[發(fā)明專利]一種礦用無動力換熱系統(tǒng)的設計方法

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• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109252887A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 馮小平;虞晶燕;蔡璐;向前超;王振平;孫慶鋒;穆朝云
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: E21F3/00
• 分類號: E21F3/00;G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種礦用無動力換熱系統(tǒng)的設計方法，屬于礦井降溫領域。通過無動力換熱器的傳熱系數、水阻力、空氣阻力計算無動力換熱器的換熱性能，根據無動力換熱器的換熱性能和所需換熱量，選取換熱器構建無動力換熱系統(tǒng)；所述的換熱方法能夠滿足礦井井口防爆要求，能夠解決噪音問題，能夠實現無成本運行，不需要配備風機，不需要電力驅動。對于礦井大風量的處理采用無動力空氣換熱器，既能滿足礦井井口防爆要求，又能實現無噪音，無成本運行，可以產生顯著的經濟、環(huán)境效益和社會效益。

技術領域

本發(fā)明涉及一種礦用無動力換熱系統(tǒng)的設計方法，屬于礦井降溫領域。

背景技術

隨著我國煤炭需求的增加，淺部資源的逐漸減少，礦井開采深度的不斷提高，礦井熱害問題凸顯。井下高溫高濕的氣候環(huán)境產生過高的熱應力，破壞人體的熱平衡，使人感到不舒適，甚至導致工作人員中暑，導致事故率增加，且生產率降低，嚴重影響煤炭安全生產和工人的健康。

為改善礦井內的勞動環(huán)境，提高勞動效率和安全效益，在使用通風降溫不能有效解決熱害問題時，必須采用機械制冷降溫的方法實現礦井降溫。目前礦井降溫方法通常采用水冷系統(tǒng)，即在地面或井下設置制冷機組，制備出低溫冷凍水，將低溫冷凍水通過管路輸送到使用地點，最終通過安設的井下使用地點的空氣冷卻器對進入工作面的空氣進行降溫除濕，達到改善作業(yè)地點空氣環(huán)境的目的。水冷系統(tǒng)可以起到一定的降溫效果，但礦井占地面積大且用冷地點分散，集中布置制冷站將導致冷水輸送管路過長，到達用冷地點后冷水輸送管內的冷凍水溫升較大，導致降溫效果不能滿足要求。為了治理礦井熱害，設計利用井口建筑創(chuàng)建空調箱，在井口建筑的側壁上布置空氣換熱器.通過對進入礦井的空氣進行降溫除濕處理后送入井下工作面，以達到治理熱害的目的。但目前使用的空氣換熱器都配備風機等動力設備，由于礦井用動力設備需要防爆，造成投資大幅上升，運行費用高等問題，另外，風機運行會產生很大的噪音，對礦井安全生產產生影響。

發(fā)明內容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種礦用無動力換熱系統(tǒng)的設計方法，通過對無動力換熱器進行大量實驗，根據實驗結果分析處理得出無動力換熱器的傳熱系數、水阻力和空氣阻力計算公式；根據無動力換熱器性能參數的計算公式計算無動力換熱器性能參數，所述無動力換熱器的性能參數包括無動力換熱器的傳熱系數、水阻力、空氣阻力；根據計算出的無動力換熱器性能參數和所需換熱量選取相應的無動力換熱器構建無動力換熱系統(tǒng)所述的換熱系統(tǒng)能夠滿足礦井井口防爆要求，能夠解決噪音問題，能夠實現無成本運行，不需要配備風機，不需要電力驅動。

所述的無動力換熱器包括盤管和翅片，所述的無動力換熱器通過套鋁翅片脹接而成；盤管采用銅管，銅管規(guī)格為翅片采用鋁材，翅片為平片，翅片孔內徑為翅片孔距38mm，翅片排距為40mm，翅片片距為2.8mm；無動力換熱器設計為4排盤管。

所述的無動力換熱器的傳熱系數的計算公式為式(1)

其中，式中v_a為被處理空氣通過表冷器時的迎面風速，單位為m/s；ζ為析濕系數；v_w為換熱管內的水流速，單位是m/s。

所述的無動力換熱器的空氣阻力的計算公式為式(2)

所述的無動力換熱器的水阻力的計算公式為式(3)

在一種實施方式中，根據上述的傳熱系數、空氣阻力、水阻力公式計算出上述的無動力換熱器的換熱量、空氣阻力和水阻力，為換熱系統(tǒng)設計提供數據。

在一種實施方式中，根據上述的計算得到的單臺無動力換熱器的換熱量和所需的換熱量構建無動力換熱系統(tǒng)；當礦井的進風量為18000m³/min時，所述的換熱系統(tǒng)包含30臺礦用無動力換熱器，單臺制冷量600KW，風量600m³/min，風阻小于50Pa。