一种井口送风装置

技术领域

本发明涉及矿井节能送风技术领域，尤其涉及一种井口送风装置。

背景技术

为了保证井下作业人员的安全，煤矿的进风井口以下的空气温度需要在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新风混合后送入井口。

高温送风的方式需要在矿井中的新风入口处设置加热室，用以对一部分新风进行加热，而后将加热后的新风排放到新风管道中与加热室室外的新风进行混合。由于加热后的新风在混合过程中温度在不断降低，最终混合后的新风温度介于两种新风温度之间，由于混合比例受气流风速、压力等流场多因素的限制，往往需要加热更多的新风或将进入加热室的新风加热到较高的温度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。

矿井回风蕴含着丰富的低温余热资源，冬季风温普遍在15℃左右，有的矿井甚至高达25℃，目前对回风余热的回收手段主要为喷淋式热泵技术。喷淋式热泵技术需要在回风管道中安装专用的喷淋塔，依靠水的喷淋和回风的直接接触进行换热。而由于矿井回风风量大、风速高，导致换热不充分，大量的热能随着回风排出。

基于矿井回风的余热资源温度低，为了将新风加热到一个比较高的温度，就需要加热的热源提供一个更高的温度。即便利用了回风的余热，也需要压缩机做功来保证热源的高温，由于热泵的出水温度与矿井余热温度之间的温差较大，增加了压缩机的做功负担，增加了压缩机的能源消耗。

针对上述问题，需要开发一种井口送风装置，以解决加热新风时热量损失大、回风余热回收效率低及热泵工作耗能高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种井口送风装置，能够降低加热新风过程中的热量损失、提高回风余热回收效率及降低热泵工作能耗。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种井口送风装置，矿井设置有新风管道和回风管道，包括：

取热机构，所述取热机构包括第一满液式换热器，所述第一满液式换热器包括第一外壳和第一热管，所述第一外壳内设置有第一换热介质，所述第一热管的一端伸入所述第一外壳内，另一端伸入所述回风管道内；

放热机构，所述放热机构的放热端伸入所述新风管道中；

热泵机构，所述热泵机构的取热端与所述第一满液式取热器换热连接，热泵机构的放热端与所述放热机构换热连接。

优选的，所述放热机构包括第二满液式换热器，所述第二满液式换热器包括第二外壳和第二热管，所述第二外壳内设置有第二换热介质，所述第二热管的一端伸入所述第二外壳内，另一端伸入所述新风管道内。

优选的，所述热泵机构包括压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器，所述蒸发器、所述压缩机、所述冷凝器和所述节流阀依次连接形成循环换热回路：

所述压缩机(31)用于压缩所述循环换热回路中的循环工质；

所述蒸发器(32)与所述第一外壳(12)形成第一换热回路；

所述冷凝器(33)与所述第二外壳(22)形成第二换热回路；

所述节流阀(34)用于调节所述循环工质的流量。

优选的，所述第一热管伸入所述回风管道的一端外壁设置有多个第一换热片。

优选的，所述第一换热介质为乙二醇溶液。

优选的，第一换热回路和所述第二换热回路上均设置有循环泵。

优选的，所述取热机构还包括第一温度传感器，用于检测所述第一换热介质的温度。

优选的，所述放热机构还包括第二温度传感器，用于检测所述第二换热介质的温度。

优选的，所述取热机构还包括回风风机，所述回风风机设置于所述回风管道内。

优选的，所述井口送风装置还包括排水管，所述排水管设置于所述回风管道的底部。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种井口送风装置。该装置中，取热机构采用满液式换热结构，热管伸入回风管道内与回风直接接触进行吸热，同时将热量极快地传递给第一外壳内的第一换热介质，使得回风中的热量被大量吸收，减小了回风热能的损失。

放热机构的放热端直接伸入新风管道中对新风进行加热，无需先对一部分新风加热再将其与加热室外的新风混合，使得仅需要将新风管道中的新风加热到2℃以上就能够保证送入矿井的新风温度满足要求，大大降低了放热机构的放热温度。相比混合加热的温度不可控，该井口送风装置对新风的加热温度便于控制，也就不会造成热量不必要的浪费。

