CN110566277A - 一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置及方法，该装置包括对回风井中回风流进行乏风余热回收且对进风井中新鲜风流进行预热的温控机构以及与所述温控机构配合的热水供应机构，所述温控机构内填充有高压二氧化碳；该方法包括步骤：一、安装回风余热利用装置；二、通入新鲜风流；三、常温水预热；四、进风井中新鲜风流预热。本发明利用液态二氧化碳在不同温压条件下性能以及自然循环模式，无需额外动力，对回风井中的乏风余热进行回收，将得到的热量用于矿井热水供应，以及矿井进风井新鲜风流预热，改善井下工作环境，实现能源的有效利用，节约能源且环保。
Description
技术领域
本发明属于矿井内回风余热利用技术领域，具体涉及一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置及方法。
背景技术
我国西北高原地区矿藏十分丰富，但是由于低压、低温等环境问题的影响，当地矿井开采条件十分恶劣。长期在低温环境下工作，不仅降低工作人员和机械设备的工作效率，而且影响矿藏资源的开采程度与能源利用率。为改善开采条件，矿井每年投入大量的资金，既影响企业经济效益，同时还耗用了大量的能源。
处于高寒高海拔地区的矿井，井筒入风口处新鲜风流气温很低，而空气由井筒进入地下之后，由于沿程围岩散热、高温水源放热、机械设备散热、矿物氧化放热等原因，通过对流换热和辐射换热等作用，风流温度明显升高。风流最终从回风井流出时与新鲜风流之间形成较大的温差。据统计，矿井回风温度常年保持在10～20℃之间，蕴含着丰富的低温热能。在高寒矿区，外间大气环境温度较低，矿井回风温度与大气温差达到40℃。因此，矿井回风流中的热量是一类稳定的优质余热资源，通过对其利用能对矿区供暖、供热水及冬季井筒防冻等提供热能。
在以往传统乏风热量回收的方法中，大多采用喷淋水的方式进行热量收集，在喷淋水与乏风进行热交换后，对喷淋水进行热量收集。这种方法存在明显的缺陷，第一，喷淋水喷出后快速的降落地面，无法与乏风充分进行热量交换；第二，喷淋水喷出后将发生蒸发现象，带走大量热量；第三，乏风中带有大量粉尘等杂质，吸收杂质后的喷淋水无法直接用作洗浴水；第四，针对高寒矿区，在零摄氏度以下时，水在输送过程中容易发生结冰堵管的现场，造成系统无法运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其设计新颖合理，利用液态二氧化碳在不同温压条件下性能以及自然循环模式，无需额外动力，对回风井中的乏风余热进行回收，将得到的热量用于矿井热水供应，以及矿井进风井新鲜风流预热，改善井下工作环境，实现能源的有效利用，节约能源且环保，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：包括对回风井中回风流进行乏风余热回收且对进风井中新鲜风流进行预热的温控机构以及与所述温控机构配合的热水供应机构，所述温控机构内填充有高压二氧化碳。
上述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述回风井靠近地面的井壁上设置有对回风流进行引导的风筒，风筒靠近回风井的一端设置有风机。
上述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述温控机构包括设置在进风井内的进风换热器、伸入至风筒内的回风换热器、与回风换热器远离风筒的一端连通的高压导热箱和与高压导热箱远离回风换热器的一端连通的水浴换热器，高压导热箱与进风换热器的进液端之间通过导流管连通，进风换热器的出液端与回风换热器之间通过回流管连通，所述高压二氧化碳填充在进风换热器、回风换热器、高压导热箱和水浴换热器内；所述热水供应机构包括安装在高压导热箱顶端且与水浴换热器配合的预热水箱，预热水箱的进水端通过进水管与用于盛放常温水的第一水箱连通，预热水箱的出水端通过出水管与用于盛放预热水的第二水箱连通。
