CN213956086U

CN213956086U - 一种热管式井口防冻加热器

Info

Publication number: CN213956086U
Application number: CN202023153012.8U
Authority: CN
Inventors: 张昌建; 刘晓峰; 罗景辉; 刘伟; 野佳汇; 王雪; 王景刚; 侯立泉; 鲍玲玲
Original assignee: Hebei University of Engineering
Current assignee: Hebei University of Engineering
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2021-08-13
Anticipated expiration: 2030-12-24

Abstract

本实用新型公开了一种热管式井口防冻加热器，它应用于煤矿进风口防冻技术领域，其包括多个内部设有液体介质密封的热管构成的换热器，所述热管的顶部设有充液阀，底部设有堵头，所述热管的主体包括冷凝段和蒸发段，所述蒸发段设置在内部设有高温流体的集水箱内，所述集水箱上设有进水口和出水口，所述冷凝段设置在散热器风道内，所述散热器风道设有进风口和出风口，所述进风口与外界冷空气连通，所述出风口与矿井进风口连通；本实用新型采用热管主体结构设计,具有结构简单、设计合理、运行费用低、耐腐蚀性好等特点，使用寿命大大延长；热管传热性能较高，所以在相同工况下，本加热器的体积比与翅片管间壁式换热器要小。

Description

一种热管式井口防冻加热器

技术领域

本实用新型涉及煤矿进风口防冻技术领域，具体的说是一种热管式井口防冻加热器。

背景技术

我国《煤矿安全规程》规定，井口的进风温度必须保持在2℃以上，然而，在寒冷的冬季，北方地区冬季室外温度会长时间保持在0℃以下，因此，井口防冻是保证矿井安全生产的必要措施。如果进风井筒防冻问题解决得不好，井筒壁会出现结冰，对于煤矿的安全生产造成巨大威胁。

可见，矿井进风口防冻是煤矿安全生产的重要组成部分，由于不同地域环境气候的差异，井口防冻时间长短也不相同，一般都在4个月左右，由于工作时间长且负荷大，矿井进风口防冻需要耗费大量的能源。

现有的井口防冻装置有电加热风机和翅片管间壁式换热器，其中电加热风机的方式为直接用电加热器加热空气再由风机送进风口，这种方式会造成大量的电能消耗，且电加热管使用寿命较低，增加生产成本；翅片管间壁式换热器存在运行能耗高，换热性能低，体积庞大的缺点。有必要改进井口防冻措施，降低运行能耗。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种热管式井口防冻加热器，其结构简单、体积相对较小，运行费用低，换热性能高，使用寿命长。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型包括多个内部设有液体介质密封的热管构成的换热器，所述热管的顶部设有充液阀，底部设有堵头，所述热管的主体包括冷凝段和蒸发段，所述蒸发段设置在内部设有高温流体的集水箱内，所述集水箱上设有进水口和出水口，所述冷凝段设置在散热器风道内，所述换热器风道设有进风口和出风口，所述进风口与外界冷空气连通，所述出风口与矿井进风口连通。

本实用新型的进一步改进在于：所述进水口通过进水管与集水箱连接，所述出水口通过出水管与集水箱连接。

本实用新型的进一步改进在于：所述集水箱包括顶板、底板和设置在顶板和底板之间的侧板，所述顶板上开设有与热管封闭配合的孔。

本实用新型的进一步改进在于：所述底板和侧板上均设有筋板。

本实用新型的进一步改进在于：所述热管通过管板固定连接，所述管板与钢构支架固定连接。

本实用新型的进一步改进在于：所述换热器通过钢构支架固定支撑，所述钢构支架包括设置在换热器上方的顶槽钢、设置在换热器中部的中槽钢和设置在集水箱下方的底槽钢，所述顶槽钢、中槽钢和底槽钢通过立柱槽钢固定连接成一个整体。

本实用新型的进一步改进在于:所述钢构支架与上盖板固定连接，所述上盖板设置在充液阀的上方。

本实用新型的进一步改进在于：所述冷凝段的热管的外壁设有铝翅片。

本实用新型的进一步改进在于：所述出风口处设有风机，所述风机将经冷凝段升温的空气引至矿井进风口。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的有益效果是：

本实用新型采用热管主体结构设计,具有结构简单、设计合理、运行费用低等特点；热管冷凝段外包裹的铝翅片增强了加热器换热性能的同时也增强了换热器的耐腐蚀性，使用寿命大大延长；热管传热性能较高，所以在相同工况下，本加热器的体积比与翅片管间壁式换热器要小。

