CN104197586B - 一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统 - Google Patents

Abstract

一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，包括位于排风井口上方的乏风换热装置，乏风换热装置的上口通过管路与一四通阀的第一阀口相连，乏风换热装置的下口通过一设有第一循环泵的管路与一壳管式换热器的第一接口相连，四通阀的第三阀口与壳管式换热器的第二接口相连，壳管式换热器的客户端接口通过设有第二循环泵的循环管道与客户端相连，四通阀的第四阀口通过一设有油氟分离器的管路与一压缩机的高压出口相连。冬季利用矿井排风井口排出的温度恒定的乏风制得热水供矿区用热和采暖使用，夏季制得冷水供井口通风降温和空调使用，通过设置油氟分离器使润滑油能及时高效地返回到压缩机，提高乏风热泵系统的换热效率。

Description

一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统

技术领域：

本发明涉及一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统。

背景技术：

目前煤矿的用热及采暖多采用燃煤、燃气锅炉(或热风炉)，采用锅炉不仅能耗高、经济性差，还存在排放污染的问题，与国家大力倡导的节能减排方针背道而驰；同时，矿井排风井口的乏风蕴含丰富的低品位热量，具有长期稳定的流量和较高的温湿度参数，其热能资源丰富稳定，然而由于得不到有效利用而排至大气，造成能源的严重浪费。

目前我国矿井乏风热能资源利用技术有“喷淋式”和“直蒸式”两种，喷淋技术由设置于排风井口的喷淋塔喷淋出水雾，在井口中与矿井乏风进行热交换，被加热的水经井口底部的水槽汇聚于喷淋池，作为热源进入热泵机组，从而制取50-60℃的热水供煤矿生产生活使用，被提取热量的水再次由水泵打到喷淋塔循环使用，但此技术以水作为介质而非直接利用矿井乏汽的热量，由于存在换热温差导致热量利用率低，机组能效比下降；另外与矿井乏风热交换的水杂质多、水质差，进入热泵机组会对机组产生腐蚀；还需要在井口底部开挖水槽及增设喷淋池回收喷淋水，工艺复杂，成本高。其中直蒸式矿井乏风热利用技术是利用低温低压的液态制冷剂直接提取矿井乏风中的热量，与喷淋式相比具有取热量大、不浪费水、不形成水污染和噪声污染、成本低等优势，因此直蒸式矿井乏风热利用技术是未来的主流方向。直蒸高效乏风热泵系统是针对直蒸式矿井乏风热利用技术的应用特点开发的一种专用乏风热能利用系统。

而现有的直蒸高效乏风热泵系统由于乏风换热装置置于井口，与机组垂直距离较远，会出现回油不足、压缩机高温报警、换热效果差等问题，而且仅能实现供热，只能满足用户的热需求，而不能供给冷负荷。

发明内容：

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，它结构设计合理，冬季利用矿井排风井口排出的温度恒定的乏风制得热水供矿区用热和采暖使用，夏季制得冷水供井口通风降温和空调使用，通过设置油氟分离器使润滑油能及时高效地返回到压缩机，同时不再受乏风换热装置与机房距离的约束，通过设置第一循环泵使更多的液态制冷剂流经井口乏风换热装置充分吸热蒸发，提高乏风热泵系统的换热效率，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，包括位于排风井口上方的乏风换热装置，乏风换热装置的上口通过管路与一四通阀的第一阀口相连，乏风换热装置的下口通过一设有第一循环泵的管路与一壳管式换热器的第一接口相连，四通阀的第三阀口与壳管式换热器的第二接口相连，壳管式换热器的客户端接口通过设有第二循环泵的循环管道与客户端相连，四通阀的第四阀口通过一设有油氟分离器的管路与一压缩机的高压出口相连，压缩机的低压入口通过管路与四通阀的第二阀口相连，四通阀通过导线与控制装置相连。

一冷凝器的制冷剂入口通过设有第二电磁阀的管路与乏风换热装置的上口和四通阀的第一阀口之间的管路相连，冷凝器的制冷剂出口通过设有第一电磁阀的管路与乏风换热装置的下口和壳管式换热器的第一接口之间的管路相连，冷凝器的冷却端接口通过一循环管路与一冷却塔相连，第一电磁阀和第二电磁阀分别通过导线与控制装置相连。

