CN109252886A - 一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备。包括箱体、隔板、一级转轮除湿机、一级热管、二级转轮除湿机、辅助电加热器、二级热管、温度传感器、处理空气送风机、再生空气排风机、自动卷绕式空气过滤器。将要处理的深井空气先经过滤器除尘，然后经过一级转轮除湿机升温除湿，再经过一级热管蒸发段冷却，再经过二级转轮除湿机升温除湿，最后经过二级热管蒸发段冷却获得低温低湿的空气，低温低湿的空气送入深井采掘工作面，实现对采掘工作面的热害治理。转轮除湿机所需的再生侧能耗由热管冷凝段提供，热管热量不足时，由辅助电加热器提供。本发明具有稳定除湿、高效降温、节能环保的特点。
Description
技术领域
本发明涉及深井降温领域，尤其涉及一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温方法和相关设备。
背景技术
我国矿井开采深度以每年8～12m的速度增加，可以预计在未来20年我国很多矿井将进入到1000m～1500m的开采深度。在深部开采条件下，随着开采深度的增加，地温的升高是工作恶化的重要原因，持续的高温高湿环境对人体的健康和工作能力造成极大的伤害，使劳动生产率大大下降。热害已成为限制深井资源深部开采的主要障碍之一。
深井降温技术可以分为水冷却技术和冰冷却技术，其中水冷却技术就是地面空调技术在深井中的应用，而冰冷却技术是将制备好的冰(冰片或冰浆)经输冷管道输送到采掘工作面，同工作面的湿热空气进行热交换，来进行冷却和除湿。不论是水冷却技术还是冰冷却技术除湿能力均有限，造成深井风流多为近饱和状态，此外，冷冻水或冰均来自低温制冷机组，造成深井机械制冷系统能耗很大。因此，现有的深井降温系统存在除湿量有限及能耗大的问题。
转轮除湿具有除湿量大，对环境污染小等优点正逐渐被广泛应用。但是，传统除湿转轮能源消耗量大，能量利用率低，这主要由以下两方面原因造成：第一，转轮再生所需的再生温度较高，再生能耗大；第二，处理空气经过转轮后温度较高，势必会增大后续空气处理过程所需的冷能。
热管是一种新型传热元件，具有导热性能高，结构简单，工作可靠温度均匀等优点。可广泛用于传热、变换热通量以及热控制方面。
发明内容
鉴于现有深井降温技术的缺陷，本发明的目的在于提供了一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备，能稳定除湿、高效降温、节能环保，本发明将除湿量大的转轮除湿机和零能耗的热管技术应用于深井降温，解决了现有的深井降温系统存在除湿量有限及能耗大的问题。
本发明的技术方案是：一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备，其特征在于包括：箱体、隔板、一级转轮除湿机、一级热管管束、二级转轮除湿机、二级热管管束、温度传感器；两级转轮均分为处理段和再生段，转轮上布满蜂窝状的流道，空气进入这些流道时，与流道进行热湿交换，两级转轮除湿机表面均设有吸附剂；两级热管管束均由蒸发段、冷凝段和绝热段组成，蒸发段和冷凝段之间均通过绝热段连接；
所述隔板把箱体分隔开形成处理空气系统和再生空气系统；
所述的处理空气系统包括处理空气进风口、处理空气用空气过滤器、一级转轮除湿机处理段、一级热管蒸发段、二级转轮除湿机处理段、二级热管蒸发段、处理空气送风机、处理空气排风口；
所述的再生空气处理系统包括再生空气进风口，再生空气用空气过滤器，一级热管冷凝段、二级热管冷凝段、一级转轮除湿机再生段、辅助电加热器、二级转轮除湿机再生段、再生空气排风机、再生空气排风口。
优选地，所述的一级转轮除湿机和二级转轮除湿机之间设置有辅助电加热器，辅助电加热器仅在二级热管管束提供的再生能耗不足时开启。
优选地，一级转轮除湿机和二级转轮除湿机均为圆柱形，处理段和再生段面积比为1:1，处理段和再生段用挡板隔开。
