一种矿井排风余热提取利用装置的制作方法

本实用新型涉及矿井节能改造领域，具体的说是一种矿井排风余热提取利用装置。

背景技术：

《煤矿安全规程》第一百三十七条规定矿井进风井口以下的空气温度必须在2℃以上。在冬季室外温度较低的情况下，需要对室外空气加热，达到要求后才能送入井下。

矿井送风加热需要消耗热量，前几年，矿井送风主要采用传统的燃煤锅炉加热。近几年来，煤炭燃烧受到限制，采用燃煤锅炉加热矿井送风的方式不再推广适用。也有采用空气源热泵、天然气、电锅炉等用于加热矿井通风，但是都有一定的局限性，空气源热泵存在固有性能缺陷，室外温度越低，用热负荷越大，空气源热泵的效率越低；我国天然气资源不足，输配管网建设成本高；电锅炉用电能直接转化为热能加热空气的成本较高。

在煤矿系统的生产过程中，要求矿井送风在2℃以上，而矿井排风口排出的空气温度大约15℃，可见，矿井排风中蕴含着大量的热能，应该加以有效利用。目前，有考虑利用排风余热回收来加热矿井送风，可以提高能源利用效率，降低污染排放。有利用热管技术、喷淋技术来提取矿井排风的热量。热管技术利用相变的技术原理，应用于矿井排风余热提取不需要消耗其他能源。喷淋技术不仅可以提取矿井排风的显热，还可以提取潜热。单独利用上述余热回收技术，会出现一些不能满足送风要求的情形。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种矿井排风余热提取利用装置，其采用热管和热泵的技术原理，通过两级热量提取过程，在满足矿井送风温度要求的基础上，高效合理利用了矿井排风余热。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型包括顺应风向依次设置在矿井通道上的热管换热器、热泵系统以及控制整套装置协调运行的控制器，所述矿井通道包括矿井送风道和设置在矿井送风道下方的矿井排风道，所述热管换热器包括内部设有介质的热管，所述热管从下到上依次为蒸发段、绝热段和冷凝段，所述热泵系统包括蒸发器、压缩机和冷凝器，所述蒸发器、压缩机和冷凝器相互之间通过内部设有介质的管道连接；所述蒸发段和蒸发器设置在矿井排风道内，所述冷凝段和冷凝器设置在矿井送风道内，所述冷凝器的出口与矿井送风口连接。

本实用新型的进一步改进在于：所述矿井进风口处设有加热器、第三送风测温仪和开启、关闭矿井进风口的闸阀，所述第三送风测温仪的输出端与控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端分别与加热器、闸阀电连接。

本实用新型的进一步改进在于：位于矿井送风道内冷凝段的进口端设有第一送风测温仪，冷凝段与冷凝器之间的矿井送风道内设有第二送风测温仪，所述第一送风测温仪、第二送风测温仪的输出端分别与控制器的输入端电连接。

本实用新型的进一步改进在于：位于矿井排风道内蒸发段的进风端设有第一排风测温仪，蒸发段与蒸发器之间的矿井排风道内设有第二排风测温仪，蒸发器出口端的矿井排风道内设有第三排风测温仪，所述第一排风测温仪、第二排风测温仪和第三排风测温仪的输出端分别与控制器的输入端电连接。

本实用新型的进一步改进在于：所述蒸发器与压缩机通过低压管道连接，所述压缩机与冷凝器通过高压管道连接，所述高压管道上设有介质出口，所述冷凝器与蒸发器还通过内部设有介质的介质管道连接，所述介质管道上设有介质进口。

本实用新型的进一步改进在于：所述设有介质进口的管道上设有节流阀。

本实用新型的进一改进在于:所述压缩机上设有调控装置。

本实用新型的进一步改进在于：所述介质均为R134A。

本实用新型的进一步改进在于：所述矿井送风道的进风口处设有风机。

本实用新型的进一步改进在于：所述矿井排风道的进风口处设有除尘装置。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的有益效果是：

本实用新型设计新颖，结构紧凑，实用价值高。采用热管技术和热泵技术相结合，来深度提取矿井排风中的热量，用于加热矿井送风。

热管技术利用介质蒸发吸热和凝结放热的原理来实现热量的高效传递，热管主要由蒸发段、绝热段和冷凝段三部分组成。热管在蒸发段内的介质吸收矿井排风的热量而蒸发上升，上升至冷凝段，冷凝段周围的低温室外空气吸收冷凝段内介质凝结释放的热量温度升高，从而实现热量从蒸发段向冷凝段的传递过程。