所述乏风换热装置包括一罩设于矿井的排风井口上方一换热房，换热房的四个竖直设置的侧墙上均设置翅片换热器，换热房的房顶为四棱锥形房顶，四棱锥形房顶与侧墙的连接处设有一环形接水槽，在环形接水槽的底部与各翅片换热器相对的位置分别设有一位于换热房内的水管，各水管的出水口分别与其对应的翅片换热器位置相对设置，在每个水管内分别设有电动阀，在环形接水槽内设有液位计，一微压差计的两个感温探头分别放置于换热房内和换热房外，在四棱锥形房顶的顶面上设有若干个电动风阀，各个电动风阀、微压差计、电动阀、液位计均通过导线与控制装置相连，所有翅片换热器的上口相连后与四通阀的第一阀口相连，所有翅片换热器的下口相连后与壳管式换热器的第一接口相连。

在换热房内靠近每个翅片换气器的迎风面处各设置一过滤网。

一自来水水管的一端位于环形接水槽内，另一端连接水源。

所述翅片换气器的翅片为镍铜翅片。

在翅片换热器的翅片外侧表面设有亲水铝箔层。

所述翅片换热器的翅片间距为3.0mm。

本发明采用上述方案，结构设计合理，冬季利用矿井排风井口排出的温度恒定的乏风制得热水供矿区用热和采暖使用，夏季制得冷水供井口通风降温和空调使用，通过设置油氟分离器使润滑油能及时高效地返回到压缩机，同时不再受乏风换热装置与机房距离的约束，通过设置第一循环泵使更多的液态制冷剂流经井口乏风换热装置充分吸热蒸发，提高乏风热泵系统的换热效率。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中乏风换热装置的结构示意图

图中，1、乏风换热装置，2、四通阀，3、第一阀口，4、第一循环泵，5、壳管式换热器，6、第一接口，7、第三阀口，8、第二接口，9、客户端接口，10、第二循环泵，11、第四阀口，12、油氟分离器，13、压缩机，14、第二阀口，15、冷凝器，16、，第一电磁阀，17、第二电磁阀，18、冷却塔，19、侧墙，20、翅片换气器，21、四棱锥形房顶，22、环形接水槽,23、水管，24、电动阀，25、液位计，26、微压差计，27、电动风阀，28、过滤网，29、自来水水管。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-2所示，一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，包括位于排风井口上方的乏风换热装置1，乏风换热装置1的上口通过管路与一四通阀2的第一阀口3相连，乏风换热装置1的下口通过一设有第一循环泵4的管路与一壳管式换热器5的第一接口6相连，四通阀2的第三阀口7与壳管式换热器5的第二接口8相连，壳管式换热器5的客户端接口9通过设有第二循环泵10的循环管道与客户端相连，四通阀2的第四阀口11通过一设有油氟分离器12的管路与一压缩机13的高压出口相连，压缩机13的低压入口通过管路与四通阀2的第二阀口14相连，四通阀2通过导线与控制装置相连。

本发明直蒸高效乏风冷暖热泵系统在冬季时，利用矿井排风井口排出的温度恒定的乏风制得热水供矿区用热和采暖，夏季制得冷水供井口通风降温和空调使用。冬季制热时，控制装置控制四通阀2的第一阀口3和第二阀口14相通，第四阀口11和第三阀口7相通，气态制冷剂被压缩机压缩成为高温高压气体，通过油氟分离器12进行油氟分离，润滑油回流至压缩机13，气态制冷剂经四通阀2从进入第二接口8进入壳管式换热器5，与壳管式换热器5内的水换热，气态制冷剂冷凝液化放热，成为液态，同时将壳管式换热器5中的水加热，加热的水通过第二循环水泵10给矿区用热和采暖使用，比如用于井筒保温和洗浴。液态制冷剂从第一接口6流出经第一循环泵4进入乏风换热装置1，液态制冷剂在乏风换热装置1内吸收井口排出的乏风的热量蒸发气化成为气态，成为气态的制冷剂通过四通阀2再次进入压缩机13开始下一个循环。第一循环泵4提供制冷剂在管道中流动的动力，使更多的液态制冷剂流经乏风换热装置1充分吸热蒸发，提高乏风热泵系统的换热效率。

