CN114777533B - 一种热交换和热回收系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种热交换和热回收系统，包括：高地蓄水组件，所述高地蓄水组件包括蓄水箱；隧道换热组件，所述隧道换热组件包括上分水器、下分水器、上集水器、下集水器、多个逆流换热管和多个顺流换热管；逆流换热管用于从下至上对隧道衬砌内部环境进行换热；每个所述顺流换热管的进水端与所述上分水器连通、出水端与所述下集水器连接，以从上至下对所述隧道衬砌内部环境进行换热；多个所述逆流换热管和多个所述顺流换热管沿着所述隧道衬砌的长度方向交叉设置。本申请旨在解决相关技术中的地下工程中的地下热害防治方法存在的防治效率低下的问题。

Description

一种热交换和热回收系统

技术领域

本申请实施例涉及热害防治的技术领域，具体而言，涉及一种热交换和热回收系统。

背景技术

随着水电建设、隧道工程、矿物开采等地下工程的施工深度不断增大，高地温已成为大埋深地下工程中最常见的地质灾害问题之一。造成地下热害的主要原因包括：地热、机电设备产热、矿物氧化及爆破施工放热等众多因素，其中地热是最大的影响因素。由于地温随着深度加深逐渐升高，因此，地下工程埋深越深，环境温度越高，带来的热害问题也更严重。我国规定地下作业所处环境温度不得超过26℃，因为高温环境会导致劳动效率降低，使地下作业人员健康受损，甚至引起中暑休克。以26℃为标准，温度每上升1℃，劳动效率就会降低6~8%，当工作环境温度超过30℃后，劳动效率会显著下降。此外，极端高温环境还可能引起施工建筑以及仪器设备过热，增加施工风险和事故频率。

传统地下高温热害防治主要有空调通风冷却和冷水喷洒冷却两种方法，前者通过强制通风带出地下工程工作面的热量，后者利用制冷设备给冷却水降温，然后通过喷洒冷却水降低工作面温度；这两种传统治理地下热害防治方法均是将地下热害带出，并释放到环境中，然而这两种传统治理地下热害防治方法对地热吸收分布不均匀，存在防治效率低下的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种热交换和热回收系统，旨在解决地下工程中的地下热害防治方法存在的防治效率低下的问题。

本申请实施例提供一种热交换和热回收系统，所述系统包括：

高地蓄水组件，所述高地蓄水组件包括蓄水箱；

隧道换热组件，所述隧道换热组件包括上分水器、下分水器、上集水器、下集水器、多个逆流换热管和多个顺流换热管；所述上分水器与所述下分水器均与所述蓄水箱的出水口连通，以使所述蓄水箱中的冷却流体进入所述上分水器和所述下分水器；

其中，每个所述逆流换热管的进水端与所述下分水器连通、出水端与所述上集水器连接，以从下至上对隧道衬砌内部环境进行换热；每个所述顺流换热管的进水端与所述上分水器连通、出水端与所述下集水器连接，以从上至下对所述隧道衬砌内部环境进行换热；

所述上集水器和所述下集水器中流通的流体经出流总管向所述隧道衬砌外排出；

其中，多个所述逆流换热管和多个所述顺流换热管沿着所述隧道衬砌的长度方向交叉设置。

可选地，还包括：

入流总管，所述入流总管与所述上分水器连通；

第一连接管，所述第一连接管的一端与所述上分水器连通，另一端与所述下分水器连通；

第二连接管，所述第二连接管的一端与所述上集水器连通，另一端与所述下集水器连通；

其中，所述出流总管与所述上集水器的出水端连通。

可选地，所述多个逆流换热管和所述多个顺流换热管均为弧形管。

可选地，在所述入流总管与所述上分水器连通的管路上设置有第一截止阀；

在所述出流总管与所述上集水器的出水端连通的管路上设置有第二截止阀。

可选地，所述系统还包括：

换热器，所述换热器与所述出流总管的出水端连通；

在所述换热器内部自靠近所述出流总管的出水端自远离所述出流总管的出水端的方向，依次设置有相互隔离的多个用热腔；

循环工质流通管，所述循环工质流通管的一端与所述出流总管的出水端连通，另一端贯穿所述多个用热腔；

在每个所述用热腔中均设置有出水口和进水口，其中，由所述用热腔的进水口流入的换热流体流向所述用热腔的出水口，并与所述循环工质流通管进行热交换，以利用所述循环工质流通管中的高温流体进行热回收。

