CN215572329U - 矿井新风加热系统中的多通道与多流程换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矿井新风加热系统中的多通道与多流程换热器，该换热器的两个光滑壁面由多根金属长方形扁管拼接组成，其余两个壁面为钢板，并由此构成回风通道；通道内设置多层由相互紧靠的长方形扁管拚接成的换热板，换热板与通道壁面平行，将通道划分成多个相互平行的回风支路。壁面处换热扁管与换热板中的扁管均与换热器通道垂直布置，其中流过的新风与换热器通道内的回风流动方向相互垂直，形成叉流换热方式。所述的扁管根据流程设计进行布置，不同流程中的扁管通过端部的联箱连接，形成新风多流程的折返通道，提高了扁管内新风流速，并增强换热效果，最终形成即适用于矿井回风的排放，又可以高效对新风加热的新型气‑气换热器。

Description

矿井新风加热系统中的多通道与多流程换热器

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，尤其涉及对矿井新风进行加热的多通道与多流程换热器。

背景技术

受冬季的环境温度影响，矿井的进风温度往往是零度以下，按照国家《煤矿安全规程》要求：“进风井口以下的空气温度必须在2℃以上”，也即对进风口新风需要加热，防止冰冻。目前市场常用的技术是通过燃煤、燃油或燃气锅炉对空气加热，然后再输送至井下，达到防冻保温作用。这种消耗化石能源的加热技术，不仅消费不可再生能源，还会排放大量粉尘、CO₂和SO₂等污染物，造成环境污染和温室效应。而对于井下开采的煤矿，通常采用抽出式通风方式，由于受到土壤、岩石和煤石的影响，矿井回风温度常年保持在17-20℃左右，相对湿度保持在90-100%之间。矿井回风温度与湿度受季节影响很小，基本保持恒定，是一种稳定的优质余热资源。利用矿井回风加热矿井新风，可以达到环保、节能与降低生产成本的目的。

中国专利CN111550274A文献公开了利用分体式热管系统对矿井回风的余热进行回收。具体是在回风立井井壁上布置分体热管的蒸发器，蒸发器中的工质与回风进行热交换，工质受热产生相变形成气态，沿上升管道进入冷凝器与矿井新风热交换，新风提高温度后进入井下；同时，气态工质因放热而发生相变转变成液态，沿下降管进入蒸发器。往复这一过程，实现了利用矿井回风加热进口低温新风的目的。不过，此系统成本较高，流阻较大。

中国专利CN210625005U文献公开了在矿井回风出口处设置处置室，其中设有螺旋式结构的换热器，换热器上方设置喷水装置，下方设置集水部，矿井回风先与螺旋式结构的换热器进行热交换，然后与喷淋水进行热交换，随后落入集水部；集水部的水作为低温热源与热泵机组相连接，通过热泵机组对进风加热。该系统较复杂，且投资与运行成本均高。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题提供矿井新风进行加热的多通道与多流程换热器。

本实用新型通过下述技术方案实现：

多通道与多流程换热器，包括回风通道和至少一块换热板，换热板竖直设置在回风通道中将回风通道划分成至少两个回风支路，换热板内有多个独立的新风通道，新风通道贯穿回风通道的侧壁。

进一步的，换热板从上往下分为至少两个新风换热区，每个新风换热区均包括至少一个水平设置的新风通道，相邻两个新风换热区的新风通道相通。

进一步的，相邻两个新风换热区的新风通道通过联箱连通。

进一步的，所述回风通道下端与回风入口连接，回风通道上端与回风出口连接，上一个新风换热区的新风通道的出口与下一个新风换热区的新风通道的入口连通，最上方的新风换热区的新风通道的入口与新风入口连通，最下方的新风换热区的新风通道的出口与新风出口连接。

进一步的，新风通道与回风通道垂直。

进一步的，所述换热板采用多根管材拼接构成。

进一步的，所述回风通道为矩形，回风通道的其中两个与所述换热板平行的侧壁与换热板结构相同。

进一步的，所述换热板表面以及换热通道内壁面为光滑表面。

进一步的，回风通道的外表面有保温层。

其中，回风通道出口处装有换热器风机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1，本实用新型新风通道中流过的新风与回风通道内的回风流动方向相互垂直，形成叉流换热方式；

2，新风进入换热器后先后经多个换热区进行多通道多流程换热，可提高换热效率；

3，不同换热区的新风通道由联箱连接，使得新风流程成为多流程管流，提高了管内流体的流速，增加了换热效果，最终形成了既适用于矿井回风的排放，又可以高效对新风加热的气-气换热器；

