CN103629858B - 一种带喷淋除尘的直接蒸发式矿井回风源热泵系统 - Google Patents

一种带喷淋除尘的直接蒸发式矿井回风源热泵系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带喷淋除尘的直接蒸发式矿井回风源热泵系统，它包括扩散塔、汇水池、外置换热器、热泵机组和用户设备；外置换热器包括换热壳体、喷淋管和换热管；外置换热器的换热管与内置冷凝器壳体之间构成一制热循环制冷工质循环管路；外置换热器的换热管与内置蒸发器的换热管道之间构成一制冷循环制冷工质循环管路；内置冷凝器的换热管道与热用户设备之间构成一用户供热循环管路；内置蒸发器的壳体与冷用户设备之间构成一用户制冷循环管路。本发明可以实现矿井回风中热能的有效回收利用，满足煤矿建筑冬季供热和夏季空调制冷需求。

Description

一种带喷淋除尘的直接蒸发式矿井回风源热泵系统
技术领域
本发明涉及一种矿井回风源热泵系统，特别是关于一种带喷淋除尘的直接蒸发式矿井回风源热泵系统。
背景技术
依据目前中国煤矿的生产状况，冬夏季在矿区需要供热与制冷两种工况，这就需要锅炉供热和空调制冷。在煤矿生产过程中有大量未经利用而外排的余热资源，不仅余热资源的浪费，而且影响环境，违背了中国实现节能减排的宗旨。目前我国也出现了针对这部分废热进行回收的技术，但是在热能高效回收利用上，仍存在着一些技术上的缺陷。
煤矿矿井回风资源来源广泛，回风量充足，冬夏季温、湿度常年保持稳定，是理想的低温热源。传统的矿井回风源热泵系统（授权公告号CN201852361U），采用喷淋式换热器回收矿井回风中热能为热泵系统提供低温热源，当原矿井回风扩散塔与矿井回风源热泵要求不符时，往往要改造扩散塔的结构，并且要设计配套的回风换热地下汇水池、导流槽等，工艺比较复杂。此外，有一些技术人员采用间壁式换热器间接回收矿井回风中的热能，为热泵系统提供低温热源，但矿井回风中含尘量较大，易造成换热器表面积尘影响换热效果。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够充分高效回收矿井回风中热能的热泵系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种带喷淋除尘的直接蒸发式矿井回风源热泵系统，它包括设置在矿井回风口上的扩散塔、汇水池、外置换热器、热泵机组和用户设备，其特征在于：所述外置换热器包括换热壳体、喷淋管和换热管，所述喷淋管通过一在线水处理装置和一循环水泵连接所述扩散塔底部设置的汇水池，所述换热管内填充制冷工质，所述换热管的两端设置一制冷工质输出管道和一制冷工质输入管道；所述热泵机组设置一内置冷凝器、一内置蒸发器、一压缩机和一节流阀；所述外置换热器的换热管通过所述压缩机和所述节流阀与所述内置冷凝器壳体之间构成一制热循环制冷工质循环管路；所述外置换热器的换热管通过所述节流阀和所述压缩机与所述内置蒸发器的换热管道之间构成一制冷循环制冷工质循环管路；所述用户设备包括热用户设备和冷用户设备，所述内置冷凝器的换热管道通过一供热循环管道和与所述热用户设备之间构成一用户供热循环管路；所述内置蒸发器的壳体通过一供冷循环管道与所述冷用户设备之间构成一用户制冷循环管路。
所述外置换热器的换热管可以为翅片管式、光管式。
所述制热循环制热工质循环管道上设置4个阀门。
所述制冷循环制冷工质循环管道上设置4个阀门。
所述用户设备单元为具有制冷或制热功能的空调设备。