上述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述进风换热器为具有一个入口多个出口的进风换热器，所述回风换热器包括多个第一换热柱，回流管的数量为多个，回流管的数量与第一换热柱的数量和进风换热器的出口数相等且一一对应，第一换热柱上开设有回流孔，回流管的一端通过进风换热器上对应的出口与进风换热器连通，回流管的另一端通过对应的第一换热柱上的回流孔与对应的第一换热柱连通；高压导热箱的侧壁上开设有导流孔，导流管的一端通过进风换热器上入口与进风换热器连通，导流管的另一端通过导流孔与高压导热箱连通。
上述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述导流管与进风换热器连通的一端高于导流管与高压导热箱连通的另一端；所述回流管与进风换热器连通的一端高于回流管与回风换热器连通的另一端。
上述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述水浴换热器包括多个第二换热柱，多个第二换热柱均与高压导热箱连通，多个第二换热柱均伸入至预热水箱内。
上述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述高压二氧化碳的压力为3.5MPa～5MPa。
同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理、可循环往复的高寒矿井内回风余热利用的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、安装回风余热利用装置，过程如下：
步骤101、在进风井内安装进风换热器，所述进风换热器的最大宽度小于进风井的直径，在回风井的侧壁上安装与地面连通的风筒，并在风筒的进风段安装风机和回风换热器，回风换热器通过高压导热箱与伸出地面的水浴换热器连通；
步骤102、高压导热箱与进风换热器的进液端之间通过导流管连通，进风换热器的出液端与回风换热器之间通过回流管连通，调节导流管和回流管的角度，使导流管与进风换热器连通的一端高于导流管与高压导热箱连通的另一端；同时使回流管与进风换热器连通的一端高于回流管与回风换热器连通的另一端；
步骤103、在高压导热箱的顶端安装与水浴换热器配合的预热水箱，预热水箱的进水端通过进水管与用于盛放常温水的第一水箱连通，预热水箱的出水端通过出水管与第二水箱连通；
步骤104、将高压二氧化碳填充在进风换热器、回风换热器、高压导热箱和水浴换热器内，所述高压二氧化碳的压力为3.5MPa～5MPa；
步骤二、通入新鲜风流：新鲜风流经进风井进入高寒矿井内，进风井通过连接巷道与回风井连通；
步骤三、常温水预热：风机将经连接巷道流至回风井的回风流抽入风筒内，回风换热器中的液态二氧化碳在回风换热器中与回风流发生热交换后，发生相变沸腾，产生气态二氧化碳，气态二氧化碳在浮力和热力作用下向高压导热箱上部运动，并运动至水浴换热器中，气态二氧化碳在浴换热器中发生换热，对预热水箱中的常温水预热，预热后的预热水流入第二水箱；
步骤四、进风井中新鲜风流预热：高压导热箱下端不断有液态二氧化碳相变成二氧化碳，压力不断升高，高压导热箱中气态二氧化碳在压力的驱动下进入导流管输送至进风井处，在进风换热器中与新鲜风流发生换热，使新鲜风流温度升高，与新鲜风流发生换热后的气态二氧化碳温度降低，气态二氧化碳液化成液态二氧化碳，并在重力作用下，液态二氧化碳经回流管输送至回风换热器，为回风换热器提供新的液态二氧化碳，循环步骤三。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用的装置，通过设置温控机构对回风井中回风流进行乏风余热回收且对进风井中新鲜风流进行预热，利用二氧化碳相变产生的热量对预热水箱中的常温水进行预热，同时利用残余热量对进风井中新鲜风流进行预热，高压二氧化碳适用于高寒地区矿井，在零摄氏度以下时，不易冻结，且水浴换热器与预热水箱相隔离，不易引入乏风中大量粉尘等杂质，可直接用作洗浴水，使用效果好，便于推广使用。
