一种矿井井口防冻加热装置

摘要

本发明公开了一种矿井井口防冻加热装置，壳体包括蒸发腔和冷凝腔，冷凝腔设置于蒸发腔的上部，冷凝腔与矿井井口相连通，蒸发腔内设置水套管，水套管与供热水源相连，水套管内部套设热管，水套管与热管之间具有间隙，热管自蒸发腔延伸至冷凝腔。工作时，热水进入水套管中，水套管中的热水与热管中的介质进行热交换，介质吸热发生相变，由液态变为气态，沿热管上升至冷凝腔中，高温气态的介质通过热管管壁与冷凝腔内的空气进行热量交换，加热后的空气用于矿井井口保温加热，完成热量交换的介质放热后，由气态变为液态，沿着热管管壁在重力作用下回流，位于冷凝腔内的热管内没有液体，因此，不存在结冰的危险，为矿井的安全生产提供了保障。

权利要求

1.一种矿井井口防冻加热装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体包括蒸发腔和冷凝腔，所述冷凝腔设置于所述蒸发腔的上部，所述冷凝腔与矿井井口相连通，所述蒸发腔内设置水套管，所述水套管与供热水源相连，所述水套管内部套设热管，所述水套管与所述热管之间具有间隙，所述热管自所述蒸发腔延伸至所述冷凝腔。

2.根据权利要求1所述的矿井井口防冻加热装置，其特征在于：所述蒸发腔和所述冷凝腔之间设置隔热结构层。

3.根据权利要求1所述的矿井井口防冻加热装置，其特征在于：所述蒸发腔还包括供水管和回水管，所述水套管通过所述供水管与供热水源相连，所述水套管还通过回水管与外界相连通。

4.根据权利要求3所述的矿井井口防冻加热装置，其特征在于：所述水套管的顶部与所述供水管相连通，所述水套管的底部与所述回水管相连通，所述水套管与所述回水管之间设置变径管。

5.根据权利要求1所述的矿井井口防冻加热装置，其特征在于：所述水套管的轴线与所述热管的轴线重合。

6.根据权利要求1所述的矿井井口防冻加热装置，其特征在于：还包括风机，所述冷凝腔通过所述风机与外界相连通。

7.根据权利要求6所述的矿井井口防冻加热装置，其特征在于：所述风机设置于所述冷凝腔的侧壁上，所述风机与矿井井口的连通口、所述冷凝腔与矿井井口的连通口分别位于所述冷凝腔相对的两侧壁上。

8.根据权利要求1所述的矿井井口防冻加热装置，其特征在于：伸入所述冷凝腔的所述热管上设置翅片，所述翅片均布于所述热管的外壁上。

9.根据权利要求1所述的矿井井口防冻加热装置，其特征在于：所述壳体为分体式结构，所述壳体包括壳身和壳盖，所述壳身与所述壳盖通过合页连接，所述壳身与所述壳盖上还设置锁紧扣，所述壳身与所述壳盖之间加装密封垫圈。

说明书

一种矿井井口防冻加热装置

技术领域

[0001] 本发明涉及加热设备领域，特别是涉及一种矿井井口防冻加热装置。

背景技术

[0002] 井口防冻是煤矿冬季安全生产的一个重要保证，井口结冰会影响矿井生产设备的正常运行，严重的甚至会造成卡罐、矿井停产等重大事故，罐笼和井壁结冰后掉落的冰渣也可能导致井下人员的伤亡。因此，井口防冻是保证矿井安全生产的必要措施，我国《煤矿安全规程》第一百零二条规定，进风井口以下的温度必须在2℃以上。矿井井口防冻需要耗费大量的能源，受地域限制以及环境气候等诸多因素影响，很多地区的矿井需要保温的时间长达三、四个月，占全年时间的四分之一甚至更多，毫无疑问长时间的矿井井口保温需要产生大量的费用，提高了煤矿的生产成本。

[0003] 矿井井口防冻是煤矿安全生产的重要组成部分，传统井口防冻换热装置，是通过蒸汽(高温热水)加热空气，再通过风机将加热的热空气送入井下，即蒸汽(高温热水)与空气之间进行热量交换的加热模式，当热源、循环水泵、控制阀门出现问题时，停留在换热器中的水不能及时排出，遇到极端天气，特别容易结冰，一旦换热器中没有及时排出的水出现结冰现象，就会将换热器的铜管崩裂，给工作人员的人身和财产安全都带来了极大伤害，然而，因换热器中的水结冰而发生换热器管路崩裂引发的安全事故每年都会发生。