优选地，一级热管管束由若干根U型单根热管组成，二级热管管束由若干根单根热管组成；一级热管管束和二级热管管束均为铜-氟利昂重力式热管。
优选地，处理空气送风机和再生空气排风机均为防爆风机。
优选地，一级转轮除湿机和二级转轮除湿机由各自配备的一级转轮除湿电机和二级转轮除湿电机带动转轮旋转，电机均为防爆电机。
优选地，所述的辅助电加热器与一个温度传感器相连接，温度传感器可测量流经的再生空气的温度，温度传感器与设备的控制器连接，控制器根据测量到的温度对辅助电加热器进行温度控制。
优选地，处理空气用空气过滤器和再生空气用空气过滤器均为自动卷绕式空气过滤器。
本发明将要处理的深井风流先经过一级转轮除湿机升温减湿，再经过一级热管蒸发段冷却，再经过二级转轮除湿机升温减湿，最后经二级热管蒸发段冷却，获得低温低湿的空气，对深井工作面进行降温除湿。转轮除湿机所需的再生能耗由两级热管冷凝段提供，热管热量不足时，由辅助电加热器提供。
本发明充分利用转轮除湿机的除湿量大、热管的传热性能好、热管节能等优点，利用热管的冷凝段提供部分再生能耗，减小了辅助电加热器的能耗，大大节约了深井降温系统的能耗，解决了深井降温除湿的难题，并提高了深井工作面的舒适性。本发明的降温方法和设备设计合理，具有很强的适应性和可操作性，可以很好的满足深井降温的需要。
附图说明
图1是一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温方法原理图。
图2是一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备结构示意图。
图3是二级单根热管组成部分及工作原理图。
图4是一级热管组成部分及工作原理图。
图5是一级转轮除湿机内部结构图。
图6是一级转轮除湿机工作原理图。
附图标记说明:
1-处理空气进风口；2-处理空气用空气过滤器；3-一级转轮除湿机电机；4-二级转轮除湿机；5-二级热管管束；6-处理空气送风机；7-处理空气送风口；8-再生空气进风口；9-一级热管管束；10-辅助电加热器；11-温度传感器；12-一级转轮除湿机；13-再生空气排风机；14-再生空气排风口；15-隔板；16-箱体；17-再生空气用空气过滤器；18-单根一级热管蒸发段；19-单根一级热管冷凝段；20-单根一级热管绝热段；21-单根一级热管；22-单根二级热管蒸发段；23-单根二级热管；24-单根二级热管冷凝段；25-单根二级热管绝热段；26-转轮除湿机处理段；27-转轮除湿机再生段；28-转轮除湿机挡板；29-二级转轮除湿机电机。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合附图和具体实施例进行说明。
如图2所示，本发明一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备包括箱体16、隔板15、一级转轮除湿机12、一级转轮除湿机电机3、一级热管管束9、二级转轮除湿机4、辅助电加热器10、二级热管管束5、二级转轮除湿机电机29、处理空气送风机6、再生空气排风机13、处理空气用空气过滤器2、再生空气用空气过滤器17、处理空气进风口1、处理空气排风口7、再生空气进风口8、再生空气排风口14。
所述的深井降温设备均按设计要求布置在箱体16中，隔板15把箱体16分隔开形成两条空气流通路径：处理空气流通路径和再生空气流通路径。
如图1所示，处理空气流通路径：处理空气在处理空气送风机6的作用下进入处理空气进风口1，然后经处理空气用空气过滤器2过滤除尘后进入一级转轮除湿机12的处理段26，由于转轮除湿机表面吸附剂对水蒸气的吸附作用，处理空气湿度降低，又因为在吸附过程中吸附热的作用，处理空气温度升高，因此经转轮除湿机后，空气被升温减湿，升温减湿后的空气进入一级热管蒸发段18，热管内的制冷剂吸收空气中的热量蒸发，空气被冷却，热管内蒸发后的制冷剂经一级热管绝热段20到达一级热管冷凝段19。冷却后的空气再进入二级转轮除湿机4的处理段26进行再次升温减湿，再次升温减湿的空气进入一级热管蒸发段18再次冷却，再次冷却后的空气为低温低湿空气，最后经处理空气送风口7送入深井工作区。
