CN110208025B - 一种多类型矿井乏风换热器热湿交换性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种多类型矿井乏风换热性能测试装置，通过室外低温空气模拟系统、矿井乏风模拟系统、恒温换热液体系统、多功能矿井乏风热湿交换系统、风流参数及热量测试采集系统组合成一套测试系统的匹配组合，完成对相应类型矿井乏风换热装置在不同热工气候区的换热性能专业性测试工作，为用户及技术人员提供准确的技术数据。该发明装置适用于实验室全天候测试矿井乏风‑新风间壁式与热管式换热器、矿井乏风‑水喷淋式换热、矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器、矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器等类型换热器的性能。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种多类型矿井乏风换热器热湿交换性能测试装置。
背景技术
随着环保意识的加强，各类矿井逐步废除了燃煤锅炉的供热系统，因此各类矿井的余废热的开发利用步入了高峰期，其中矿井乏风作为一种低温、量大的余废热源广受关注，各类矿井乏风换热器得到了广泛的推广应用。但各类矿井乏风换热器的换热性能没有确切的数据共使用方参阅，其参数多是理论计算或者数值模拟计算结果给出的数据，安全可靠性较低，因此造成当前的矿井乏风换热器的设计往往存在换热面积过大或者偏小的缺陷，影响了这一节能技术的推广应用市场。当前矿井乏风换热器缺少矿井乏风换热器换热性能的测试装置，而其他工业用换热器及民用建筑供暖空调的换热器的标准测试系统无法准确地用于矿井乏风换热器的测试，或者仅能粗略的测试某一种矿井乏风换热器的热工性能。
而本发明一种多类型矿井乏风换热测试装置，适用于多种类型矿井乏风换热器（矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器、矿井乏风-水喷淋式换热、矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器、矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器）换热性能的测试，具有测试精度、适用性强、占用场地小的特征。
而本发明一种低风阻矿井乏风取热加热井口入风流防冻的方法与装置，适用于仅有井口保温防冻需求的矿井，具有投资成本低、换热效率高、风阻低输送能耗低的特征。
发明内容
本发明专利的目的在于提供一种测试多种矿井乏风换热器的装置，该发明装置适用于实验室测试矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器、矿井乏风-水喷淋式换热、矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器、矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器等类型换热器的性能。
一种多类型矿井乏风换热性能测试装置通过室外低温空气模拟系统、矿井乏风模拟系统、恒温换热液体系统、多功能矿井乏风热湿交换系统、风流参数及热量测试采集系统组合成一套测试系统的匹配组合，完成对相应类型矿井乏风换热装置在不同热工气候区的换热性能专业性测试工作，为用户及技术人员提供准确的技术数据。
为实现矿井乏风换热性能测试的要求，本发明提供如下技术方案：
矿井乏风模拟系统由空气源热泵机组与恒温恒湿空气处理系统相连组成模拟矿井乏风温度、湿度的冷热源及加湿源，空气源热泵作为主热源，冷凝热回收预加热系统作为预热源，且恒温恒湿空气处理系统内设有辅助电热源及加湿器，矿井乏风模拟系统风量调节阀与恒温恒湿空气处理系统连接，在恒温恒湿空气处理系统的出口与矿井乏风进口端连接，并设有矿井乏风模拟系统新风阀、矿井乏风模拟系统排风阀根据测试工况合理调配新风与循环风比例，矿井乏风进口端依次前装设矿井乏风粉尘模拟装置、低温空气参数测控系统，由此构成了风量、温湿度、粉尘浓度可调的矿井乏风模拟系统。
室外低温空气模拟系统由低温冷水机组与低温恒温恒湿空气系统组成矿井新风的冷热源与湿源，两者之间通过低温盐液循环管路连接，低温盐液循环管路中装设盐液循环泵，在循环管路上低温盐液流量调节阀调控盐液流量，低温恒温恒湿空气系统风量调节阀与低温恒温恒湿空气系统连接，在低温恒温恒湿空气系统的出口与室外低温空气进口端连接，并设有室外低温低湿空气模拟系统新风阀、室外低温低湿空气模拟系统排风阀根据测试工况合理调配新风与循环风比例，室外低温空气进口端的管路上装设有低温空气参数测控系统，由此构建了风量、温湿度可调的室外低温空气系统模拟冬季室外不同气候区的室外空气。
