一种回风热能交换装置

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种回风热能交换装置。

背景技术

矿井生产由于在地下几百米甚至上千米深处作业，一年四季的温度不变，所以矿井回风的温度变化也不大。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℃，如何对这部资源有效回收利用，为矿区提供建筑供暖、井口防冻或洗浴热水等各类热能所需对于节约资源、改善矿井生产环境有着重要意义。目前主要有两种工艺：整体式热管技术和喷淋式热泵技术。

整体式热管技术是将热管的蒸发端直接设置在回风管道中，通过与回风的直接接触吸收热能。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，这两种技术均存在接触时间短，导致换热不充分，大量的热能随着回风排出。

针对上述问题，需要开发一种回风热能交换装置，以解决传统换热工艺中由于回风风速快导致换热不充分、回收余热少的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种回风热能交换装置，能够大幅度降低回风风速，充分吸收回风余热。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种回风热能交换装置，用于吸收矿井的回风管道内的余热，包括：

集风罩，包括相对设置的第一端和第二端，所述回风管道由所述集风罩的所述第一端伸入所述集风罩内，所述集风罩的所述第一端设置有排风口，所述回风管道内的气流由所述集风罩的所述第二端折返后经所述排风口排出；

换热机构，设置于所述排风口处，所述换热机构用于吸收经过所述排风口的气流的热量。

优选地，所述排风口处设置有过滤组件，所述换热机构位于所述集风罩的外部。

优选地，所述换热机构包括：

相对设置的两个汇流板；

间隔设置的多个换热管，所述换热管的两端分别与所述汇流板连接，所述换热管内通入有换热介质。

优选地，所述换热管外侧设置有多个换热片。

优选地，两个所述汇流板中的一个上设置有进液口，另一个上设置有出液口，多个所述换热管依次连通形成换热通路，所述换热通路的一端与所述进液口连通，另一端与所述出液口连通。

优选地，所述换热介质为乙二醇溶液。

优选地，所述排风口设置有多个，所述换热机构与所述排风口一一对应设置。

优选地，所述回风热能交换装置还包括：

凝水槽，所述凝水槽设置于所述换热机构底部；

排水管，所述排水管与所述凝水槽连通。

优选地，所述回风管由所述集风罩的底端伸入所述集风罩内，所述集风罩包括顶板，所述顶板包括顶端相连且成夹角设置的第一板及第二板。

优选地，所述集风罩上设置有通风孔以及能打开或关闭所述通风孔的转换门，所述转换门靠近所述回风管道的出风口设置。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种回风热能交换装置。该装置中，回风管道中的回风风速较快，到达出风口时，会受到集风罩的阻挡转向，能够大幅度降低回风的速度，使得回风经过换热机构的时间延长，使回风在换热机构中的热交换更加充分。

附图说明

图1是本发明提供的回风热能交换装置的结构示意图；

图2是本发明提供的换热机构的结构示意图。

1、集风罩；11、第一端；12、第二端；121、第一板；122、第二板；2、回风管道；21、出风口；3、换热机构；31、汇流板；32、换热管；33、换热片；34、进液口；35、出液口；4、凝水槽；5、排水管；6、转换门；7、风机。

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回风热能交换装置。如图1所示，该回风热能交换装置包括集风罩1及换热机构3。集风罩1包括相对设置的第一端11及第二端12，回风管道2由集风罩1的第一端11伸入集风罩1内，集风罩1的第一端11设置有排风口，回风管道2内的气流由集风罩1的第二端12折返后经排风口排出。换热机构3设置于排风口上，用于吸收经过排风口的气流的热量。

该装置中，回风管道2中的回风风速较快，到达出风口21时，会受到集风罩1的阻挡转向，能够大幅度降低回风的速度，使得回风经过换热机构3的时间延长，使回风在换热机构3中的热交换更加充分。

矿井作业时，由于机械设备对煤层的开采，使空气中弥漫着煤粉及灰尘，这些粉尘较为微小，很容易跟随空气流动来到地面，导致回风中含有一定浓度的粉尘。若回风不加处理直接排放，会对矿井周围的环境造成极大破坏。同时一部分粉尘会附着在换热机构3表面，使换热机构3的热交换效率下降，造成回风热能的浪费。

为解决上述问题，本实施例中排风口处设置有过滤组件，换热机构3位于集风罩1的外部。通过在排风口处设置过滤组件，可以对回风中的粉尘进行一定的过滤，再使过滤后的回风通过换热机构3，既保证了换热效率，又减少了环境污染。同时由于换热机构3结构较为复杂，清理一次花费时间较长，过滤组件通过对粉尘的过滤，还能极大地降低换热机构3的维护频率。

此外，由回风管道2进入集风罩1内的回风通过集风罩1的阻挡作用改变流动方向，可以延长回风在集风罩1内流动路径，有利于回风中的粉尘在重力作用下自动沉淀，可以进一步避免灰尘对换热机构3的影响。

