一種轉(zhuǎn)輪除濕和熱管冷熱利用的深井降溫設(shè)備的制作方法

　　本發(fā)明涉及深井降溫領(lǐng)域，尤其涉及一種轉(zhuǎn)輪除濕和熱管冷熱利用的深井降溫方法和相關(guān)設(shè)備。

　　背景技術(shù)：

　　我國(guó)礦井開(kāi)采深度以每年8～12m的速度增加，可以預(yù)計(jì)在未來(lái)20年我國(guó)很多礦井將進(jìn)入到1000m～1500m的開(kāi)采深度。在深部開(kāi)采條件下，隨著開(kāi)采深度的增加，地溫的升高是工作惡化的重要原因，持續(xù)的高溫高濕環(huán)境對(duì)人體的健康和工作能力造成極大的傷害，使勞動(dòng)生產(chǎn)率大大下降。熱害已成為限制深井資源深部開(kāi)采的主要障礙之一。

　　深井降溫技術(shù)可以分為水冷卻技術(shù)和冰冷卻技術(shù)，其中水冷卻技術(shù)就是地面空調(diào)技術(shù)在深井中的應(yīng)用，而冰冷卻技術(shù)是將制備好的冰(冰片或冰漿)經(jīng)輸冷管道輸送到采掘工作面，同工作面的濕熱空氣進(jìn)行熱交換，來(lái)進(jìn)行冷卻和除濕。不論是水冷卻技術(shù)還是冰冷卻技術(shù)除濕能力均有限，造成深井風(fēng)流多為近飽和狀態(tài)，此外，冷凍水或冰均來(lái)自低溫制冷機(jī)組，造成深井機(jī)械制冷系統(tǒng)能耗很大。因此，現(xiàn)有的深井降溫系統(tǒng)存在除濕量有限及能耗大的問(wèn)題。

　　轉(zhuǎn)輪除濕具有除濕量大，對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)正逐漸被廣泛應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)除濕轉(zhuǎn)輪能源消耗量大，能量利用率低，這主要由以下兩方面原因造成：第一，轉(zhuǎn)輪再生所需的再生溫度較高，再生能耗大；第二，處理空氣經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)輪后溫度較高，勢(shì)必會(huì)增大后續(xù)空氣處理過(guò)程所需的冷能。

　　熱管是一種新型傳熱元件，具有導(dǎo)熱性能高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠溫度均勻等優(yōu)點(diǎn)。可廣泛用于傳熱、變換熱通量以及熱控制方面。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　鑒于現(xiàn)有深井降溫技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供了一種轉(zhuǎn)輪除濕和熱管冷熱利用的深井降溫設(shè)備，能穩(wěn)定除濕、高效降溫、節(jié)能環(huán)保，本發(fā)明將除濕量大的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)和零能耗的熱管技術(shù)應(yīng)用于深井降溫，解決了現(xiàn)有的深井降溫系統(tǒng)存在除濕量有限及能耗大的問(wèn)題。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種轉(zhuǎn)輪除濕和熱管冷熱利用的深井降溫設(shè)備，其特征在于包括：箱體、隔板、一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)、一級(jí)熱管管束、二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)、二級(jí)熱管管束、溫度傳感器；兩級(jí)轉(zhuǎn)輪均分為處理段和再生段，轉(zhuǎn)輪上布滿蜂窩狀的流道，空氣進(jìn)入這些流道時(shí)，與流道進(jìn)行熱濕交換，兩級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)表面均設(shè)有吸附劑；兩級(jí)熱管管束均由蒸發(fā)段、冷凝段和絕熱段組成，蒸發(fā)段和冷凝段之間均通過(guò)絕熱段連接；

　　所述隔板把箱體分隔開(kāi)形成處理空氣系統(tǒng)和再生空氣系統(tǒng)；

　　所述的處理空氣系統(tǒng)包括處理空氣進(jìn)風(fēng)口、處理空氣用空氣過(guò)濾器、一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)處理段、一級(jí)熱管蒸發(fā)段、二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)處理段、二級(jí)熱管蒸發(fā)段、處理空氣送風(fēng)機(jī)、處理空氣排風(fēng)口；