可选地，包括多个所述循环工质流通管，多个所述循环工质流通管间隔设置在所述换热器内部；

多个折流板，所述多个折流板在各自所处的用热腔中间隔排列设置，且多个所述折流板排列形成供所述换热流体流通的蛇形通道，以使所述换热流体沿所述蛇形通道从所述用热腔的进水口流向出水口。

可选地，所述多个用热腔包括自靠近所述出流总管的出水端至远离所述出流总管的出水端的方向，依次设置的高温发电腔、中温用热腔和低温用热腔；

所述高温发电腔外设有高温发电组件，所述高温发电组件与所述高温发电腔的进水口和出水口均连通，以利用所述循环工质流通管内的循环工质的热量进行发电；

所述中温用热腔外设有中温用热组件，所述中温用热组件与所述中温用热腔的进水口和出水口均连通，以直接利用所述循环工质流通管内的循环工质的热量；

所述低温用热腔外设有低温用热组件，所述低温用热组件与所述低温用热腔的进水口和出水口均连通，以利用所述循环工质流通管内的循环工质的热量。

可选地，还包括：

分别位于所述换热器两端的工质流入腔和工质流出腔，所述工质流入腔与所述出流总管的出水端连通；

所述多个用热腔设置在所述工质流入腔和所述工质流出腔之间的腔体中；

所述循环工质流通管的一端与所述工质流入腔连通，另一端贯穿所述多个用热腔后与所述工质流出腔连通。

可选地，还包括：

辅助循环组件，所述辅助循环组件包括循环泵，所述循环泵与所述蓄水箱的出水管连接；

蓄电池，所述蓄电池与所述高温发电组件的输出端连接，以通过所述高温发电组件对所述蓄电池充电；

其中，所述循环泵与所述蓄电池的输出端连接，以使所述蓄电池为所述循环泵提供电力输出。

采用本申请提供的一种热交换和热回收系统，有益效果为：

在隧道换热组件内，通过上分水器和下分水器的配合，将从蓄水箱流至隧道换热组件内的冷却水分流至多个逆流换热管和多个顺流换热管内，逆流换热管和顺流换热管内的冷却水的流向相反，进而使进入逆流换热管和顺流换热管的冷却水以不同的流向流动在隧道衬砌内部进行吸热，最后再汇集至集水器排出，且多个逆流换热管和多个顺流换热管沿着隧道衬砌的长度方向交叉设置，通过此种顺流换热管和逆流换热管的设置，使不同流向的冷却水均匀的在隧道衬砌内部进行换热，使隧道衬砌内的温度更加均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提出的热交换和热回收系统的示意图；

图2是本申请一实施例提出的隧道衬砌和位于隧道衬砌内的隧道换热组件的结构示意图；

图3是换热器的结构示意图；

附图标记：1、蓄水箱；2、上分水器；3、下分水器；4、上集水器；5、下集水器；6、逆流换热管；7、顺流换热管；8、隧道衬砌；9、入流总管；10、出流总管；11、第一连接管；12、第二连接管；13、第一截止阀；14、第二截止阀；15、换热器；16、循环工质流通管；17、折流板；18、高温发电腔；19、中温用热腔；20、低温用热腔；21、工质流入腔；22、工质流出腔；23、循环泵；24、蓄电池；25、电机；26、排气阀；27、高温发电组件；28、中温用热组件；29、低温用热组件；30、隧道换热组件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

