一種逆流式冰冷空調設備的研發

管二勇 林凡 左華

摘 要：本文針對地下高溫高濕的工作環境，開發一種逆流式冰冷空調設備，以冰塊作為冷量載體，設計合理的工作流程，實現多級降溫、多級除濕和多級除塵，提高了冰冷空調設備的制冷效率。

關鍵詞：空調;降溫;設計;融冰

文章編號：2095-4085（2020）10-0100-02

隨著我國經濟快速增長，社會生產力以驚人的速度發展，同時對能源的需求日益加大。中華人民共和國節約能源法中，為了促進經濟社會協調可持續發展，雖然國家鼓勵、支持開發和利用新能源、可再生能源，但是能源結構依舊以煤炭為主。在隧道、礦井等一些采掘工作環境中，由于位于地下深處，圍巖、機械設備、人體等散發的大量熱量無法及時排出，這就導致采掘作業常常伴隨著高溫高濕的工作環境，尤其是在采掘作業面處，工人的工作環境十分惡劣。根據現場調研和實測可見，井下大巷、回采工作面、回采面機巷及風巷空氣溫濕度均較高，尤其工作面和風巷內的溫度在29.6℃以上，最高30.6℃，相對濕度94% 以上，熱環境較差，極大地影響了礦工的工作效率和身體健康。由于在地下深處，很難像地面上一樣正常地設置空氣處理設備，所以就需要用一種簡單易行的空調設備處理高溫高濕同時含有大量雜質的空氣。為此，不由地想到用冰塊作為冷源去改善環境，但是如何才能最大限度地發揮冰作為冷源的制冷量，這就需要充分利用冰塊所蓄含的冷量，做到多級地重復利用。所以為了改善采掘作業高溫高濕且污濁的環境，保證工人的正常工作，提高工作效率，本文開發了一種逆流式冰冷空調設備。

1 方案設計

針對采掘作業惡劣的環境問題而提出了一種逆流式冰冷空調設備，通過此設備可以有效地改善采掘工作環境和提高冰塊制冷效率。該技術方案的組成見圖1。

圖1 設備組成圖

進風口（1），為矩形孔洞，用于引入氣體;風過濾器（2），位于導流板前面，用于氣體除塵;導流板（3），為板狀結構，用于誘導風向;噴淋融冰室（4），為長方體結構，用于降溫除濕除塵;條形融冰架（5），為矩形結構，位于噴口下方，用于盛放冰塊;導流彎片（7，10），位于空調設備的左上角和右上角，用于誘導風向;擋水板（9），位于水泵間的上方，用于阻隔噴淋過程中的水滴;融冰槽（11），為長方體凹槽，用于盛放融冰槽換熱盤管和采集冰水;排污管（12），位于融冰槽左下方，用于排出融冰槽沉淀的雜質;溢流管（13），位于融冰槽上方中部，用于排出融冰槽內過量的冰水;冰水過濾器（14），位于融冰槽右下方，用于防止冰水中雜質進入開式循環系統堵塞噴口;融冰槽換熱盤管（15），為彎曲盤繞的銅管，位于融冰槽內部，用于熱量交換;噴淋輸送管（18），為塑料立管，與開式循環水泵連接，用于輸送噴淋的冰水;空冷器換熱盤管（20），為彎曲盤繞的銅管，位于風機上方，用于降溫和除濕;水泵間（21），位于條形融冰架右側，用于放置循環水泵和布置管路;風機（22），位于出風口處，用于吹出氣體;出風口（23），為矩形孔洞，用于排出氣體。

2 工作流程

首先采掘工作環境中的高溫高濕含雜氣體通過風過濾器，在導流板的誘導下進入噴淋融冰室。利用高溫氣體密度小的特性，氣體向上流動，在向上的過程中遇到冰塊，氣體在冰塊表面實現降溫和減濕。接著再遇到從噴口噴出的冰水，氣體在冰水表面實現降溫和除塵。在導流彎片的誘導作用下，通過擋水板，并與空冷器換熱盤管接觸，在其表面實現降溫和除濕。最后在風機的吸引下，通過出風口將低溫低濕干凈的氣體送到采掘作業環境中。需要說明的是噴口處的噴淋冷水是融冰槽內的冰水經過冰水過濾器、冰水輸送管、開式循環水泵和噴淋輸送管源源不斷地供給，空冷器換熱盤管中的冷水是由融冰槽內的冰水經過融冰槽換熱盤管和閉式循環水泵源源不斷地進行熱量交換制得。融冰槽內的冰水是由噴淋冷水和冰塊融化下的冰水混合構成，由于噴淋冷水在冰塊表面淋濕流淌和高溫氣體的綜合作用，可以實現冰塊的快速溶解，繼而及時地保證了冰水中的冷量供應。

3 設備特點

本設計方案涉及一種節能型的空調設備，不需要耗費大量電能和占用大量空間，即可以制得低溫低濕干凈的氣體，十分適合采掘作業時使用。采用氣水逆流交換，使得氣體在噴淋融冰室內可以充分地進行熱濕交換。另外，采用多級降溫、多級除濕和多級除塵，使得冰塊的冷量得到最大程度地利用，提高了冰冷空調設備的制冷效率。由于采掘作業往往為高溫環境，而空調設備內部，尤其是噴淋融冰室內冷量較大，所以需要對空調設備采用外部保溫隔熱處理，防止冷量外泄。

4 結 語

本研發設備屬于空氣調節領域，為地下高溫高濕工作場所帶來了舒適的人工環境，不僅提高了作業人員的工作效率，也保障了工人的生命安全。設備已在礦井中使用，并取得了很好的效果。

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