本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1）本发明中外置换热器中依次布置有喷淋管和换热管，喷淋管喷淋水雾可去除矿井回风中的粉尘等杂质，达到净化矿井回风的目的，从而维持换热管表面的清洁，提高换热管的换热能力。2）本发明中外置换热器的换热管内填充制冷工质，与矿井回风源直接热交换，不需要利用水或其他载冷剂二次换热，降低了能量损失，能量的利用效率高。3）制热运行状态时，外置换热器可以作为蒸发器提取矿井回风中的低温热能，然后由热泵机组将低温热能供给热用户；制冷运行状态时，外置换热器作为冷凝器将提取矿井回风中的低温冷量，然后由热泵机组将低温冷量供给中央空调用户。4）通过调节阀门来实现不同运行状态的转换，稳定运行。因此，本发明换热效率高、安全可靠，可用于矿井回风中热能的回收利用。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图
图2是本发明的系统制热运行模式示意图
图3是本发明的系统制冷运行模式示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一设置在矿井回风出风口上的扩散塔1，一汇水池2，一外置换热器3，一热泵机组4，一用户设备5。
设置在扩散塔顶部的外置换热器3包括一换热壳体31，设置在换热壳体31底部的一排喷淋管32，和盘绕在换热壳体31顶部四周呈四方形的换热管33。喷淋管32中填充循环水，外置换热器3中喷淋管32的进水口通过一在线水处理装置22和一循环水泵21连接一设置在扩散塔1底部的汇水池2。换热管33中填充制冷工质，换热管33上分别设置一制冷工质输出管道34和一制冷工质输入管道35。换热管33的制冷工质输出管道34连接两分支管道。
热泵机组4内设置有一内置冷凝器41、一内置蒸发器42、一压缩机43和一节流阀44。
用户设备5包括热用户51和冷用户52。
如图2所示，外置换热器3中换热管33的制冷工质输出管道34连接两分支管道中的一分支管道为制热循环制冷工质输出管道341，制热循环制冷工质输出管道341通过一阀门01、压缩机43和一阀门02连接内置冷凝器41壳体的输入管道，内置冷凝器41壳体上还设置一输出管道，内置冷凝器41壳体的输出管道通过一阀门03、节流阀44和一阀门04连接外置换热器3中换热管33的制冷工质输入管道35，这样在外置换热器3中换热管33与内置冷凝器41壳体之间构成一制热循环制冷工质循环管路。
内置冷凝器41的换热管道通过一供热循环管道连接热用户51，供热循环管道上设置一供热循环水泵511，满足用户建筑供暖、生活热水、井筒防冻等用热需求。
如图3所示，外置换热器3中换热管33的制冷工质输出管道34连接两分支管道中的另一分支管道为制冷循环制冷工质输出管道342，制冷循环制冷工质输出管道342通过一阀门05、节流阀44和一阀门06连接内置蒸发器42换热管道的输入端，内置蒸发器42换热管道的输出端通过一阀门07、压缩机43和一阀门08连接外置换热器3中换热管33的制冷工质输入管道35，这样在外置换热器3中换热管33与内置蒸发器42换热管道之间构成一制冷循环制冷工质循环管路。
内置蒸发器42的壳体通过一供冷循环管道连接冷用户52，供冷循环管道上设置一供冷循环水泵521，满足用户空调制冷等需求。
本发明具有制热、制冷两种不同的运行状态，其运行状态的改变是通过切换不同的制热、制冷状态阀门和水泵来实现：
在制热工况下，阀门01、阀门02、阀门03和阀门04开启；阀门05、阀门06、阀门07、阀门08关闭；外置换热器3作为蒸发器工作，热泵机组4的内置冷凝器41启用，热泵机组4的内置蒸发器42停用。
在制冷工况下，阀门05、阀门06、阀门07、阀门08开启；阀门01、阀门02、阀门03和阀门04关闭；外置换热器3作为冷凝器工作，热泵机组4的内置蒸发器42启用，热泵机组4的内置冷凝器41停用。
