用于预热矿井进风的换热装置的制作方法

本实用新型涉及换热装置，具体地指一种用于预热矿井进风的换热装置。

背景技术：

我国是一个煤炭工业大国，煤炭资源储量丰富，开采规模位居世界前列，深井矿多，地表浅层矿少。矿井通风系统是矿井企业安全生产中的重要保障，对矿井采掘工作面进行通风就会有大量的回风产生。空气流经地下巷道时与巷道发生湿热交换，再加上矿井下面的大型设备散热也都排入回风中，使得回风中蕴含着大量的可利用热量。矿井回风是一种优质的余热资源。以煤矿为例，矿井回风流温度、湿度常年基本恒定，温度一般在14～30℃，湿度在90％左右，矿井回风具有恒温、高湿、粉尘大、风量大的特点，是重要的矿井次生热能资源。

我国的煤矿资源主要集中在我国西北部，其冬季时间长，气温低至-25℃。《煤矿安全规程》明确要求“进风井口以下的温度必须在2℃以上”。因此，当环境温度低于2℃时，新风需要加热到2℃以上才能进入进风矿井口。矿井回风余热资源的利用主要是通过矿井回风换热器实现。矿井回风换热器是用于提取矿井回风中热能或冷能的一种装置，特别是提取煤矿矿井通风过程所排放的回风余热获取热水，从而实现余热资源的有效利用，达到矿山节能减排的目的。

目前，回风换热器的形式主要有热管式、板翅式和喷淋式三种。热管式和板翅式回风换热器设备阻力较大，易对矿井通风安全造成隐患，且回风中粉尘等杂质凝聚，会造成管壁腐蚀、换热管堵塞等问题；相对而言，喷淋式回风换热器采用喷淋水与回风直接接触换热，可以抵御回风中粉尘，适用性强。然而，现有的喷淋式矿井回风换热器，存在喷淋雾化效果不足的问题，为了达到理想的换热效果，单纯增加喷排数及加大喷嘴布置，会导致回风阻力随之增加。而通过热泵机组利用矿井回风换热器产生的热水或矿井地下热水余热新风，使新风进入矿井之前温度保证在2℃以上，其热泵机组的使用增加了投资成本、加大能源消耗。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是要提供一种用于预热矿井进风的换热装置，该装置结构简单、衔接紧凑，能够将煤矿回风中蕴含的热能用来预热矿井进风，从而实现余热资源的有效利用，达到节能减排的目的。

为实现上述目的，本实用新型所设计的用于预热矿井进风的换热装置，包括呈长方体形状的框架本体，其特殊之处在于：所述框架本体的上侧设置有顶板，所述框架本体的下侧设置有底板，所述框架本体的左右两侧各设置有侧板，所述框架本体的前侧为第一敞开侧，所述框架本体的后侧为第二敞开侧；

所述框架本体内并排设置有若干个用于引导矿井进风由框架本体的下侧流向上侧的换热单元，相邻两个换热单元之间设置有用于引导矿井回风由框架本体的第二敞开侧进入与换热单元换热后流向第一敞开侧的风道单元。

进一步地，每个所述换热单元包括若干根并排竖立布置的换热管，所述换热管的上端贯穿顶板，所述换热管的下端贯穿底板。

进一步地，所述框架本体的第一敞开侧和第二敞开侧设置有若干根与换热管并排竖立布置的立柱，所述立柱的顶端与顶板固定连接，所述立柱的底端与底板固定连接。

进一步地，每个所述风道单元包括上下对称布置且结构相同的上风道和下风道，所述上风道用于进风的一侧与框架本体的第二敞开侧正对布置，所述下风道用于出风的一侧与框架本体的第一敞开侧正对布置。

进一步地，所述上风道包括平行布置的第一上风道侧板和第二上风道侧板，所述第一上风道侧板和第二上风道侧板均呈三角形状；所述第一上风道侧板和第二上风道侧板的斜边之间设置有上风道斜板；

所述第一上风道侧板和第二上风道侧板上与立柱平行的两条直边之间形成与框架本体的第二敞开侧正对布置的进风口，所述第一上风道侧板和第二上风道侧板上与顶板平行的两条直边之间形成与顶板正对布置的上出风口。

