CN212454507U - 一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统，属于热能回收技术领域，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、工质下降管和轴流风扇，分体式热管蒸发器以若干组形式分布置于回风立井的井壁，分体式热管蒸发器内部的工质因吸热由液态转为气态，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，分体式热管冷凝器内部的工质由气态转为液态，从工质下降管导入分体式热管蒸发器；依靠温差换热、依靠工质的密度差和重力作用进行循环，系统几乎没有运转部件，运行费极低，安装简单，造价低廉。

Description

一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统

技术领域

本实用新型涉及热能回收技术领域，特别涉及一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统。

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，本实用新型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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统，以解决上述问题。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

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、工质下降管和轴流风扇，所述分体式热管蒸发器以若干组形式分布置于回风立井的井壁，用于吸收矿井回风热气流的低温热能；所述分体式热管蒸发器内部的工质因吸热发生相变由液态转为气态，从所述工质上升管导入所述分体式热管冷凝器；所述分体式热管冷凝器布置在所述井口加热室内，室外冷气流在负压作用下经所述分体式热管冷凝器由所述进风井口经所述进风立井送入井下，所述分体式热管冷凝器内部的工质因放热发生相变由气态转为液态，从所述工质下降管导入分体式热管的蒸发器。

进一步地，所述分体式热管蒸发器和所述分体式热管冷凝器均为模块化配置并一一对应，由所述工质上升管和所述工质下降管相连通，所述分体式热管蒸发器和所述分体式热管冷凝器组成若干组分体式热管换热系统。

进一步地，所述工质上升管和所述工质下降管的材质为碳钢或不锈钢，所述工质上升管的管径比所述工质下降管的管径至少增大一至两个规格。

进一步地，每一所述分体式热管换热系统中的所述分体式热管冷凝器位于所述进风立井内地面上部，所述分体式热管蒸发器位于所述回风立井内地面下部，且所述分体式热管冷凝器高于对应的所述分体式热管蒸发器。

进一步地，模块化配置的所述分体式热管蒸发器和所述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，所述管束的组成为2排、4排、6排或8排，所述管束排列方式为顺排或交叉排；

所述管束的上端和下端均以集管相连，所述集管上配有进液口、出液口、进气口或出气口。

进一步地，所述分体式热管蒸发器或所述分体式热管冷凝器中的所述翅片管的长度为1.5m-4m，所述翅片管的数量为10根-100根，所述翅片管的材质为碳钢、不锈钢或铝，所述翅片管的翅片为防腐铝翅片。

进一步地，还包括蒸发器支架，所述蒸发器支架设置于所述回风立井内，所述分体式热管蒸发器安装于所述蒸发器支架。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提出的矿井回风专用分体式热管热能回收系统，通过在回风立井内设置分体式热管蒸发器，在井口加热室内设置分体式热管冷凝器，分体式热管蒸发器以若干组形式分布置于回风立井的井壁，用于吸收矿井回风热气流的低温热能；分体式热管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分体式热管冷凝器由进风井口经进风立井送入井下，分体式热管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；依靠温差换热、依靠工质的密度差和重力作用进行循环，系统几乎没有运转部件，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是本实用新型提供的矿井回风专用分体式热管热能回收系统的示意图；

图2是本实用新型提供的分体热管式冷凝器和分体热管式蒸发器的示意图。

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

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1和图2所示，本实施例提供一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统，该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和轴流风扇15。

其中，扩散塔4连通回风立井1，主扇3设置于扩散塔4和回风立井1之间，进风井室8连通井口加热室7，进风井室8和井口加热室7均设置有进风格栅9，轴流风扇15设置于井口加热室7内。分体式热管蒸发器11以若干组形式布置在回风立井1的井壁，吸收经由此处的矿井回风热气流的低温热能；分体式热管蒸发器11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14导入分体式热管冷凝器12；分体式热管冷凝器12布置在井口加热室7内，室外冷气流在负压作用下经分体式热管冷凝器12由进风井口10经进风立井6送入井下，该过程中分体式热管冷凝器12向室外冷气流释热；分体式热管冷凝器12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13导入分体式热管蒸发器11。

进一步地，在本实施例中，回风立井1的顶部设置有防爆棚2，扩散塔4和回风立井1通过通气通道连通，上述主扇3设置于通气通道内，从而在主扇3的带动下，矿井回风由回风立井1经通气通道、扩散塔4后由扩散塔的4回风口5排出。防爆棚2为成熟的现有技术，在此不再赘述。