示例性地，过滤组件可以是过滤网。

利用过滤网对回风中的粉尘进行过滤，结构简单，成本低廉，同时利于维护清理。在其他实施例中，过滤组件也可以为其他结构，只要能够过滤回风中的杂质即可。

其中，过滤组件与集风罩1可拆卸连接。

由于过滤网过滤了回风中的大部分粉尘，自身很容易被堵塞导致回风无法顺利排出，造成事故。可拆卸的过滤网便于维护清理，能够节省人力成本。

优选地，过滤组件和集风罩1可以通过螺钉紧固或通过卡扣的方式实现可拆卸连接，能够方便地实现过滤网与集风罩1的组装与拆卸，减少维护时间。

进一步地，如图2所示，换热机构3包括相对设置的两个汇流板31及间隔设置的多个换热管32，换热管32的两端分别与汇流板31连接，换热管32内通入有换热介质。

利用汇流板31对多个换热管32进行固定，使其成为一个整体，回风通过换热机构3时，换热机构3中的换热管32与回风接触，吸收热量，为了保证热量的充分吸收，需要设置多个换热管32。同时为了保证回风的流畅通过，多个换热管32需要间隔设置。换热管32中的换热介质将换热管32吸收的热量带走，降低换热管32的温度，保持换热管32与回风的温差，使热量交换持续进行。同时换热介质不与回风直接接触，避免了被回风吹走导致换热介质的减少以及热量的损失。

优选地，换热管32外侧设置有多个换热片33。

利用多个换热片33加大换热面积，使该回风热能交换装置对回风热能的回收效率提高。

优选地，多个换热片33环绕设置于换热管32上，且沿径向向远离换热管32的方向延伸。

换热管32周圈环绕设置多个换热片33，最大限度的增加换热面积，提高换热效率。

优选地，两个汇流板31中的一个上设置有进液口34，另一个上设置有出液口35，多个换热管32依次连通形成换热通路，换热通路的一端与进液口34连通，另一端与出液口35连通。

换热介质通过进液口34进入换热机构3，吸收回风热量后通过出液口35将热量带走。换热管32形成通路，使换热介质反复在换热机构3中流动，增加了换热时间，使热量交换更充分。

优选地，换热介质为乙二醇溶液。

换热管32与回风之间的温差越大，热交换效率越高，其他情况相同的条件下，热交换速率越快。为了加大换热管32与回风之间的温差，就需要降低换热管32中换热介质的温度，而换热介质不能因为温度过低而凝固，故需要找到低冰点的换热介质。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。

优选地，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，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％。

优选地，排风口设置有多个，换热机构3与排风口一一对应设置。

为了增大换热面积，可以设置多个换热机构3，且多个换热机构3也可使集风罩1内的回风在多处排出，以防仅有少数排风口，导致集风罩1内部压强升高，产生安全隐患。且内部的高压强也容易导致少数换热机构3处的风速加快，降低换热效率。

进一步地，该回风热能交换装置还包括凝水槽4及排水管5。凝水槽4设置于换热机构3底部；排水管5与凝水槽4连通。

回风中含有水蒸气，水蒸气遇到温度低的换热管32后会在换热管32上凝结成小水珠流下，故设置凝水槽4来回收小水珠，通过排水管5排出。

优选地，回风管由集风罩1的底端伸入集风罩1内，集风罩1包括顶板，顶板包括顶端相邻且成夹角设置的第一板121及第二板122。

回风由下向上排出回风管道2的出风口21，转向后速度减慢下落，故回风中较大的粉尘会落在集风罩1内，相当于先对回风粉尘进行了一次筛分。而夹角的设置正是加强了回风的减速，同时回风会顺着第一板121和第二板122流动，使其转向后向着底端流动。

优选地，集风罩1上设置有通风孔以及能打开或关闭通风孔的转换门6，转换门6靠近回风管道2的出风口21设置。

在需要回收热能时，关闭转换门6，使回风仅能通过换热机构3排出，实现热能回收。在不需要回收热能时，打开转换门6，使回风能够快速通过通风孔排出。矿井中，风向并不是固定不变的，当矿井中发生事故，例如火灾，需要尽快把有毒有害气体排到地面，此时需要根据事故地点调整风向。回风管道2中设置有风机7，只需要控制风机7反向旋转即可，此时也需要打开转换门6，便于大量的风进入。

可选地，转换门6可以转动打开或滑动打开通风孔。

本实施例还提供了一种新风加热系统，包括上述的回风热能交换装置和新风加热机构。新风加热机构设置于新风管道的进风口，通过保温管与换热机构3的出液口35相连，使换热机构3中被回风加热的乙二醇溶液能够流过新风加热机构，通过与温度低的新风之间的热交换加热新风。

《煤矿安全规程》规定煤矿的进风口以下的空气温度必须在2℃以上，而外部环境气温较低时，就需要对新风进行加热。单独设置加热系统，不仅需要增加设备，还需要单独为其供能，增加成本且浪费能源。而利用从回风收集的热能，成为了低成本易操作的选择。

其中，新风加热机构的结构可以与换热机构3的结构类似，通过换热管32与新风进行热交换，也可以使用热管组件，热管组件一端为蒸发端，与乙二醇溶液直接接触，另一端为冷凝端，设置于新风管道的进风口处。

工作时，热管组件中的液体在蒸发端吸热后蒸发，带走热量，蒸汽在热管组件内部流向冷凝端遇冷后凝结成液体，放出热量，加热与冷凝端接触的新风。

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。