金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统

815 编辑：中冶有色技术网来源：山东省鲁南地质工程勘察院（山东省地勘局第二地质大队）

2021-12-08 13:27:06

权利要求

1.金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，主要对废弃金属矿山的闭坑矿井所赋存的地热能进行资源整合再利用的过程，包括地热源模块、换热模块、余热回收再利用模块和用户模块，其特征在于，所述换热模块包括制冷模块和供暖模块，所述地源热模块分别与制冷模块和供暖模块之间通过管道连接，所述制冷模块和供暖模块均与余热回收再利用模块连接，所述制冷模块和供暖模块均与用户模块用过管道连接，所述地源热模块、换热模块、余热回收再利用模块和用户模块之间依次连接形成热能流通回路。

2.根据权利要求1所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述地源热模块主要包括热源坑(1)，所述换热模块主要包括换热模组(2)，所述余热回收再利用模块主要包括余热利用模组(3)，所述热源坑(1)包括热源池(101)和安装台(102)，所述热源池(101)和安装台(102)的位置相适应，所述热源坑(1)与换热模组(2)和余热利用模组(3)均相互配合，所述换热模组(2)与余热利用模组(3)的位置相适应。

3.根据权利要求2所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述安装台(102)为环形台体结构，所述热源池(101)周侧面与安装台(102)连接，所述安装台(102)一表面开设有第一换热槽(1021)和第二换热槽(1022)，所述第一换热槽(1021)和第二换热槽(1022)的结构和位置均相适应，所述第一换热槽(1021)和第二换热槽(1022)之间开设有若干换热管槽(1023)，所述第一换热槽(1021)与第二换热槽(1022)之间通过换热管槽(1023)相互连通。

4.根据权利要求2所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述换热模组(2)包括第一热泵(201)和第二热泵(202)，所述第一热泵(201)与第二热泵(202)之间胶接有第一导热管(203)和第二导热管(204)，所述第一热泵(201)与第一换热槽(1021)嵌套配合，第二热泵(202)与第二换热槽(1022)嵌套配合，第一导热管(203)和第二导热管(204)均与换热管槽(1023)嵌套配合。

5.根据权利要求4所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述第一热泵(201)一侧面胶接有抽水管(2011)和回水管(2012)，所述抽水管(2011)和回水管(2012)均连接至热源池(101)内部。

6.根据权利要求5所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述抽水管(2011)与回水管(2012)的结构和位置均相适应，所述第二热泵(202)一侧面胶接有回流管(2021)，所述回流管(2021)延伸至热源坑(1)外部，所述回流管(2021)的两端面均与第二热泵(202)胶接。

7.根据权利要求4所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述第二热泵(202)一表面安装有太阳能板(2022)，所述太阳能板(2022)与安装台(102)之间焊接有若干支撑架(2023)，所述太阳能板(2022)与第一导热管(203)的位置相适应。

8.根据权利要求2或3所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述余热利用模组(3)包括热排风盒(301)和冷排风盒(302)，所述热排风盒(301)与冷排风盒(302)的位置相适应，所述热排风盒(301)和冷排风盒(302)均为槽盒体结构，所述热排风盒(301)和冷排风盒(302)均与换热管槽(1023)连接，所述热排风盒(301)和冷排风盒(302)均与换热管槽(1023)相互配合。

9.根据权利要求8所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述热排风盒(301)与冷排风盒(302)的结构完全相同，所述热排风盒(301)一侧面开设有若干排风槽口(3011)，所述排风槽口(3011)相对两表面之间安装有调节轴(3012)，所述调节轴(3012)周侧面粘连有风向调节片(3013)。

10.根据权利要求8所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述热排风盒(301)内表面安装有若干排风扇(3014)，所述排风扇(3014)与排风槽口(3011)的数量相适应，所述排风扇(3014)与排风槽口(3011)相互配合，所述第一换热槽(1021)和第二换热槽(1022)与换热管槽(1023)之间均设置有隔热板。