可以理解的是，矿井回风因防爆棚2的阻挡而改变流向经通气通道由扩散塔4排出，矿井回风在排出时经过回风立井1的井壁上设置的分体式热管蒸发器11，分体式热管蒸发器11与矿井回风进行热交换，分体式热管蒸发器11内的工质吸收矿井回风内的低温热能而发生相变，随后经工质上升管14进入布置在井口加热室7内的分体式热管冷凝器12。室外冷风由轴流风扇15经分体式热管冷凝器12送入进风立井6，并在分体式热管冷凝器12中吸收来自矿井回风的低温热能而升温，同时分体式热管冷凝器12内的工质放热后由气态变为液态，并经工质下降管13导入分体式热管蒸发器11。如此往复循环，实现矿井回风热风流向矿井回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℃)。

此外，由于还具有连通井口加热室7的进风井室8，通过其他方式，比如电加热、热交换等加热形成的风能够由进风井室8通入，进而通过进风立井6送入井下，扩宽了该矿井回风专用分体式热管热能回收系统的适用范围。

进一步地，分体式热管蒸发器11和分体式热管冷凝器12均为模块化配置并一一对应，每个分体式热管蒸发器11和对应的分体式热管冷凝器12由工质上升管14和工质下降管13相连通，分体式热管蒸发器11和分体式热管冷凝器12组成若干组分体式热管换热系统。在本实施例中，工质上升管14和工质下降管13的材质为碳钢或不锈钢，工质上升管14的管径比工质下降管13的管径至少增大一至两个规格。需要说明的是，在现有技术中，管径具有不同的规格，比如DN15、DN20、DN25等，其中DN指的是公称直径，规格越大管的内径越大，因此说工质上升管14的管径比工质下降管13的管径至少增大一至两个规格，也即工质上升管14的内径比工质下降管13的内径大，从而便于气态的工质的流动。

模块化配置的分体式热管蒸发器11和分体式热管冷凝器12可按换热量及外形尺寸划分为不同型号和规格，模块化配置的分体式热管蒸发器11和分体式热管冷凝器12均由若干根翅片管以管束的形式和外部框架构成。具体地，在本实施例中，管束的组成为两排、四排、六排或八排等，管束的排列方式为顺排或交叉排，也即管束的每一排按照顺序依次排列或者依次交叉排列。

进一步地，构成分体式热管蒸发器11或分体式热管冷凝器12的管束的上端以集管相连，管束的下端以集管相连，集管上配有进液口、出液口、进气口或出气口，可以理解的是，构成分体式热管蒸发器11的管束的上端相连的集管具有出气口，也即蒸发器出气口17；管束下端相连的集管具有进液口，也即蒸发器进液口18。而构成分体式热管冷凝器12的管束的上端相连的集管具有进气口，也即冷凝器进气口19，管束的下端相连的集管具有出液口，也即冷凝器出液口20。

可以理解的是，分体式热管蒸发器11和分体式热管冷凝器12均由管束和集管模块化配置而成，便于根据实际需要来调整分体式热管蒸发器11和分体式热管冷凝器12的数量。

此外，构成分体式热管蒸发器11或分体式热管冷凝器12的翅片管长度和数量均可根据换热量和实施现场而定。具体地，在本实施例中，分体式热管蒸发器11或分体式热管冷凝器12中的翅片管的长度为1.5m-4m，翅片管的数量为10根-100根，翅片管的材质为碳钢、不锈钢或铝，翅片管的翅片为防腐铝翅片。当然在其他实施例中，分体式热管蒸发器11和分体式热管冷凝器12的翅片管长度均可选为1.5mm-4m，翅片管的数量均可选为10根-100根，翅片管的材质均可选为碳钢、不锈钢或铝，翅片管的翅片均可选为防腐铝翅片。