恒温换热液体系统由恒温换热液体发生系统通过恒温换热液体循环管路及恒温换热液体循环泵将产生的恒温换热液体输送至换热液体供回端口，循环管路中装设恒温液体流量调节阀负责调节换热液体流量，换热液体供回端口装设的换热循环液体参数测控系统负责测试中调控恒温液体的温度及供回液参数，由此构建了适用于喷淋换热水及乙二醇水溶液等换热液体的恒温供应系统。
多功能矿井乏风热湿交换单元以多功能矿井乏风热湿交换室为主体，多功能矿井乏风热湿交换室依次设有室外低温空气进口端、热湿交换后低温空气出口端、矿井乏风进口端、热湿交换后矿井乏风出口端、换热液体供回端口等部件与矿井乏风模拟系统、室外低温空气模拟系统、恒温换热液体系统相联，多功能矿井乏风热湿交换室内根据需要测试可设置矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器、矿井乏风-水喷淋式换热器、矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器中的一种矿井乏风换热器，其中专用风管连接件、换热循环液供回管路等为换热器与换热室内的连接附件。
风流参数及热量测试采集系统由低温空气参数测控系统，低温空气参数测控系统，热湿交换后低温空气参数测试系统，热湿交换后矿井乏风源参数测试系统，4个测试系统均设有风量变送器、风压变送器、干湿球温度变送器，换热循环液体参数测控系统（设有流量变送器、温度变送器、压力变送器），测试系统主机构成；单次矿井乏风换热器换热性能的测试仅需部分测试系统工作。
附图说明
图1为多类型矿井乏风换热测试装置的结构简图，
图2 为矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器的性能测试实施例，
图3 为矿井乏风-水喷淋式换热器性能测试的实施例，
图4 为矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器性能测试的实施例，
图中：1-多功能矿井乏风热湿交换室，2-恒温恒湿空气处理系统，3-空气源热泵机组，4-低温冷水机组，5-低温恒温恒湿空气系统，6-恒温换热液体发生系统，7-低温空气参数测控系统，8-矿井乏风参数测控系统，9-热湿交换后低温空气参数测试系统，10-热湿交换后矿井乏风源参数测试系统，11-换热循环液体参数测控系统，12-盐液循环泵，13-低温盐液循环管路，14-恒温换热液体循环泵，15-恒温换热液体循环管路，16-室外低温空气进口端，17-热湿交换后矿井乏风出口端， 18-矿井乏风进口端，19-热湿交换后低温空气出口端，20-换热液体供回端口，21-测试系统主机，22-低温恒温恒湿空气系统风量调节阀，23-矿井乏风模拟系统风量调节阀，24-矿井乏风粉尘模拟装置，25-低温盐液流量调节阀，26-恒温液体流量调节阀，27-矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器， 28-专用风管连接件，29-矿井乏风-水喷淋式换热器， 30-换热循环液供回管路，31-矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器，32-冷凝热回收预加热系统，33-室外低温空气系统新风阀，34-矿井乏风模拟系统新风阀，35-矿井乏风模拟系统排风阀，36-低温恒温恒湿空气系统排风阀，A1-低温恒温恒湿空气系统循环风进口,A2-低温恒温恒湿空气系统循环风进口,B1-矿井乏风循环风进口,B2-矿井乏风循环风进口。
具体实施方式
其实施例分为不同矿井乏风换热器换热性能的测试实施例：
实施例一，矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器的性能测试具体为：
换热器与测试系统连接完成后，依次开启恒温恒湿空气处理系统2、空气源热泵机组3、盐液循环泵12、低温恒温恒湿空气处理系统5、低温冷水机组4，开启测试工作，