传统地下高温热害防治主要有空调通风冷却和冷水喷洒冷却两种方法，前者通过强制通风带出地下工程工作面的热量，后者利用制冷设备给冷却水降温，然后通过喷洒冷却水降低工作面温度，也可直接将大量冰块运送至地下空间进行降温。但是，空气冷却系统造价昂贵，冰冷系统运输管道易堵塞，喷淋还会增大工作区域湿度，两种系统运行都要消耗大量电能。传统治理地下热害方法均是将地下热害带出，并释放到环境中，也浪费了大量热能资源。传统的地下高温热害防治方法中，需要先吸收地下工程中的高温，再将高温传递至其他位置，实现热量的交换，传统的地下高温热害防治方法会导致对廊道衬砌内的地热吸收的不均匀，从而导致地下工程廊道中的各个位置温度不同；进而导致在地下工程内施工的工作人员的施工体验很差，影响施工的工作效率。

有鉴于此，本申请实施例提供一种热交换和热回收系统，参照图1，所述系统包括：

高地蓄水组件，所述高地蓄水组件包括蓄水箱1；

隧道换热组件30，包括上分水器2、下分水器3、上集水器4、下集水器5、多个逆流换热管6和多个顺流换热管7；所述上分水器2与所述下分水器3均与所述蓄水箱1的出水口连通，以使所述蓄水箱1中的冷却流体进入所述上分水器2和所述下分水器3；

其中，每个所述逆流换热管6的进水端与所述下分水器3连通、出水端与所述上集水器4连接，以从下至上对所述隧道衬砌8内部环境进行换热；每个所述顺流换热管7的进水端与所述上分水器2连通、出水端与所述下集水器5连接，以从上至下对所述隧道衬砌8内部环境进行换热；

所述上集水器4和所述下集水器5中流通的流体经出流总管10向所述隧道衬砌8外排出；

其中，多个所述逆流换热管6和多个所述顺流换热管7沿着所述隧道衬砌8的长度方向交叉设置。

在本申请实施例中，蓄水箱1中的流体采用冷却水，由于冷却水的比热容较大，在与地下廊道的隧道衬砌进行换热时可吸收更多的热量。

在本申请实施例中，参照图1，高地蓄水组件设置在山体上，高地蓄水组件可利用高山融雪的水来作为系统循环中的冷却水，设置在高地上的高地蓄水组件为此项目的实施提供了便利条件。冷却水在所述系统循环中经隧道换热组件30吸热后，温度上升，温度上升后的高温冷却水再通过换热器15后，其中部分的热量会被回收利用，导致冷却水的温度降低，再上升回到高地蓄水组件。

经过高地蓄水组件后的冷却水，重新向下流回隧道换热组件30内。在隧道换热组件30内，通过上分水器2和下分水器3的配合，将从蓄水箱1流至隧道换热组件30内的冷却水分流至多个逆流换热管6和多个顺流换热管7内，逆流换热管6和顺流换热管7内的冷却水的流向相反，进而使进入逆流换热管6和顺流换热管7的冷却水以不同的流向流动在隧道衬砌8内部进行吸热，最后再汇集至集水器排出，且多个逆流换热管6和多个顺流换热管7沿着隧道衬砌8的长度方向交叉设置。通过此种顺流换热管7和逆流换热管6的设置，从而达到使不同流向的冷却水均匀的在隧道内部进行换热，达到使隧道衬砌8内的温度更加均匀的效果。

在本申请实施例中，参照图1和2，所述隧道换热组件30埋设于隧道衬砌8内，隧道换热组件30中逆流换热管6、顺流换热管7均埋设于隧道衬砌8内，且隧道衬砌8为内部中空的圆筒状，逆流换热管6和顺流换热管7为与隧道衬砌8的内径大小相匹配的弧形管，此种设置的隧道换热组件30不会占据隧道衬砌8内部的空间，不会对隧道衬砌8内的人员正常施工造成影响。

