一种基于分体式热管和热泵的井下降温及井口防冻系统的制作方法

本发明涉及矿井降温及井口防冻技术领域，具体为一种基于分体式热管和热泵的井下降温及井口防冻系统。

背景技术：

生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。煤矿工人降温方式多样化，常见的有井下局部移动式、井下集中冷水式、地面集中冷水式、地面制冰井下融水式等等。

一、井下局部移动式:制冷装置放在工作面附近，取井下回风冷却，直接向工作面送风，缺点是：1)制冷量小；2)冷凝热无法排出

二、井下集中冷水式：制冷装置放在井下硐室，采用井下涌水或在地面设冷却塔冷却散热，存在问题：1)设备安装、运输有特殊要求；2)冷凝器水侧高承压；3)井下开采硐室放置设备。

三、地面集中冷水式：制冷装置放在地面，向井下输送冷冻水，缺点是1)需要高低压换热器(二次换热效率低)；2)供冷管道长、冷损大；3)系统复杂、调试工作量大。

四、地面制冰井下融水式：制冷装置放在地面，向井下融冰池输送片冰，缺点是：1)能耗最大；2)开式系统、温度低、冷损最大；3)长距离输冰、事故率高；4)设备多、体积大、机房投资高；5)辅机设备多，可靠性差。

上述几种井下降温技术存在设备初投资较高、系统运行费用较高、配置复杂、管理成本高等问题，需要设置专门的地面或井下制冷机房，特别是井下局部移动式，同时具有多种冷凝条件时，应做系统能效比方案的比选，不能将冷凝热散入井风流，存在一定的缺陷。

现有的井口防冻技术，主要采用矿井回风余热、矿井水余热或燃气锅炉等作为热源，住往需要设置专用的锅炉房或热泵机房，并对井口加热器做适当改造，运行成本高，管理复杂。

基于此，本发明设计了一种基于分体式热管和热泵的井下降温及井口防冻系统，以解决上述提到的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于分体式热管和热泵的井下降温及井口防冻系统，目的在于解决现有井下降温系统存在的缺陷，提供一种能更节能更可靠的井下降温及井口防冻方案。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于分体式热管和热泵的井下降温及井口防冻系统，包括

井下降温装置，用于送出冷风为采掘工作面进行降温；

热管装置，用于在冬季时利用井下降温的热量，根据热负荷的大小，直接加热进风或者通过热泵提热至井口加热室内，实现进风井的井口防冻；

冷却塔，用于在夏季工况下冷却从井下降温装置输送来的热量，

所述井下降温装置设置在井下进风巷道内，所述井口加热室、热管装置和冷却塔设置在井上地面上，所述井下降温装置通过分体式热管与热管装置相连接。

优选的，所述热管装置包括

热管冷却装置，用于直接加热进风至井口加热室内实现进风井的井口防冻；

热泵提热装置，用于当热管冷却装置直接加热进风至井口加热室内无法满足进风井的井口防冻负荷时，通过热泵机组从热管装置中吸热，制取热量后，将热量输送到井口加热室内的井口加热器，井口加热器将室外的新风加热后，送入井口加热室，与新风混合后送入进风井，实现进风井的井口防冻。

优选的，所述分体式热管由热管蒸发端、热管冷凝端以及热管液体连通管、热管气体连通管共同组成一组热管换热器，其中，热管蒸发端作为井下降温装置的一部分，热管冷凝端作为热管装置的一部分。

优选的，所述分体式热管为多流体热管换热器，所述热管冷凝端中间增加了水流道。

优选的，所述井下降温装置内包括热管蒸发端和防爆风机，所述防爆风机安装在所述热管蒸发端的一侧。

优选的，所述热管冷却装置内包括热管冷凝端、防爆冷却风机和送风管路，所述送风管路连接于所述井口加热室和热管冷却装置之间，所述防爆冷却风机设置在所述热管冷凝端远离送风管路的一侧。

优选的，所述冷却塔上设有冷却风机、挡水板、进风口、出风口、喷淋排、喷淋切换阀、热管冷却管路和喷淋水泵，所述进风口开设在所述冷却塔的顶部，所述进风口设置在所述冷却塔的侧壁上，所述冷却风机、挡水板和喷淋排按照从上到下的顺序安装在所述冷却塔的内部，所述喷淋排通过热管冷却管路、喷淋切换阀和喷淋水泵与所述冷却塔的底部相连接。