而放热机构的热源温度的降低，使得该装置的吸热端和放热端的温差大大降低，也就降低了压缩机的做功负担，节约了能源。

附图说明

图1是本发明提供的井口送风装置的结构示意图；

图2是本发明提供的取热机构的结构示意图；

图3是本发明提供的放热机构的结构示意图。

1、第一满液式换热器；2、第二满液式换热器；3、热泵机构；4、循环泵；5、回风风机；6、新风风机；7、排水管；

11、第一热管；12、第一外壳；13、第一温度传感器；21、第二热管；22、第二外壳；23、第二温度传感器；31、压缩机；32、蒸发器；33、冷凝器；34、节流阀；

111、第一换热片；211、第二换热片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征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。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种井口送风装置，矿井设置有新风管道和回风管道，用于通入井外的新风和排出井内的回风。如图1和图2所示，该井口送风装置包括取热机构、放热机构及热泵机构3。取热机构包括第一满液式换热器1，第一满液式换热器1包括第一外壳12和第一热管11，第一外壳12内设置有第一换热介质，第一热管11的一端伸入外壳内，另一端伸入回风管道。放热机构的放热端伸入新风管道中。热泵机构3的取热端与第一满液式取热器换热连接，热泵机构3的放热端与放热机构换热连接。

取热机构通过第一热管11伸入回风管道的一端与回风直接接触进行热交换，使其内部的第一工质受热蒸发向伸入第一外壳12内的一端移动液化放热，使第一换热介质温度升高。第一换热介质在热泵机构3的取热端放出热量，经过热泵机构3对其做功，热量进一步升高，经过放热端将热量传递给放热机构，由放热机构的放热端与新风进行热交换，实现对新风的加热。由于整个加热过程人为可控，仅需要将新风管道中的新风加热到2℃以上即可保证送入矿井的新风温度满足要求。

由于放热机构与新风之间的热交换效率对新风加热后的温度有直接影响，故需要尽可能地提高热交换效率，否则大部分热量无法在放热机构的放热端快速释放来加热新风，造成浪费。

如图3所示，为了解决以上问题，放热机构包括第二满液式换热器2，第二满液式换热器2包括第二外壳22和第二热管21，第二外壳22内设置有第二换热介质，第二热管21的一端伸入第二外壳22内，另一端伸入新风管道内。第二换热介质与热泵机构3的放热端进行热交换升温，通过直接接触使第二热管21内部的第二工质受热蒸发向伸入新风管道内的一端移动并液化放热，使新风温度升高。

为了保证热量的充分吸收，第一满液式换热器1需要设置多个第一热管11。同时为了保证回风的流畅通过，多个第一热管11需要间隔设置。

同样的，第二满液式换热器2需要设置多个第二热管21。同时为了保证新风的流畅通过，多个第二热管21需要间隔设置。

进一步地，热泵机构3还包括压缩机31、蒸发器32、冷凝器33及节流阀34，压缩机31、蒸发器32、节流阀34和冷凝器33依次连接形成循环换热回路。压缩机31用于压缩循环换热回路中的循环工质，蒸发器32与第一外壳12形成第一换热回路，冷凝器33与第二外壳22形成第二换热回路，节流阀34用于调节循环工质的流量。循环工质能够在循环换热回路中流动，且能在蒸发器32中与第一换热介质进行热交换，能在冷凝器33中与第二换热介质进行热交换。

循环工质在蒸发器32中吸收第一换热介质的热量蒸发，流经压缩机31时被压缩成高温气体并流向冷凝器33，并在冷凝器33放热对第二换热介质进行加热，过程中高温气体液化并降温放出大量的热量，保证第二换热介质的升温。同时根据需要可以调节节流阀34以控制循环工质的流量，以合理控制新风的温度，节约能量。

其中，循环工质可以是氨或氟利昂。

循环工质的特点是常温或较低温度下能液化的物质，通过可逆的相变来增大较小温度区间的热量变化，从而增大热交换的效率。

优选地，节流阀34可以是毛细管。

冷凝成液态的循环工质流经毛细管，由于从大管进入小管，流量受到了限制，因此出来后的循环工质压力降低，温度继续下降，既能够控制流量，又能够进一步降低循环工质的温度，提高其在蒸发器32中的热交换效率。