11.根据权利要求10所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述风向调节片(3013)的尺寸与排风槽口(3011)相适应，所述风向调节片(3013)与排风槽口(3011)之间旋转配合。

12.根据权利要求8所述的金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，其特征在于，所述热排风盒(301)和冷排风盒(302)的外表面与内表面均设置有防腐蚀涂层，所述防腐蚀涂层的材质包括不锈钢或陶瓷或PVC。

说明书

技术领域

本发明属于地源热能利用技术领域，特别是涉及金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统。

背景技术

矿井地热就是矿井内围岩散发出来的地球内部热量。它是矿井内矿坑水增温的主要热源，既是矿井热害的根源，又是一种宝贵的地下热源。对于矿井地热资源，尤其是废弃金属矿山闭坑矿井拥有巨大的矿室和巷道空间，闭坑后矿室和巷道内被地下水充满(充填矿室可预埋换热系统)，随着深度的增加地下水的温度也逐渐升高，大量的地热能如果不能将其利用将会带来极大的能源和地下空间的浪费，尤其是在现今这种能源紧缺的形势下，更应该将这种废弃资源进行再利用；研究矿井地热的主要任务是，查明矿区(矿井)地温状况，对出现的热异常区段或热异常点进行调查并测量有关地热参数，查明热异常区的分布及其地质背景，为防治井下热害或利用地热提供方案，以及将矿井地热合理的利用于日常生活、劳作中。

现今阶段，地源热泵技术的发展逐步成熟，更有利于我们对与矿井地热的利用，尤其是那些已经闭坑的矿井中宝贵的地源热能；而现有技术中虽然能够对闭坑矿井中的地热能进行很好的再利用，但在设备安装和管道铺设过程中，常常由于具体的采热环境致使安装困难；另外在热能利用方面，效率低，且利用率较小，因此，我们针对上述问题设计一种金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，解决现有的闭坑矿井地热利用系统中设备、管道安装困难、繁琐，结构复杂和热能利用率、利用效率底的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

1、本发明为一种金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，主要对废弃金属矿山的闭坑矿井所赋存的地热能进行资源整合再利用的过程，包括地热源模块、换热模块、余热回收再利用模块和用户模块，其特征在于，所述换热模块包括制冷模块和供暖模块，所述地源热模块分别与制冷模块和供暖模块之间通过管道连接，所述制冷模块和供暖模块均与余热回收再利用模块连接，所述制冷模块和供暖模块均与用户模块用过管道连接，所述地源热模块、换热模块、余热回收再利用模块和用户模块之间依次连接形成热能流通回路。

所述地源热模块主要包括热源坑，所述换热模块主要包括换热模组，所述余热回收再利用模块主要包括余热利用模组，其特征在于：所述热源坑包括热源池和安装台，所述热源池和安装台的位置相适应，所述热源坑与换热模组和余热利用模组均相互配合，所述换热模组与余热利用模组的位置相适应。

所述安装台为环形台体结构，所述热源池周侧面与安装台连接，所述安装台一表面开设有第一换热槽和第二换热槽，所述第一换热槽和第二换热槽的结构和位置均相适应，用于安装换热设备，所述第一换热槽和第二换热槽之间开设有若干换热管槽，用于铺设换热管道，所述第一换热槽与第二换热槽之间通过换热管槽相互连通。

进一步地，所述换热模组包括第一热泵和第二热泵，所述第一热泵与第二热泵之间胶接有第一导热管和第二导热管，所述第一热泵与第一换热槽嵌套配合，第二热泵与第二换热槽嵌套配合，第一导热管和第二导热管均与换热管槽嵌套配合。

进一步地，所述第一热泵一侧面胶接有抽水管和回水管，所述抽水管和回水管均连接至热源池内部，使热量更便于利用与回收循环进行，所述抽水管与回水管的结构和位置均相适应，所述第二热泵一侧面胶接有回流管，所述回流管延伸至热源坑外部，所述回流管的两端面均与第二热泵胶接。