优选的，所述热泵提热装置包括第一热泵机组、第二热泵机组、热泵切换阀和供热循环泵，所述喷淋水泵通过热管冷却管路与热管冷凝端中的水流道相连通后，一端连接到第一热泵机组或第二热泵机组，所述第一热泵机组或第二热泵机组通过供热循环泵与安装在所述进口加热室内的井口加热器相连接，另一端通过热泵水路旁通阀和热泵切换阀连接到喷淋切换阀和喷淋水泵之间的热管冷却管路上。

优选的，还包括专用降温孔，用于连通所述井上地面和井下进风巷道，在所述专用降温孔内包括有热管液体连通管和热管气体连通管，所述热管液体连通管和热管气体连通管的两端分别连接于热管冷凝端和热管蒸发端之间。

优选的，还包括蓄热水箱，所述供热循环泵将热量输送到蓄热水箱中，将热量进行贮存，用于峰电期间的供暖。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设计合理，可以通过热管换热的原理直接利用分体式热管，将热管换热技术与井下降温技术、热泵提热技术和井口防冻技术有机结合，利用热管直接将井下热量传递到地面的热管装置，在井下设置井下降温装置用于井下采掘工作面或设备硐室的降温，在地面设有冷却塔、第一热泵机组、第二热泵机组等。井下降温工况时运行风阻小，特别是与传统的矿井水冷却或地面设置冷却塔的冷却方式相比仅有少量的风机或水泵作为运转部件，节能优势明显；在冬季时还可以利用分体式热管将井下热量回收再利用，根据热负荷的大小，选择采用直接加热新风或采用热泵提升热量后，利用井口加热器加热新风，从而实现井口防冻功能。本发明结构设计合理，将热管换热技术、热泵提热技术与井口防冻技术和井下降温技术有机结合，本发明仅有少量的风机、水泵或热泵机组作为运转部件，大幅度降低井下降温及井口防冻的运行费用，特别是冬季工况下，实现了热量的梯度搬运，同时解决了井口防冻及井下降温，运行可靠，节能显著，可实现煤矿减煤减排，降低设备初投资，节能环保，具有很好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-冷却塔；2-冷却风机；3-挡水板；4-进风口；5-出风口；6-喷淋排；7-喷淋切换阀；8-热泵切换阀；9-热管冷却管路；10-喷淋水泵；11-防爆冷却风机；12-第一热泵机组；13-第二热泵机组；14-热管冷凝端；15-热管冷却装置；16-送风管路；17-井口加热室；18-供热循环泵；19-蓄热水箱；20-井口加热器；21-进风井；22-热管液体连通管；23-热管气体连通管；24-专用降温孔；25-井下降温装置；26-热管蒸发端；27-防爆风机；28-井下进风巷道；29-热泵水路旁通阀；30-井上地面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于分体式热管和热泵的井下降温及井口防冻系统，包括

井下降温装置25，用于送出冷风为采掘工作面进行降温；

热管装置，用于在冬季时利用井下降温的热量，根据热负荷的大小，直接加热进风或者通过热泵提热至井口加热室17内，实现进风井21的井口防冻；

冷却塔1，用于在夏季工况下冷却从井下降温装置25输送来的热量，

井下降温装置25设置在井下进风巷道28内，井口加热室17、热管装置和冷却塔1设置在井上地面30上，井下降温装置25通过分体式热管与热管装置相连接。

其中，热管装置包括：

热管冷却装置15，用于直接加热进风至井口加热室17内实现进风井21的井口防冻；

热泵提热装置，用于当热管冷却装置15直接加热进风至井口加热室17内无法满足进风井21的井口防冻负荷时，通过热泵机组从热管装置中吸热，制取热量后，将热量输送到井口加热室17内的井口加热器20，井口加热器20将室外的新风加热后，送入井口加热室17，与新风混合后送入进风井21，实现进风井21的井口防冻。

其中，分体式热管由热管蒸发端26、热管冷凝端14以及热管液体连通管22、热管气体连通管23共同组成一组热管换热器，其中，热管蒸发端26作为井下降温装置25的一部分，热管冷凝端14作为热管装置的一部分。

