一种基于热管换热原理的井口低温送风系统的制作方法
1.本发明涉及技术领域，特别涉及一种基于热管换热原理的井口低温送风系统。
背景技术：
2.《煤矿安全规程》规定煤矿的进风井口以下的空气温度(干球温度)必须在2℃以上，目前井口送风大多采用高温送风方式，即采用热源制取高温热水加热新风的方式，加热后的新风与室外冷空气混合后送入井口。由于混合比例受气流风速、压力等流场多因素的限制，往往造成需要加热更多的新风以保证混合后温度高于2℃，由此可知，这种送风方式会造成很多热量损失。
3.目前采用排水源热泵和回风源热泵，利用废热资源通过热泵制取热水在一定程度上可以满足井口防冻热需求，但往往因为余热资源品味低，为了满足制取设计工况所需的高温热水(通常热泵出水温度45-55℃)，增加了压缩机的做功负担，使得热泵工作能效很低，有些矿井余热资源匮乏，进一步降低了热泵的cop。
技术实现要素：
4.本发明的主要目的在于提供一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，可以有效解决背景技术中采用排水源热泵和回风源热泵，利用废热资源通过热泵制取热水在一定程度上可以满足井口防冻热需求，但往往因为余热资源品味低，为了满足制取设计工况所需的高温热水(通常热泵出水温度45-55℃)，增加了压缩机的做功负担，使得热泵工作能效很低的问题，本技术通过将取热和放热结构分开，通过热泵系统相连，不需要复杂的风道系统，对煤矿的新风管道和回风管道等位置没有要求，新风系统和回风系统可分开布置。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.本发明公开了一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，包括热管取热模块、热管放热模块和热泵循环系统，其中，所述热管取热模块包括满液式取热器和矿井回风换热风室，所述满液式取热器和矿井回风换热风室之间通过热管连通，所述热管放热模块包括满液式放热器和新风送风风室，所述满液式放热器和新风送风风室之间通过热管连通，热泵循环系统设置于热管取热模块和热管放热模块之间，并连接所述热管取热模块和热管放热模块，热管取热模块采用气-液热管换热器。
7.作为优选的，所述热管取热模块内的热管分为热管取热模块蒸发段和热管取热模块冷凝段，所述热管取热模块蒸发段连接在所述矿井回风换热风室内，所述热管放热模块内的热管分为热管放热模块蒸发段和热管放热模块冷凝段，所述热管放热模块冷凝段连接在所述新风送风风室内。
8.作为优选的，所述热管取热模块蒸发段和所述热管放热模块冷凝段的外管壁均设置有肋片。
9.作为优选的，所述矿井回风换热风室内部设有矿井回风阻力平衡风机，所述矿井回风阻力平衡风机设置于所述热管取热模块蒸发段的前端，并通过风道与热管取热模块蒸
发段，热管取热模块蒸发段的底部设有冷凝水排水管。
10.作为优选的，所述新风送风风室内部设有新风送风风机，所述新风送风风机位于所述热管放热模块冷凝段的前端，并通过风道与热管放热模块冷凝段连通。
11.作为优选的，所述热泵循环系统包括蒸发器、压缩机、节流阀及冷凝器，所述蒸发器和冷凝器之间通过管道连接，所述压缩机和节流阀均安装在蒸发器和冷凝器之间的管道上，所述满液式取热器通过取热介质循环泵和蒸发器相连，所述满液式放热器通过载热介质循环泵和热泵系统的冷凝器相连。
12.作为优选的，所述满液式取热器密闭保温，与蒸发器通过取热介质循环泵相连构成取热介质循环，取热介质循环的工质采用乙二醇溶液。
13.作为优选的，所述满液式放热器和冷凝器中使用的载热介质循环的工质采用乙二醇溶液或水。
14.作为优选的，所述热管取热模块与热泵循环系统的连接管道内安装有取热介质循环温度传感器，所述热管放热模块与热泵循环系统的连接管道内安装有载热介质循环温度传感器。
15.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
16.1、本技术中热管取热模块为气-液热管换热器，利用热管内工质的相变换热，将矿井回风余热回收于满液式取热器中，相比传统的间壁式换热方式，同等温差下的换热效率更高；
17.2、本技术中满液式取热器内的工质为乙二醇溶液，相比于工质为水，乙二醇溶液有更低的冰点，通过降低热管冷凝段的温度来加大热管换热器两侧的温差，进而有效的提高了换热效率。
18.3、本技术中由于井口预热的方案采用的是井口低温送风系统，热泵系统的设计供水温度相比传统的方案较低，热泵系统只需制取30℃的低温热水提供给热管放热模块加热新风即可，较传统方案的需要制取高温热水(温度40-55℃)的热泵系统，降低了热泵系统取热侧和放热侧的温差，提高了热泵系统的效能。
19.4、本技术中取热和放热结构分开，通过热泵系统相连，不需要复杂的风道系统，对煤矿的新风管道和回风管道等位置没有要求，新风系统和回风系统可分开布置，而传统的热管换热器需要煤矿的新风管道和回风管道位置相近，较单一的热管系统而言，对于煤矿的新风管道和回风管道相隔过远的情况也有很好的适用性。
附图说明
20.图1为本发明的整体系统框图；