进一步地，所述下风道包括平行布置的第一下风道侧板和第二下风道侧板，所述第一下风道侧板和第二下风道侧板均呈三角形状；所述第一下风道侧板和第二下风道侧板的斜边之间设置有下风道斜板，所述下风道斜板与上风道斜板贴合布置；

所述第一下风道侧板和第二下风道侧板上与立柱平行的两条直边之间形成与框架本体的第一敞开侧正对布置的出风口，所述第一下风道侧板和第二下风道侧板下与底板平行的两条直边之间形成与底板正对布置的下进风口。

进一步地，所述第一上风道侧板和第二上风道侧板位于进风口一侧的两条直边上各设置有用于与位于第二敞开侧的立柱固定连接的第一侧翻边板；所述第一侧翻边板向下延伸形成与底板固定连接的下翻边板。

进一步地，所述第一下风道侧板和第二下风道侧板位于出风口一侧的两条直边上各设置有用于与位于第一敞开侧的立柱固定连接的第二侧翻边板；所述第二侧翻边板向上延伸形成与顶板固定连接的上翻边板。

再进一步地，所述第一上风道侧板和第一下风道侧板的高度之和小于换热管的高度。

更进一步地，所述换热管的上端和下端分别通过胀接方式与顶板、底板固定连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

其一，本实用新型设计有换热单元和风道单元，通过换热单元引导矿井进风由框架本体的下侧流向上侧，同时通过风道单元引导矿井回风由框架本体的第一敞开侧进入与换热单元换热后流向第二敞开侧，这样矿井回风与矿井进风在进行热交换的过程中是纯逆流换热，换热效果更好；在热交换的过程中，矿井回风温度降低，其气流方向向下，矿井进风温度上升，其气流方向向上，符合气体流动规律，可以有效降低流体阻力，降低能耗；矿井回风走换热管的外表面，便于换热器的除尘和清洗。

其二，本实用新型将换热装置设计为框架本体、换热单元、风道单元，便于各个部件的组装，可以有效降低换热单元的体积，节省制造材料，使矿井通风循环系统的整体结构更加紧凑。同时，可实现矿井排风系统与矿井进风系统的一体化安装，占地面积小，节约空间。

其三，本实用新型通过换热单元和风道单元相结合，使得矿井回风中的余热被矿井进风直接提取利用，而不是通过热泵机组进行提取利用，减少设备的初期投资及后期运行费用，简化了矿井风系统。

附图说明

图1为一种用于预热矿井进风的换热装置的立体结构示意图；

图2为图1中沿A-A方向的剖视结构示意图；

图3为图1中沿B-B方向的剖视结构示意图；

图4为图1中风道单元的放大结构示意图；

图中，框架本体1(顶板1.1、底板1.2、侧板1.3、第一敞开侧1.4、第二敞开侧1.5)、换热单元2、换热管2.1、风道单元3(上风道3.1、第一上风道侧板3.11、第二上风道侧板3.12、上风道斜板3.13、进风口3.14、上出风口3.15、第一侧翻边板3.16、下翻边板3.17、下风道3.2、第一下风道侧板3.21、第二下风道侧板3.22、下风道斜板3.23、出风口3.24、下进风口3.25、第二侧翻边板3.26、上翻边板3.27)。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

图1中所示的用于预热矿井进风的换热装置，包括呈长方体形状的框架本体1，框架本体1由型钢焊接而成。框架本体1的上侧设置有顶板1.1，框架本体1的下侧设置有底板1.2，框架本体1的左右两侧各设置有侧板1.3，框架本体1的前侧为第一敞开侧1.4，框架本体1的后侧为第二敞开侧1.5。框架本体1内并排设置有若干个用于引导矿井进风(外界环境新风)由框架本体1的下侧流向上侧的换热单元2，相邻两个换热单元2之间设置有用于引导矿井回风由框架本体1的第二敞开侧1.5进入与换热单元2换热后流向第一敞开侧1.4的风道单元3。这样，在框架本体1内设计有换热单元2和风道单元3便于整个换热装置的组装，可以有效降低换热单元2的体积，节省制造材料，使矿井通风循环系统的整体结构更加紧凑。同时，可实现矿井排风系统与矿井进风系统的一体化安装，占地面积小，节约空间。

