一种逆流式冰冷空调设备的研发
管二勇 林凡 左华
摘 要：本文针对地下高温高湿的工作环境，开发一种逆流式冰冷空调设备，以冰块作为冷量载体，设计合理的工作流程，实现多级降温、多级除湿和多级除尘，提高了冰冷空调设备的制冷效率。
关键词：空调;降温;设计;融冰
文章编号：2095-4085（2020）10-0100-02
随着我国经济快速增长，社会生产力以惊人的速度发展，同时对能源的需求日益加大。中华人民共和国节约能源法中，为了促进经济社会协调可持续发展，虽然国家鼓励、支持开发和利用新能源、可再生能源，但是能源结构依旧以煤炭为主。在隧道、矿井等一些采掘工作环境中，由于位于地下深处，围岩、机械设备、人体等散发的大量热量无法及时排出，这就导致采掘作业常常伴随着高温高湿的工作環境，尤其是在采掘作业面处，工人的工作环境十分恶劣。根据现场调研和实测可见，井下大巷、回采工作面、回采面机巷及风巷空气温湿度均较高，尤其工作面和风巷内的温度在29.6℃以上，最高30.6℃，相对湿度94% 以上，热环境较差，极大地影响了矿工的工作效率和身体健康。由于在地下深处，很难像地面上一样正常地设置空气处理设备，所以就需要用一种简单易行的空调设备处理高温高湿同时含有大量杂质的空气。为此，不由地想到用冰块作为冷源去改善环境，但是如何才能最大限度地发挥冰作为冷源的制冷量，这就需要充分利用冰块所蓄含的冷量，做到多级地重复利用。所以为了改善采掘作业高温高湿且污浊的环境，保证工人的正常工作，提高工作效率，本文开发了一种逆流式冰冷空调设备。
1 方案设计
针对采掘作业恶劣的环境问题而提出了一种逆流式冰冷空调设备，通过此设备可以有效地改善采掘工作环境和提高冰块制冷效率。该技术方案的组成见图1。
图1 设备组成图
进风口（1），为矩形孔洞，用于引入气体;风过滤器（2），位于导流板前面，用于气体除尘;导流板（3），为板状结构，用于诱导风向;喷淋融冰室（4），为长方体结构，用于降温除湿除尘;条形融冰架（5），为矩形结构，位于喷口下方，用于盛放冰块;导流弯片（7，10），位于空调设备的左上角和右上角，用于诱导风向;挡水板（9），位于水泵间的上方，用于阻隔喷淋过程中的水滴;融冰槽（11），为长方体凹槽，用于盛放融冰槽换热盘管和采集冰水;排污管（12），位于融冰槽左下方，用于排出融冰槽沉淀的杂质;溢流管（13），位于融冰槽上方中部，用于排出融冰槽内过量的冰水;冰水过滤器（14），位于融冰槽右下方，用于防止冰水中杂质进入开式循环系统堵塞喷口;融冰槽换热盘管（15），为弯曲盘绕的铜管，位于融冰槽内部，用于热量交换;喷淋输送管（18），为塑料立管，与开式循环水泵连接，用于输送喷淋的冰水;空冷器换热盘管（20），为弯曲盘绕的铜管，位于风机上方，用于降温和除湿;水泵间（21），位于条形融冰架右侧，用于放置循环水泵和布置管路;风机（22），位于出风口处，用于吹出气体;出风口（23），为矩形孔洞，用于排出气体。
2 工作流程
首先采掘工作环境中的高温高湿含杂气体通过风过滤器，在导流板的诱导下进入喷淋融冰室。利用高温气体密度小的特性，气体向上流动，在向上的过程中遇到冰块，气体在冰块表面实现降温和减湿。接着再遇到从喷口喷出的冰水，气体在冰水表面实现降温和除尘。在导流弯片的诱导作用下，通过挡水板，并与空冷器换热盘管接触，在其表面实现降温和除湿。最后在风机的吸引下，通过出风口将低温低湿干净的气体送到采掘作业环境中。需要说明的是喷口处的喷淋冷水是融冰槽内的冰水经过冰水过滤器、冰水输送管、开式循环水泵和喷淋输送管源源不断地供给，空冷器换热盘管中的冷水是由融冰槽内的冰水经过融冰槽换热盘管和闭式循环水泵源源不断地进行热量交换制得。融冰槽内的冰水是由喷淋冷水和冰块融化下的冰水混合构成，由于喷淋冷水在冰块表面淋湿流淌和高温气体的综合作用，可以实现冰块的快速溶解，继而及时地保证了冰水中的冷量供应。
3 设备特点
本设计方案涉及一种节能型的空调设备，不需要耗费大量电能和占用大量空间，即可以制得低温低湿干净的气体，十分适合采掘作业时使用。采用气水逆流交换，使得气体在喷淋融冰室内可以充分地进行热湿交换。另外，采用多级降温、多级除湿和多级除尘，使得冰块的冷量得到最大程度地利用，提高了冰冷空调设备的制冷效率。由于采掘作业往往为高温环境，而空调设备内部，尤其是喷淋融冰室内冷量较大，所以需要对空调设备采用外部保温隔热处理，防止冷量外泄。
4 结 语
本研发设备属于空气调节领域，为地下高温高湿工作场所带来了舒适的人工环境，不仅提高了作业人员的工作效率，也保障了工人的生命安全。设备已在矿井中使用，并取得了很好的效果。
参考文献：
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