2、本发明采用的装置，通过设置导流管将高压导热箱中的气态二氧化碳引致进风井，预热新鲜风流，改善矿井工作环境，同时对气态二氧化碳进行降温，将气态二氧化碳变为液态二氧化碳，并通过回流管传输至回风换热器，回风井中的回风流与风筒位置处的回风换热器进行热交换，产生气态二氧化碳对水浴换热器中常温水预热，导流管将高压导热箱中的气态二氧化碳引致进风井，如此反复循环，热交换充分。
3、本发明采用的方法，步骤简单，基于常温高压环境下，液态二氧化碳相变沸腾的方式增强换热器中换热效果，利用进风井中新鲜风流对二氧化碳进行液化，并在重力作用下输送至回风换热器，为回风换热器提供液态二氧化碳，利用液态二氧化碳吸热相变体积膨胀驱动装置自动循环，无需额外动力，实现能源的有效利用，节约能源且环保，便于推广使用。
综上所述，本发明设计新颖合理，利用液态二氧化碳在不同温压条件下性能以及自然循环模式，无需额外动力，对回风井中的乏风余热进行回收，将得到的热量用于矿井热水供应，以及矿井进风井新鲜风流预热，改善井下工作环境，实现能源的有效利用，节约能源且环保，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明采用的装置的使用状态图。
图2为本发明进风换热器、高压导热箱和回风换热器的结构连接示意图。
图3为本发明二氧化碳相态图。
图4为本发明方法的流程框图。
附图标记说明:
1—进风井； 2—回风井； 3—连接巷道；
4—风筒； 5—风机； 6—回风换热器；
6-1—第一换热柱； 7—高压导热箱； 8—水浴换热器；
8-1—第二换热柱； 9—进风换热器； 10—导流管；
11—回流管； 12—预热水箱； 13—第一水箱；
14—第二水箱； 15—导流孔； 16—回流孔。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明所述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，包括对回风井2中回风流进行乏风余热回收且对进风井1中新鲜风流进行预热的温控机构以及与所述温控机构配合的热水供应机构，所述温控机构内填充有高压二氧化碳。
需要说明的是，高寒矿井指外界环境温度在0摄氏度以下的矿井，二氧化碳具有优良的环保性、良好的传热性质、较低的流动阻力及相当大的单位容积制冷量，相比于其它换热工质，其蒸发潜热较大，单位容积制冷量大，0℃时单位容积二氧化碳制冷量是NH3的1.58倍，是氟利昂R12制冷剂的8.25倍；且其运动粘度低，价格低廉易获得，较高的导热系数与等压比热,有助于提高换热系数；另外其具有较小的表面张力系数,可以提高蒸发器中沸腾区的换热强度，利用二氧化碳的特殊性能以及自然循环模式，能在高寒地区稳定运行，由于二氧化碳的三相点为-56.6℃，因此该装置在寒冷地区运行不会发生结冰堵管现象，可实现高寒矿区回风井余热利用，以及井筒防冻。
本实施例中，所述回风井2靠近地面的井壁上设置有对回风流进行引导的风筒4，风筒4靠近回风井2的一端设置有风机5。
本实施例中，所述温控机构包括设置在进风井1内的进风换热器9、伸入至风筒4内的回风换热器6、与回风换热器6远离风筒4的一端连通的高压导热箱7和与高压导热箱7远离回风换热器6的一端连通的水浴换热器8，高压导热箱7与进风换热器9的进液端之间通过导流管10连通，进风换热器9的出液端与回风换热器6之间通过回流管11连通，所述高压二氧化碳填充在进风换热器9、回风换热器6、高压导热箱7和水浴换热器8内；所述热水供应机构包括安装在高压导热箱7顶端且与水浴换热器8配合的预热水箱12，预热水箱12的进水端通过进水管与用于盛放常温水的第一水箱13连通，预热水箱12的出水端通过出水管与用于盛放预热水的第二水箱14连通。