由矿井乏风参数测控系统8设定矿井乏风的温湿度参数并传送至恒温恒湿空气处理系统2，室外空气由矿井乏风模拟系统风量调节阀23与矿井乏风模拟系统新风阀34调配室外空气与循环空气比并调至设定风量进入恒温恒湿空气处理系统2，矿井乏风循环风进口B1与矿井乏风循环风进口B2之间用保温风管连接构成矿井乏风循环风管路。且室外温度（18~25℃，85%）较为接近模拟乏风的参数时矿井乏风模拟系统新风阀34全开、矿井乏风模拟系统排风阀35全开不设循环风，在恒温恒湿空气处理系统2通过空气源热泵机组通过冷媒管路输送的冷热量3、冷凝热回收预加热系统32以及恒温恒湿空气处理系统内的加热加湿装置对进入的室外空气的温湿度处理，冷凝热回收预加热系统32在适宜的工况时开启及调整冷凝热回收量的大小，处理到设定参数的空气由矿井乏风粉尘模拟装置24模拟矿井乏风的粉尘浓度后经保温管路送至矿井乏风进口端18，再经专用风管连接件28与多功能矿井乏风热湿交换室1内的矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器27的乏风进口连接，热湿交换后由-热湿交换后矿井乏风出口端17排出，并由热湿交换后矿井乏风源参数测试系统10与低温空气参数测控系统8将测试中的数据输总至测试系统主机21存储与运算分析；
由低温空气参数测控系统7设定室外低温空气的温湿度参数并传送至低温恒温恒湿空气处理系统5，室外空气由低温恒温恒湿空气系统风量调节阀26与室外低温空气系统新风阀33调配室外空气与循环空气比并调至设定风量进入低温恒温恒湿空气处理系统5，且室外温度较为接近模拟室外低温空气的参数时室外低温空气系统新风阀33全开、-低温恒温恒湿空气系统排风阀36全开不设循环风，低温盐液流量调节阀25调节低温循环盐液的流量控制输送冷量大小，低温冷水机组4提供的冷量经低温盐液循环管路13由盐液循环泵12送至低温恒温恒湿空气处理系统5，低温恒温恒湿空气处理系统5的温湿度处理设备对进入的室外空气的温湿度处理，处理到设定参数的低温空气作为冬季室外新风送至室外低温空气进口端16，再经专用风管连接件28与多功能矿井乏风热湿交换室1内的矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器27的新风进口连接，热湿交换后由热湿交换后低温空气出口端19排出，并由热湿交换后低温空气参数测试系统9与低温空气参数测控系统7将测试中的风量、温湿度、风压等数据输送至测试系统主机21记录及运算分析；
由以上步骤实施完成了矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器某一个工况换热性能的测试分析，根据需要测试其他工况，完成换热器换热性能曲线及风阻性能的测试。
实施例二，其中矿井乏风喷淋式换热器的性能测试的实施例具体为：
换热器与测试系统连接完成后，依次开启恒温恒湿空气处理系统2、空气源热泵机组3、恒温换热液体发生系统6、恒温换热液体循环泵14，开启测试工作，
由矿井乏风参数测控系统8设定矿井乏风的温湿度参数并传送至恒温恒湿空气处理系统2，室外空气由矿井乏风模拟系统风量调节阀23与与矿井乏风模拟系统新风阀34调配室外空气与循环空气比并调至设定风量进入恒温恒湿空气处理系统2，矿井乏风循环风进口B1与矿井乏风循环风进口B2之间用保温风管连接构成矿井乏风循环风管路。且室外温度（18~25℃，85%）较为接近模拟乏风的参数时矿井乏风模拟系统新风阀34全开、矿井乏风模拟系统排风阀35全开不设循环风，在恒温恒湿空气处理系统2通过空气源热泵机组3通过冷媒管路输送的冷量以及恒温恒湿空气处理系统内的加热加湿装置对进入的室外空气的温湿度处理，处理到设定参数的空气由矿井乏风粉尘模拟装置24模拟矿井乏风的粉尘浓度后经保温管路送至矿井乏风进口端18，再经专用风管连接件28与多功能矿井乏风热湿交换室1内的矿井乏风-水喷淋式换热器29的乏风进口连接，热湿交换后由-热湿交换后矿井乏风出口端17排出，并由热湿交换后矿井乏风源参数测试系统10与低温空气参数测控系统8将测试中的数据输总至测试系统主机21存储与运算分析；
恒温换热液体发生系统6以专用恒温溶液箱为主体对不同溶液加热或者冷却向外部提供设定流量与温度的恒温溶液作为喷淋介质，恒温换热液体发生系统6通过恒温换热液体循环管路15与多功能矿井乏风热湿交换室1的换热液体供回端口20相连，再经换热循环液供回管路30与矿井乏风-水喷淋式换热器29构成矿井乏风-水喷淋式换热器29喷淋换热的喷淋液能量交换与循环系统，恒温换热液体循环管路15中恒温换热液体循环泵14提供喷淋液循环的动力，装设恒温液体流量调节阀26负责调控参与能量交换的喷淋液流量，恒温换热液体发生系统6供应的喷淋液在矿井乏风-水喷淋式换热器29内与模拟的矿井乏风换热后经换热循环液供回管路30进入换热液体供回端口20对喷淋液进行水处理后，经恒温换热液体循环管路15回至恒温液体发生系统6内再次冷却或者加热达到设定温度后再次送至矿井乏风-水喷淋式换热器29内循环交换能量，同时换热液体供回端口20装设的换热循环液体参数测控系统11将喷淋液与矿井乏风-水喷淋式换热器29的能量交换过程中的喷淋液流量、温度、密度等参数实时传送至至测试系统主机21记录并运算分析；
由以上步骤实施完成了矿井乏风-喷淋式换热器某一个工况换热性能的测试分析，根据需要调整矿井乏风流量及温湿度、喷淋液温湿度等工况参数，完成换热器换热性能曲线及风阻性能的测试。