热泵技术合理利用能源，节能、环保效果显著，其利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。能把不直接利用矿井排风的低位热能转化成可以直接利用的高位热能，热泵系统蒸发器内的介质吸收经热管蒸发段吸热后矿井排风内的余热而蒸发成低压气体工质送入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入冷凝器，经冷凝器换热变为高温高压液态工质，经过节流阀降压后回流到蒸发器内继续吸收矿井排风的余热蒸发，周而复始的循环将矿井排风的热量转移到矿井送风侧，用于加热矿井送风。矿井送风经冷凝器二次升温满足矿井进风的要求。

若在极寒天气下，经过两级加热仍然不能满足送风温度要求将启动辅助加热装置加热器作为补充，满足矿井送风温度要求。

附图说明

图1是本实用新型俯视的内部结构示意图；

图2是本实用新型通道与热管的立体结构示意图；

图3是本实用新型控制器的工作原理结构示意图。

其中，1、第三排风测温仪；2、蒸发器；3、第二排风测温仪；4、热管换热器；5、矿井送风道；6、风机；7、第一送风测温仪；8、热管；9、第一排风测温仪；10、除尘装置；11、矿井排风道；12、第二送风测温仪；13、加热器；14、第三送风测温仪；15、调控装置；16、介质出口；17、冷凝器；18、闸阀；19、介质进口；20、压缩机；21、冷凝段；22、绝热段；23、蒸发段；24、控制器；25、节流阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：

一种矿井排风余热提取利用装置，如图1-3所示，其包括矿井通道、热管换热器4和热泵系统，所述矿井通道包括矿井送风道5和设置在矿井送风道5下方的矿井排风道11。煤矿井下必须进行通风，供给井下足够的新鲜空气，才能保证井下生产的顺利进行，还要不断排除井下生产过程不断产生的有毒有害的气体，所述矿井送风道5将外界新鲜的空气送入井下，所述矿井排风道11可将井下生产产生的有毒、有害气体排出矿井，满足安全生产。

所述热管换热器4包括内部设有介质的热管8，所述热管8内的介质为R134A，对应的绝对压力为0.292mpa，汽化温度为0℃，如图2所示，所述热管8从下到上依次设有蒸发段23、绝热段22和冷凝段21。

所述热泵系统包括相互之间通过管道连接的蒸发器2、压缩机20、冷凝器17和节流阀25，所述管道内设置的介质为R134A，蒸发器对应绝对压力为0.272mpa，汽化温度为-2℃；冷凝器对应绝对压力为0.488mpa，汽化温度为15℃；所述蒸发器2与压缩机20为低压管道连接，所述压缩机20与冷凝器17通过高压管道连接，所述高压管道上设有介质出口16，所述冷凝器17与蒸发器2通过设有介质进口19的管道连接，所述设有介质进口19的管道上设有节流阀25，该节流阀25的设置对管道内的介质起到节流降压的作用，还可有效调节进入蒸发器2的介质流量。所述介质进口19和介质出口16处均设有测温仪，根据介质进口19和介质出口16处的测温仪测得的温度可实现第二次取热过程的调节。

所述蒸发段23和蒸发器2依次顺应风向设置在矿井排风道11内，矿井排风道11内的排风依次经热管8的蒸发段23和热泵的蒸发器2完成两次降温，每次降温放出热量供给矿井送风吸收，矿井送风吸热后温度升高，以满足向矿井内送风温度的要求。

矿井排风在矿井排风道5内，先经过热管8的蒸发段23使矿井排风将蒸发段23内的介质汽化，在热管8内上升至冷凝段21，通常矿井排风的温度在15℃左右，而热管8内R134A对应的绝对压力为0.292mpa，汽化温度为0℃，蒸发段23外15℃左右的矿井排风完全可以将蒸发段23内的介质汽化；需要加热的矿井送风为只有-10℃的冷空气，上升到冷凝段21内的蒸汽放出热量变成液态粘附在冷凝段21的内壁，而-10℃的矿井送风经吸收冷凝段21内蒸汽放出的热量后，矿井送风的温度由-10℃升至-3℃左右。冷凝段21内壁上粘附的液态介质在重力的作用下，沿热管8的管壁流入蒸发段23，热管8内的介质循环利用，热管8的工作是依靠热管8内介质的相变来实现，介质可根据矿井送风、排风来选择。