4，本实用新型可以充分利用回风的速度能，换热效率高，而且结构简单，紧凑，占地面积小，施工量小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖面图。

图中：1-新风入口、2-新风出口、3-矿井风机、4-换热器风机、5-防雨罩、6-矿井回风通道、7-导流叶片、8-新风第一换热区、9-新风第二换热区、10-新风第三换热区、11-联箱、12-换热器壁面、13-换热板、14-回风支路、15-排水阀、16-保温材料、18-金属长方形扁管。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

如图1、2所示，本实用新型公开的多通道与多流程换热器，包括回风通道、新风入口1、新风出口2、回风入口、回风出口和多块竖直设置的换热板13。

回风通道包括四面侧壁，四面侧壁首尾依次连接。多块换热板13平行、间隔布置于回风通道内，相邻换热板13之间、换热板13与回风通道壁面之间的区域构成回风支路14。回风支路14下端与回风入口连接，回风支路14上端与回风出口连接。回风出口处安装有换热器风机4，换热器风机4上方有防雨罩5。

换热板13内有多个独立的新风通道，新风通道贯穿回风通道的侧壁。

本实施方式的换热板13从上往下依次分为至少两个新风换热区，每个换热区均包括至少一个水平设置的新风通道。新风换热区的数量以及其含有的新风通道数量根据需要合理设置。

本实施方式中换热板13从上往下依次分为三个新风换热区，分别为新风第一换热区8、新风第二换热区9和新风第三换热区10。

新风第一换热区8、新风第二换热区9和新风第三换热区10均包括至少两个上下设置的新风通道。

新风第一换热区8的新风通道的入口与新风入口1连接，新风第一换热区8的新风通道的出口与新风第二换热区9的新风通道的入口连接，新风第二换热区9的新风通道的出口与新风第三换热区10的新风通道的入口连接，新风第三换热区10的新风通道的出口与连接新风出口2连接。

新风第一换热区8通过联箱11与新风第二换热区9连接，新风第二换热区9通过另一联箱11与新风第三换热区10连接。

换热板13可由管材拼接而成。本实施方式中，换热板13采用多根扁管18无缝拼成，扁管18构成新风通道。为减少回风中的杂质堆积，换热板13表面光滑，扁管18可选择横截面为长方形的金属管。

在另一个实施方式中，回风通道的四面侧壁中的两个侧壁也采用多根扁管18无缝拼接成，继而形成具有上述新风通道的换热器壁面12。换热板13与换热器壁面12平行间隔设置；回风通道的另外两个侧壁为钢板，这两个钢板构成的侧壁上对应扁管18的位置布置有方孔，以供新风通过。

换热器壁面12结构与换热板13结构相同，也从上往下依次为新风第一换热区8、新风第二换热区9和新风第三换热区10。

在另一个实施方式中，换热板13可一体成型，换热器壁面12也可一体成型，例如铸造成型等。

为了防止漏热以及换热器壁面12漏风，在换热器的回风通道外表面增设保温材料16。

在换热器下方布置排水阀门15，以排除回风降温后的冷凝水。

本实用新型的工作原理：

在换热器抽风机4作用下，矿井回风沿多条回风支路14排出换热器。低温新风经过新风入口1流入换热器的新风第一换热区8，新风第一换热区8由多根扁管18构成，包括换热器壁面12处的扁管18以及换热板13中的扁管18；

随后，新风沿联箱11流入新风第二换热区9，新风第二换热区9同样包括换热器壁面12和换热板中的扁管18。新风流出新风第二换热区9后又一次沿联箱11流入新风第三换热区10，然后通过新风出口2流出换热器。

新风入口1设置在回风的出口处，新风的出口布置在回风的入口处，加热效果更好。

本实用新型的制造方法：

将相互紧靠的扁管18拼成与换热器壁面12等宽、等长的表面光滑管排，也即构成换热板13。其他两个壁面由钢板焊接形成，由此构成回风通道。将换热板13布置在回风通道内，且换热板13与换热器壁面12平行，由此将回风通道划分成多个相互平行的回风支路14。

换热器壁面12处的扁管18与换热板13中的扁管18均与回风通道垂直布置并形成新风通道。新风通道中流过的新风与回风支路14内的回风流动方向相互垂直，形成叉流换热方式，换热效率高。

