一种矿用空气冷却设备及冷却方法技术

本发明专利技术公开了一种矿用空气冷却设备及冷却方法，将要处理的矿井风流先与U型热管管束换热器的蒸发段进行热湿交换，完成了第一次冷却减湿的空气处理过程，然后再与表面式空冷器进行热湿交换，完成了第二次冷却减湿的空气处理过程。其中矿用空气冷却设备由箱体、U型热管管束换热器、表面式空冷器、喷淋系统、挡水板及防爆风机组成。设置于箱体内的隔板将U型热管管束换热器分隔成上下两部分，上部空间设置U型热管管束换热器的蒸发段，下部空间设置U型热管管束换热器的冷凝段，U型热管管束换热器的蒸发段和冷凝段由通过隔板的U型热管管束换热器的连接段相连。该设备利用U型热管管束换热器和表面式空调器组合降温除湿，可实现大温差、大湿差及大焓差处理矿井风流，并具有能耗低的优点，可以被广泛应用在矿井降温系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用空气冷却设备及冷却方法
本专利技术涉及矿井降温技术，特别是一种适用于采掘工作面热害环境中降温用的矿用空气处理技术和设备。
技术介绍
由于长期开采，浅部资源日渐枯竭，很多矿井开采不得不向深部发展，由于采掘深度的增加和其它热湿源的放热放湿作用，高温高湿已成为制约深井安全生产的突出问题。矿井机械制冷降温技术已应用于越来越多的矿井中。矿用空气冷却设备是矿井机械制冷降温系统中的关键部件，它的降温效果和效率直接影响矿井降温系统的技术性和经济性。现用的矿用空气冷却设备，主要分为两大类：直接接触式空冷器和表面式空冷器。直接接触式空冷器中借助于空气和来自制冷机组的冷冻水直接接触使空气冷却，直接接触式空冷器设备庞大，受井下有限空间的影响，制冷能力有限。在表面式空冷器中，空气经管壁与管内的来自制冷机组的冷冻水进行换热，以使空气冷却。受井下空间有限的限制，空冷器的换热面积有限，因此矿用表面式空冷器的供冷能力有限。以上两类设备的冷冻水都来自于低温制冷机组，矿井降温系统的能耗很大。因此，现有的矿井空气处理技术存在制冷能力有限及能耗大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种矿用空气冷却设备及冷却方法，该设备利用U型热管管束换热器和表面式空调器组合降温除湿，可实现大温差、大湿差及大焓差处理矿井风流，并具有能耗低、制冷能力大的优点，可以被广泛应用在矿井降温系统中。本专利技术的技术方案是，一种矿用空气冷却设备，其特征在于：包括箱体、U型热管管束换热器、表面式空冷器、喷淋系统、挡水板及风机，设置于箱体内的隔板将U型热管管束换热器分隔成上下两部分，上部空间设置U型热管管束换热器的蒸发段，下部空间设置U型热管管束换热器的冷凝段，U型热管管束换热器的蒸发段和冷凝段通过隔板的U型热管管束换热器连通段相连；所述箱体上设有进风口及出风口。所述U型热管管束换热器由若干根单根U型热管组成，每个单根U型热管内壁紧贴吸液芯，U型热管内部先抽真空，再注入制冷剂；每个单根U型热管都由蒸发段、连通段和冷凝段组成。以矿井空气运动方向，表面式空冷器位于U型热管管束换热器后方，表面式空冷器后面设置挡水板，挡水板后面设置防爆风机；表面式空冷器内的介质是来自制冷机组的低温冷冻水，供水水温为5～9℃。所述U型热管管束换热器及表面式空冷器为光管式换热器，U型热管管束换热器的蒸发段和表面式空冷器下方分别设有滴水盘，滴水盘内均设有排水孔，可接排水管。所述喷淋系统由进水管、水泵、立管、排管、喷嘴、水池、滤水器、排水管、溢水管组成，水池位于U型热管管束换热器的底部，水池内设有进水管、溢水管、滤水器、排水管，所述喷嘴为尼龙离心喷嘴。所述挡水板为波纹型挡水板。所述的风机和水泵为防爆风机和防爆水泵。所述箱体底部设有用于带动箱体移动的万向轮。