进一步地，在本实施例中，每一分体式热管换热系统中的分体式热管冷凝器12位于进风立井6内地面上部，分体式热管蒸发器11位于回风立井1内地面下部，且分体式热管冷凝器12高于对应的分体式热管蒸发器11。可以理解的是，将分体式热管冷凝器12设置为高于对应的分体式热管蒸发器11，从而分体式热管冷凝器12内的液态工质能够在自身重力作用下通过工质下降管13流入到对应的分体式热管蒸发器11，而分体式热管蒸发器11内的气态工质能够通过工质14上升管流动至分体式热管冷凝器12内。使得该矿井回风专用分体式热管热能回收系统依靠工质与矿井回风和室外冷气流的温差换热、依靠工质的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。

进一步地，该矿井回风专用分体式热管热能回收系统还包括蒸发器支架16，蒸发器支架16设置于回风立井1内，分体式热管蒸发器11安装于蒸发器支架16。

本实用新型并不完全局限于上述实施方式，如分体式热管蒸发器11或分体式热管冷凝器12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。此外，在本实施例中，扩散塔4为倒锥形结构，当然还可以为倾斜型和流线型。另外，在本实施例中，回风立井1和进风立井6均竖直设置，当然还可以为倾斜设置。

以下将矿井回风专用分体式热管热能回收系统的工作原理进行说明：分体式热管蒸发器11内的工质因吸热由液态变为气态，分体式热管冷凝器12内的工质因放热由气态变液态，工质上升管14内部为分体式热管蒸发器11流向分体式热管冷凝器12的气态工质，工质下降管13内部为分体式热管冷凝器12流向分体式热管蒸发器11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4排向室外。室外进风只要低于要求的温度(一般为2℃)，本矿井回风专用分体式热管热能回收系统便可自发地实现热能的转换。

本矿井回风专用分体式热管热能回收系统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11或分体式热管冷凝器12的内在结构，主要结合进风立井6的冷风流和回风立井1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。本实用新型主要针对矿井(包括铁矿或其他金属矿)井口防冻的应用，本矿井回风专用分体式热管热能回收系统依靠温差换热、依靠工质的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。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种矿井回风专用分体式热管热能回收系统，其特征在于，包括回风立井(1)、主扇(3)、扩散塔(4)、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)、工质上升管(14)、工质下降管(13)和轴流风扇(15)，所述分体式热管蒸发器(11)以若干组形式分布置于回风立井(1)的井壁，用于吸收矿井回风热气流的低温热能；所述分体式热管蒸发器(11)内部的工质因吸热发生相变由液态转为气态，从所述工质上升管(14)导入所述分体式热管冷凝器(12)；所述分体式热管冷凝器(12)布置在所述井口加热室(7)内，室外冷气流在负压作用下经所述分体式热管冷凝器(12)由所述进风井口(10)经所述进风立井(6)送入井下，所述分体式热管冷凝器(12)内部的工质因放热发生相变由气态转为液态，从所述工质下降管(13)导入分体式热管的蒸发器(11)。

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，所述分体式热管蒸发器(11)和所述分体式热管冷凝器(12)均为模块化配置并一一对应，由所述工质上升管(14)和所述工质下降管(13)相连通，所述分体式热管蒸发器(11)和所述分体式热管冷凝器(12)组成若干组分体式热管换热系统。

3.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，所述工质上升管(14)和所述工质下降管(13)的材质为碳钢或不锈钢，所述工质上升管(14)的管径比所述工质下降管(13)的管径至少增大一至两个规格。

4.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，每一所述分体式热管换热系统中的所述分体式热管冷凝器(12)位于所述进风立井(6)内地面上部，所述分体式热管蒸发器(11)位于所述回风立井(1)内地面下部，且所述分体式热管冷凝器(12)高于对应的所述分体式热管蒸发器(11)。

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，模块化配置的所述分体式热管蒸发器(11)和所述分体式热管冷凝器(12)均由若干根翅片管以管束的形式和外部框架构成，所述管束的组成为2排、4排、6排或8排，所述管束排列方式为顺排或交叉排；

所述管束的上端和下端均以集管相连，所述集管上配有进液口、出液口、进气口或出气口。

6.根据权利要求5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，所述分体式热管蒸发器(11)或所述分体式热管冷凝器(12)中的所述翅片管的长度为1.5m-4m，所述翅片管的数量为10根-100根，所述翅片管的材质为碳钢、不锈钢或铝，所述翅片管的翅片为防腐铝翅片。

7.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，还包括蒸发器支架(16)，所述蒸发器支架(16)设置于所述回风立井(1)内，所述分体式热管蒸发器(11)安装于所述蒸发器支架(16)。

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