上述实施例中，外置换热器3的换热管33可以为翅片管式、光管式。
上述实施中，外置换热器3换热管33中的制冷工质直接与矿井回风源进行热量交换，不存在二次换热，以减少热量损失，提高热量的利用率。
本发明可以为用户提供热能或冷量，其具体工作原理如下：
如图2所示，在制热运行状态下，外置换热器3作为蒸发器工作，热泵机组4的内置冷凝器41启用，热泵机组4的内置蒸发器42停用。矿井回风首先通过扩散塔1，与外置换热器3中喷淋管32形成的喷淋水雾接触，喷淋水雾将矿井回风中含有的粉尘等杂质洗涤掉，汇入扩散塔1底部汇水池2中的喷淋水经过在线水处理装置22的过滤净化后进入喷淋管32中循环使用。经洗涤后的矿井回风与外置换热器3中换热管33内的制冷工质进行热交换后排出，制冷工质吸收管外矿井回风中的热量，蒸发膨胀，通过热泵机组4内的压缩机43变成高温高压气体，进入热泵机组4内的内置冷凝器41，向需要加热的用水源释放热量，再经过热泵机组4内的节流阀44变成低温低压的液体进入外置换热器3换热管33，继续和进入外置换热器3的矿井回风不断换热。内置冷凝器41内的水源获得热量后实现煤矿建筑供暖、生活热水和井口防冻等热用户51的热量需求。
如图3所示，在制冷运行状态下，外置换热器3作为冷凝器工作，热泵机组4的内置蒸发器42启用，热泵机组4的内置冷凝器41停用。矿井回风首先通过扩散塔1，与外置换热器3中喷淋管32形成的喷淋水雾接触，喷淋水雾将矿井回风中含有的粉尘等杂质洗涤掉，汇入扩散塔1底部汇水池2中的喷淋水经过在线水处理装置22的过滤净化后进入喷淋管32中循环使用。经洗涤后的矿井回风与外置换热器3中换热管33内的制冷工质进行热交换后排出，制冷工质向管外矿井回风中放热，冷凝，通过热泵机组4内的节流阀44变成低温低压液体，进入热泵机组4内的内置蒸发器42，从需要制冷的用水中吸收热量，再经过压缩机43变成高温高压的气体进入外置换热器3换热管33，继续和进入外置换热器3内的矿井回风循环换热，而内置蒸发器42的水源释放热量后温度降低，从而为冷用户52如煤矿建筑空调等提供冷量。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种带喷淋除尘的直接蒸发式矿井回风源热泵系统，它包括设置在矿井回风口上的扩散塔、汇水池、外置换热器、热泵机组和用户设备，其特征在于：所述外置换热器包括换热壳体、喷淋管和换热管，所述喷淋管通过一在线水处理装置和一循环水泵连接所述扩散塔底部设置的汇水池，所述换热管内填充制冷工质，所述换热管的两端设置一制冷工质输出管道和一制冷工质输入管道；所述热泵机组设置一内置冷凝器、一内置蒸发器、一压缩机和一节流阀；所述外置换热器的换热管通过所述压缩机和所述节流阀与所述内置冷凝器壳体之间构成一制热循环制冷工质循环管路，所述制热循环制热工质循环管路上设置4个阀门；所述外置换热器的换热管通过所述节流阀和所述压缩机与所述内置蒸发器的换热管道之间构成一制冷循环制冷工质循环管路，所述制冷循环制冷工质循环管路上设置4个阀门；所述用户设备包括热用户设备和冷用户设备，所述内置冷凝器的换热管道通过一供热循环管道和与所述热用户设备之间构成一用户供热循环管路；所述内置蒸发器的壳体通过一供冷循环管道与所述冷用户设备之间构成一用户制冷循环管路。
2.如权利要求1所述的一种带喷淋除尘的直接蒸发式矿井回风源热泵系统，其特征在于：所述外置换热器的换热管可以为翅片管式、光管式。
3.如权利要求1或2所述的一种带喷淋除尘的直接蒸发式矿井回风源热泵系统，其特征在于：所述用户设备为具有制冷或制热功能的空调设备。
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