在本申请实施例中，整个所述系统为闭式自然循环系统，通过处于高位的蓄水箱1内低温流体和隧道衬砌8内高温流体之间的密度差，来驱动所述系统进行自然循环，采用此种方式，充分利用了流体因温度不同密度不同的特性，以实现更好的热回收效果。

在本申请实施例中，参照图2，还包括：

入流总管9和出流总管10，所述入流总管9与所述上分水器2连通；

第一连接管11，所述第一连接管11的一端与所述上分水器2连通，另一端与所述下分水器3连通；

第二连接管12，所述第二连接管12的一端与所述上集水器4连通，另一端与所述下集水器5连通；

其中，所述出流总管10与所述上集水器4的出水端连通。

在本申请实施例中，参照图2，入流总管9位于多个逆流换热管6和多个顺流换热管7上方，同样埋设于隧道衬砌8内。入流总管9一端与蓄水箱1的出水口连通，另一端与上分水器2连通，以使从蓄水箱1的出水口流出的冷却水先进入入流总管9内，再经由上分水器2将冷却水分至多个逆流换热管6和顺流换热管7内。

参照图2，下分水器3同样也起到将冷却水分流至多个逆流换热管6和顺流换热管7的作用，其中，上分水器2位于隧道衬砌8的上方，下分水器3位于隧道衬砌8的下方，下分水器3和上分水器2之间通过第一连接管11连通，第一连接管11同样为与隧道衬砌8的内径相适配的弧形管，以将上分水器2中的冷却水传递至下分水器3中。

参照图2，进入上分水器2和下分水器3中的冷却水由上分水器2和下分水器3进行分流，其中，上分水器2上不同位置设置有多个分流节点，每个分流节点对应两个顺流换热管7，且每个分流节点上连接的两个顺流换热管7沿着相反的方向向下延伸，一个顺流换热管7中沿顺时针延伸，另一个顺流换热管7沿逆时针延伸，同一个节点上的两个顺流换热管7可围合形成与隧道衬砌8的内径相匹配的圆形，两个顺流换热管7内的冷却水从上分水器2向下流动时，以从上至下对所述隧道衬砌8内部环境进行换热。

参照图2，下分水器3上连通设置有多个逆流换热管6，同样地，上分水器2上不同位置设置有多个分流节点，每个分流节点对应两个逆流换热管6，且每个分流节点上连接的两个逆流换热管6沿着相反的方向向上延伸，一个逆流换热管6沿顺时针延伸，另一个逆流换热管6沿逆时针延伸，同一个节点上的两个逆流换热管6可围合形成与隧道衬砌8的内径相匹配的圆形，两个逆流换热管6内的冷却水从下分水器3向上流动时，以从下至上对所述隧道衬砌8内部环境进行换热。

参照图2，以两个顺流换热管7围合形成的圆形为一组，以两个逆流换热管6围合形成的圆形为一组，顺流换热管7的一组与逆流换热管6的一组交替设置，从而达到均匀换热的效果。

在本申请实施例中，参照图2，上集水器4位于隧道衬砌8的上方，下集水器5位于隧道衬砌8的下方，上集水器4与出流总管10连通，上集水器4和下集水器5用于对在隧道内吸热完毕后的冷却水进行排出，以进行下一个循环。

参照图2，每个顺流换热管7的出水端与下集水器5连通，顺流换热管7中的冷却水从入流总管9进入，经过上分水器2，再经过顺流换热管7汇集至下集水器5，再从下集水器5汇集至上集水器4，最终从出流总管10排出；

参照图2，每个逆流换热管6的出水端与上集水器4连通，逆流换热管6中的冷却水从入流总管9进入，经过上分水器2进入到下分水器3，再经过逆流换热管6汇集至上集水器4，最终从出流总管10排出。