再生空气流通路径：再生空气在再生排风风机13的作用下进入再生空气进风口8，经再生空气用空气过滤器17过滤除尘后流经二级热管管束5的冷凝段24，冷凝段内的制冷剂遇冷冷凝，放出热量给空气，在重力作用下，经绝热段20回到蒸发段22，空气被加热，加热后的空气后再经过一级热管管束9的冷凝段19进一步加热，加热升温后的再生空气进入二级转轮除湿机4的再生段27，热的再生空气蒸发吸附在吸附剂的水蒸气，将水蒸气带出再生区，从而完成二级转轮除湿机的再生。流出二级转轮除湿机再生段的再生空气在辅助电加热器10的加热作用下温度再次升高，接着流进一级转轮除湿机的再生段27再次完成一级转轮除湿机的再生，流出一级转轮除湿机再生段27最后经再生空气排风口14排出。
辅助电加热器10与一个温度传感器11相连接，温度传感器11可测量流经的再生空气的温度，温度传感器11与设备的控制器连接，控制器根据测量到的温度对辅助电加热器10进行温度控制。
如图3所示，二级热管管束5由若干根单根重力式热管23组成，其中单根重力式热管由二级蒸发段22、二级冷凝段24、二级绝热段25组成。本发明中单根重力式热管23的工作过程为：每根单根重力式热管23内封闭回路中是真空并充注液体制冷剂的。封闭回路工作时，液态制冷剂汇集在二级蒸发段22中，二级蒸发段22和要处理的深井热空气进行热交换，二级蒸发段22内的液态制冷剂得到热量，受热蒸发产生的制冷剂蒸气通过二级绝热段25上升到达二级冷凝段24，制冷剂蒸气在二级冷凝段24中与再生空气进风管送入的深井空气进行热交换，二级冷凝段24制冷剂蒸气失去热量，释放潜热而凝结成液态制冷剂，液态制冷剂在重力作用下，经二级绝热段25回到二级蒸发段22中，如此循环往复运行。热管内的整个工作过程依靠重力作用，不需要外加能源，就能使制冷剂自然循环流动。
如图4所示，一级热管管束9由若干跟单根U型热管21组成，其中单根U型热管21由一级蒸发段18、一级冷凝段19、一级绝热段20组成。本发明中单根U型热管21的工作过程为：工作状态下，每根单根U型热管内封闭回路中是真空并充注液体制冷剂的。封闭回路工作时，液态制冷剂汇集在一级蒸发段18中，一级蒸发段18和一级转轮除湿机12处理空气进行热交换，一级蒸发段18内的液态制冷剂得到热量，受热蒸发产生的制冷剂蒸气通过一级绝热段20到达一级冷凝段19，制冷剂蒸气在一级冷凝段19中与流经二级热管管束5的再生空气进行热交换，一级冷凝段19制冷剂蒸气失去热量，释放潜热而凝结成液态制冷剂，液态制冷剂在重力作用下，经一级绝热段20回到一级蒸发段18中，如此循环往复运行。热管内的整个工作过程依靠重力作用，不需要外加能源，就能使制冷剂自然循环流动。
如图5，图6所示，一级转轮除湿机分为处理段26和再生段27，处理段26和再生段27由挡板28分隔开，处理空气经过转轮处理段26，当吸附剂表面的水蒸气压力小于处理空气中水蒸气压力时，吸附剂吸附处理空气的水蒸气；再生空气为热空气，可带走吸附剂吸附的水蒸气，在此过程中，吸附剂的吸湿能力得到再生，在电机3的工作下，带动转轮旋转，循环进行除湿处理实现对处理空气进行除湿处理。二级转轮除湿机工作原理与一级转轮除湿机完全相同。
一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备在运行时，首先开启系统所有风管，保持通风无阻，然后开启系统进行除湿降温处理，系统对处理空气进行两次除湿处理，两次冷却处理；对再生空气进行三次加热处理；再生空气的热量利用和辅助电加热器的共同作用下，可以很好满足转轮除湿机的再生能耗；处理空气的两次冷却处理根据计算要求设置合适的热管可以达到处理空气的降温要求，满足深井的深井工作温度要求。
总之，本发明能很好实现提供一种能稳定除湿、高效降温、节能环保的深井降温方法和设备。