附图说明

图1是本实用新型主视剖视结构示意图；

图2是本实用新型集水箱筋板的结构示意图；

图3是本实用新型热管工作状态结构示意图。

其中，1、上盖板；2、充液阀；3、管板；4、顶槽钢；5、冷凝段；6、立柱槽钢；7、中槽钢；8、顶板；9、侧板；10、进水管；11、进水口；12、蒸发段；13、热管；14、集水箱；15、底槽钢；16、底板；17、出水管；18、出水口；19、筋板；20、铝翅片；21、进风口；22、出风口；23、堵头。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：

一种热管式井口防冻加热器，如图1-3所示，其包括多个内部设有液体介质的热管13构成的换热器，所述液体介质可以为氟利昂、NH3、水等的一种，所述氟利昂种类繁多，常用的有R22、R134a和R410a等，下面以R22液体工质为例进行说明。

如图1和图3所示，所述热管13的顶部设有充液阀2，底部设有堵头23，所述堵头23、充液阀2与热管13主体采用焊接组装，在热管13的内部形成密闭的密封管，充液阀2实现热管13抽真空和充介质的作用，真空泵通过充液阀2将热管13内部的空气抽走，抽真空的程度越高越有利于热管13内部液体工质的蒸发，越有利于热管13的运行，待抽真空后，将R22液体工质注入密封的热管13内。

如图1所示，充液阀2 的上方设有上盖板1，所述上盖板1的设置起到有效保护热管13的充液阀2的作用，可有效防止充液阀2受到磕碰而损坏。

如图1和图3所示，所述热管13的主体包括冷凝段5和蒸发段12，所述蒸发段12设置在内部设有高温流体的集水箱14内，所述集水箱14中有来自供热管网的高温流体，位于蒸发段12内的液体介质吸收集水箱14中高温流体的热量蒸发变为蒸汽介质，蒸汽介质由于密度差的原因自动开始向热管13的上部运动，当蒸汽介质上升到热管13的冷凝段5后，冷凝段5外侧有由风机引自室外的低温空气经过，低温空气吸收冷凝段5内蒸汽介质释放的热量后温度升高，送入矿井进风口，从而实现对井口空气温度加热至2℃以上，防止井口结冰。

如图3所示，所示冷凝段5的外壁包裹有铝翅片23，铝翅片23的设置增大了低温空气与热管13冷凝段5的换热面积，增强了换热器的换热性能和耐腐蚀性，有利于热管13冷凝段5热量的释放，低温空气将冷凝段5内蒸汽介质释放的热量吸收后，蒸汽介质被冷却在冷凝段5变为液体介质，液体介质在重力的作用下沿热管13的管壁流回到热管13下部的蒸发段12集聚，集聚在蒸发段12的液体介质再次吸收集水箱14内部高温流体的热量实现热管13内部工质相变的不断循环，液体介质源源不断地将集水箱14内高温流体中的热量传递给室外低温空气，低温空气吸收热量温度升高后送入矿井进风口，确保矿井井口的空气温度在2℃以上，有效防止了井口结冰。

如图2所示，所述集水箱14上设有进水口11和出水口18，所述进水口11通过进水管10与集水箱14连接，所述出水口18通过出水管17与集水箱14连接。所述进水口11与供热管道的热水管连接，将热水经进水口11送入集水箱14内，蒸发段12内的介质吸收集水箱14内的热量，集水箱14内温度降低的水经出水口18排出，进水口11和出水口18的设置有助于集水箱14内高温流体的控制，始终保持集水箱14内中充满高温的流体。

所述集水箱14包括顶板8、底板16和设置在顶板8和底板16之间的侧板9，所述顶板8上开设有与热管13封闭配合的孔，顶板8上开设孔的便于热管13的安装。顶板8、底板16和侧板9均牢固焊接在一起，将集水箱14的内部形成封闭的高温流体循环空间。

所述底板16和侧板9上均设有筋板19，所述筋板19的设置起到外围加固的作用，可增强集水箱14总体的抗曲饶度，防止集水箱14内流体在运行时压力过高使集水箱14变形。

所述冷凝段5设置在散热器风道内，所述散热器风道设有进风口21和出风口22，所述进风口21与外界冷空气连通，所述出风口22与矿井进风口连通，所述出风口22处设有风机，所述风机将出风口22处经冷凝段5升温的空气引至与之连通的矿井进风口，使矿井井口处空气温度保持2℃以上。