21.图2为本发明中热管取热模块系统框图；
22.图3为本发明中热管放热模块系统图。
23.附图标记：1、热管取热模块；2、蒸发器；3、压缩机；4、热管放热模块；5、节流阀；6、冷凝器；7、满液式取热器；8、热管取热模块蒸发段；9、热管取热模块冷凝段；10、矿井回风阻力平衡风机；11、矿井回风换热风室；12、取热介质循环泵；13、热管放热模块冷凝段；14、热管放热模块蒸发段；15、满液式放热器；16、新风送风风机；17、新风送风风室；18、载热介质循环泵；19、冷凝水排水管；111、取热介质循环温度传感器；112、载热介质循环温度传感器。
具体实施方式
24.以下结合附图1-附图3，进一步说明本发明一种基于热管换热原理的井口低温送风系统的具体实施方式，通过本实施例可以有效解决背景技术中采用排水源热泵和回风源热泵，利用废热资源通过热泵制取热水在一定程度上可以满足井口防冻热需求，但往往因为余热资源品味低，为了满足制取设计工况所需的高温热水(通常热泵出水温度45-55℃)，增加了压缩机的做功负担，使得热泵工作能效很低的问题，本实施例通过将取热和放热结构分开，通过热泵系统相连，不需要复杂的风道系统，对煤矿的新风管道和回风管道等位置没有要求，新风系统和回风系统可分开布置。本发明一种基于热管换热原理的井口低温送风系统不限于以下实施例的描述。
25.实施例1：
26.本实施例给出一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，如图1-3所示，包括热管取热模块1、热管放热模块4和热泵循环系统，其中，热管取热模块1包括满液式取热器7和矿井回风换热风室11，满液式取热器7和矿井回风换热风室11之间通过热管连通，热管放热模块4包括满液式放热器15和新风送风风室17，满液式放热器15和新风送风风室17之间通过热管连通，热泵循环系统设置于热管取热模块1和热管放热模块4之间，并连接热管取热模块1和热管放热模块4，热管取热模块1采用气-液热管换热器。
27.实施例2
28.在实施例1的基础上，本实施例中，热管取热模块1内的热管分为热管取热模块蒸发段8和热管取热模块冷凝段9，热管取热模块蒸发段8连接在矿井回风换热风室11内，热管放热模块4内的热管分为热管放热模块蒸发段14和热管放热模块冷凝段13，热管放热模块冷凝段13连接在新风送风风室17内。
29.热管取热模块蒸发段8和热管放热模块冷凝段13的外管壁均设置有肋片。
30.矿井回风换热风室11内部设有矿井回风阻力平衡风机10，矿井回风阻力平衡风机10设置于热管取热模块蒸发段8的前端，并通过风道与热管取热模块蒸发段8，热管取热模块蒸发段8的底部设有冷凝水排水管19。
31.新风送风风室17内部设有新风送风风机16，新风送风风机16位于热管放热模块冷凝段13的前端，并通过风道与热管放热模块冷凝段13连通。
32.实施例3
33.在实施例1的基础上，本实施例中，热泵循环系统包括蒸发器2、压缩机3、节流阀5及冷凝器6，蒸发器2和冷凝器6之间通过管道连接，压缩机3和节流阀5均安装在蒸发器2和冷凝器6之间的管道上，满液式取热器7通过取热介质循环泵12和蒸发器2相连，满液式放热器15通过载热介质循环泵18和热泵系统的冷凝器6相连。
34.满液式取热器7密闭保温，与蒸发器2通过取热介质循环泵12相连构成取热介质循环，取热介质循环的工质采用乙二醇溶液。
35.满液式放热器15和冷凝器6中使用的载热介质循环的工质采用乙二醇溶液或水。
36.热管取热模块1与热泵循环系统的连接管道内安装有取热介质循环温度传感器111，热管放热模块4与热泵循环系统的连接管道内安装有载热介质循环温度传感器112。
37.结合实施例1-实施例3，结合图1-3所示，本技术的工作过程分为五个阶段，具体如下：
38.第一阶段，该系统的热管取热模块1布置于矿井回风换热风室11，矿井回风通过矿井回风阻力平衡风机10进入热管取热模块1，通过对流换热的方式将热量释放给热管内的工质，矿井回风温度降低同时析出冷凝水，冷凝水通过冷凝水排水管19排出，热管内的工质在热管取热模块蒸发段8通过相变吸收矿井回风内的余热，然后在热管取热模块冷凝段9冷凝放热，将热量释放给满液式取热器7；
39.第二阶段，满液式取热器7内的乙二醇溶液吸收热管取热模块冷凝段9内工质冷凝释放的热量，温度升高，乙二醇溶液达到1℃后通过取热介质循环泵12进入到热泵系统的蒸发器2，乙二醇溶液在蒸发器2将热量传递给热泵系统的循环工质，热泵系统的循环工质在蒸发器2内吸收热量；
40.第三阶段，系统中间的蒸发器2、压缩机3、节流阀5、冷凝器6构成一个完整的热泵系统，由于整个井口低温送风系统的设计工况温度相比传统的方案较低，热泵系统只需制取30℃的低温热水提供给热管放热模块4即可，所以热泵系统保持高cop工况运行，将蒸发器2吸收的低品位温热能通过热泵循环转换为较传统热泵系统方案较低的高品位热能，并送至冷凝器6；
41.第四阶段，由热泵系统转换的热量通过冷凝器6释放给载热介质，在冷凝器6载热介质的温度提高到30℃，载热介质通过载热介质循环泵18和满液式放热器15相连，将热量传给热管放热模块4；