需要说明的是，通过设置温控机构对回风井2中回风流进行乏风余热回收且对进风井1中新鲜风流进行预热，利用二氧化碳相变产生的热量对预热水箱12中的常温水进行预热，同时利用残余热量对进风井1中新鲜风流进行预热，高压二氧化碳适用于高寒地区矿井，在零摄氏度以下时，不易冻结，且水浴换热器8与预热水箱12相隔离，不易引入乏风中大量粉尘等杂质，可直接用作洗浴水，使用效果好；通过设置导流管10将高压导热箱7中的气态二氧化碳引致进风井1，预热新鲜风流，改善矿井工作环境，同时对气态二氧化碳进行降温，将气态二氧化碳变为液态二氧化碳，并通过回流管11传输至回风换热器6，回风井2中的回风流与风筒4位置处的回风换热器6进行热交换，产生气态二氧化碳对水浴换热器8中常温水预热，导流管10将高压导热箱7中的气态二氧化碳引致进风井1，如此反复循环，热交换充分。
本实施例中，所述进风换热器9为具有一个入口多个出口的进风换热器，所述回风换热器6包括多个第一换热柱6-1，回流管11的数量为多个，回流管11的数量与第一换热柱6-1的数量和进风换热器9的出口数相等且一一对应，第一换热柱6-1上开设有回流孔16，回流管11的一端通过进风换热器9上对应的出口与进风换热器9连通，回流管11的另一端通过对应的第一换热柱6-1上的回流孔16与对应的第一换热柱6-1连通；高压导热箱7的侧壁上开设有导流孔15，导流管10的一端通过进风换热器9上入口与进风换热器9连通，导流管10的另一端通过导流孔15与高压导热箱7连通。
需要说明的是，回流管11的数量与第一换热柱6-1的数量和进风换热器9的出口数相等且一一对应，便于增大热交换面积，便于充分热交换。
本实施例中，所述导流管10与进风换热器9连通的一端高于导流管10与高压导热箱7连通的另一端；所述回流管11与进风换热器9连通的一端高于回流管11与回风换热器6连通的另一端。
需要说明的是，导流管10与进风换热器9连通的一端高于导流管10与高压导热箱7连通的另一端的目的是便于气体的上移，实现气态二氧化碳向进风换热器9移动，预热进风井1中的新鲜风流，改善矿井环境；所述回流管11与进风换热器9连通的一端高于回流管11与回风换热器6连通的另一端的目的是便于液态二氧化碳在自重的条件下下移，使低温液态二氧化碳回流至回风换热器6，便于与回风井2中回风流热交换。
本实施例中，所述水浴换热器8包括多个第二换热柱8-1，多个第二换热柱8-1均与高压导热箱7连通，多个第二换热柱8-1均伸入至预热水箱12内。
本实施例中，所述高压二氧化碳的压力为3.5MPa～5MPa。
需要说明的是，由于液态二氧化碳的导热性远高于气态，且液态二氧化碳相变过程中产生沸腾效果，产生旋涡流，从而能够促进工质的扰动，增强换热效果，为保证换热器中二氧化碳保持液态，从图3二氧化碳相态图可看出，当二氧化碳温度低于31.3℃时，可实现二氧化碳保持液态，而回风井中风流温度一般为10℃～20℃之间。同时，从相态图可以看出，二氧化碳液化温度与压力有关，为使高压导热箱7中有足够的液态二氧化碳，应确保二氧化碳在进风井1中能够液化成二氧化碳，因此需要确保循环过程中具有足够的压力，本实施例中，以冬季进风井1风流温度为0摄氏度为例，根据二氧化碳饱和曲线，要使二氧化碳在0摄氏度以下均发生冷凝液化，预热利用装置中二氧化碳压力需在大于3.48MPa，故该装置运行压力大于3.48MPa，但系统压力过高则会导致液态二氧化碳凝固成干冰，因此在满足液化要求的情况下，装置压力优选的可维持在3.5MPa～5MPa。
实际使用时，位于回风井2换热器中的液态二氧化碳在与回风流发生换热后，部分液态二氧化碳受热后发生沸腾气化成气态二氧化碳，气态二氧化碳在浮力作用下向上运动至上部空间，并在换热器中与水流发生换热，对水流进行加热。由于液态二氧化碳气化成气态二氧化碳后压力上升，在压力的推动下上部的二氧化碳气体进入二氧化碳输送管路输送至进风井换热器中。在进风井换热器中二氧化碳气体与进风井中的新鲜风流发生换热，使进风井中的新鲜风流温度上升，从而改善矿井内工作环境。
如图3所示的高寒矿井内回风余热利用的方法，包括以下步骤：
步骤一、安装回风余热利用装置，过程如下：
步骤101、在进风井1内安装进风换热器9，所述进风换热器9的最大宽度小于进风井1的直径，在回风井2的侧壁上安装与地面连通的风筒4，并在风筒4的进风段安装风机5和回风换热器6，回风换热器6通过高压导热箱7与伸出地面的水浴换热器8连通；