矿井排风经蒸发段23一次取热后的矿井排风温度由15℃大约降为7℃左右，7℃左右的矿井排风可作为低位热源利用热泵技术深度提取热量，热泵系统的蒸发器2中的介质对应绝对压力为0.272mpa，汽化温度为-2℃。一次取热后7℃的矿井排风完全可以使蒸发器2内的介质汽化、蒸发深度吸收矿井排风中的余热，冷凝器17中介质凝结释放热量给矿井送风，在此过程中，压缩机20做功产生的热量和从矿井吸收矿井排风中提取的热量一并加热矿井送风，能源利用率大大提高。矿井排风经蒸发器2温度从7℃降为2℃左右，矿井送风经冷凝器17温度从-3℃升到2℃。经两次从矿井排风中取热，不仅矿井送风温度达到了规定要求，而且满足环保的基础上，较好利用了矿井排风中的热量，能源利用率高。

所述冷凝段21和冷凝器17依次设置在矿井送风道5内，外界低温、新鲜空气经矿井送风道5被送入矿井进风口，在矿井送风道5内新鲜的空气需要经过热管8的冷凝段21和热泵冷凝器17实现两次升温，温度不低于2℃时，矿井送风口处设置的闸阀18在控制器24的作用下开启，满足送风要求的矿井送风被送入矿井进风口内。

如图1所示，所述矿井进风口处还设有加热器13和第三送风测温仪14，《煤矿安全规程》规定矿井的送风温度必须在2℃以上，当在极端天气不能满足矿井送风温度要求时，需要采用加热器13进行辅助加热，以确保送风温度不低于2℃。

为确保矿井送风温度的要求设置了控制器24，所述控制器24为PLC控制单元，可为三菱的FX2N-32MR。如图3所示，所述控制器24的输入端与第三送风测温仪14的输出端电连接，所述控制器24的输出端分别与加热器13、闸阀18电连接。第三送风测温仪14测得的温度值被传递给控制器24的输入端，控制器24将此接收的温度信息与控制器24内的设定值进行比较，当测得的温度值不低于设定值时，控制器24发出命令打开闸阀18矿井送风被送入矿井进风口，向矿井内输送符合要求的新鲜空气；当此温度信息低于控制器24内的设定值时，控制器24的输出端向加热器13发出命令，启动加热器13工作，直至第三送风测温仪14测得的温度值不低于2℃，控制器24才命令开启闸阀18向矿井送风口内输送新鲜空气。

为了更好的监测和控制该装置的正常运行，在矿井排风道11和矿井送风道5内分别设置多个测温装置。如图1和图3所示，所述矿井排风道11内蒸发段23的进风端设有第一排风测温仪9，蒸发段23与蒸发器2之间设有第二排风测温仪3，蒸发器2的出口端设有第三排风测温仪1，所述第一排风测温仪9、第二排风测温仪3、第三排风测温仪1均与控制器24的输入端电连接。所述矿井送风道5内冷凝段21的进口端设有第一送风测温仪7，冷凝段21与冷凝器17之间的矿井送风道5内设有第二送风测温仪12，所述第一送风测温仪7、第二送风测温仪12均与控制器24的输入端电连接。

对于热管8第一次热量提取过程，可根据矿井排风道11内第一排风测温仪9、第二排风测温仪3和矿井送风道5内第一送风测温仪7、第二送风测温仪12测得的温度值来掌握热管8的工作情况，实现第一次取热过程的实时检测；对于热泵第二次热量提取过程，可根据矿井排风道11内第二排风测温仪3、第三排风测温仪1和矿井送风道5内第二送风测温仪12、第三送风测温仪14测得的温度值来实时掌握蒸发器2和冷凝器17的工作情况，并根据所测得温度控制压缩机20上的调控装置15实现第二次取热过程的调节。所述调控装置15的设置方便调节热泵系统蒸发器2侧和冷凝器17侧的压力用以有效控制温度。

可见，根据测得的温度值，可实现第一次取热过程的检测，第二次取热过程的调节和第三次控制加热器13的工作，在满足矿井送风要求的基础上，达到了环保、节能的目的。

如图1所示，所述矿井送风道5的进风口处设有风机6，确保足够多的新鲜空气输送到矿井送风道5内。所述矿井排风道11的进风口处设有除尘装置10，除尘装置10的设置可有效去除矿井排风中的灰尘、杂质等有害物。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。