[发明专利]一种矿用零耗能自降温冷氮发生装置及方法

权利要求书

1.一种矿用零耗能自降温冷氮发生装置，其特征在于：包括与常温氮气供给源连接的涡流管（11），涡流管（11）上设置有排出低温氮气的冷端管（11-4）以及排出高温氮气的热端管（11-5）；

气泡雾化管（27），气泡雾化管（27）一端接收热端管（11-5）排出的高温氮气与常温冷却水源提供的常温冷却水，另一端与气水分离器（29）连接，输出氮气-细水雾两相流到水分离器（29）中；

气水分离器（29）排出高温废水至排水沟（41），排出干燥的近常温氮气至低温氮气-近常温氮气混合室（43）；

低温氮气-近常温氮气混合室（43）接收冷端管（11-4）排出的低温氮气以及水分离器（29）排出的近常温氮气，排出的冷氮经出口接头（45）注入到采空区内。

2.根据权利要求1所述的矿用零耗能自降温冷氮发生装置，其特征在于：所述常温氮气供给源包括制氮机（1），制氮机（1）与氮气缓冲罐（2）连接，氮气缓冲罐（2）的出口设置氮气开关阀（3），并通过常温氮气入口接头（4）与常温氮气输送管（5）连接，所述常温氮气输送管（5）上设置有常温氮气压力表P₁（6）、常温氮气调节阀门（7）、常温氮气温度表T₁（8）、常温氮气质量流量计S₁（9）、常温氮气压力表P₂（10），常温氮气输送管（5）与涡流管（11）的进气流道（11-1）连接。

3.根据权利要求1所述的矿用零耗能自降温冷氮发生装置，其特征在于：所述常温冷却水源包括矿井地面水池（16），矿井地面水池（16）与井下防尘管网（17）连接，井下防尘管网（17）出口处设置冷却水开关阀（18），并通过与冷却水入口接头（19）与冷却水输送管（20）连接，冷却水输送管（20）上设置有冷却水压力表P₄（21）、冷却水调节阀门（22）、冷却水温度表T₄（23）、冷却水流量计S₄（24）以及冷却水压力表P₅（25）。

4.根据权利要求1所述的矿用零耗能自降温冷氮发生装置，其特征在于：所述气泡雾化管（27）包括气泡雾化室（27-3），气泡雾化室（27-3）一端设有气泡雾化管进水口（27-1）和气泡雾化管进气孔（27-2）（位于高温氮气输送管15末端），气泡雾化室（27-3）另一端为气泡雾化喷嘴（27-4），气泡雾化喷嘴（27-4）通过气泡雾化管与气水分离器连接头（28）与气水分离器（29）连接。

5.根据权利要求1所述的矿用零耗能自降温冷氮发生装置，其特征在于：所述气水分离器（29）与低温氮气-近常温氮气混合室（43）之间通过近常温氮气输送管（35）连接，近常温氮气输送管（35）上设置近常温氮气温度表T₅（34）。

6.根据权利要求1所述的矿用零耗能自降温冷氮发生装置，其特征在于：所述冷端管（11-4）与低温氮气-近常温氮气混合室（43）之间的连通管路上设置有冷端出口温度表T₃（31）、冷端出口低温氮气质量流量计S₃（32）以及冷端出口低温氮气压力表P₄（33）。

7.根据权利要求1所述的矿用零耗能自降温冷氮发生装置，其特征在于：所述高温氮气输送管（15）的末端一节内嵌于冷却水外部套管（26）中。

8.一种如权利要求1所述的矿用零耗能自降温冷氮发生装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，

涡流管（11）将常温氮气自动分离为高温氮气和低温氮气两股气流，

在冷却水外部套管（26）中常温冷却水对高温氮气进行间接接触一级冷却处理，气泡雾化管（27）中常温冷却水对高温氮气进行直接接触二级冷却处理并通过气泡雾化喷嘴（27-4）将生成的气水混合物排出；

气水混合物在气水分离器（29）分离得到近常温氮气和高温废水；

近常温氮气与涡流管（11）排出的低温氮气在低温氮气-近常温氮气混合室（43）均匀混合后生成冷氮；

冷氮经出口接头（45）排出后注入到采空区内。