　　所述的再生空氣處理系統(tǒng)包括再生空氣進(jìn)風(fēng)口，再生空氣用空氣過(guò)濾器，一級(jí)熱管冷凝段、二級(jí)熱管冷凝段、一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)再生段、輔助電加熱器、二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)再生段、再生空氣排風(fēng)機(jī)、再生空氣排風(fēng)口。

　　優(yōu)選地，所述的一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)和二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)之間設(shè)置有輔助電加熱器，輔助電加熱器僅在二級(jí)熱管管束提供的再生能耗不足時(shí)開(kāi)啟。

　　優(yōu)選地，一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)和二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)均為圓柱形，處理段和再生段面積比為1:1，處理段和再生段用擋板隔開(kāi)。

　　優(yōu)選地，一級(jí)熱管管束由若干根u型單根熱管組成，二級(jí)熱管管束由若干根單根熱管組成；一級(jí)熱管管束和二級(jí)熱管管束均為銅-氟利昂重力式熱管。

　　優(yōu)選地，處理空氣送風(fēng)機(jī)和再生空氣排風(fēng)機(jī)均為防爆風(fēng)機(jī)。

　　優(yōu)選地，一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)和二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)由各自配備的一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕電機(jī)和二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，電機(jī)均為防爆電機(jī)。

　　優(yōu)選地，所述的輔助電加熱器與一個(gè)溫度傳感器相連接，溫度傳感器可測(cè)量流經(jīng)的再生空氣的溫度，溫度傳感器與設(shè)備的控制器連接，控制器根據(jù)測(cè)量到的溫度對(duì)輔助電加熱器進(jìn)行溫度控制。

　　優(yōu)選地，處理空氣用空氣過(guò)濾器和再生空氣用空氣過(guò)濾器均為自動(dòng)卷繞式空氣過(guò)濾器。

　　本發(fā)明將要處理的深井風(fēng)流先經(jīng)過(guò)一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)升溫減濕，再經(jīng)過(guò)一級(jí)熱管蒸發(fā)段冷卻，再經(jīng)過(guò)二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)升溫減濕，最后經(jīng)二級(jí)熱管蒸發(fā)段冷卻，獲得低溫低濕的空氣，對(duì)深井工作面進(jìn)行降溫除濕。轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)所需的再生能耗由兩級(jí)熱管冷凝段提供，熱管熱量不足時(shí)，由輔助電加熱器提供。

　　本發(fā)明充分利用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的除濕量大、熱管的傳熱性能好、熱管節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，利用熱管的冷凝段提供部分再生能耗，減小了輔助電加熱器的能耗，大大節(jié)約了深井降溫系統(tǒng)的能耗，解決了深井降溫除濕的難題，并提高了深井工作面的舒適性。本發(fā)明的降溫方法和設(shè)備設(shè)計(jì)合理，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和可操作性，可以很好的滿足深井降溫的需要。

　　附圖說(shuō)明

　　圖1是一種轉(zhuǎn)輪除濕和熱管冷熱利用的深井降溫方法原理圖。

　　圖2是一種轉(zhuǎn)輪除濕和熱管冷熱利用的深井降溫設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

　　圖3是二級(jí)單根熱管組成部分及工作原理圖。

　　圖4是一級(jí)熱管組成部分及工作原理圖。

　　圖5是一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

　　圖6是一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)工作原理圖。

　　附圖標(biāo)記說(shuō)明:

　　1-處理空氣進(jìn)風(fēng)口；2-處理空氣用空氣過(guò)濾器；3-一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)電機(jī)；4-二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)；5-二級(jí)熱管管束；6-處理空氣送風(fēng)機(jī)；7-處理空氣送風(fēng)口；8-再生空氣進(jìn)風(fēng)口；9-一級(jí)熱管管束；10-輔助電加熱器；11-溫度傳感器；12-一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)；13-再生空氣排風(fēng)機(jī)；14-再生空氣排風(fēng)口；15-隔板；16-箱體；17-再生空氣用空氣過(guò)濾器；18-單根一級(jí)熱管蒸發(fā)段；19-單根一級(jí)熱管冷凝段；20-單根一級(jí)熱管絕熱段；21-單根一級(jí)熱管；22-單根二級(jí)熱管蒸發(fā)段；23-單根二級(jí)熱管；24-單根二級(jí)熱管冷凝段；25-單根二級(jí)熱管絕熱段；26-轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)處理段；27-轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)再生段；28-轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)擋板；29-二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)電機(jī)。