所述热管13通过管板3固定连接，管板3的作用是将每根热管13位置固定，防止错位变形，所述管板3与钢构支架固定连接。所述钢构支架为换热器的外围框架，起到固定和支撑换热器的作用。

所述钢构支架包括设置在换热器上方的顶槽钢4、设置在换热器中部的中槽钢7和设置在集水箱14下方的底槽钢15，所述顶槽钢4、中槽钢7和底槽钢15通过立柱槽钢6固定连接成一个整体，所述钢构支架与上盖板1、管板3均固定焊接成一个整体，将换热器内的热管13牢固连接成一个整体，起到固定、支撑和保护热管13的作用，确保热管13的正常工作，保证换热器的正常运行。

工作过程中，首先用真空泵通过充液阀2将热管13内部抽成真空，使热管13内相对真空度为0.1MPa，然后通过充液阀2将R22液体介质注入热管13内，注入的液体介质聚集在热管13底部的蒸发段12，蒸发段12设置在内部设有高温流体的集水箱14内，蒸发段12内的液体介质吸收集水箱14中高温流体的热量蒸发变为蒸汽介质，蒸汽介质向上运动，当蒸汽介质上升到热管13的冷凝段5后，冷凝段5外侧的低温空气吸收冷凝段12内蒸汽介质的热量，蒸汽介质被冷却在此变为液体介质，液体介质在重力的作用下沿热管13管壁流回到热管13下部的蒸发段12集聚，再次吸收集水箱14内部高温流体的热量实现热管13内部工质的不断循环，从而源源不断地集水箱中高温流体的热量传递给室外低温空气，从而实现对井口进风的加热至2℃以上，防止井口结冰。

本加热器的设计阻力在100Pa左右，这个阻力由出风口22处的风机克服，可保证室外低温空气克服加热器的阻力而穿过加热器。集水箱14内的高温流体实现循环运行的动力由供热管网中的水泵提供，低温空气从热管的冷凝段5穿过，集水箱14中的热量被热管13内的介质吸收，热管13内的介质将热量从蒸发段12带到冷凝段5放热，对冷凝段5处室外低温空气加热，保证井口空气温度不低于2℃，实现井口防冻。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种热管式井口防冻加热器，其特征在于：包括多个内部设有液体介质密封的热管（13）构成的换热器，所述热管（13）的顶部设有充液阀（2），底部设有堵头（23），所述热管（13）的主体包括冷凝段（5）和蒸发段（12），所述蒸发段（12）设置在内部设有高温流体的集水箱（14）内，所述集水箱（14）上设有进水口（11）和出水口（18），所述冷凝段（5）设置在换热器风道内，所述换热器风道设有进风口（21）和出风口（22），所述进风口（21）与外界冷空气连通，所述出风口（22）与矿井进风口连通。

2.根据权利要求1所述的一种热管式井口防冻加热器，其特征在于：所述进水口（11）通过进水管（10）与集水箱（14）连接，所述出水口（18）通过出水管（17）与集水箱（14）连接。

3.根据权利要求2所述的一种热管式井口防冻加热器，其特征在于：所述集水箱（14）包括顶板（8）、底板（16）和设置在顶板（8）和底板（16）之间的侧板（9），所述顶板（8）上开设有与热管（13）封闭配合的孔。

4.根据权利要求3所述的一种热管式井口防冻加热器，其特征在于：所述底板（16）和侧板（9）上均设有筋板（19）。

5.根据权利要求3所述的一种热管式井口防冻加热器，其特征在于：所述热管（13）通过管板（3）固定连接，所述管板（3）与钢构支架固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种热管式井口防冻加热器，其特征在于：所述换热器通过钢构支架固定支撑，所述钢构支架包括设置在换热器上方的顶槽钢（4）、设置在换热器中部的中槽钢（7）和设置在集水箱（14）下方的底槽钢（15），所述顶槽钢（4）、中槽钢（7）和底槽钢（15）通过立柱槽钢（6）固定连接成一个整体。

7.根据权利要求6所述的一种热管式井口防冻加热器，其特征在于:所述钢构支架与上盖板（1）固定连接，所述上盖板（1）设置在充液阀（2）的上方。

8.根据权利要求1所述的一种热管式井口防冻加热器，其特征在于：所述冷凝段（5）的热管（13）的外壁设有铝翅片（20）。

9.根据权利要求1-8任一项所述的热管式井口防冻加热器，其特征在于：所述出风口（22）处设有风机，所述风机将经冷凝段（5）升温的空气引至矿井进风口。