CN111550274A - 一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统，包括回风立井、主扇、扩散塔、进风立井、井口加热室、进风井室、进风格栅、进风井口、热管蒸发器、热管冷凝器、上升管、下降管、轴流风扇等，其特征在于：矿井回风经主扇由回风口排向室外，回风井壁若干组热管蒸发器吸收矿井回风的低温热能，同时内部工质发生相变由液态转为气态，气态工质从上升管导入热管冷凝器；室外冷气流经轴流风扇由热管冷凝器送入井下，此过程进风格栅闭合，加热室内若干组热管冷凝器向冷气流放热，同时内部工质发生相变由气态转为液态，液态工质从下降管导入热管蒸发器。本发明与其他热能回收方式相比，运维费和投资也更低，工艺简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明及一种热管式矿井回风热能交换系统，特别涉及一种矿井回风专用分体式热管热能交换系统。
背景技术
在矿井领域普遍存在井口防冻需求，即冬季室外冷风在送入井下之前至少需要加热至规程要求的2℃以上或更高，以往普遍通过燃煤(燃气或电)等加热方式，这不仅导致运行费居高不下，而且造成环境污染、雾霾加剧，各级政府已经加大限制或严禁传统方式的应用。与此同时，进风风流在井下经巷道岩体、耗电设备散热等方式由回风井排向室外时，蕴含了大量的低温热能，但因其能量品味较低不易利用而白白损失。
近年以来，通过回收矿井回风低温热能的回风源热泵技术已经得到应用，但该技术存在很大应用局限，主要表现在：大型设备多、配套建安工程大，导致造价很高；耗电设备多，造成运行开支大；运转部件多，造成管理难度极大。为此，本发明借鉴新型热管换热技术，并结合矿井这种特殊的应用场合，开创性地研发出一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统。
本发明将新型热管技术应用于矿井井口防冻领域，并不着重于阐述分体式热管蒸发器或冷凝器的内在结构，主要结合进风井的冷风流和回风井的热风流这种特有的属性，对热管技术加以改进并创造性地开发出一种矿井回风专用的分体式热管热能回收系统。本发明主要针对矿井(包括铁矿或其他金属矿)井口防冻的应用，本系统依靠温差换热、依靠密度差和重力作用进行循环，系统几乎没有运转部件，所以运行费极低，管理非常容易，安装简单，造价低廉，对环境几乎零污染。
发明内容
本发明提供了一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统，本发明实现上述目的技术方案是：
矿井回风专用分体式热管热能回收系统，包括回风立井、主扇、扩散塔、进风立井、井口加热室、进风井室、进风格栅、进风井口、分体式热管蒸发器、分体式热管冷凝器、工质上升管、工质下降管、轴流风扇等，其特征在于：分体式热管蒸发器以若干组形式布置在矿井回风立井井壁周围，并吸收经由此处的矿井回风热气流的低温热能；蒸发器内部的工质因吸热发生相变由液态转为气态，从工质上升管导入分体式热管冷凝器；分体式热管冷凝器布置在井口加热室内，室外冷气流在负压作用下经冷凝器由井口送入井下，此过程中冷凝器向室外冷气流放热；冷凝器内部的工质因放热发生相变由气态转为液态，从工质下降管导入分体式热管的蒸发器；以上过程往复循环，实现矿井回风热气流和矿井进风冷气流的热能交换。
进一步，所述的分体式热管蒸发器和分体式热管冷凝器均为模块化配置、并一一对应，由工质上升管和下降管相连通，组成若干组分体式热管换热系统；上升管和下降管为碳钢或不锈钢，上升管管径比下降管管径至少增大一至二个规格。
进一步，模块化配置的分体式热管蒸发器或分体式热管冷凝器均可按换热量及外形尺寸划分为不同型号和规格，以满足不同工况、不同地区、不同矿井的回风热气流和进风冷气流的热能交换需要。
进一步，模块化配置的分体式热管蒸发器或分体式热管冷凝器均由若干根翅片管以管束的形式和外部框架构成，管束的上端和下端以集管的形式相连，集管上下配有进(出)液口和出(进)气口，管束组成可2排、4排、6排或8排不等，排列方式可顺排或交叉排。
进一步，每一组一一对应的分体式热管换热系统，冷凝器均布置在进风井地面上部，蒸发器均布置在回风井地面下部，且冷凝器一定要高于蒸发器。
进一步，每一个模块化配置的蒸发器或冷凝器模块的翅片管长度和数量均可根据换热量和实施现场而定，长度从1.5米至4米不等，数量从数十根至上百根不等；翅片管的材质为碳钢、不锈钢或铝，翅片的材质为防腐铝翅片。
本发明的有益效果在于：
本发明将新型热管技术应用于矿井井口防冻领域，并不着重于阐述分体式热管蒸发器或冷凝器的内在结构，主要结合进风井的冷风流和回风井的热风流这种特有的属性，对热管技术加以改进并创造性地开发出一种矿井回风专用的分体式热管热能回收系统。本发明主要针对矿井(包括铁矿或其他金属矿)井口防冻的应用，本系统依靠温差换热、依靠密度差和重力作用进行循环，系统几乎没有运转部件，所以运行费极低，管理非常容易，安装简单，造价低廉，对环境几乎零污染。
附图说明
图1和图2为本发明的结构示意图。
图中：
1、回风立井；2、防爆棚；3、主扇；4、扩散塔；5、回风口；6、进风立井；7、井口加热室；8、进风井室；9、进风格栅；10、进风井口；11、分体式热管蒸发器；12、分体式热管冷凝器；13、工质下降管；14、工质上升管；15、轴流风扇；16、蒸发器支架；17、蒸发器出气口；18、蒸发器进液口；19、冷凝器进气口；20、冷凝器出液口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的应用范围。