[0004] 因此，如何改变现有技术中，矿井井口防冻换热器中的水结冰造成换热器损坏的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种矿井井口防冻加热装置，以解决上述现有技术存在的问题，避免矿井井口防冻换热器中的水因结冰造成换热器损坏的现象发生，提高矿井作业的安全系数。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种矿井井口防冻加热装置，包括壳体，所述壳体包括蒸发腔和冷凝腔，所述冷凝腔设置于所述蒸发腔的上部，所述冷凝腔与矿井井口相连通，所述蒸发腔内设置水套管，所述水套管与供热水源相连，所述水套管内部套设热管，所述水套管与所述热管之间具有间隙，所述热管自所述蒸发腔延伸至所述冷凝腔。

[0007] 优选地，所述蒸发腔和所述冷凝腔之间设置隔热结构层。

[0008] 优选地，所述蒸发腔还包括供水管和回水管，所述水套管通过所述供水管与供热水源相连，所述水套管还通过回水管与外界相连通。

[0009] 优选地，所述水套管的顶部与所述供水管相连通，所述水套管的底部与所述回水管相连通，所述水套管与所述回水管之间设置变径管。

[0010] 优选地，所述水套管的轴线与所述热管的轴线重合。

[0011] 优选地，矿井井口防冻加热装置还包括风机，所述冷凝腔通过所述风机与外界相连通。

[0012] 优选地，所述风机设置于所述冷凝腔的侧壁上，所述风机与矿井井口的连通口、所述冷凝腔与矿井井口的连通口分别位于所述冷凝腔相对的两侧壁上。

[0013] 优选地，伸入所述冷凝腔的所述热管上设置翅片，所述翅片均布于所述热管的外壁上。

[0014] 优选地，所述壳体为分体式结构，所述壳体包括壳身和壳盖，所述壳身与所述壳盖通过合页连接，所述壳身与所述壳盖上还设置锁紧扣，所述壳身与所述壳盖之间加装密封垫圈。

[0015] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的矿井井口防冻加热装置，包括壳体，壳体包括蒸发腔和冷凝腔，冷凝腔设置于蒸发腔的上部，冷凝腔与矿井井口相连通，蒸发腔内设置水套管，水套管与供热水源相连，水套管内部套设热管，水套管与热管之间具有间隙，热管自蒸发腔延伸至冷凝腔。加热装置工作时，热水进入水套管中，水套管中的热水与热管中的介质进行热交换，介质吸热发生相变，由液态变为气态，沿热管上升至冷凝腔中，高温气态的介质通过热管管壁与冷凝腔内的空气进行热量交换，加热后的空气用于矿井井口保温加热，完成热量交换的介质放热后，由气态变为液态，沿着热管管壁在重力作用下回流，位于冷凝腔内的热管内没有液体，因此，不存在结冰的危险，为矿井的安全生产提供了保障。

附图说明

[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0017] 图1为本发明的矿井井口防冻加热装置的结构示意图；

[0018] 图2为本发明的矿井井口防冻加热装置的侧视方向的结构示意图；

[0019] 图3为图1中A处的放大结构示意图；

[0020] 其中，1为壳体，101为壳身，102为壳盖，2为蒸发腔，3为冷凝腔，4为水套管，5为热管，6为隔热结构层，7为供水管，8为回水管，9为变径管，10为风机，11为翅片。

具体实施方式

[0021] 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。

[0022] 本发明的目的是提供一种矿井井口防冻加热装置，以解决上述现有技术存在的问题，避免矿井井口防冻换热器中的水因结冰造成换热器损坏的现象发生，提高矿井作业的安全系数。

[0023] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0024] 请参考图1，图1为本发明的矿井井口防冻加热装置的结构示意图，图2为本发明的矿井井口防冻加热装置的侧视方向的结构示意图，图3为图1中A处的放大结构示意图。

[0025] 本发明提供一种矿井井口防冻加热装置，包括壳体1，壳体1包括蒸发腔2和冷凝腔3，冷凝腔3设置于蒸发腔2的上部，冷凝腔3与矿井井口相连通，蒸发腔2内设置水套管4，水套管4与供热水源相连，水套管4内部套设热管5，水套管4与热管5之间具有间隙，热管5自蒸发腔2延伸至冷凝腔3。

[0026] 加热装置工作时，热水进入水套管4中，水套管4中的热水与热管5中的介质进行热交换，介质吸热发生相变，由液态变为气态，沿热管5上升至冷凝腔3中，高温气态的介质通过热管5管壁与冷凝腔3内的空气进行热量交换，加热后的空气用于矿井井口保温加热，完成热量交换的介质放热后，由气态变为液态，沿着热管5管壁在重力作用下回流，位于冷凝腔3内的热管5内没有液体，因此，不存在结冰的危险，为矿井的安全生产提供了保障。