扁管18形成的管流，按照流程设计进行布置，每换热区内的扁管18的数目可根据新风流量选定。不同换热区中的扁管18通过端部的联箱11连接，形成新风多流程的折返通道。

本实用新型一方面，通过在回风通道内增设换热板13，形成平行的多条回风支路14，大大增加了回风与新风之间的换热面积；另一方面，又通过扁管18端部的联箱11，使得新风流程成为多流程管流，提高了管内流体的流速，增加了换热效果，最终形成了即适用于矿井回风的排放，又可以高效对新风加热的新型的气-气换热器。

基于上述多通道与多流程换热器，本实用新型公开一实施例。

实施例1

本实施例将该多通道与多流程换热器运用于矿井，以防止井口结冰。具体的，在矿井回风口处取消原有的扩散塔，改为设置本实用新型的多通道与多流程换热器，将其回风入口与矿井出风口相连接，利用该回风热量来对矿井新风进行加热，加热后的新风通过新风出口2流出换热器进入矿井新风系统，为矿井供应新风。

为了使进入换热器的回风均匀，在矿井回风通道6的拐湾处内设置导流叶片7。

本实施例中扁管18宽150mm—400mm，高100—250mm，壁厚3—5mm。材料为碳钢、不锈钢等金属材料。扁管18表面要求光滑平整，保证相邻扁管18接触后，不得存在缝隙。

本实施例的原理及作用如下：

原有的矿井回风通道6的矿井风机3后要布置扩散塔，其特点为：扩散塔的入口面积要小于出口面积，以便降低回风排出扩散塔的速度，增加回风的静压能，由此增加矿井通风流量。

但是本实用新型需要回风进入换热器与低温新风进行热交换。众多周知，在换热器中风速的大小决定了换热系数的高低，为了换热需要维持一定回风的速度，因此本实施例去掉扩散塔。而且将扩散塔取消后，可以减少占地，方便施工，降低造价。

由于矿井回风温度不高，与低温新风的换热温差小，换热效率不高。为此，本实用新型通过在回风通道内增设多层换热板13，可以增加换热面积，提高换热效率。具体讲，一个换热板13两侧面积与换热器两侧换热器壁面12处的换热面积相等；设置换热板13的数目就等于增加换热面积的倍数。同时理论计算分析表明当换热面积增加一倍时，摩擦阻力仅增加50%左右。新风在扁管18内流动定义为管流，为了提高流速，本实用新型将管流流程布置为多流程方式，不同流程中的扁管18通过进出口端部的联箱11连接，形成多流程的折返通道。每个流程中的扁管18数目可按照设定的流速确定。另外，将新风入口1布置在回风通道的出口，新风出口布置在回风通道的入口，以提高换热温差。

本实用新型的换热器换热效率高，阻力小，占地面积小，结构紧凑，造价低；尤其适用于对矿井新风系统，但不局限于此。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.矿井新风加热系统中的多通道与多流程换热器，其特征在于：包括回风通道和至少一块换热板，换热板竖直设置在回风通道中将回风通道划分成至少两个回风支路，换热板内有多个独立的新风通道，新风通道贯穿回风通道的侧壁。

2.根据权利要求1所述的多通道与多流程换热器，其特征在于：换热板从上往下分为至少两个新风换热区，每个新风换热区均包括至少一个水平设置的新风通道，相邻两个新风换热区的新风通道相通。

3.根据权利要求2所述的多通道与多流程换热器，其特征在于：相邻两个新风换热区的新风通道通过联箱连通。

4.根据权利要求2或3所述的多通道与多流程换热器，其特征在于：所述回风通道下端与回风入口连接，回风通道上端与回风出口连接，上一个新风换热区的新风通道的出口与下一个新风换热区的新风通道的入口连通，最上方的新风换热区的新风通道的入口与新风入口连通，最下方的新风换热区的新风通道的出口与新风出口连接。

5.根据权利要求1所述的多通道与多流程换热器，其特征在于：新风通道与回风通道垂直。

6.根据权利要求1所述的多通道与多流程换热器，其特征在于：所述换热板采用多根管材拼接构成。

7.根据权利要求1或6所述的多通道与多流程换热器，其特征在于：所述回风通道为矩形，回风通道的其中两个与所述换热板平行的侧壁与换热板结构相同。

8.根据权利要求7所述的多通道与多流程换热器，其特征在于：所述换热板表面以及换热通道内壁面为光滑表面。

9.根据权利要求1、2、3、5、6或8所述的多通道与多流程换热器，其特征在于：回风通道的外表面有保温层。

10.根据权利要求1、2、3、5、6或8所述的多通道与多流程换热器，其特征在于：回风通道出口处装有换热器风机。

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