其中，分体式热管为多流体热管换热器，热管冷凝端14中间增加了水流道。

其中，井下降温装置25内包括热管蒸发端26和防爆风机27，防爆风机27安装在热管蒸发端26的一侧。

其中，热管冷却装置15内包括热管冷凝端14、防爆冷却风机112和送风管路16，送风管路16连接于井口加热室17和热管冷却装置15之间，防爆冷却风机112设置在热管冷凝端14远离送风管路16的一侧。

其中，冷却塔1上设有冷却风机2、挡水板3、进风口4、出风口5、喷淋排6、喷淋切换阀7、热管冷却管路9和喷淋水泵10，进风口4开设在冷却塔1的顶部，进风口4设置在冷却塔1的侧壁上，冷却风机2、挡水板3和喷淋排6按照从上到下的顺序安装在冷却塔1的内部，喷淋排6通过热管冷却管路9、喷淋切换阀7和喷淋水泵10与冷却塔1的底部相连接。

其中，热泵提热装置包括第一热泵机组12、第二热泵机组13、热泵切换阀8和供热循环泵18，喷淋水泵10通过热管冷却管路9与热管冷凝端14中的水流道相连通后，一端连接到第一热泵机组12或第二热泵机组13，第一热泵机组12或第二热泵机组13通过供热循环泵18与安装在进口加热室内的井口加热器20相连接，另一端通过热泵水路旁通阀29和热泵切换阀8连接到喷淋切换阀7和喷淋水泵10之间的热管冷却管路9上。

其中，还包括专用降温孔24，用于连通井上地面30和井下进风巷道28，在专用降温孔24内包括有热管液体连通管22和热管气体连通管23，热管液体连通管22和热管气体连通管23的两端分别连接于热管冷凝端14和热管蒸发端26之间。

其中，还包括蓄热水箱19，供热循环泵18将热量输送到蓄热水箱19中，将热量进行贮存，用于峰电期间的供暖。

本发明的一种具体实施：

在使用时，井下降温工况：设置于井下进风巷道28内的井下降温装置25，在防爆风机27的作用下，将热气流吹过热管的热管蒸发端26，热管蒸发端26的温度远低于热气流，从而实现了气流冷却降温，送到采掘工作面或设备硐室进行降温。设置于地面的热管冷却装置15包括有热管冷凝端14、防爆冷却风机11、送风管路16等，在采暖季节，开启防爆冷却风机11，利用来自井下的热量直接加热新风后，送入井口加热室17，与新风混合后送入进风井21，用于井口防冻。如果环境温度进一步降低，仅采用热管换热无法满足井口防冻负荷时，启动喷淋水泵10，关闭喷淋切换阀7和热泵水路旁通阀29，开启热泵切换阀8和第一热泵机组12、第二热泵机组13，利用热管冷凝端14中的水流通道，从热管中吸热，利用热泵机组制取热量后，通过供热循环泵18将热量输送到井口加热器20，井口加热器20将室外的新风加热后，送入井口加热室17，与新风混合后送入进风井21，用于井口防冻，也可通过供热循环泵18将热量输送到蓄热水箱19中，将热量进行贮存，用于峰电期间的供暖。

地面还设有冷却塔1，在非采暖季节开启冷却风机2、热泵水路旁通阀29和喷淋水泵10，利用冷却水蒸发散热，实现热管换热，从而实现井下降温功能。

本发明结构设计合理，可以通过热管换热的原理直接利用分体式热管，将热管换热技术与井下降温技术、热泵提热技术和井口防冻技术有机结合，利用热管直接将井下热量传递到地面的热管冷却装置15，在井下设置井下降温装置25用于井下采掘工作面或设备硐室的降温，在地面设有冷却塔1、第一热泵机组12、第二热泵机组13等。井下降温工况时运行风阻小，特别是与传统的矿井水冷却或地面设置冷却塔的冷却方式相比仅有少量的风机或水泵作为运转部件，节能优势明显；在冬季时还可以利用分体式热管将井下热量回收再利用，根据热负荷的大小，选择采用直接加热新风或采用热泵提升热量后，利用井口加热器20加热新风，从而实现井口防冻功能。本发明结构设计合理，将热管换热技术、热泵提热技术与井口防冻技术和井下降温技术有机结合，本发明仅有少量的风机、水泵或热泵机组作为运转部件，大幅度降低井下降温及井口防冻的运行费用，特别是冬季工况下，实现了热量的梯度搬运，同时解决了井口防冻及井下降温，运行可靠，节能显著，可实现煤矿减煤减排，降低设备初投资，节能环保，具有很好的实用性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。