　　具體實(shí)施方式

　　為了便于理解，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

　　如圖2所示，本發(fā)明一種轉(zhuǎn)輪除濕和熱管冷熱利用的深井降溫設(shè)備包括箱體16、隔板15、一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)12、一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)電機(jī)3、一級(jí)熱管管束9、二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)4、輔助電加熱器10、二級(jí)熱管管束5、二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)電機(jī)29、處理空氣送風(fēng)機(jī)6、再生空氣排風(fēng)機(jī)13、處理空氣用空氣過(guò)濾器2、再生空氣用空氣過(guò)濾器17、處理空氣進(jìn)風(fēng)口1、處理空氣排風(fēng)口7、再生空氣進(jìn)風(fēng)口8、再生空氣排風(fēng)口14。

　　所述的深井降溫設(shè)備均按設(shè)計(jì)要求布置在箱體16中，隔板15把箱體16分隔開(kāi)形成兩條空氣流通路徑：處理空氣流通路徑和再生空氣流通路徑。

　　如圖1所示，處理空氣流通路徑：處理空氣在處理空氣送風(fēng)機(jī)6的作用下進(jìn)入處理空氣進(jìn)風(fēng)口1，然后經(jīng)處理空氣用空氣過(guò)濾器2過(guò)濾除塵后進(jìn)入一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)12的處理段26，由于轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)表面吸附劑對(duì)水蒸氣的吸附作用，處理空氣濕度降低，又因?yàn)樵谖竭^(guò)程中吸附熱的作用，處理空氣溫度升高，因此經(jīng)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)后，空氣被升溫減濕，升溫減濕后的空氣進(jìn)入一級(jí)熱管蒸發(fā)段18，熱管內(nèi)的制冷劑吸收空氣中的熱量蒸發(fā)，空氣被冷卻，熱管內(nèi)蒸發(fā)后的制冷劑經(jīng)一級(jí)熱管絕熱段20到達(dá)一級(jí)熱管冷凝段19。冷卻后的空氣再進(jìn)入二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)4的處理段26進(jìn)行再次升溫減濕，再次升溫減濕的空氣進(jìn)入一級(jí)熱管蒸發(fā)段18再次冷卻，再次冷卻后的空氣為低溫低濕空氣，最后經(jīng)處理空氣送風(fēng)口7送入深井工作區(qū)。

　　再生空氣流通路徑：再生空氣在再生排風(fēng)風(fēng)機(jī)13的作用下進(jìn)入再生空氣進(jìn)風(fēng)口8，經(jīng)再生空氣用空氣過(guò)濾器17過(guò)濾除塵后流經(jīng)二級(jí)熱管管束5的冷凝段24，冷凝段內(nèi)的制冷劑遇冷冷凝，放出熱量給空氣，在重力作用下，經(jīng)絕熱段20回到蒸發(fā)段22，空氣被加熱，加熱后的空氣后再經(jīng)過(guò)一級(jí)熱管管束9的冷凝段19進(jìn)一步加熱，加熱升溫后的再生空氣進(jìn)入二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)4的再生段27，熱的再生空氣蒸發(fā)吸附在吸附劑的水蒸氣，將水蒸氣帶出再生區(qū)，從而完成二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的再生。流出二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)再生段的再生空氣在輔助電加熱器10的加熱作用下溫度再次升高，接著流進(jìn)一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的再生段27再次完成一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的再生，流出一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)再生段27最后經(jīng)再生空氣排風(fēng)口14排出。

　　輔助電加熱器10與一個(gè)溫度傳感器11相連接，溫度傳感器11可測(cè)量流經(jīng)的再生空氣的溫度，溫度傳感器11與設(shè)備的控制器連接，控制器根據(jù)測(cè)量到的溫度對(duì)輔助電加熱器10進(jìn)行溫度控制。