步骤102、高压导热箱7与进风换热器9的进液端之间通过导流管10连通，进风换热器9的出液端与回风换热器6之间通过回流管11连通，调节导流管10和回流管11的角度，使导流管10与进风换热器9连通的一端高于导流管10与高压导热箱7连通的另一端；同时使回流管11与进风换热器9连通的一端高于回流管11与回风换热器6连通的另一端；
步骤103、在高压导热箱7的顶端安装与水浴换热器8配合的预热水箱12，预热水箱12的进水端通过进水管与用于盛放常温水的第一水箱13连通，预热水箱12的出水端通过出水管与第二水箱14连通；
步骤104、将高压二氧化碳填充在进风换热器9、回风换热器6、高压导热箱7和水浴换热器8内，所述高压二氧化碳的压力为3.5MPa～5MPa；
步骤二、通入新鲜风流：新鲜风流经进风井1进入高寒矿井内，进风井1通过连接巷道3与回风井2连通；
步骤三、常温水预热：风机5将经连接巷道3流至回风井2的回风流抽入风筒4内，回风换热器6中的液态二氧化碳在回风换热器6中与回风流发生热交换后，发生相变沸腾，产生气态二氧化碳，气态二氧化碳在浮力和热力作用下向高压导热箱7上部运动，并运动至水浴换热器8中，气态二氧化碳在浴换热器8中发生换热，对预热水箱12中的常温水预热，预热后的预热水流入第二水箱14；
步骤四、进风井中新鲜风流预热：高压导热箱7下端不断有液态二氧化碳相变成二氧化碳，压力不断升高，高压导热箱7中气态二氧化碳在压力的驱动下进入导流管10输送至进风井1处，在进风换热器9中与新鲜风流发生换热，使新鲜风流温度升高，与新鲜风流发生换热后的气态二氧化碳温度降低，气态二氧化碳液化成液态二氧化碳，并在重力作用下，液态二氧化碳经回流管11输送至回风换热器6，为回风换热器6提供新的液态二氧化碳，循环步骤三。
本发明使用时，基于常温高压环境下，液态二氧化碳相变沸腾的方式增强换热器中换热效果，利用进风井中新鲜风流对二氧化碳进行液化，并在重力作用下输送至回风换热器，为回风换热器提供液态二氧化碳，利用液态二氧化碳吸热相变体积膨胀驱动装置自动循环，无需额外动力，实现能源的有效利用，节约能源且环保。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：包括对回风井(2)中回风流进行乏风余热回收且对进风井(1)中新鲜风流进行预热的温控机构以及与所述温控机构配合的热水供应机构，所述温控机构内填充有高压二氧化碳。
2.按照权利要求1所述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述回风井(2)靠近地面的井壁上设置有对回风流进行引导的风筒(4)，风筒(4)靠近回风井(2)的一端设置有风机(5)。
3.按照权利要求2所述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述温控机构包括设置在进风井(1)内的进风换热器(9)、伸入至风筒(4)内的回风换热器(6)、与回风换热器(6)远离风筒(4)的一端连通的高压导热箱(7)和与高压导热箱(7)远离回风换热器(6)的一端连通的水浴换热器(8)，高压导热箱(7)与进风换热器(9)的进液端之间通过导流管(10)连通，进风换热器(9)的出液端与回风换热器(6)之间通过回流管(11)连通，所述高压二氧化碳填充在进风换热器(9)、回风换热器(6)、高压导热箱(7)和水浴换热器(8)内；所述热水供应机构包括安装在高压导热箱(7)顶端且与水浴换热器(8)配合的预热水箱(12)，预热水箱(12)的进水端通过进水管与用于盛放常温水的第一水箱(13)连通，预热水箱(12)的出水端通过出水管与用于盛放预热水的第二水箱(14)连通。