在本申请实施例中，参照图2，上分水器2、下分水器3、上集水器4和下集水器5均为管状，且上分水器2和上集水器4平行设置、下分水器3和下集水器5平行设置。

在本申请实施例中，参照图2，第一连接管11和第二连接管12的内径大于逆流换热管6和顺流换热管7的内径，故第一连接管11和第二连接管12内的冷却水流量大于逆流换热管6和顺流换热管7的流量，保证第一分水器可更好的对多个逆流换热管6和多个顺流换热管7供应冷却水。

在本申请实施例中，参照图2，在所述入流总管9与所述上分水器2连通的管路上设置有第一截止阀13，第一截止阀13用于对入流总管9与上分水器2之间的冷却水进行截断，使换热管路在出现故障和问题时可对其截断。

在本申请实施例中，参照图2，在入流总管9和出流总管10上均设有排气阀26。排气阀26用于对入流总管9和出流总管10内的气体进行排出，以达到泄压的效果。

在所述出流总管10与所述上集水器4的出水端连通的管路上设置有第二截止阀14。第二截止阀14用于对出流总管10与上集水器4之间的冷却水进行截断，使换热管路在出现故障和问题时可对其截断。

在本申请实施例中，从隧道衬砌8流出的冷却水在隧道衬砌8内吸收完毕热量后成为高温冷却水，为解决对高温冷却水中的热量进行再回收利用的问题，以达到提高能量的利用效率的目的，在一些实施例中，参照图3，所述系统还包括：

换热器15，所述换热器15与所述出流总管10的出水端连通，其中，在系统循环中，换热器15位于隧道换热管道的出水端与高地蓄水组件的进水端之间。

参照图3，在所述换热器15内部自靠近所述出流总管10的出水端自远离出流总管10的出水端的方向，依次设置有相互隔离的多个用热腔；

循环工质流通管16，所述循环工质流通管16的一端与所述出流总管10的出水端连通，另一端贯穿所述多个用热腔。

循环工质流通管16用于供冷却水流动，从出流总管10排出的冷却水在隧道衬砌8内吸收大量的地热，具有很高的温度，用热腔用于对从出流总管10排出的冷却水中的热量进行回收利用。

参照图3，循环工质流通管16贯穿多个用热腔，在冷却水在循环工质流通管16内流动时可充分与多个用热腔进行热交换。

在每个所述用热腔中设置有出水口和进水口，其中，由所述用热腔的进水口流入的换热流体流向所述用热腔，并经所述用热腔的出水口排出，并与循环工质流通管16进行热交换，以利用所述循环工质流通管16中的高温流体进行热回收。

在用热腔中的换热流体与循环工质流通管16中的冷却水不相互流通，仅通过用热腔的腔壁和循环工质流通管16的管壁进行热传导，用热腔中的换热流体流动时与循环工质流通管16进行接触，进而可使高温的冷却水中的热量向低温的换热流体中传导，实现了热量的传递。

在本申请实施例中，参照图3，所述多个用热腔包括自靠近所述出流总管10的出水端至远离所述出流总管10的出水端的方向，依次设置的高温发电腔18、中温用热腔19和低温用热腔20；

所述高温发电腔18外设有高温发电组件27，所述高温发电组件27与所述高温发电腔18的进水口和出水口均连通，以利用所述循环工质流通管16内的循环工质的热量进行发电；

所述中温用热腔19外设有中温用热组件28，所述中温用热组件28与所述中温用热腔19的进水口和出水口均连通，以直接利用所述循环工质流通管16内的循环工质的热量；

所述低温用热腔20外设有低温用热组件29，所述低温用热组件29与所述低温用热腔20的进水口和出水口均连通，以利用所述循环工质流通管16内的循环工质的热量。

由于冷却水在循环工质换热管中热交换时，热量会逐步的减少，故在最靠近换热器15的进水口的位置设置高温发电腔18，在最远离换热器15的出水口的位置设置低温用热腔20，在高温发电腔18和低温用热腔20之间设置中温用热腔19，通过此种区分，可更合理的对不同温度区间的冷却水中的热量进行利用，达到了更好的热回收效果。

