冷器的干冷通道的出口连通；流量调节阀，其进口与所述膨胀机的出口连通；低温气体管，其进口与所述流量调节阀的第一出口连通，每个所述冷腔换热器与所述低温气体管连通，所述低温气体管的出口与所述第一干冷器的冷流通道的进口连通；空气混合器，其第一进口分别与所述第一干冷器的冷流通道的出口和所述流量调节阀的第二出口连通，所述空气混合器的第二进口通过新风进风管与井外新风连通；以及送风机，其进风口与所述空气混合器的出口连通，所述送风机的出风口与矿井工作区连通。
[0007]优选地，上述技术方案中，所述微通道组为具有选择透过性的多孔膜。
[0008]优选地，上述技术方案中，所述高温气体管包括高温气体进管和高温气体汇集管，所述高温气体进管的进口与所述抽风机的出风口连通；每个所述热腔换热器的进口通过温控流量调节阀与所述高温气体进管连通，每个所述热腔换热器的出口与所述高温气体汇集管连通；所述高温气体进管的出口和所述高温气体汇集管的出口均与第一个所述气体分离升压单元的冷腔的冷腔进口连通。
[0009]优选地，上述技术方案中，所有的所述热腔换热器与所述高温气体进管和所述高温气体汇集管之间采用同程式连接。
[0010]优选地，上述技术方案中，所述低温气体管包括低温气体进管和低温气体汇集管，所述低温气体进管的进口与所述流量调节阀的第一出口连通；每个所述冷腔换热器的进口通过温控流量调节阀与所述低温气体进管连通，每个所述冷腔换热器的出口与所述低温气体汇集管连通；所述低温气体进管的出口和所述低温气体汇集管的出口均与所述第一干冷器的冷流通道的进口连通。
[0011]优选地，上述技术方案中，所有的所述冷腔换热器与所述低温气体进管和所述低温气体汇集管之间采用同程式连接。
[0012]优选地，上述技术方案中，还包括第二干冷器，所述第二干冷器的冷流通道的进口与所述流量调节阀的第一出口连通，所述第二干冷器的冷流通道的出口与所述低温气体管的进口连通；所述第二干冷器的干冷通道的进口与所述第一干冷器的干冷通道的出口连通，所述第二干冷器的干冷通道的出口与所述膨胀机的进口连通。
[0013]优选地，上述技术方案中，所述新风进风管上设有风量调节阀。
[0014]优选地，上述技术方案中，还包括空气过滤器，所述空气过滤器的进口与所述空气混合器的出口连通，所述空气过滤器的出口与所述送风机的进风口连通。
[0015]优选地，上述技术方案中，所述抽风机与矿井工作区连通的进风口设有过滤网。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0017]1.本专利技术的降温系统采用矿井内的废热作为驱动源，直接使用矿井的高温空气加
热热腔，将废热资源回收利用，相比于传统废热利用，该降温系统无需其他载热介质，减少了多步骤的换热损失；同时，降温系统使用部分经过膨胀机制取的低温空气冷却除湿、冷却冷腔，充分利用了系统自身产生的冷源，提高能量使用率；该降温系统无需增设额外冷热源，也不用水系统作为冷热介质，使整个系统更加简明紧凑，从而使其适用于矿井这类空间有限的使用场景；
[0018]2.本专利技术的气体分离升压装置将矿井内的空气进行富氧处理、降温之后送入工作区的同时，还将矿井内的部分有害气体通过废气排气管排至井外；这与传统通风冷却相比，不仅能起到除湿除热害作用，还能减少了矿井新风的引入量，降低了输送能耗，起到了二次节能的作用；
[0019]3.本专利技术的降温系统利用矿井空气作为热腔的加热介质、冷腔的冷却介质、压缩气体制冷的制冷剂，一气多用，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具净化空气和富氧功能的矿井用降温系统，其特征在于，包括：抽风机，其进风口与矿井工作区连通；高温气体管，其进口与所述抽风机的出风口连通；废气排气管，其出口通过排风机与矿井外部连通；气体分离升压装置，其包括多个串联设置的气体分离升压单元，每个所述气体分离升压单元包括冷腔、热腔和微通道组，所述冷腔和所述热腔之间通过所述微通道组连通，所述微通道组包括若干个连接相应的所述冷腔和所述热腔的微通道，每个所述微通道的特征尺寸不大于氧气分子平均自由程，所述冷腔内设有冷腔换热器，所述热腔内设有热腔换热器；第一个所述气体分离升压单元的冷腔的冷腔进口与所述高温气体管的出口连通，后一个所述气体分离升压单元的冷腔的冷腔进口与前一个所述气体分离升压单元的热腔的热腔出口连通，最后一个所述气体分离升压单元的热腔的热腔出口与出气管的进口连通；其中，每个所述热腔换热器与所述高温气体管连通，每个所述冷腔上设有排气口，且每个所述冷腔的排气口与所述废气排气管连通；第一干冷器，其干冷通道的进口与所述出气管的出口连通；膨胀机，其进口与所述第一干冷器的干冷通道的出口连通；流量调节阀，其进口与所述膨胀机的出口连通；低温气体管，其进口与所述流量调节阀的第一出口连通，每个所述冷腔换热器与所述低温气体管连通，所述低温气体管的出口与所述第一干冷器的冷流通道的进口连通；空气混合器，其第一进口分别与所述第一干冷器的冷流通道的出口和所述流量调节阀的第二出口连通，所述空气混合器的第二进口通过新风进风管与井外新风连通；以及送风机，其进风口与所述空气混合器的出口连通，所述送风机的出风口与矿井工作区连通。2.根据权利要求1所述的兼具净化空气和富氧功能的矿井用降温系统，其特征在于，所述微通道组为具有选择透过性的多孔膜。3.根据权利要求1所述的兼具净化空气和富氧功能的矿井用降温系统，其特征在于，所述高温气体管包括高温气体进管和高温气体汇集管，所述高温气体进管的进口与所述抽风机的出风口连通；每个所述热腔换热器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢苇，曾成，覃日帅，苏宣合，柯杰坤，谭丽萍，谢宗翱，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：