[发明专利]一种螺旋绕管式换热器及深井热力系统

说明书

本发明提供了一种螺旋绕管式换热器及其深井热力系统，包括壳体，所述壳体内设置螺旋管，螺旋管分为多层，各层螺旋管相互独立，每层由一根换热管绕制而成，流体经由上方的集水管分流同时进入多层螺旋盘管，从出口流出。和普通单通道型螺旋绕管式换热器相比，该换热器各层螺旋管相互独立，在使用过程中会自主产生振动，起到强化传热和减弱腐蚀的作用，方便检修。

技术领域

本发明换热器技术领域，尤其涉及一种深井采矿的热力系统。

背景技术

深井采矿过程中，井下热环境恶化问题十分突出。随着矿井采深度增加，进入深部之后，矿山工作面开始受高温影响，这不仅制约矿山的安全生产建设，也威胁矿工的身体健康。我国《金属非金属矿山安全规程》规定：生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃，当上述两工作地点的空气温度超过30℃和34℃时必须停止作业。与此同时，由于工艺过程的需要，采矿过程会产生大量温度稳定的矿井废水。以某黄金矿井为例，现有的深井作业区（深度＞500m）主要以通风冷却为主，井下温度高（29℃），相对湿度大（＞96%），冷却效果差，热环境非常恶劣。为保证矿井安全生产和职工身体健康，必须针对性地采取有效措施，降低环境温度，治理高温热害。

国内外采用的深井冷却技术有：布置通风系统、工人冷却服、在井上、井下增设制冷机等。存在的问题有：通风系统随着作业深度的增加效果变差；工人冷却服成本高，作业过程并不方便；井下制冷机存在排热困难，以空气为散热介质导致降温效果差、运行费用高等问题。

利用流体诱导传热元件振动实现强化换热是被动强化换热的一种形式，可将换热器内对流体振动诱导的严格防止转变为对振动的有效利用，使传动元件在低流速下的对流换热系数大幅度的提高，并利用振动抑制传热元件表面污垢，减低污垢热阻，实现复合强化传热。

换热器及其相关技术经过近几十年的迅速发展，取得了令人鼓舞的进步，然而一些长期未能解决的问题更加凸现出来。换热器内流体诱导振动和传热表面积垢，是世界公认的亟待解决的突出问题。流体诱导振动会导致剧烈的噪声与传热管束的损坏，传热管束表面积垢会造成巨大的能量与资源损失。在换热器内完全防止管束振动是不可能的，而通过增加传热管束的强度来防止振动从而避免管束的损坏与噪声，并不总是有效的。利用流体诱导传热管束的振动实现强化换热是无源强化换热的一种形式，通过对振动的有效利用，可在实现强化换热的同时抑制传热表面积垢，降低污垢热阻，实现复合强化换热。

因此，本发明针对现有深井井下集中式制冷系统存在的不足，提供一种新的采矿循环制冷系统，同时提供了一种新型换热器替代常规制冷机的蒸发器和冷凝器，并在原系统上进行一定的改进，该方式既可以实现冷端采场冷却，又在原有系统的基础上缩小制冷机体积、提高换热效率并提高矿井涌水利用率，同时具有设备紧凑、安全性好、检修维护方便的优点，非常适合深井作业使用。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种螺旋绕管式换热器，包括壳体，所述壳体内设置螺旋管，螺旋管分为多层，各层螺旋管相互独立，每层由一根换热管绕制而成，流体经由上方的集水管分流同时进入多层螺旋盘管，从出口流出。

一种深井采矿的热力系统，包括空冷器、蒸发器、膨胀阀、压缩机、冷凝器和蓄热水箱，其特征在于，所述空冷器用于冷却进入井下的空气，所述蒸发器、膨胀阀、压缩机、冷凝器位于井下，构成制冷系统；所述蓄热水箱位于地面上；水在所述空冷器中与空气进行热交换后，通过管路进入蒸发器，在蒸发器内与制冷剂进行换热，制冷剂吸热后经过压缩机压缩后进入冷凝器，在冷凝器中与来自蓄热水箱的水进行换热后，然后经过膨胀阀后回到蒸发器。

作为优选，所述蒸发器和/或者冷凝器中设置制冷剂管，所述制冷剂管是弹性管束组件。

作为优选，空冷器采用喷淋式空冷器。