CN114184064B - 一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器及其换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器及其换热方法，属于换热器领域，一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器，包括换热器外壳，换热器外壳的上下两端分别连通有回风进口管道和回风出口管道，它采用矿井回风直接加热入井新风，既达到了井筒防冻的目的，又可以有效利用矿井回风中的余热，在当前中小型燃煤锅炉逐步被限制使用，而天然气供应不稳定的情况下，矿井回风是一种稳定且优质的余热资源，而且利用新风吹动仿照蝴蝶翅膀的风动片煽动起来，进而使得击打块撞击震动叉产生震动，从而让换热管的内部都产生震动，既能让换热管内部冷凝的液滴更快的滑落下来，也能防止新风带进来的灰尘在换热管外表面沉淀，这样可有效提高换热系数。

Description

一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器及其换热方法

技术领域

本发明涉及换热器领域，更具体地说，涉及一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器及其换热方法。

背景技术

在矿井通风中，人们把清洗工作面后流出的风流称之为“回风”。回风流经的巷道称为回风巷，回风巷作用顾名思义用于回风，对于通风空调专业来讲，就是在新鲜空气满足人员、设备及工艺的前提下，夏季为节约冷量，冬季为节约热量和空调***的运行费用，被空调房间的空气不全部排出，而又由风机抽回和新风混合的那一部分重复使用的空气（也称为循环风），因此回风巷也叫循环风巷道。

在煤炭生产过程中，煤层开采放热、电力设备放热、矿井水放热等，都会产生大量的热量，最终进入矿井回风中被排出，排风温度稳定在18℃~28℃之间，相对湿度在85%以上。而寒冷及严寒地区的井口在冬季有防冻需求，必须将入井新风加热到2℃以上，这样一来需要借助加热设备，又消耗了部分能源，目前急需一种空气换热器能充分利用回风的余热来加热新风。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器及其换热方法，它采用矿井回风直接加热入井新风，既达到了井筒防冻的目的，又可以有效利用矿井回风中的余热，节省煤、天然气等的消耗，在当前中小型燃煤锅炉逐步被限制使用，而天然气供应不稳定的情况下，矿井回风是一种稳定且优质的余热资源，而且利用新风吹动仿照蝴蝶翅膀的风动片煽动起来，进而使得击打块撞击震动叉产生震动，从而让换热管的内部都产生震动，既能让换热管内部冷凝的液滴更快的滑落下来，也能防止新风带进来的灰尘在换热管外表面沉淀，这样可有效提高换热系数。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器，包括换热器外壳，所述换热器外壳的上下两端分别连通有回风进口管道和回风出口管道，所述换热器外壳的内壁固定连接有两个隔热板，且两个隔热板之间固定连接有多组换热管，所述换热器外壳位于两个隔热板中间位置的内壁固定连接有隔板，且隔板的侧壁开设有多个与换热管匹配的通风口，所述换热器外壳位于隔板两侧的侧壁分别连通有新风进风管道和新风出风管道，所述隔板靠近每个换热管的侧壁均通过连杆固定连接有水平设置的滑杆，且滑杆上滑动连接有滑套，所述滑杆远离换热管的一端转动连接有两个对称设置的仿翅膀风动片，且两个仿翅膀风动片与滑套之间通过传动杆转动连接，所述换热管位于滑杆的两侧侧壁均通过连杆固定连接有震动叉，且滑套的两侧侧壁均通过连杆固定连接有与震动叉匹配的击打块，所述滑杆靠近换热管的一端固定套设有永磁体，且滑套的侧壁固定连接有与永磁体匹配的磁铁环。

进一步的，所述换热管的数量为五组，每组换热管均具有独立的通风换热功能，每个所述换热管的外侧壁均固定套设有多个翅片，是为了增大换热面积，加强新风侧的对流换热系数。

进一步的，所述换热管的形状为弯曲形，是为了通过增加流道的长度来增加换热效果，每个所述换热管的内壁均开设有多个沟槽，这样可使冷凝水顺槽***，降低传热热阻，提高传热系数。

进一步的，所述换热管的内壁喷涂有复合涂层，且复合涂层采用陶瓷基纳米复合材料，一方面用于管道防腐，另一方面用于减小管材表面对冷凝液滴的附着力，促进珠状凝结的形成。

进一步的，五组所述换热管并排放置，且五组换热管的顶部沿一定倾斜角度设置，以提高回风风流进入五个换热模块的均匀性。

进一步的，所述震动叉的结构仿照音叉的结构，是为了能产生较强的震动。

进一步的，所述永磁体的磁性与磁铁环的磁性相同，根据磁铁同性相斥的原理，每当滑套滑动到永磁体附近时，永磁体都会对磁铁环产生一个排斥力使磁铁环恢复运动，从而使得磁铁环能往复运动。