夏季制冷时，控制装置控制四通阀2换向，使四通阀2的第一阀口3和第四阀口相通，第三阀口7和第二阀口14相通，从压缩机13出来的高温高压气体通过油氟分离器12进行油氟分离，润滑油回流至压缩机13，气态制冷剂经四通阀2进入乏风换热装置1，与乏风换热后冷凝成液态，液态制冷剂经第一循环泵4从第一接口6进入壳管式换热器5，与壳管式换热器5内的水换热，液态制冷剂蒸发气化吸取壳管式换热器5内的水的热量成为气态制冷剂，对壳管式换热器5内的水进行制冷，制冷的水通过第二循环泵10用于井口通风降温和空调使用，气态制冷剂从第二接口8流出通过四通阀2再次进入压缩机13，压缩机13对气体制冷剂压缩成为高温高压气体，开始下一个循环，润滑油回流至压缩机13。

一冷凝器15的制冷剂入口通过设有第二电磁阀17的管路与乏风换热装置1的上口和四通阀2的第一阀口3之间的管路相连，冷凝器15的制冷剂出口通过设有第一电磁阀16的管路与乏风换热装置1的下口和壳管式换热器5的第一接口6之间的管路相连，冷凝器15的冷却端接口通过一循环管路与一冷却塔18相连，第一电磁阀16和第二电磁阀17分别通过导线与控制装置相连。

当夏季制冷时的冷负荷加大，仅靠乏风换热装置1冷凝放热达不到系统放热量的要求时，可通过控制装置打开第一电磁阀16和第二电磁阀17，原只流向乏风换热装置1的高温高压气体分流一部分至冷凝器15内进行换热，热量通过冷却塔释放到外界，气体制冷剂冷凝成液态制冷剂，然后经过管路与从乏风换热装置1流出的液态制冷剂混合后流入壳管式换热器5。如此通过冷凝器15和冷却塔18帮助放出多余的热量，达到系统对放热量的要求。

所述乏风换热装置1包括一罩设于矿井的排风井口上方一换热房，换热房的四个竖直设置的侧墙19上均设置翅片换热器20，换热房的房顶为四棱锥形房顶，四棱锥形房顶与侧墙19的连接处设有一环形接水槽22，在环形接水槽22的底部与各翅片换热器20相对的位置分别设有一位于换热房内的水管23，各水管23的出水口分别与其对应的翅片换热器20位置相对设置，在每个水管23内分别设有电动阀24，在环形接水槽22内设有液位计25，一微压差计25的两个感温探头分别放置于换热房内和换热房外，在四棱锥形房顶21的顶面上设有若干个电动风阀27，各个电动风阀27、微压差计26、电动阀24、液位计25均通过导线与控制装置相连，所有翅片换热器20的上口相连后与四通阀2的第一阀口3相连，所有翅片换热器20的下口相连后与壳管式换热器5的第一接口6相连。

由翅片换热器20和具有四棱锥形房顶21的换热房组成的密闭维护装置放置在矿井的排风口上方，确保矿井排风只能全部通过翅片换热器20而排到大气中，使翅片换热器20中的制冷剂能够与乏风充分换热。

四棱锥形房顶21的侧板斜度经过严格的计算验证，使垂直向上的排风经过倾斜的侧板改变风向后，正好全部经过翅片换热器20排到室外，这种结构的房顶不但可以减少排风的阻力，而且在一备一用的双排风井口，可以使备用排风井口侧的翅片换热器20得到使用排风井口侧翅片换热器20相近的风量，充分发挥翅片换热器20的换热效果，实现均衡翅片换热器20的风量的作用。

所述环形接水槽22在下雨天用于接雨水，当环形接水槽22收集到的雨水到达液位设定值时，液位计25发送信号给控制装置，控制装置控制电动阀24打开，雨水通过水管23对翅片换热器20进行冲洗。这样通过在下雨天收集雨水自动对翅片换热器20进行清洗，可减少人工高空清洗的次数，降低人们的劳动强度。

当翅片换热器20发生脏堵后，会造成排风压力增大，当微压差记26检测到换热房内外压差＞250Pa时，微压差计26给控制装置发送信号，控制装置报警并打开电动风阀27，使部分风量通过电动风阀27排到室外，防止由于翅片换热器20脏堵而增大井口排风的压力，保证矿井的安全。根据报警提示人们对翅片换热20器进行清理，清理完毕后再手动关闭电动风阀。