在本申请实施例中，高温发电组件27可以为热蒸汽发电装置，此装置通过高温将流体蒸发成热蒸汽，并推动涡轮机的叶片转动达到发电的目的。

在本申请实施例中，中温用热组件28可以直接用热，可以将其直接作为暖气水等。

在本申请实施例中，低温用热组件29可以直接用热，低温用热组件在换热完毕后的水直接作为工作人员的淋浴用水等。

在本申请实施例中，参照图3，所述循环工质流通管16有多个，多个所述循环工质流通管16设置在所述换热器15内部，多个循环工质流通管16可更好的覆盖多个用热腔，以达到更好的换热效果。

在本申请实施例中，参照图3，还包括多个折流板17，所述多个折流板17在各自所处的用热腔中间隔排列设置，且多个所述折流板17排列形成供所述换热流体流通的蛇形通道，以使所述换热流体沿所述蛇形通道从所述用热腔的进水口流向出水口。位于各自所处的腔体中的多个折流板17间隔设置，且一个折流板17与腔体的顶壁连接，与其相邻的折流板17与腔体的底壁连接，以此规则排布形成供所述换热流体流通的蛇形通道。换热流体从用热腔的进水口进入，经过蛇形通道从用热腔的出水口排出，在换热流体流经用热腔的过程中，换热流体吸收多个循环工质流通管16中的高温冷却水的热量。

通过蛇形通道的设置，增长了换热流体在用热腔中的流动距离，进而增加了换热流体在用热腔中的停留时间，使换热流体可更好的吸收多个循环工质流通管16中的高温冷却水的热量。

在本申请实施例中，参照图3，还包括：

分别位于所述换热器15两端的工质流入腔21和工质流出腔22，所述工质流入腔21与所述出流总管10的出水端连通；

所述循环工质流通管16的一端与所述工质流入腔21连通，另一端贯穿所述多个用热腔后与所述工质流出腔22连通。

在本申请实施例中，参照图1，还包括：

辅助循环系统，所述辅助循环组件包括循环泵23，所述循环泵23与所述蓄水箱1的出水管连接，系统中布置的辅助循环系统用作辅助循环动力，当自然循环能力不足时，可启动循环泵23，提高系统的热交换能力。

还包括蓄电池24，所述蓄电池24与所述高温发电组件27的输出端连接，以通过所述高温发电组件27对所述蓄电池24充电，蓄电池24可将高温发电组件27中产生的电能储存起来。

在本申请实施例中，参照图1，从换热器15流出的冷却水向上流动至蓄水箱1中，其中，从换热器15至蓄水箱1之间的管道部分埋设于山体内，由于山体内仍存在部分回热，换热后的冷却水流经这部分管道可被山体内的热能加热，实现回热循环，通过此回热循环可充分利用冷却水上升过程中途经山体内的热量，使回到高地蓄水组件的冷却水的温度更高，使其在隧道换热组件30内换热完毕后更容易达到可供回收利用的冷却水的温度，进一步提高系统整体热效率。

在本申请实施例中，参照图1，所述循环泵23与所述蓄电池24的输出端连接，以使所述蓄电池24为所述循环泵23提供电力输出。通过电机25带动循环泵23运行。

在本申请实施例中，蓄电池24中的电能也可为隧道照明等用电设备供电。

下面，结合图1-3所示，对本申请的热交换和热回收系统的工作流程进行总体说明：

首先，冷却水从位于高地上的蓄水箱1向下流动至地下工程的隧道衬砌8内；

进入隧道衬砌8内的冷却水进入入流总管9中，进而通过入流总管9的分配，分别分流至上分水器2和下分水器3中，进入上分水器2的冷却水通过多个顺流换热管7由上至下汇集至下集水器5中；进入下分水器3的冷却水通过多个逆流换热管6由下至上汇集至上集水器4中，最终在上集水器4和下集水器5中的冷却水一起流至出流总管10，从隧道衬砌8中排出；

