CN202628161U - 一种智能监控与自动除垢的矿用空冷器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于矿井降温设备技术领域，具体涉及一种智能监控与自动除垢的矿用空冷器。本实用新型包括安装于空冷器外壳内的换热光管，换热光管的冷冻水进口位于其下部，冷冻水出口位于其上部；在空冷器外壳的下部设有进风口，在空冷器外壳的上部设有风机及出风口；在空冷器外壳内的上部安装有除垢装置，在空冷器外壳内的上部及左右两边安装有红外线监控装置；红外线监控装置与安装于空冷器外壳上的单片机控制系统相连，单片机控制系统与除垢装置相连。本实用新型使空冷器在矿井高温、高湿及高粉尘的工作环境下具有高换热效率和自洁性，提升了空冷器的换热效果，改善了矿井内高温环境和安全面貌，从而提高了矿井的安全开采性和经济效益。

Description

一种智能监控与自动除垢的矿用空冷器

技术领域

本实用新型属于矿井降温设备技术领域，具体涉及一种智能监控与自动除垢的矿用空冷器。

背景技术

矿用空冷器是矿井降温系统的关键设备，其性能好坏直接影响到降温效果。空冷器在矿井高温高湿环境下运行外表面容易结露，而空气中的煤尘和岩尘在空冷器外表面容易积尘结垢，形成附加热阻，从而降低传热系数和换热效率，使供冷能力下降，目前矿用空冷器的除垢问题一直没有得到很好的解决。因此，矿用空冷器在高温、高湿及高粉尘等恶劣环境条件下工作，受到矿井降温末端设备的限制，在实际工作中仍存在一些问题：（1）空冷器易积垢，堵塞，不易清洗，实际应用中传热系数和换热效率较低；（2）空冷器结构不够合理，体积大，不利于在工作面内布置；（3）空冷器的定期检查尘垢厚度，且为人工清洗空冷器积垢，严重影响了空冷器换热工作效率。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种结构紧凑、换热效率得到提高的智能监控与自动除垢的矿用空冷器。

本实用新型是通过如下的技术方案来实现上述目的的：该智能监控与自动除垢的矿用空冷器，它包括安装于空冷器外壳内的换热光管，换热光管的冷冻水进口位于其下部，冷冻水出口位于其上部；在空冷器外壳的下部设有进风口，在空冷器外壳的上部设有风机及出风口；在空冷器外壳内的上部安装有除垢装置，在空冷器外壳内的上部及左右两边安装有红外线监控装置；红外线监控装置与安装于空冷器外壳上的单片机控制系统相连，单片机控制系统与除垢装置相连。

更具体地说，所述除垢装置为一组喷淋管，喷淋管是双层管道，一个外部电源通过单片机控制系统将普通电流变频为脉冲电流后，再通过线圈缠绕在喷淋管内管道的外管壁上。

本实用新型的红外线监控装置主要用于测量实际工作状态下的空冷器换热光管外表面的积垢厚度，并将数值信号传输给单片机控制系统；单片机控制系统内设定了污垢厚度与换热效率关系公式和污垢厚度与除垢时间关系公式，并初步设定了相应的污垢临界值和除垢时间，单片机控制系统接收到红外线监控装置传输的数值，自动判断污垢厚度是否符合要求，并且传输相应的工作信号给除垢装置；除垢装置接收到单片机传输的工作信号后，自动对空冷器进行相应时间的除垢，这样形成了一套完整的自动监控与除垢系统。相比其他矿用空冷器，本实用新型装置具备智能监控与自动除垢的特点，能有效提高空冷器的运行效率。

本实用新型装置避免了矿用空冷器现有的弊端，使空冷器在矿井高温、高湿及高粉尘的工作环境下具有高换热效率和自洁性，能够适用于大型矿井降温的需求；提升了空冷器的换热效果，改善了矿井内高温环境和安全面貌，从而提高了矿井的安全开采性和经济效益。

附图说明

图1是本实用新型实施例的整体结构示意图。

图2是本实用新型实施例的喷淋管的外部结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是本实用新型实施例的换热光管的结构示意图。

图5是本实用新型实施例的红外线监控装置的工作原理图。

图6是本实用新型实施例的单片机控制系统的工作原理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。

参见图1，本实施例中，空冷器外壳1内安装有换热光管6，从图中可见，换热光管6的冷冻水进口7位于换热光管6的下部，冷冻水出口8位于换热光管6的上部。在空冷器外壳1的下部设有数个进风口9，在空冷器外壳1的上部设有两个风机及出风口3。在空冷器外壳1内的上部安装有三组除垢装置2，三个红外线监控装置4分别安装于空冷器外壳1内的上部及左右两边。红外线监控装置4与安装于空冷器外壳1上的单片机控制系统5相连，单片机控制系统5与除垢装置2相连。

参见图2和图3，除垢装置2为一组喷淋管，喷淋管是双层管道。外界提供一个电源，通过单片机控制系统把这个普通的电流变频成为脉冲电流，传送到缠绕在双层喷淋管道的内管道壁上的线圈10，线圈10感应出振荡磁场。磁场以预先设计的频率扫过喷淋管内的水流，使喷淋管内的水分子产生共振，把氢键缔合的水分子团变成单个的极性水分子，提高了水的活化性，这些极微小的水分子可以渗透、包围、溶解、去除光管外表面上的老垢，同时水中的Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃ ^2-互相碰撞，形成松软的文石晶体，由于这些晶体表面没有电荷，不再吸附在管壁上或设备上，从而达到除垢、防垢的目的。

