Холодильная установка для замораживания горных пород

 

Изобретение относится к холодильным установкам для замораживания горных пород к шахтном строительстве и может быть использовано при проходке стволов. Сущность изобретения: установка включает 4 2 компрессор 1, испаритель 2, конденсатор 3, систему циркуляции хладоносителя 4 с колонками 5, систему охлаждения воды в градирне 6, аккумулятор 7 холода в виде емкости 8, коллектор для подачи хладона с патрубком 9. теплообменник 10 с патрубками 11 и 12, регулирующие вентили 13 и 14 и разделитель 15 пара и жидкости. Теплообменник 10 размещен в емкости 8 и сообщен с градирней 6 с возможностью отбора охлаждающего воздуха, причем в воду аккумулятора 7 холода введен ингибитор и установлен коллектор для подачи хладона, а разделитель 15 жидкости и пара установлен между конденсатором 3 и аккумулятором 7 1 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Е 21 0 1/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 1701

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И4 Г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4795119/03 (22) 26.02.90 (46) 23.07,92, Бюл, М 27 (72) А.В.Фомин (56) Справочник инженера-шахтостроителя. — М,: Недра, 1972, т. 2, с. 359.

Авторское свидетельство СССР

М 781353, кл. Е 21 0 1/14, 1980. (54) ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к холодильным установкам для замораживания горных пород к шахтном строительстве и может быть использовано при проходке стволов. Сущность изобретения: установка включает

Ы2 17494б1 Al компрессор 1, испаритель 2, конденсатор 3, систему циркуляции хладоносителя 4 с колонками 5, систему охлаждения воды в градирне 6, аккумулятор 7 холода в виде емкости 8, коллектор для подачи хладона с патрубком 9, теплообменник 10 с патрубками 11 и 12, регулирующие вентили 13 и 14 и разделитель 15 пара и жидкости. Теплообменник 10 размещен в емкости 8 и сообщен с градирней 6 с возможностью отбора охлаждающего воздуха, причем в воду аккуму; лятора 7 холода введен ингибитор и установлен коллектор для подачи хладонэ, а разделитель 15 жидкости и пара установлен между конденсатором 3 и аккумулятором 7, 1 ил, 1749461

10

25

30 рез компрессор и конденсатор с емкостью для гидратообраэующего хладагента, труб- 35

50

Изобретение относится к холодильным установкам для замораживания горных пород при шахтном строительстве и может быть использовано при проходке стволов способом замораживания, Известна холодильная установка для замораживания горных пород, состоящая из компрессора, конденсатора, испарителя, системы охлаждения в градирне воды, подаваемой в конденсатор, рассольной системы для замораживания пород и аккумулятора холода.

Недостатками указанной системы являются сравнительно высокие потери в цикле, определяемьге высокой разностью температур между испарителем-и конденсатором и зависящие от температуры охлаждающей воды, особенно в летнее время, а также высокий расход воды.

Известна конструкция аккумулятора холода, содержащая емкость для воды, расположенный в ней коллектор с выводными патрубками, соединенный с емкостью для гидрообраэующего агента. трубопроводом с соленоидным и регулирующим вентилями, воздушный теплообменник, причем аккумулятор с целью увеличения скорости накопления естественного холода снабжен насосом; компрессором и конденсатором; воздушный трубчатый теплообменник расположен над емкостью для воды и содержит кожух и верхний горизонтальный коллектор, сообщенный одним трубопроводом чеки установлены вертикально и верхние их концы размещены в коллекторе, а нижние— в емкоСти для воды.

Недостатком такой конструкции аккумулятора холода является наличие собственного компрессора, обеспечивающего циркуляцию хладона и формирование газовых гидратов. Вместе с тем применение raэовых гидратов выгодно, поскольку можно изменять температуоу гидратообразования путем изменения давления хладагента и аккумулировать холод из воздуха при температуре 15-17 С и отдавать его потребителям при 0-4 С, а используя понижение равновесной температуры формирования и таяния газовых гидратов на основе добавления в.воду ингибиторов, таких как, например, метиловый и этиловый спирт, хлористый кальций и т.п., — при температуре (8) — (2)ос, Известна конструкция холодильной установки для замораживания горных пород, включающая компрессор, испаритель, конденсатор, систему хладоносителя с эаморзживающими колонками для проходимой выработки, систему охлаждения воды в градирне и аккумулятор холода, соединенный через трубопроводы с замораживающими колонками проходимой выработки и с конденсатором.

Недостатком известной конструкции холодильной установки для замораживания горных пород является ее низкая эффективность, обусловленная расходом воды и незначительной степенью использования ресурсов холода атмосферного воздуха.

Целью изобретения является снижение энергозатрат при эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что холодильная установка для замораживания горных пород, включающая систему циркуляции хладоносителя в породе. коллектор для подачи хладона, конденсатор, градирню и аккумулятор холода в виде емкости с водой, снабжена разделителем пара и жидкости хладона и теплообменником, размещенным э емкости аккумулятора холода и сообщенным с градирней с возможностью отбора иэ нее охлаждаемого воздуха, при этом в воду аккумулятора холода введен ингибитор и установлен коллектор для подачи хладона, а разделитель жидкости и пара установлен между конденсатором и аккумулятором холода, Запасы холода формируются в виде суспензии газового гидрата, образуемого во-. дой с растворенным в ней ингибитором и хладоном. забираемым по трубопроводу из разделителя жидкости и пара. находящегося после конденсатора. Этот запас холода используется для охлаждения хладона в конденсаторе, а также для поддержания льдопородного ограждения выработки в конце процесса проходки.

На чертеже представлена принципиальная схема холодильной установки для замораживания горных пород.