从隧道衬砌8中排出的冷却水向上流动至地面，进入换热器15内，隧道衬砌8中排出的冷却水由换热器15的工质流入腔21进入，沿换热工质流通管16的长度方向向工质流出腔22流动，在冷却水流动过程中，依次与高温发电腔18中的换热流体进行热量交换、与中温用热腔19内的换热流体进行热量交换、与低温用热腔20内的换热流体进行热量交换，完成对热量的回收利用，最终冷却水从工质流出腔22流出；

从工质流出腔22流出的冷却水向上流动回到蓄水箱1内，完成系统循环；

其中，循环泵23与所述蓄水箱1的出水管连接，对系统中的冷却水循环提供辅助动力；

蓄电池24与所述高温发电组件27的输出端连接，以通过所述高温发电组件对所述蓄电池24充电；

循环泵23与所述蓄电池24的输出端连接，所述蓄电池24为所述循环泵23提供电力输出。

总体来说，一方面，经过高地蓄水组件冷却后的冷却水，重新向下流回隧道换热组件30内。在隧道换热组件30内，通过上分水器2和下分水器3的配合，将从蓄水箱1流至隧道换热组件30内的冷却水分流至多个逆流换热管6和多个顺流换热管7内，逆流换热管6和顺流换热管7内的冷却水的流向相反，进而使进入逆流换热管6和顺流换热管7的冷却水以不同的流向流动在隧道衬砌8内部进行吸热，最后再汇集至集水器排出，且多个逆流换热管6和多个顺流换热管7沿着隧道衬砌8的长度方向交叉设置，通过此种顺流换热管7和逆流换热管6的设置，从而达到使不同流向的冷却水均匀的在隧道内部进行换热，使隧道衬砌8内的温度更加均匀的效果；

另一方面，换热器15设置在隧道换热管道的出水端与高地蓄水组件的进水端之间，以对从隧道换热组件30的出水口流出的高温冷却水中的热量进行再利用，同时多个用热腔分为高温发电腔18、中温用热腔19和低温用热腔20，可更好的对热量加以梯级利用。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种热交换和热回收系统，其特征在于，所述系统包括：

高地蓄水组件，所述高地蓄水组件包括蓄水箱(1)；

隧道换热组件(30)，所述隧道换热组件(30)包括上分水器(2)、下分水器(3)、上集水器(4)、下集水器(5)、多个逆流换热管(6)和多个顺流换热管(7)；所述上分水器(2)与所述下分水器(3)均与所述蓄水箱(1)的出水口连通，以使所述蓄水箱(1)中的冷却流体进入所述上分水器(2)和所述下分水器(3)；

其中，每个所述逆流换热管(6)的进水端与所述下分水器(3)连通、出水端与所述上集水器(4)连接，以从下至上对隧道衬砌(8)内部环境进行换热；每个所述顺流换热管(7)的进水端与所述上分水器(2)连通、出水端与所述下集水器(5)连接，以从上至下对所述隧道衬砌(8)内部环境进行换热；

所述上集水器(4)和所述下集水器(5)中流通的流体经出流总管(10)向所述隧道衬砌(8)外排出；

其中，多个所述逆流换热管(6)和多个所述顺流换热管(7)沿着所述隧道衬砌(8)的长度方向交叉设置；

换热组件，所述换热组件与所述出流总管(10)的出水端连通，所述换热组件内设有自靠近所述出流总管(10)的出水端至远离所述出流总管(10)的出水端的方向，依次设置的高温发电腔(18)、中温用热腔(19)和低温用热腔(20)；

所述高温发电腔(18)外设有高温发电组件(27)，所述高温发电组件(27)与所述高温发电腔(18)的进水口和出水口均连通，以利用循环工质流通管(16)内的循环工质的热量进行发电；