所述箱体上设有表面式空冷器冷冻水进水口和出水口。在矿井热害不严重的矿井中，本专利技术提出的矿用空气冷却设备还可以停用表面式空冷器，其它组成部分均不变。冷却方法为：要处理的矿井空气先与U型热管管束换热器的蒸发段进行热湿交换，完成了第一次冷却减湿的空气处理过程，然后再与表面式空冷器进行热湿交换，完成了第二次冷却减湿的空气处理过程。U型热管冷凝段的热量通过喷淋矿井地下水带走。两次冷却减湿的空气处理过程的综合作用可大大提高矿用空气冷却设备的制冷能力。U型热管管束换热器利用自身内部工质循环，不需要消耗任何能源，能承担矿井降温的一部分冷负荷，从而节约了矿井降温系统的能耗。上述矿用空气冷却设备中，要处理的矿井空气依次经进风口→U型热管管束换热器的蒸发段→表面式空冷器→挡水板→防爆风机→出风口。上述的矿用空气冷却设备，U型热管冷凝段所用的矿井地下喷淋水依次经进水管→防爆水泵→立管→排管→喷嘴→水池→排水管本专利技术方法及设备具有以下优点：1)本专利技术中的热管利用自身内部工质循环，不需要消耗任何能源，能承担一部分的冷负荷，从而提高矿用空气冷却设备的能效比，节约了矿井降温系统的能耗，因此具有能耗低的优点。2)本专利技术的矿井空气经U型热管管束换热器蒸发段进行第一次冷却减湿，再通过表面式冷却器进行第二次冷却减湿，两次冷却减湿的综合作用能实现大温差、大湿差及大焓差的空气处理过程，因此具有制冷能力大的优点。3)本专利技术用于热害不严重的矿井中，可让表面式空冷器不工作，即不开启制冷机组，不产生冷冻水，仅靠热管中的蒸发段即可满足制冷量，实现了最大程度的节能。附图说明图1是本专利技术矿井空气冷却设备结构示意图。图2是本专利技术单根U型热管组成部分及工作原理图。图3是依照本专利技术矿井空气冷却方法的原理图。图4是依照本专利技术矿井空气处理过程的焓湿图。附图标记说明:1—箱体；2—隔板；3—U型热管管束换热器；4—U型热管管束换热器的蒸发段；5—U型热管管束换热器的冷凝段；6—U型热管管束换热器的连通段；7—表面式空冷器；8-矿井地下水的进水管；9—水泵；10—立管；11—排管；12—喷嘴；13—水池；14—滤水器；15—排水管；16—溢水管；17—挡水板；18—风机；19—万向轮；20—进风口；21—出风口；22—表面式空冷器冷冻水进水管；23—表面式空冷器冷冻水回水管；24—U型热管管束换热器的蒸发段的滴水盘；25—表面式空冷器的滴水盘。3-1—单根U型热管；3-2—单根U型热管的蒸发段；3-3—单根U型热管的冷凝段；3-4—单根U型热管的连通段；3-5—吸液芯。具体实施方式下面结合附图对依照本专利技术矿井空气冷却设备作进一步详细说明。本专利技术是利用U型热管技术和表面式空冷器相结合的方式对矿井空气进行降温除湿的方法及设备。如图1所示，本专利技术提供的矿用空气冷却设备,包括箱体(1)、U型热管管束换热器(3)、表面式空冷器(7)、喷淋系统、挡水板(17)、水泵(9)和风机(18)，设置于箱体内的隔板(2)将U型热管管束换热器(3)分隔成上下两部分，上部空间设置U型热管管束换热器的蒸发段(4)，下部空间设置U型热管管束换热器的冷凝段(5)，U型热管管束换热器的蒸发段(4)和冷凝段(5)通过隔板的U型热管管束换热器连通段(6)相连；所述箱体(1)上设有进风口(20)及出风口(21),箱体(1)上设有表面式空冷器冷冻水进水口(22)和出水口(23)。U型热管管束换热器由15个单根U型热管组合而成。U型热管管束换热器(3)及表面式空冷器(7)为光管式换热器，U型热管管束换热器的蒸发段(4)和表面式空冷器(7)下方分别设有滴水盘(24和25)，滴水盘(24和25)内均设有排水孔，可接排水管(15)。以空气运动方向，表面式空冷器(7)位于U型热管管束换热器(3)后面，表面式空冷器(7)后面设置挡水板(17)，挡水板(17)后面设置防爆风机(18)。