Холодильная установка для замораживания горных пород содержит компрессор

5 1, испаритель 2, конденсатор 3, систему циркуляции хладоносителя 4 с замораживающими колонками 5 для проходимой выработки, систему охлаждения воды в градирне

6, аккумулятор 7 холода, выполненный в виде герметичной емкости 8.для воды с размещенным в ней коллектором для под. ачи хладона с выводным патрубком 9, теплообменника 10 с выводными патрубками

11 для воды, циркулирующей в системе

5 охлаждения конденсатора, и выводными патрубками 12 для хладоносителя, циркулирующего в системе 4, причем подача хлвдоносителя в аккумулятор 7 холода регулируется при помощи вентилей 13 и 14.

Теплообменник 10 охлаждается влажным

1 719461

10 на эффективность работы всей системы в целом. Накопленный запас холода можно расходовать на формирование и поддержание льдопородного ограждения при отклю15 чении холодильной машины и снижения

20 венно повысить хладоемкость аккумулятора холода, поскольку известно, что теплота плавления гидратов в 1,3-1,8 раз выше теплоты плавления льда.

25 Кроме того, можно в 1,5-2 раза снизить

35

55 воздухом, забираемым с выхода градирни, Патрубок 9 соединен трубопроводом с разделителем 15 пара и жидкости хладона.

Холодильная установка работает следующим образом.

При включении холодильной установки для замораживания породного массива, находящегося в невозмущенном состоянии и имеющего положительную температуру, хладоноситель на выходе из замораживающих колонок 5 имеет относительно высокую температуру. При охлаждении в испарителе

2 его теплота забирается хладоном и в результате совершени оаботы парокомпрессионного цикла отдается при более высокой температуре. воде в конденсаторе 3, Вода, нагретая в конденсаторе, охлаждается в теплообменнике градирни 6 и теплообменнике 10 аккумулятора 7 холода и подается на вход конденсатора 3, Охлаждение воды в теплообменнике градирни 6 осуществляется водой, подаваемой от внешнего источника водоснабжения и охлаждаемой за счет испарения в потоке воздуха, забираемого из атмосферы. B этом процессе охлаждается также и воздух, забираемый из атмосферы, а охлажденный влажный воздух забирается с выхода градирни и подается на охлаждение теплообменника 10 аккумулятора 7 холода, В результате охлаждения ниже температуры гидратообраэования вода с введенным в нее ингибитором, находящаяся в герметичной емкости 8 аккумулятора холода, вступает в реакцию гидратообраэования с хладоном, подаваемым по коллектору через патрубок 9, иэ разделителя 15 пара и жидкости хладона, размещенного между конденсатором 3 аккумулятором холода 7, в результате чего в аккумуляторе 7 холода формируется запас 4 холода в виде суспензии газового гидрата хладоносителя.

При повышении температуры и/или влажности атмосферного воздуха или тепловой нагрузки на конденсатор 3 в результате промерзания некоторого слоя породы вокруг замораживающих колонок температура воды в градирне повышается, При подаче воды в аккумулятор 7 холода после частичного охлаждения в теплообменнике градирни 6 она охлаждается в теплообменнике 10 за счет теплоты, поглощаемой при разложении газового гидрата, при этом температура разложения газового гидрата не поднимается выше 15-17 С, что благопри ятно сказывается на эффективности работы холодильной машины.

При завершении процесса формирования льдопородного ограждения потрЕбность в холодильной мощности, необходимой для его поддержания, значительно снижается, При этом при помощи вентилей

13 и 14 можно отводить часть хладоносителя в теплообменник 10 и формировать запасы холода в те периоды суток, когда тарифная цена электроэнергии минимальна, т,е, нОчьЮ.

Необходимо отметить, что и температура атмосферного воздуха в ночное время также снижается, что положительно влияет давления пара хладона в аккумуляторе 7 холода.

Использование в качестве холодоаккумулирующей среды воды с введенным в нее ингибитором и хладона позволяет сущестнеобходимую мощность градирни и расход воды от внешнего источника водоснабжения, поскольку в предлагаемой конструкции полезно используется не только холод, полученный водой в градирне в результате ее испарения в потоке атмосферного воздуха, Но и холод, полученный атмосферным воздухом в результате этого же процесса.

Стабилизация температуры в конденсаторе на уровне 15 — 17"С независимо от температуры и влажности атмосферного воздуха благоприятно сказывается на эффективности работы холодильной установки, что позволяет сократить расход электроэнергии в теплое время года на 1723 %, а также в конце процесса формирования льдопородного ограждения, когда для обеспечения смыкания льдопородных цилиндров, формируемых смежными замораживающими колонками, необходимо существенно понижать температуру в испарителе, Введение ингибитора в воду, используемую в аккумуляторе холода, позволяет позинить температуру плавления гидрата ниже температуры таяния воды в замораживаемом породном массиве и использовать накопленный в аккумуляторе холода запас газовых гидратов для поддержания льдопородного ограждения при выключенном компрессоре.

Формула изобретения

Холодильная установка для замораживания горных пород, включающая систему циркуляции хладоносителя в породе, кол1749461

Составитель Л, Черепенкина

Техред М,Моргентал Корректор Т. Палий

Редактор А. Мотыль

Заказ 2575 Тираж ...Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 лектор для подачи хладона, конденсатор, градирню и аккумулятор холода в виде емкости с водой, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергозатрат при эксплуатации, она снабжена разделителем пара и жидкости хладона и теплообменником, размещенным в емкости аккумулятора холода и сообщенным с градирней с воэможностью отбора из нее охлаждаемого воздуха, при этом в воду аккумулятора холода введен ингибитор и установлен коллектор для подачи

5 хладона, а разделитель жидкости и пара установлен между конденсатором и аккумулятором холода.