所述中温用热腔(19)外设有中温用热组件(28)，所述中温用热组件(28)与所述中温用热腔(19)的进水口和出水口均连通，以直接利用所述循环工质流通管(16)内的循环工质的热量；

所述低温用热腔(20)外设有低温用热组件(29)，所述低温用热组件(29)与所述低温用热腔(20)的进水口和出水口均连通，以利用所述循环工质流通管(16)内的循环工质的热量。

2.根据权利要求1所述的一种热交换和热回收系统，其特征在于，还包括：

入流总管(9)，所述入流总管(9)与所述上分水器(2)连通；

第一连接管(11)，所述第一连接管(11)的一端与所述上分水器(2)连通，另一端与所述下分水器(3)连通；

第二连接管(12)，所述第二连接管(12)的一端与所述上集水器(4)连通，另一端与所述下集水器(5)连通；

其中，所述出流总管(10)与所述上集水器(4)的出水端连通。

3.根据权利要求1所述的一种热交换和热回收系统，其特征在于，所述多个逆流换热管(6)和所述多个顺流换热管(7)均为弧形管。

4.根据权利要求2所述的一种热交换和热回收系统，其特征在于，在所述入流总管(9)与所述上分水器(2)连通的管路上设置有第一截止阀(13)；

在所述出流总管(10)与所述上集水器(4)的出水端连通的管路上设置有第二截止阀(14)。

5.根据权利要求1所述的一种热交换和热回收系统，其特征在于，所述换热组件包括：

换热器(15)，所述换热器(15)与所述出流总管(10)的出水端连通；

在所述换热器(15)内部自靠近所述出流总管(10)的出水端自远离所述出流总管(10)的出水端的方向，依次设置有相互隔离的多个用热腔；

循环工质流通管(16)，所述循环工质流通管(16)的一端与所述出流总管(10)的出水端连通，另一端贯穿所述多个用热腔；

所述多个用热腔分别为所述高温发电腔(18)、所述中温用热腔(19)和所述低温用热腔(20)；

在每个所述用热腔中均设置有出水口和进水口，其中，由所述用热腔的进水口流入的换热流体流向所述用热腔的出水口，并与所述循环工质流通管(16)进行热交换，以利用所述循环工质流通管(16)中的高温流体进行热回收。

6.根据权利要求5所述的一种热交换和热回收系统，其特征在于，

包括多个所述循环工质流通管(16)，多个所述循环工质流通管(16)间隔设置在所述换热器(15)内部；

多个折流板(17)，所述多个折流板(17)在各自所处的用热腔中间隔排列设置，且多个所述折流板(17)排列形成供所述换热流体流通的蛇形通道，以使所述换热流体沿所述蛇形通道从所述用热腔的进水口流向出水口。

7.根据权利要求5所述的一种热交换和热回收系统，其特征在于，还包括：

分别位于所述换热器(15)两端的工质流入腔(21)和工质流出腔(22)，所述工质流入腔(21)与所述出流总管(10)的出水端连通；

所述多个用热腔设置在所述工质流入腔(21)和所述工质流出腔(22)之间的腔体中；

所述循环工质流通管(16)的一端与所述工质流入腔(21)连通，另一端贯穿所述多个用热腔后与所述工质流出腔(22)连通。

8.根据权利要求6所述的一种热交换和热回收系统，其特征在于，还包括：

辅助循环组件，所述辅助循环组件包括循环泵(23)，所述循环泵(23)与所述蓄水箱(1)的出水管连接；

蓄电池(24)，所述蓄电池(24)与所述高温发电组件(27)的输出端连接，以通过所述高温发电组件对所述蓄电池(24)充电；

其中，所述循环泵(23)与所述蓄电池(24)的输出端连接，所述蓄电池(24)为所述循环泵(23)提供电力输出。

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