[0027] 值得说明的是，本具体实施方式中，水套管4中的热水采用低温热源45℃水，充分利用低温热源，热管5中介质采用甲醇，抽取热管5中的空气使热管5内部低于一个大气压，降低甲醇的沸点，使得水套管4中的低温热水能够与热管5的管壁进行热交换，热管5中的甲醇吸热后由液态变为气态，需注意令甲醇与热管5中的真空程度保持平衡关系，水套管4中的热水进行热交换后水温低于20℃时，甲醇不再蒸发，热交换停止，位于冷凝腔3中的那部分热管5内没有甲醇，不会结冰，从而避免矿井因加热器结冰造成安全事故。另外，在本发明的其他具体实施方式中，热管5中的介质还可以是氟利昂、纯净水等，但是介质不同，热管5中抽真空的程度也不同。

[0028] 具体地，蒸发腔2和冷凝腔3之间设置隔热结构层6，避免水套管4中的热水与冷凝腔3内的空气产生热量交换，致使水套管4中的水温过低影响其与热管5进行热交换，影响加热装置的正常进行。

[0029] 更具体地，蒸发腔2还包括供水管7和回水管8，水套管4通过供水管7与供热水源相连，水套管4还通过回水管8与外界相连通。在本具体实施方式中，水套管4和热管5均为多个，多个水套管4均布于蒸发腔2中，多个水套管4均与供水管7相连，低温热源的热水由供水管7流入水套管4中，热水与热管5的管壁热交换完成后，由回水管8流出，完成热循环。

[0030] 为使热水充分与热管5完成热交换，水套管4的顶部与供水管7相连通，水套管4的底部与回水管8相连通，最大限度地延长水套管4中水的流动路线，令热水充分释放热能，节约能源，水套管4与回水管8之间设置变径管9。

[0031] 在本具体实施方式中，水套管4的轴线与热管5的轴线重合，使水套管4中的热水均匀地与热管5的管壁接触，完成热交换。

[0032] 进一步地，矿井井口防冻加热装置还包括风机10，冷凝腔3通过风机10与外界相连通，冷凝腔3内的空气与热管5的外壁进行热交换，将冷空气加热到需要的温度，风机10将热风导入井下，为井下安全生产提供保障，在风机10的进口处加设防尘纤维布，避免风机10将外界杂质导入井下。

[0033] 其中，风机10设置于冷凝腔3的侧壁上，风机10和冷凝腔3与矿井井口的连通口分别为冷凝腔3相对的两侧壁上，使风机10导入的冷空气充分吸热后再导入井下，避免因风机10与矿井井口的连通口太近，冷空气来不及吸热就被导入井下。

[0034] 更进一步地，伸入冷凝腔3的热管5上设置翅片11，翅片11均布于热管5的外壁上，伸入冷凝腔3的热管5外壁上均布翅片11，透过热管5外壁上的翅片11，能够加快热能释放，加速冷空气加热的速度。

[0035] 还需注意的是，壳体1为分体式结构，壳体1包括壳身101和壳盖102，壳身101与壳盖102通过合页连接，方便打开维修保养，壳身101与壳盖102上还设置锁紧扣，壳身101与壳盖102之间加装密封垫圈，避免加热装置漏气，提高加热装置工作效率。

[0036] 本发明的矿井井口防冻加热装置，包括壳体1，壳体1包括蒸发腔2和冷凝腔3，冷凝腔3设置于蒸发腔2的上部，冷凝腔3与矿井井口相连通，蒸发腔2内设置水套管4，水套管4与供热水源相连，水套管4内部套设热管5，水套管4与热管5之间具有间隙，热管5自蒸发腔2延伸至冷凝腔3。加热装置工作时，热水进入水套管4中，水套管4中的热水与热管5中的介质进行热交换，介质吸热发生相变，由液态变为气态，沿热管5上升至冷凝腔3中，高温气态的介质通过热管5管壁与冷凝腔3内的空气进行热量交换，加热后的空气用于矿井井口保温加热，完成热量交换的介质放热后，由气态变为液态，沿着热管5管壁在重力作用下回流，位于冷凝腔3内的热管5内没有液体，因此，不存在结冰的危险，为矿井的安全生产提供了保障。热管5内加入介质后抽真空，抽真空的程度与介质的具体材料有关，且热管5内介质在抽真空后需满足以下条件：在水套管4中的热水低于20℃后，介质不再蒸发，热能传递停止，以保证加热装置不会结冰。

[0037] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。