实施方式：
一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统，包括回风立井1、防爆棚2、主扇3、扩散塔4、回风口5、进风立井6、井口加热室7、进风井室8、进风格栅9、进风井口10、分体式热管蒸发器11、分体式热管冷凝器12、工质下降管13、工质上升管14、轴流风扇15等，其特征在于：分体式热管蒸发器以若干组形式布置在矿井回风立井井壁周围，并由支架支撑，吸收经由此处的矿井回风热气流的低温热能；蒸发器内部的工质因吸热发生相变由液态转为气态，从工质上升管导入分体式热管冷凝器；分体式热管冷凝器布置在井口加热室内，室外冷气流在负压作用下经冷凝器由井口送入井下，该过程冷凝器向室外冷气流释热；冷凝器内部的工质因释热发生相变由气态转为液态，从工质下降管导入分体式热管的蒸发器。
所述的分体式热管蒸发器和分体式热管冷凝器均为模块化配置、并一一对应，由工质上升管和下降管相连通，组成若干组分体式热管换热系统。模块化配置的分体式热管蒸发器和冷凝器可按换热量及外形尺寸划分为不同型号和规格，每个模块均由若干根翅片管以管束的形式和外部框架构成，构成模块的翅片管长度和数量均可根据换热量和实施现场而定。分体式热管冷凝器均布置在进风井地面上部，蒸发器均布置在回风井地面下部，且冷凝器一定要高于蒸发器。
本发明的工作流程：矿井回风因防爆棚而改变流向经扩散塔排出，排出时经由回风井壁布置的分体式热管蒸发器，蒸发器吸收了矿井回风的低温热能，内部工质发生相变由工质上升管进入布置在进风加热室内的冷凝器。室外冷风由轴流风扇经冷凝器送入井下，并在冷凝器中吸收来自矿井回风的低温热能而升温，同时冷凝器内部的工质由气态变为液态，并经工质下降管导入蒸发器。如此往复循环，实现矿井回风热风流向矿井进风冷风流的热能交换，该过程中矿井回风由温度较高(一般≥10℃)的热风流降至0℃以上(一般≥2℃)，室外进风由温度较低的冷风流(一般≤-8℃)升至0℃以上(一般≥2℃)。
本发明的工作原理：蒸发器因吸热由液态变为气态，冷凝器因放热由气态变液态，上升管内部为蒸发器流向冷凝器的气态工质，下降管内部为冷凝器流向蒸发器的液态工质；室外冷风获得热能升温，送入井下；矿井回风放热降温，经扩散塔排向室外。室外进风只要低于要求的温度(一般为2℃)，本系统便可自发地实现热能的转换。
本发明并不完全局限于上述实施方式，如热管蒸发器或冷凝器可分为四个、六个、八个乃至更多个不同规格和型号的一一对应的模块；扩散塔除所述倒锥型外，还包括倾斜型和流线型，回风井和进风井除所述的立井外，还包括斜井。总之，任何基于本发明的衍生所获得的其他各类工艺或系统，无论在其形式或布置上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.本发明涉及一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统，包括回风立井、主扇、扩散塔、进风立井、井口加热室、进风井室、进风格栅、进风井口、分体式热管蒸发器、分体式热管冷凝器、工质上升管、工质下降管、轴流风扇等，其特征在于：分体式热管蒸发器以若干组形式布置在矿井回风立井井壁周围，并吸收经由此处的矿井回风热气流的低温热能；蒸发器内部的工质因吸热发生相变由液态转为气态，从工质上升管导入分体式热管冷凝器；分体式热管冷凝器布置在井口加热室内，室外冷气流在负压作用下经冷凝器由井口送入井下，此过程中冷凝器向室外冷气流放热；冷凝器内部的工质因放热发生相变由气态转为液态，从工质下降管导入分体式热管的蒸发器；以上过程往复循环，实现矿井回风热气流和矿井进风冷气流的热能交换。
2.根据权利要求1所述的矿井回风专用分体式热管热能回收系统，其特征在于：所述的分体式热管蒸发器和分体式热管冷凝器均为模块化配置、并一一对应，由工质上升管和下降管相连通，组成若干组分体式热管换热系统；上升管和下降管为碳钢或不锈钢，上升管管径比下降管管径至少增大一至二个规格。
3.根据权利要求1所述的矿井回风专用分体式热管热能回收系统，其特征在于：模块化配置的分体式热管蒸发器和分体式热管冷凝器均可按换热量及外形尺寸划分为不同型号和规格，以满足不同工况、不同地区、不同矿井的回风热气流和进风冷气流的热能交换需要。
4.根据权利要求1所述的矿井回风专用分体式热管热能回收系统，其特征在于：模块化配置的分体式热管蒸发器或分体式热管冷凝器均由若干根翅片管以管束的形式和外部框架构成，管束的上端和下端以集管的形式相连，集管上下配有进(出)液口和出(进)气口，管束组成可以2排、4排、6排或8排不等，排列方式可顺排或交叉排。
5.根据权利要求2所述的矿井回风专用分体式热管热能回收系统，其特征在于：每一组一一对应的分体式热管换热系统，冷凝器均布置在进风井地面上部，蒸发器均布置在回风井地面下部，且冷凝器一定要高于蒸发器。
6.根据权利要求4所述的矿井回风专用分体式热管热能回收系统，其特征在于：每一个模块化配置的蒸发器或冷凝器模块的翅片管长度和数量均可根据换热量和实施现场而定，长度从1.5米至4米不等，数量从数十根至上百根不等；翅片管的材质为碳钢、不锈钢或铝，翅片的材质为防腐铝翅片。
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