如图2和图3所示，每个换热单元2包括若干根并排竖立布置的换热管2.1，换热管2.1的上端贯穿顶板1.1，换热管2.1的下端贯穿底板1.2。换热管2.1的上端和下端分别通过胀接方式与顶板1.1、底板1.2固定连接。框架本体1的第一敞开侧1.4和第二敞开侧1.5设置有若干根与换热管2.1并排竖立布置的立柱1.6，立柱1.6的顶端与顶板1.1固定连接，立柱1.6的底端与底板1.2固定连接。

如图4所示，每个风道单元3包括上下对称布置且结构相同的上风道3.1和下风道3.2，上风道3.1用于出风的一侧与框架本体1的第二敞开侧1.5正对布置，下风道3.2用于出风的一侧与框架本体1的第一敞开侧1.4正对布置。矿井回风与矿井进风在进行热交换的过程中是纯逆流换热，换热效果更好；在热交换的过程中，矿井回风温度降低，其气流方向向下，矿井进风温度上升，其气流方向向上，符合气体流动规律，可以有效降低流体阻力，降低能耗；矿井回风走换热管的外表面，便于换热器的除尘和清洗。

上风道3.1包括平行布置的第一上风道侧板3.11和第二上风道侧板3.12，第一上风道侧板3.11和第二上风道侧板3.12均呈三角形状；第一上风道侧板3.11和第二上风道侧板3.12的斜边之间设置有上风道斜板3.13；第一上风道侧板3.11和第二上风道侧板3.12上与立柱1.6平行的两条直边之间形成与框架本体1的第二敞开侧1.5正对布置的进风口3.14，第一上风道侧板3.11和第二上风道侧板3.12上与顶板1.1平行的两条直边之间形成与顶板1.1正对布置的上出风口3.15。第一上风道侧板3.11和第二上风道侧板3.12位于进风口3.14一侧的两条直边上各设置有用于与位于第二敞开侧1.5的立柱1.6固定连接的第一侧翻边板3.16；第一侧翻边板3.16向下延伸形成与底板1.2固定连接的下翻边板3.17。

下风道3.2包括平行布置的第一下风道侧板3.21和第二下风道侧板3.22，第一下风道侧板3.21和第二下风道侧板3.22均呈三角形状；第一下风道侧板3.21和第二下风道侧板3.22的斜边之间设置有下风道斜板3.23，下风道斜板3.23与上风道斜板3.13贴合布置。这样，可以有效地切断矿井回风的进风与出风，保证换热过程顺利进行，结构紧凑、安装方便。

第一下风道侧板3.21和第二下风道侧板3.22上与立柱1.6平行的两条直边之间形成与框架本体1的第一敞开侧1.4正对布置的出风口3.24，第一下风道侧板3.21和第二下风道侧板3.22下与底板1.2平行的两条直边之间形成与底板1.2正对布置的下进风口3.25。第一下风道侧板3.21和第二下风道侧板3.22位于出风口3.24一侧的两条直边上各设置有用于与位于第一敞开侧1.4的立柱1.6固定连接的第二侧翻边板3.26；第二侧翻边板3.26向上延伸形成与顶板1.1固定连接的上翻边板3.27。第一上风道侧板3.11和第一下风道侧板3.21的高度之和小于换热管2.1的高度。

本实用新型的工作过程：来自矿井回风道的回风通过上风道3.1的进风口3.14进入风道单元3，然后向上流动经由上出风口3.15流出进入由换热管2.1的外表面、顶板1.1和底板1.2组成的换热空间与换热管2.1内的矿井进风(外界环境新风)进行换热，然后向下流动经由下风道3.2的下进风口3.25进入下风道3.2内，最后从出风口3.24流出风道单元3回到矿井风道。矿井进风直接进入换热单元2，从换热管2.1的下端进入换热管2.1的内表面空间，然后从换热管2.1的上端流出，在这个过程中实现了矿井回风中余热的提取利用，同时也实现了环境新风的预热，符合社会提倡的节能环保发展原则。

换热管2.1的外侧介质为矿井回风，换热管2.1的内侧介质为矿井进风(外界环境新风)，14～30℃的高温矿井回风与-20℃左右的矿井进风进行热交换。经过热交换后，温度升高的矿井进风进入矿井进风井，满足井下作业的需要，而温度降低的矿井回风直接排空进入空气，这样既有效地提取了矿井回风中的余热资源，又减少了大气中高温热源的排放。

以上仅为本实用新型的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。