4.按照权利要求3所述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述进风换热器(9)为具有一个入口多个出口的进风换热器，所述回风换热器(6)包括多个第一换热柱(6-1)，回流管(11)的数量为多个，回流管(11)的数量与第一换热柱(6-1)的数量和进风换热器(9)的出口数相等且一一对应，第一换热柱(6-1)上开设有回流孔(16)，回流管(11)的一端通过进风换热器(9)上对应的出口与进风换热器(9)连通，回流管(11)的另一端通过对应的第一换热柱(6-1)上的回流孔(16)与对应的第一换热柱(6-1)连通；高压导热箱(7)的侧壁上开设有导流孔(15)，导流管(10)的一端通过进风换热器(9)上入口与进风换热器(9)连通，导流管(10)的另一端通过导流孔(15)与高压导热箱(7)连通。
5.按照权利要求3所述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述导流管(10)与进风换热器(9)连通的一端高于导流管(10)与高压导热箱(7)连通的另一端；所述回流管(11)与进风换热器(9)连通的一端高于回流管(11)与回风换热器(6)连通的另一端。
6.按照权利要求4所述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述水浴换热器(8)包括多个第二换热柱(8-1)，多个第二换热柱(8-1)均与高压导热箱(7)连通，多个第二换热柱(8-1)均伸入至预热水箱(12)内。
7.按照权利要求1所述的一种适用于高寒矿井内回风余热利用装置，其特征在于：所述高压二氧化碳的压力为3.5MPa～5MPa。
8.一种利用如权利要求6所述装置进行高寒矿井内回风余热利用的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、安装回风余热利用装置，过程如下：
步骤101、在进风井(1)内安装进风换热器(9)，所述进风换热器(9)的最大宽度小于进风井(1)的直径，在回风井(2)的侧壁上安装与地面连通的风筒(4)，并在风筒(4)的进风段安装风机(5)和回风换热器(6)，回风换热器(6)通过高压导热箱(7)与伸出地面的水浴换热器(8)连通；
步骤102、高压导热箱(7)与进风换热器(9)的进液端之间通过导流管(10)连通，进风换热器(9)的出液端与回风换热器(6)之间通过回流管(11)连通，调节导流管(10)和回流管(11)的角度，使导流管(10)与进风换热器(9)连通的一端高于导流管(10)与高压导热箱(7)连通的另一端；同时使回流管(11)与进风换热器(9)连通的一端高于回流管(11)与回风换热器(6)连通的另一端；
步骤103、在高压导热箱(7)的顶端安装与水浴换热器(8)配合的预热水箱(12)，预热水箱(12)的进水端通过进水管与用于盛放常温水的第一水箱(13)连通，预热水箱(12)的出水端通过出水管与第二水箱(14)连通；
步骤104、将高压二氧化碳填充在进风换热器(9)、回风换热器(6)、高压导热箱(7)和水浴换热器(8)内，所述高压二氧化碳的压力为3.5MPa～5MPa；
步骤二、通入新鲜风流：新鲜风流经进风井(1)进入高寒矿井内，进风井(1)通过连接巷道(3)与回风井(2)连通；
步骤三、常温水预热：风机(5)将经连接巷道(3)流至回风井(2)的回风流抽入风筒(4)内，回风换热器(6)中的液态二氧化碳在回风换热器(6)中与回风流发生热交换后，发生相变沸腾，产生气态二氧化碳，气态二氧化碳在浮力和热力作用下向高压导热箱(7)上部运动，并运动至水浴换热器(8)中，气态二氧化碳在浴换热器(8)中发生换热，对预热水箱(12)中的常温水预热，预热后的预热水流入第二水箱(14)；
步骤四、进风井中新鲜风流预热：高压导热箱(7)下端不断有液态二氧化碳相变成二氧化碳，压力不断升高，高压导热箱(7)中气态二氧化碳在压力的驱动下进入导流管(10)输送至进风井(1)处，在进风换热器(9)中与新鲜风流发生换热，使新鲜风流温度升高，与新鲜风流发生换热后的气态二氧化碳温度降低，气态二氧化碳液化成液态二氧化碳，并在重力作用下，液态二氧化碳经回流管(11)输送至回风换热器(6)，为回风换热器(6)提供新的液态二氧化碳，循环步骤三。
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