进一步的，所述仿翅膀风动片的形状仿照蝴蝶的翅膀形状，新风的吹动使得仿翅膀风动片不断的煽动，从而使滑套运动起来。

进一步的，所述换热器外壳位于回风出口管道周边的底部呈倾斜设置，方便冷凝水流出。

一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器的换热方法，包括以下步骤：

S1，将回风出口管道与新风管道垂直设置，将换热器置于两个垂直管道交叉的位置；

S2，回风从进口进入后沿竖向通道向上运动，在换热器顶部由上而下进入换热器内部，换热后的回风从竖向通道排出，新风从换热器下部进入，穿过全部换热器后从上部折返。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案采用矿井回风直接加热入井新风，既达到了井筒防冻的目的，又可以有效利用矿井回风中的余热，节省煤、天然气等的消耗，在当前中小型燃煤锅炉逐步被限制使用，而天然气供应不稳定的情况下，矿井回风是一种稳定且优质的余热资源，而且利用新风吹动仿照蝴蝶翅膀的风动片煽动起来，进而使得击打块撞击震动叉产生震动，从而让换热管的内部都产生震动，既能让换热管内部冷凝的液滴更快的滑落下来，也能防止新风带进来的灰尘在换热管外表面沉淀，这样可有效提高换热系数。

（2）换热管的数量为五组，每组换热管均具有独立的通风换热功能，每个换热管的外侧壁均固定套设有多个翅片，是为了增大换热面积，加强新风侧的对流换热系数。

（3）换热管的形状为弯曲形，是为了通过增加流道的长度来增加换热效果，每个换热管的内壁均开设有多个沟槽，这样可使冷凝水顺槽***，降低传热热阻，提高传热系数。

（4）换热管的内壁喷涂有复合涂层，且复合涂层采用陶瓷基纳米复合材料，一方面用于管道防腐，另一方面用于减小管材表面对冷凝液滴的附着力，促进珠状凝结的形成。

（5）五组换热管并排放置，且五组换热管的顶部沿一定倾斜角度设置，以提高回风风流进入五个换热模块的均匀性。

（6）震动叉的结构仿照音叉的结构，是为了能产生较强的震动。

（7）永磁体的磁性与磁铁环的磁性相同，根据磁铁同性相斥的原理，每当滑套滑动到永磁体附近时，永磁体都会对磁铁环产生一个排斥力使磁铁环恢复运动，从而使得磁铁环能往复运动。

（8）仿翅膀风动片的形状仿照蝴蝶的翅膀形状，新风的吹动使得仿翅膀风动片不断的煽动，从而使滑套运动起来。

（9）换热器外壳位于回风出口管道周边的底部呈倾斜设置，方便冷凝水流出。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的局部俯视结构示意图；

图3为本发明的仿翅膀风动片运动状态图；

图4为本发明的仿翅膀风动片主视结构示意图；

图5为本发明的换热管剖面结构示意图；

图6为垂本发明的换热原理图；

图7为本发明的换热器平面布置图；

图8为图7中1-1剖面图。

图中附图标记说明：

1换热器外壳、2回风进口管道、3回风出口管道、4隔热板、5换热管、501沟槽、502复合涂层、6隔板、7通风口、8新风进风管道、9新风出风管道、10滑杆、11滑套、12仿翅膀风动片、13传动杆、14震动叉、15击打块、16永磁体、17磁铁环、18翅片。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-8，一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器，请参阅图1，包括换热器外壳1，换热器外壳1的上下两端分别连通有回风进口管道2和回风出口管道3，换热器外壳1位于回风出口管道3周边的底部呈倾斜设置，方便冷凝水流出，换热器外壳1的内壁固定连接有两个隔热板4，且两个隔热板4之间固定连接有多组换热管5，请参阅图5，换热管5的数量为五组，每组换热管5均具有独立的通风换热功能，每个换热管5的外侧壁均固定套设有多个翅片18，是为了增大换热面积，加强新风侧的对流换热系数，换热管5的形状为弯曲形，是为了通过增加流道的长度来增加换热效果，每个换热管5的内壁均开设有多个沟槽501，这样可使冷凝水顺槽***，降低传热热阻，提高传热系数，换热管5的内壁喷涂有复合涂层502，且复合涂层502采用陶瓷基纳米复合材料，一方面用于管道防腐，另一方面用于减小管材表面对冷凝液滴的附着力，促进珠状凝结的形成，五组换热管5并排放置，且五组换热管5的顶部沿一定倾斜角度设置，以提高回风风流进入五个换热模块的均匀性；

请参阅图2-3，换热器外壳1位于两个隔热板4中间位置的内壁固定连接有隔板6，且隔板6的侧壁开设有多个与换热管5匹配的通风口7，换热器外壳1位于隔板6两侧的侧壁分别连通有新风进风管道8和新风出风管道9，新风进风管道8和新风出风管道9中均设置有风机，隔板6靠近每个换热管5的侧壁均通过连杆固定连接有水平设置的滑杆10，且滑杆10上滑动连接有滑套11，请参阅图4，滑杆10远离换热管5的一端转动连接有两个对称设置的仿翅膀风动片12，仿翅膀风动片12的形状仿照蝴蝶的翅膀形状，新风的吹动使得仿翅膀风动片12不断的煽动，从而使滑套11运动起来，且两个仿翅膀风动片12与滑套11之间通过传动杆13转动连接，换热管5位于滑杆10的两侧侧壁均通过连杆固定连接有震动叉14，震动叉14的结构仿照音叉的结构，是为了能产生较强的震动，且滑套11的两侧侧壁均通过连杆固定连接有与震动叉14匹配的击打块15，滑杆10靠近换热管5的一端固定套设有永磁体16，且滑套11的侧壁固定连接有与永磁体16匹配的磁铁环17，永磁体16的磁性与磁铁环17的磁性相同，根据磁铁同性相斥的原理，每当滑套11滑动到永磁体16附近时，永磁体16都会对磁铁环17产生一个排斥力使磁铁环17恢复运动，从而使得磁铁环17能往复运动。