喷淋系统的水池(13)位于U型热管管束换热器(3)的底部，水池(13)内设有进水管(8)、溢水管(16)、滤水器(14)、排水管(15)等。矿井地下喷淋水通过进水管(8)，经防爆水泵(18)通过立管(10)和排管(11)到达U型热管管束换热器的冷凝段(5)上部的喷嘴(12)进行喷淋，喷嘴可采用Y-1型尼龙离心喷嘴。喷淋后的热水落入水池(13)，水池中的溢水管(16)能实现自动溢水的功能。水池中的水经滤水器(14)排污后通过排水管(15)排走。本专利技术中所用U型热管管束换热器和空气冷却器均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿用空气冷却方法，其特征在于：将要处理的矿井空气先与U型热管管束换热器的蒸发段(4)进行热湿交换，完成了第一次冷却减湿的空气处理过程，然后再与表面式空冷器(7)进行热湿交换，完成了第二次冷却减湿的空气处理过程，U型热管冷凝段(5)的热量通过矿井地下水喷淋带走；具体处理过程为：要处理的状态点A矿井空气先经过U型热管管束换热器的蒸发段(4)，与U型热管热管管束换热器内部液态制冷剂进行间接式的热交换，由于U型热管管束换热器的蒸发段(4)的管壁温度低于状态点A矿井空气的露点温度，状态点A矿井空气失去显热热量和潜热热量，状态点A矿井空气被第一次冷却减湿，得到处理后的状态点B矿井空气；经U型热管管束换热器蒸发段(4)处理后的状态点B矿井空气再流经表面式空冷器(7)，由于表面式空冷器(7)管壁温度低于状态点B矿井空气的露点温度，空气失去显热热量和潜热热量，空气被第二次冷却减湿，得到状态点C矿井空气；被第二次冷却减湿的状态点C矿井空气通过挡水板(17)，去除状态点C矿井空气中含有的细小水滴，再通过风机(18)使矿用空气冷却机组形成负压，提供空气流动的动力，将制备好的低温低湿的状态点C矿井空气通过出风口(21)送入矿井需降温的采掘工作面，吸收工作面空气的热量和湿量，降低工作面空气的温度和湿度，使工作面降温达到国家规范标准。...

【技术特征摘要】
1.一种矿用空气冷却方法，其特征在于：将要处理的矿井空气先与U型热管管束换热器的蒸发段(4)进行热湿交换，完成了第一次冷却减湿的空气处理过程，然后再与表面式空冷器(7)进行热湿交换，完成了第二次冷却减湿的空气处理过程，U型热管冷凝段(5)的热量通过矿井地下水喷淋带走；具体处理过程为：要处理的状态点A矿井空气先经过U型热管管束换热器的蒸发段(4)，与U型热管热管管束换热器内部液态制冷剂进行间接式的热交换，由于U型热管管束换热器的蒸发段(4)的管壁温度低于状态点A矿井空气的露点温度，状态点A矿井空气失去显热热量和潜热热量，状态点A矿井空气被第一次冷却减湿，得到处理后的状态点B矿井空气；经U型热管管束换热器蒸发段(4)处理后的状态点B矿井空气再流经表面式空冷器(7)，由于表面式空冷器(7)管壁温度低于状态点B矿井空气的露点温度，空气失去显热热量和潜热热量，空气被第二次冷却减湿，得到状态点C矿井空气；被第二次冷却减湿的状态点C矿井空气通过挡水板(17)，去除状态点C矿井空气中含有的细小水滴，再通过风机(18)使矿用空气冷却机组形成负压，提供空气流动的动力，将制备好的低温低湿的状态点C矿井空气通过出风口(21)送入矿井需降温的采掘工作面，吸收工作面空气的热量和湿量，降低工作面空气的温度和湿度，使工作面降温达到国家规范标准。2.根据权利要求1所述的矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柳，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61