在换热房内靠近每个翅片换气器20的迎风面处各设置一过滤网28。矿场粉尘多，过滤网28作为第一道除尘过滤装置，可以过滤到大部分粉尘和杂质，起到保护翅片换热器20的作用。

一自来水水管29的一端位于环形接水槽22内，另一端连接水源。在翅片换热器20发生脏堵而又没雨水时，人们可通过向自来水水管29供应自来水对各个翅片换热器20进行冲洗，省却人们高空清洗的麻烦。清洗过程如下：人们向自来水水管29供应自来水，自来水流入环形接水槽22内，当环形接水槽22内的水位到达设定值时，液位计25发送信号给控制装置，控制装置控制电动阀24打开，自来水通过各个水管23对各个翅片换热器20进行冲洗。

所述翅片换气器20的翅片为镍铜翅片。镍铜翅片中含有镍元素，可以增加翅片本身的强度和耐腐蚀能力，镍铜翅片中含有紫铜，可以保证翅片距离在同等情况下而换热效果更好，而且紫铜还具有100％的抗菌率和0级的长霉等级，灰尘很难粘附在翅片表面上，具有很好的自清洁功能。故采用镍铜翅片的翅片换热器20具有抗菌抑霉、耐脏堵、翅片强度高不易变形、换热效果好等特点。

在翅片换热器20的翅片外侧表面设有亲水铝箔层。煤矿空气湿度大，在换热过程中会产生大量泠凝水，亲水铝箔可使冷凝水及时排走避免凝结在翅片表面，从而提高换热效率，还能有效避免冷凝水阻碍空气流动而产生的噪音。

所述翅片换热器20的翅片间距为3.0mm。增大翅片间距不仅可以减少风阻，还可以让让矿井排风中较大的粉尘颗粒通过，不会滞留在换热器表面，避免堵塞翅片换热器。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，其特征在于：包括位于排风井口上方的乏风换热装置，乏风换热装置的上口通过管路与一四通阀的第一阀口相连，乏风换热装置的下口通过一设有第一循环泵的管路与一壳管式换热器的第一接口相连，四通阀的第三阀口与壳管式换热器的第二接口相连，壳管式换热器的客户端接口通过设有第二循环泵的循环管道与客户端相连，四通阀的第四阀口通过一设有油氟分离器的管路与一压缩机的高压出口相连，压缩机的低压入口通过管路与四通阀的第二阀口相连，四通阀通过导线与控制装置相连，所述乏风换热装置包括一罩设于矿井的排风井口上方一换热房，换热房的四个竖直设置的侧墙上均设置翅片换热器，换热房的房顶为四棱锥形房顶，四棱锥形房顶与侧墙的连接处设有一环形接水槽，在环形接水槽的底部与各翅片换热器相对的位置分别设有一位于换热房内的水管，各水管的出水口分别与其对应的翅片换热器位置相对设置，在每个水管内分别设有电动阀，在环形接水槽内设有液位计，一微压差计的两个感温探头分别放置于换热房内和换热房外，在四棱锥形房顶的顶面上设有若干个电动风阀，各个电动风阀、微压差计、电动阀、液位计均通过导线与控制装置相连，所有翅片换热器的上口相连后与四通阀的第一阀口相连，所有翅片换热器的下口相连后与壳管式换热器的第一接口相连。

2.根据权利要求1所述的一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，其特征在于：一冷凝器的制冷剂入口通过设有第二电磁阀的管路与乏风换热装置的上口和四通阀的第一阀口之间的管路相连，冷凝器的制冷剂出口通过设有第一电磁阀的管路与乏风换热装置的下口和壳管式换热器的第一接口之间的管路相连，冷凝器的冷却端接口通过一循环管路与一冷却塔相连，第一电磁阀和第二电磁阀分别通过导线与控制装置相连。

3.根据权利要求1所述的一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，其特征在于：在换热房内靠近每个翅片换气器的迎风面处各设置一过滤网。

4.根据权利要求1所述的一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，其特征在于：一自来水水管的一端位于环形接水槽内，另一端连接水源。

5.根据权利要求1所述的一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，其特征在于：所述翅片换气器的翅片为镍铜翅片。

6.根据权利要求1所述的一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，其特征在于：在翅片换热器的翅片外侧表面设有亲水铝箔层。

7.根据权利要求1所述的一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统，其特征在于：所述翅片换热器的翅片间距为3.0mm。