请参阅图6-8，其换热方法包括以下步骤：

S1，将回风出口管道与新风管道垂直设置，将换热器置于两个垂直管道交叉的位置；

S2，回风从进口进入后沿竖向通道向上运动，在换热器顶部由上而下进入换热器内部，换热后的回风从竖向通道排出，新风从换热器下部进入，穿过全部换热器后从上部折返。

本发明的往复机构在工作时，从新风进风管道8进入的新风吹动仿翅膀风动片12，仿翅膀风动片12受力后开始向后煽动，进而带动滑套11向换热管5滑动，当滑套11滑动到永磁体16对磁铁环17的排斥力最大时，击打块15刚好击打震动叉14，从而让震动叉14产生震动，进而使震动传递到换热管5上，而且此时滑套11开始往回滑动，加上新风的不断吹动使得仿翅膀风动片12不断的煽动，从而使得滑套11来回滑动，这样震动叉14就会持续产生震动。

它采用矿井回风直接加热入井新风，既达到了井筒防冻的目的，又可以有效利用矿井回风中的余热，节省煤、天然气等的消耗，在当前中小型燃煤锅炉逐步被限制使用，而天然气供应不稳定的情况下，矿井回风是一种稳定且优质的余热资源，而且利用新风吹动仿照蝴蝶翅膀的风动片煽动起来，进而使得击打块撞击震动叉产生震动，从而让换热管的内部都产生震动，既能让换热管内部冷凝的液滴更快的滑落下来，也能防止新风带进来的灰尘在换热管外表面沉淀，这样可有效提高换热系数。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器，包括换热器外壳（1），其特征在于：所述换热器外壳（1）的上下两端分别连通有回风进口管道（2）和回风出口管道（3），所述换热器外壳（1）的内壁固定连接有两个隔热板（4），且两个隔热板（4）之间固定连接有多组换热管（5），所述换热管（5）的数量为五组，每个所述换热管（5）的外侧壁均固定套设有多个翅片（18），所述换热管（5）的形状为弯曲形，每个所述换热管（5）的内壁均开设有多个沟槽（501），所述换热管（5）的内壁喷涂有复合涂层（502），且复合涂层（502）采用陶瓷基纳米复合材料，所述换热器外壳（1）位于两个隔热板（4）中间位置的内壁固定连接有隔板（6），且隔板（6）的侧壁开设有多个与换热管（5）匹配的通风口（7），所述换热器外壳（1）位于隔板（6）两侧的侧壁分别连通有新风进风管道（8）和新风出风管道（9），所述隔板（6）靠近每个换热管（5）的侧壁均通过连杆固定连接有水平设置的滑杆（10），且滑杆（10）上滑动连接有滑套（11），所述滑杆（10）远离换热管（5）的一端转动连接有两个对称设置的仿翅膀风动片（12），且两个仿翅膀风动片（12）与滑套（11）之间通过传动杆（13）转动连接，所述仿翅膀风动片（12）的形状仿照蝴蝶的翅膀形状，所述换热管（5）位于滑杆（10）的两侧侧壁均通过连杆固定连接有震动叉（14），且滑套（11）的两侧侧壁均通过连杆固定连接有与震动叉（14）匹配的击打块（15），所述滑杆（10）靠近换热管（5）的一端固定套设有永磁体（16），且滑套（11）的侧壁固定连接有与永磁体（16）匹配的磁铁环（17）。

2.根据权利要求1所述的一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器，其特征在于：五组所述换热管（5）并排放置，且五组换热管（5）的顶部沿一定倾斜角度设置。

3.根据权利要求1所述的一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器，其特征在于：所述震动叉（14）的结构仿照音叉的结构。

4.根据权利要求1所述的一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器，其特征在于：所述永磁体（16）的磁性与磁铁环（17）的磁性相同。

5.根据权利要求1所述的一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器，其特征在于：所述换热器外壳（1）位于回风出口管道（3）周边的底部呈倾斜设置。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种垂直交叉式矿井回风加热新风换热器的换热方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，将回风出口管道与新风管道垂直设置，将换热器置于两个垂直管道交叉的位置；

S2，回风从进口进入后沿竖向通道向上运动，在换热器顶部由上而下进入换热器内部，换热后的回风从竖向通道排出，新风从换热器下部进入，穿过全部换热器后从上部折返。