本实施例的喷淋管道采用交叉排列使除垢液均匀散布到空冷器换热光管上，防止出现喷淋死角，同时也应避免过多重叠，否则相邻喷头的雾滴会重叠聚集在换热管上，形成大水滴沿翅片管自由下落，这样既不能喷透换热管束，又造成喷淋水的浪费。因此，本实施例的喷淋管道口采用三角形排列。同时，为了满足喷淋液有效覆盖空冷器内部，不能留有冲洗死角，而喷嘴的喷洒投影面的外围冲洗力较弱，应该考虑有一定程度的冲洗重叠，以确保良好的冲洗效果，因此选择冲洗覆盖率达到100％～200％，否则极易造成结垢现象。

参见图4，是本实用新型实施例的换热光管的结构示意图。为了使空冷器内的空气与换热光管充分接触，本实施例中的换热光管采用三角形式空间排列，有效地增大了空冷器换热接触面，提高了空冷器的换热效率。同时换热光管内对冷冻水采用逆流原理，冷冻水下进上出，有效增加了冷冻水在空冷器光管内的时间，提高了冷冻水的利用率。

本实用新型的工作过程是：冷冻水从冷冻水进口7进入装置内采用逆流原理在冷冻水出口8出冷冻水，增加了冷冻水换热时间，进而提高了换热效率。风机启动工作后，将矿井内的高温气体从进风口9吸入空冷器内进行热交换。此时红外线监控装置4开始测量光管外表面到红外线接收装置的距离，将距离数值传输到单片机控制系统5，单片机控制系统5接收数值后自动计算并将计算结果转从相关信号传到除垢装置2中，除垢装置2接收信号后，启动除垢工作。

参见图5，是本实用新型实施例的红外线监控装置的工作原理图。红外线监控装置4主要监控空冷器换热光管外表面积垢厚度，将积垢厚度数值传输给单片机控制系统，保证换热光管的换热效率。其工作原理为：红外线发射器不断发射出频率为40kHz的红外线，经障碍物（污垢）反射，红外线接收器接收到反射波信号，并将其转变为电信号。测出发射波与接收到反射波的时间差t，即可求出距离s：

$s=\frac{1}{2}\mathrm{ct}$

式中，c为光速，一般取3×10⁸m/s。

红外线监控装置4利用红外线精准测距原理，精确的测量空冷器在原始状态下（空冷器没有工作过）换热光管外表面到红外线监控装置4的距离l，再测量空冷器实际工作状态下到红外线监控装置4的距离s，两者差值Δd（Δd＝l-s）为空冷器换热光管外表面尘垢厚度。此时红外线监控装置4将相关数据传输到单片机控制系统的数据库内，单片机控制系统根据已建立的尘垢与光管换热效率曲线图，将此时空冷器工作状态下的换热效率显示出来。

参见图6，是本实用新型实施例的单片机控制系统的工作原理流程图。单片机控制系统5主要将对输入的红外线监控装置数据进行分析处理，并将产生相应的工作信号传输给除垢装置。本装置在空冷器开始工作状态下预先设定换热效率值临界值。单片机控制系统5根据预先设定的换热效率值以及红外线监控装置传输的具体距离数据，以及尘垢与换热光管的换热效率关系曲线，自动处理出换热光管实际工作状态下的换热效率，计算出相应的差值及结果。假若实际工作状态下的计算结果同初始设定值存在较大的差值（实际换热效率低于预先设定的换热效率值），单片机控制系统5自动处理输入的数据，产生相应的除垢装置工作启动信号和红外线监控装置工作停止信号，同时单片机控制系统5根据除垢时间与积垢厚度关系自动计算出时间T，并将时间T传输给除垢装置和红外线监控装置，两个装置将处于相应的工作状态。

Claims (4)

1.一种智能监控与自动除垢的矿用空冷器，其特征在于：它包括安装于空冷器外壳内的换热光管，换热光管的冷冻水进口位于其下部，冷冻水出口位于其上部；在空冷器外壳的下部设有进风口，在空冷器外壳的上部设有风机及出风口；在空冷器外壳内的上部安装有除垢装置，在空冷器外壳内的上部及左右两边安装有红外线监控装置；红外线监控装置与安装于空冷器外壳上的单片机控制系统相连，单片机控制系统与除垢装置相连。

2.根据权利要求1所述的智能监控与自动除垢的矿用空冷器，其特征在于：所述除垢装置为一组喷淋管，喷淋管是双层管道，一个外部电源通过单片机控制系统将普通电流变频为脉冲电流后，再通过线圈缠绕在喷淋管内管道的外管壁上。

3.根据权利要求2所述的智能监控与自动除垢的矿用空冷器，其特征在于：所述喷淋管道口采用三角形排列。

4.根据权利要求1或3所述的智能监控与自动除垢的矿用空冷器，其特征在于：所述换热光管采用三角形的空间排列方式。

Images