42.第五阶段，该系统的热管放热模块4布置于新风送风风室17，新风通过新风送风风机16将室外新风送入热管放热模块4，30℃的载热介质在满液式放热器15放出热量，将热量传给放热模块4热管内的工质，热管内的工质在热管放热模块蒸发段14通过相变吸收载热介质释放的能量，然后在热管放热模块冷凝段13冷凝放热，将热量释放给新风。
43.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
技术特征：
1.一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，其特征在于：包括:热管取热模块(1)，其包括满液式取热器(7)和矿井回风换热风室(11)，所述满液式取热器(7)和矿井回风换热风室(11)之间通过热管连通；热管放热模块(4)，其包括满液式放热器(15)和新风送风风室(17)，所述满液式放热器(15)和新风送风风室(17)之间通过热管连通；热泵循环系统，其设置于热管取热模块(1)和热管放热模块(4)之间，并连接所述热管取热模块(1)和热管放热模块(4)。2.根据权利要求1所述的一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，其特征在于：所述热管取热模块(1)内的热管分为热管取热模块蒸发段(8)和热管取热模块冷凝段(9)，所述热管取热模块蒸发段(8)连接在所述矿井回风换热风室(11)内，所述热管放热模块(4)内的热管分为热管放热模块蒸发段(14)和热管放热模块冷凝段(13)，所述热管放热模块冷凝段(13)连接在所述新风送风风室(17)内。3.根据权利要求2所述的一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，其特征在于：所述热管取热模块蒸发段(8)和所述热管放热模块冷凝段(13)的外管壁均设置有肋片。4.根据权利要求2所述的一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，其特征在于：所述矿井回风换热风室(11)内部设有矿井回风阻力平衡风机(10)，所述矿井回风阻力平衡风机(10)设置于所述热管取热模块蒸发段(8)的前端，并通过风道与热管取热模块蒸发段(8)，热管取热模块蒸发段(8)的底部设有冷凝水排水管(19)。5.根据权利要求2所述的一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，其特征在于：所述新风送风风室(17)内部设有新风送风风机(16)，所述新风送风风机(16)位于所述热管放热模块冷凝段(13)的前端，并通过风道与热管放热模块冷凝段(13)连通。6.根据权利要求1所述的一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，其特征在于：所述热泵循环系统包括蒸发器(2)、压缩机(3)、节流阀(5)及冷凝器(6)，所述蒸发器(2)和冷凝器(6)之间通过管道连接，所述压缩机(3)和节流阀(5)均安装在蒸发器(2)和冷凝器(6)之间的管道上，所述满液式取热器(7)通过取热介质循环泵(12)和蒸发器(2)相连，所述满液式放热器(15)通过载热介质循环泵(18)和热泵系统的冷凝器(6)相连。7.根据权利要求6所述的一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，其特征在于：所述满液式取热器(7)密闭保温，与蒸发器(2)通过取热介质循环泵(12)相连构成取热介质循环，取热介质循环的工质采用乙二醇溶液。8.根据权利要求6所述的一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，其特征在于：所述满液式放热器(15)和冷凝器(6)中使用的载热介质循环的工质采用乙二醇溶液或水。9.根据权利要求6所述的一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，其特征在于：所述热管取热模块(1)与热泵循环系统的连接管道内安装有取热介质循环温度传感器(111)，所述热管放热模块(4)与热泵循环系统的连接管道内安装有载热介质循环温度传感器(112)。
技术总结
本申请公开了一种基于热管换热原理的井口低温送风系统，包括热管取热模块、热管放热模块和热泵循环系统，其中，热管取热模块包括满液式取热器和矿井回风换热风室，满液式取热器和矿井回风换热风室之间通过热管连通，热管放热模块包括满液式放热器和新风送风风室，满液式放热器和新风送风风室之间通过热管连通，热泵循环系统设置于热管取热模块和热管放热模块之间，并连接热管取热模块和热管放热模块，热管取热模块采用气-液热管换热器。本发明适用于煤矿开采，本申请取热和放热结构分开，通过热泵系统相连，不需要复杂的风道系统，对煤矿的新风管道和回风管道等位置没有要求，新风系统和回风系统可分开布置。风系统和回风系统可分开布置。风系统和回风系统可分开布置。