　　如圖3所示，二級(jí)熱管管束5由若干根單根重力式熱管23組成，其中單根重力式熱管由二級(jí)蒸發(fā)段22、二級(jí)冷凝段24、二級(jí)絕熱段25組成。本發(fā)明中單根重力式熱管23的工作過(guò)程為：每根單根重力式熱管23內(nèi)封閉回路中是真空并充注液體制冷劑的。封閉回路工作時(shí)，液態(tài)制冷劑匯集在二級(jí)蒸發(fā)段22中，二級(jí)蒸發(fā)段22和要處理的深井熱空氣進(jìn)行熱交換，二級(jí)蒸發(fā)段22內(nèi)的液態(tài)制冷劑得到熱量，受熱蒸發(fā)產(chǎn)生的制冷劑蒸氣通過(guò)二級(jí)絕熱段25上升到達(dá)二級(jí)冷凝段24，制冷劑蒸氣在二級(jí)冷凝段24中與再生空氣進(jìn)風(fēng)管送入的深井空氣進(jìn)行熱交換，二級(jí)冷凝段24制冷劑蒸氣失去熱量，釋放潛熱而凝結(jié)成液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑在重力作用下，經(jīng)二級(jí)絕熱段25回到二級(jí)蒸發(fā)段22中，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。熱管內(nèi)的整個(gè)工作過(guò)程依靠重力作用，不需要外加能源，就能使制冷劑自然循環(huán)流動(dòng)。

　　如圖4所示，一級(jí)熱管管束9由若干跟單根u型熱管21組成，其中單根u型熱管21由一級(jí)蒸發(fā)段18、一級(jí)冷凝段19、一級(jí)絕熱段20組成。本發(fā)明中單根u型熱管21的工作過(guò)程為：工作狀態(tài)下，每根單根u型熱管內(nèi)封閉回路中是真空并充注液體制冷劑的。封閉回路工作時(shí)，液態(tài)制冷劑匯集在一級(jí)蒸發(fā)段18中，一級(jí)蒸發(fā)段18和一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)12處理空氣進(jìn)行熱交換，一級(jí)蒸發(fā)段18內(nèi)的液態(tài)制冷劑得到熱量，受熱蒸發(fā)產(chǎn)生的制冷劑蒸氣通過(guò)一級(jí)絕熱段20到達(dá)一級(jí)冷凝段19，制冷劑蒸氣在一級(jí)冷凝段19中與流經(jīng)二級(jí)熱管管束5的再生空氣進(jìn)行熱交換，一級(jí)冷凝段19制冷劑蒸氣失去熱量，釋放潛熱而凝結(jié)成液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑在重力作用下，經(jīng)一級(jí)絕熱段20回到一級(jí)蒸發(fā)段18中，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。熱管內(nèi)的整個(gè)工作過(guò)程依靠重力作用，不需要外加能源，就能使制冷劑自然循環(huán)流動(dòng)。

　　如圖5，圖6所示，一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)分為處理段26和再生段27，處理段26和再生段27由擋板28分隔開(kāi)，處理空氣經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)輪處理段26，當(dāng)吸附劑表面的水蒸氣壓力小于處理空氣中水蒸氣壓力時(shí)，吸附劑吸附處理空氣的水蒸氣；再生空氣為熱空氣，可帶走吸附劑吸附的水蒸氣，在此過(guò)程中，吸附劑的吸濕能力得到再生，在電機(jī)3的工作下，帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，循環(huán)進(jìn)行除濕處理實(shí)現(xiàn)對(duì)處理空氣進(jìn)行除濕處理。二級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)工作原理與一級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)完全相同。

　　一種轉(zhuǎn)輪除濕和熱管冷熱利用的深井降溫設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，首先開(kāi)啟系統(tǒng)所有風(fēng)管，保持通風(fēng)無(wú)阻，然后開(kāi)啟系統(tǒng)進(jìn)行除濕降溫處理，系統(tǒng)對(duì)處理空氣進(jìn)行兩次除濕處理，兩次冷卻處理；對(duì)再生空氣進(jìn)行三次加熱處理；再生空氣的熱量利用和輔助電加熱器的共同作用下，可以很好滿足轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的再生能耗；處理空氣的兩次冷卻處理根據(jù)計(jì)算要求設(shè)置合適的熱管可以達(dá)到處理空氣的降溫要求，滿足深井的深井工作溫度要求。

　　總之，本發(fā)明能很好實(shí)現(xiàn)提供一種能穩(wěn)定除濕、高效降溫、節(jié)能環(huán)保的深井降溫方法和設(shè)備。

　　以上所述，僅是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。