进一步地，所述第二热泵一表面安装有太阳能板，为供暖系统提供辅助热量，所述太阳能板与安装台之间焊接有若干支撑架，所述太阳能板与第一导热管的位置相适应。

进一步地，所述余热利用模组包括热排风盒和冷排风盒，所述热排风盒与冷排风盒的位置相适应，所述热排风盒和冷排风盒均为槽盒体结构，所述热排风盒和冷排风盒均与换热管槽连接，所述热排风盒和冷排风盒均与换热管槽相互配合。

进一步地，所述热排风盒与冷排风盒的结构完全相同，所述热排风盒一侧面开设有若干排风槽口，所述排风槽口相对两表面之间安装有调节轴，所述调节轴周侧面粘连有风向调节片。

进一步地，所述热排风盒内表面安装有若干排风扇，所述排风扇与排风槽口的数量相适应，所述排风扇与排风槽口相互配合，所述第一换热槽和第二换热槽与换热管槽之间均设置有隔热板，用于隔绝供暖区域与制冷区域之间的热量对流传递。

进一步地，所述风向调节片的尺寸与排风槽口相适应，所述风向调节片与排风槽口之间旋转配合，所述热排风盒和冷排风盒的外表面与内表面均设置有防腐蚀涂层，所述防腐蚀涂层的材质包括不锈钢或陶瓷或PVC。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过直接将闭坑矿井中的矿室(热源坑)和巷道进行改造，便于对废弃矿井内的地热能源进行直接收集，能够最大效率的对废弃金属矿山进行再度开发，对废弃的矿山能源进行整合再利用，同时，使其适用于具体的供暖制冷系统，便于施工方根据具体设计进行对设备与管道的铺设，使地源热能利用更加灵活；通过设置换热模组和余热利用模组，并使二者相互配合，使得在整个换热过程中，对于管道散发的热量也能完全利用起来，避免热量的损失，提高了热量利用率；其中换热模组中的第一热泵与第二热泵之间构成热量循环，使热量介质能够重复利用，提高热量利用效率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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为本发明的一种金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统的模块化框图；

图2为本发明的一种金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统的结构示意图；

图3为图2中A部分的局部展示图；

图4为本发明的一种金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统的主视图；

图5为图4中剖面B-B的结构示意图；

图6为图4中剖面C-C的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-热源坑，2-换热模组，3-余热利用模组，101-热源池，102-安装台，1021-第一换热槽，1022-第二换热槽，1023-换热管槽，201-第一热泵，202-第二热泵，203-第一导热管，204-第二导热管，2011-抽水管，2012-回水管，2021-回流管，2022-太阳能板，2023-支撑架，301-热排风盒，302-冷排风盒，3011-排风槽口，3012-调节轴，3013-风向调节片，3014-排风扇。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，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组件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。

请参阅图1-5所示，本发明为一种金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统，主要对废弃金属矿山的闭坑矿井所赋存的地热能进行资源整合再利用的过程，包括地热源模块、换热模块、余热回收再利用模块和用户模块，其特征在于，所述换热模块包括制冷模块和供暖模块，所述地源热模块分别与制冷模块和供暖模块之间通过管道连接，所述制冷模块和供暖模块均与余热回收再利用模块连接，所述制冷模块和供暖模块均与用户模块用过管道连接，所述地源热模块、换热模块、余热回收再利用模块和用户模块之间依次连接形成热能流通回路。

地源热模块主要包括热源坑1，换热模块主要包括换热模组2，所述余热回收再利用模块主要包括余热利用模组3，热源坑1包括热源池101和安装台102，所述热源池101和安装台102的位置相适应，所述热源坑1与换热模组2和余热利用模组3均相互配合，所述换热模组2与余热利用模组3的位置相适应。

安装台102为环形台体结构，热源池101周侧面与安装台102连接，安装台102一表面开设有第一换热槽1021和第二换热槽1022，第一换热槽1021和第二换热槽1022的结构和位置均相适应，用于安装换热设备，第一换热槽1021和第二换热槽1022之间开设有若干换热管槽1023，用于铺设换热管道，第一换热槽1021与第二换热槽1022之间通过换热管槽1023相互连通。