由于回风与新风的风速均较快，仅通过热管进行热量交换，速度较慢，容易造成回风热量吸收不完全以及新风加热不彻底，既浪费了回风余热，又使新风温度达不到要求。

为了减少回风余热的浪费，同时提高加热新风的温度，就需要使热交换更为充分。在第一热管11伸入回风管道的一端外壁设置有多个第一换热片111，第二热管21伸入新风管道的一端外壁设置有多个第二换热片211。利用多个换热片加大换热面积，能够大大提高单位时间内的热量交换。

优选地，第一换热介质为乙二醇溶液。

第一热管11伸入回风管道的一端与伸入第一外壳12的一端的温差越大，热交换效率越高，其他情况相同的条件下，热交换速率越快。为了加大这个温差，就需要降低第一换热介质的温度，而第一换热介质又不能因为温度过低而凝固，故需要找到低冰点的第一换热介质。乙二醇能以任意比例与水混合相溶，且乙二醇溶液的冰点在一定范围内随乙二醇的含量增加而下降。可根据需要使用不同浓度的乙二醇溶液作为换热介质，提高换热效率。

可选地，乙二醇溶液的体积浓度为20％-60％。

体积浓度为20％的乙二醇溶液的冰点为-10℃，基本可以满足大部分使用要求，而一些特殊场景可能需要更低的冰点，而乙二醇溶液的冰点在体积浓度60％时到达极限，为-48.3℃，继续提高浓度，冰点反而会降低，故最佳体积浓度区间为20％-60％，例如20％、30％、40％、50％和60％。

可以理解的是，第二换热介质为乙二醇溶液或水。

为了增大第二热管21伸入新风管道的一端与伸入第二外壳22的一端的温差，第二换热介质需要被循环工质加热到较高的温度，不涉及冰点的选择，故可以选用乙二醇，其优点是比热容低，比较容易被加热到较高温度，使第二热管21的两端温差增大。而为了成本考虑，第二换热介质也可以选择水。

进一步地，第一换热回路和第二换热回路上均设置有循环泵4。

利用循环泵4驱动第一换热介质和第二换热介质的流动，能够根据第一热管11对热量的吸收的速率和第二热管21对热量放出的速率对第一换热介质和第二换热介质的流速进行调节，使该井口送风装置更高效。

为了能够了解第一换热介质从第一热管11吸收的热量是否足够，取热机构还包括第一温度传感器13，用于对第一换热介质的温度进行检测。

优选地，第一温度传感器13设置于第一换热介质流入蒸发器32之前。

为了更直观的检测到第一换热介质是否携带了足够的热量，在其进入蒸发器32放热之前检测其温度，若温度较低，则可以利用循环泵4降低第一换热介质的流速，以保证第一热管11与第一换热介质的热交换的时间延长。若温度较高，则可增加第一换热介质的流速，使换热更加高效。

为了能够了解第二换热介质对第二热管21放出的热量是否足够，取热机构还包括第二温度传感器23，用于对第二换热介质的温度进行检测。

优选地，第二温度传感器23设置于第二换热介质流入冷凝器33之前。

为了更直观的检测到第二换热介质是否放出了足够的热量，在其进入冷凝器33吸热之前检测其温度，若温度较高，则可以利用循环泵4降低第二换热介质的流速，以保证第二热管21与第二换热介质的热交换的时间延长。若温度较低，则可增加第二换热介质的流速，使换热更加高效。

优选地，该井口送风装置还包括回风风机5，设置于回风管道内。

矿井回风通过回风风机5进入取热机构，通过回风风机5对回风的风速进行控制，有利于根据实际情况调节风速，防止因风速过大或过小而影响热管的热交换。

优选地，该井口送风装置还包括新风风机6，设置于新风管道内。

新风通过新风风机6进入放热机构，通过新风风机6对新风的风速进行控制，有利于根据实际情况调节风速，防止因风速过大或过小而影响热管的热交换。

示例性地，该井口送风装置还包括排水管7，排水管7设置于回风管道的底部。

矿井回风在经过取热机构时，回风温度降低的同时会析出冷凝水，将冷凝水通过排水管7排出，能够防止回风管道中冷凝水积聚。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。