以上所述，仅是本发明的较佳具体实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备，其特征在于包括：箱体(16)、隔板(15)、一级转轮除湿机(12)、一级热管管束(9)、二级转轮除湿机(4)、二级热管管束(5)、温度传感器(11)；两级转轮均分为处理段(26)和再生段(27)，转轮上布满蜂窝状的流道，空气进入这些流道时，与流道进行热湿交换，两级转轮除湿机表面均设有吸附剂；两级热管管束均由蒸发段、冷凝段和绝热段组成，蒸发段和冷凝段之间均通过绝热段连接；
隔板(15)把箱体(16)分隔开形成处理空气系统和再生空气系统；
所述的处理空气系统包括处理空气进风口(1)、处理空气用空气过滤器(2)、一级转轮除湿机处理段(26)、一级热管蒸发段(18)、二级转轮除湿机处理段(26)、二级热管蒸发段(22)、处理空气送风机(6)、处理空气排风口(7)；
所述的再生空气处理系统包括再生空气进风口，再生空气用空气过滤器(17)，一级热管冷凝段(19)、二级热管冷凝段(24)、一级转轮除湿机再生段(27)、辅助电加热器(10)、二级转轮除湿机再生段(27)、再生空气排风机(13)、再生空气排风口(14)。
2.根据权利要求1所述的一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备，其特征在于：所述的一级转轮除湿机(12)和二级转轮除湿机(4)之间设置有辅助电加热器(10)，辅助电加热器(10)仅在二级热管管束(5)提供的再生能耗不足时开启。
3.根据权利要求1所述的一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备，其特征在于：一级转轮除湿机(12)和二级转轮除湿机(4)均为圆柱形，处理段(26)和再生段(27)面积比为1:1，处理段(26)和再生段(27)用挡板(28)隔开。
4.根据权利要求1所述的一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备，其特征在于：一级热管管束(9)由若干根U型单根热管组成，二级热管管束(5)由若干根单根热管组成；一级热管管束(9)和二级热管管束(5)均为铜-氟利昂重力式热管。
5.根据权利要求1所述的一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备，其特征在于：处理空气送风机(6)和再生空气排风机(13)均为防爆风机。
6.根据权利要求1所述的一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备，其特征在于：一级转轮除湿机(12)和二级转轮除湿机(4)由各自配备的一级转轮除湿电机(3)和二级转轮除湿电机(29)带动转轮旋转，电机均为防爆电机。
7.根据权利要求2所述的一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备，其特征在于：所述的辅助电加热器(10)与一个温度传感器(11)相连接，温度传感器(11)可测量流经的再生空气的温度，温度传感器(11)与设备的控制器连接，控制器根据测量到的温度对辅助电加热器(10)进行温度控制。
8.根据权利要求1所述的一种转轮除湿和热管冷热利用的深井降温设备，其特征在于：处理空气用空气过滤器(2)和再生空气用空气过滤器(17)均为自动卷绕式空气过滤器。
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2018
- 2018-05-07 CN CN201810425764.3A patent/CN109252886B/zh active Active
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