优选地，换热模组2包括第一热泵201和第二热泵202，第一热泵201与第二热泵202之间胶接有第一导热管203和第二导热管204，第一热泵201与第一换热槽1021嵌套配合，第二热泵202与第二换热槽1022嵌套配合，第一导热管203和第二导热管204均与换热管槽1023嵌套配合。

优选地，第一热泵201一侧面胶接有抽水管2011和回水管2012，抽水管2011和回水管2012均连接至热源池101内部，使热量更便于利用与回收循环进行，抽水管2011与回水管2012的结构和位置均相适应，第二热泵202一侧面胶接有回流管2021，回流管2021延伸至热源坑1外部，回流管2021的两端面均与第二热泵202胶接。

优选地，第二热泵202一表面安装有太阳能板2022，为供暖系统提供辅助热量，太阳能板2022与安装台102之间焊接有若干支撑架2023，太阳能板2022与第一导热管203的位置相适应。

优选地，余热利用模组3包括热排风盒301和冷排风盒302，热排风盒301与冷排风盒302的位置相适应，热排风盒301和冷排风盒302均为槽盒体结构，热排风盒301和冷排风盒302均与换热管槽1023连接，热排风盒301和冷排风盒302均与换热管槽1023相互配合。

优选地，热排风盒301与冷排风盒302的结构完全相同，热排风盒301一侧面开设有若干排风槽口3011，排风槽口3011相对两表面之间安装有调节轴3012，调节轴3012周侧面粘连有风向调节片3013。

优选地，热排风盒301内表面安装有若干排风扇3014，排风扇3014与排风槽口3011的数量相适应，排风扇3014与排风槽口3011相互配合，第一换热槽1021和第二换热槽1022与换热管槽1023之间均设置有隔热板，用于隔绝供暖区域与制冷区域之间的热量对流传递。

优选地，风向调节片3013的尺寸与排风槽口3011相适应，风向调节片3013与排风槽口3011之间旋转配合，热排风盒301和冷排风盒302的外表面和内表面均设置有防腐蚀涂层，所述防腐蚀涂层的材质包括不锈钢或陶瓷或PVC。

实施例1：

请参阅图1-5所示，需要进一步说明的是，在本发明中，换热模组2中涉及的热量传递介质均为水，好处是取材便利，便于回收；其中第一热泵201和第二热泵202的内部结构相同，均安装有抽水泵，而热排风盒301和冷排风盒302的使用方法灵活，根据具体用途实时更换，内部均填充有制冷剂；

实施例2：

请参阅图1-5所示，本实施例为一种金属矿山闭坑矿井地热能地埋管供暖与制冷系统的工作原理：

在使用本发明进行供暖时，首先利用第一热泵201将载有地热的热源池101中的水抽出，经第一导热管203流向第二热泵202，此时系统内部的中控装置根据事先设定或人工选择，判断热量温度是否合适，当低于设定值时，开启第二热泵202中的太阳能或热泵加热装置继续升温，而后由回流管2021流入用户；热能利用完毕后，放热后的水经回流管2021，由第二热泵202泵送回第二导热管204，并通过第一热泵201和回水管2012回流至热源池101中；

当需要制冷时，在上述供暖过程中，当热水流向第一导热管201时，开启热排风盒301中的排风扇3014，并利用热泵或制冷剂(制冷剂主要包括氟利昂)，对管道中的热水进行排风降温，经降温后流向用户，并完成上述回水流程；

在供暖过程中，如需利用热风，可在热水流经第一导热管203时打开排风扇3014，吹热风供用户使用；如需利用冷风，可在放热后的水流经第二导热管204时，打开冷排风盒302，并选择利用制冷剂，排出冷风供用户使用；反之，在制冷过程中的操作原理与上述相同。

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。