实施例三，乙二醇水溶液与矿井乏风换热的表面式换热器性能测试的实施例具体为：
换热器与测试系统连接完成后，依次开启恒温恒湿空气处理系统2、空气源热泵机组3、恒温换热液体发生系统6、恒温换热液体循环泵14，开启测试工作，
由矿井乏风参数测控系统8设定矿井乏风的温湿度参数并传送至恒温恒湿空气处理系统2，室外空气由矿井乏风模拟系统风量调节阀23与与矿井乏风模拟系统新风阀34调配室外空气与循环空气比并调至设定风量进入恒温恒湿空气处理系统2，矿井乏风循环风进口B1与矿井乏风循环风进口B2之间用保温风管连接构成矿井乏风循环风管路。且室外温度（18~25℃，85%）较为接近模拟乏风的参数时矿井乏风模拟系统新风阀34全开、矿井乏风模拟系统排风阀35全开不设循环风，在恒温恒湿空气处理系统2通过空气源热泵机组3通过冷媒管路输送的冷量以及恒温恒湿空气处理系统内的加热加湿装置对进入的室外空气的温湿度处理，处理到设定参数的空气由矿井乏风粉尘模拟装置24模拟矿井乏风的粉尘浓度后经保温管路送至矿井乏风进口端18，再经专用风管连接件28与多功能矿井乏风热湿交换室1内的矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器31的乏风进口连接，热湿交换后由-热湿交换后矿井乏风出口端17排出，并由热湿交换后矿井乏风源参数测试系统10与低温空气参数测控系统8将测试中的数据输总至测试系统主机21存储与运算分析；
恒温换热液体发生系统6以专用恒温溶液箱为主体对不同溶液加热或者冷却向外部提供设定流量与温度的恒温溶液作为喷淋介质，恒温换热液体发生系统6通过恒温换热液体循环管路15与多功能矿井乏风热湿交换室1的换热液体供回端口20相连，再经换热循环液供回管路30与矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器31构成矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器31能量交换与循环系统，恒温换热液体循环管路15中恒温换热液体循环泵14提供换热循环的动力，装设恒温液体流量调节阀26负责调控参与能量交换的溶液流量，恒温换热液体发生系统6供应的溶液在矿井乏风-水喷淋式换热器29内与模拟的矿井乏风换热后经换热循环液供回管路30进入换热液体供回端口20对换热溶液进行水处理后，经恒温换热液体循环管路15回至恒温液体发生系统6内再次冷却或者加热达到设定温度后再次送至矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器31内循环交换能量，同时换热液体供回端口20装设的换热循环液体参数测控系统11将喷淋液与矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器31的能量交换过程中的喷淋液流量、温度、密度等参数实时传送至至测试系统主机21记录并运算分析；
由以上步骤实施完成了矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器某一个工况换热性能的测试分析，根据需要调整矿井乏风流量及温湿度、喷淋液温湿度等工况参数，完成换热器换热性能曲线及风阻性能的测试。
Claims (7)
1.一种多类型矿井乏风换热器热湿交换性能测试装置，其特征在于：主要包括室外低温空气模拟单元和矿井乏风模拟单元、多功能矿井乏风热湿交换单元、恒温换热液体发生系统、风流参数及热量测试采集单元；通过室外低温空气模拟单元、矿井乏风模拟单元、恒温换热液体发生系统、多功能矿井乏风热湿交换单元、风流参数及热量测试采集单元组合成一套测试系统的匹配组合，完成对相应类型矿井乏风换热装置在不同热工气候区的换热性能专业性测试工作；
所述的多功能矿井乏风热湿交换单元包括多功能矿井乏风热湿交换室,多功能矿井乏风热湿交换室具有室外低温空气进口端，热湿交换后矿井乏风出口端，矿井乏风进口端，热湿交换后低温空气出口端，换热液体供回端口；
所述的风流参数及热湿测试采集单元包括测试系统主机，测试系统主机分别与矿井乏风参数测控系统，低温空气参数测控系统，热湿交换后低温空气参数测试系统，热湿交换后矿井乏风源参数测试系统，换热循环液体参数测控系统连接；
所述的矿井乏风模拟单元包括恒温恒湿空气处理系统与空气源热泵机组，
恒温恒湿空气处理系统与空气源热泵机组构成矿井乏风模拟单元的冷热源与湿源，矿井乏风参数测控系统设定矿井乏风参数并通过保温风管连接矿井乏风模拟单元风量调节阀与矿井乏风粉尘模拟装置控制矿井乏风风量及粉尘浓度，恒温恒湿空气处理系统与空气源热泵机组联合控制矿井乏风的温湿度，矿井乏风进口端实现矿井乏风模拟单元与多功能矿井热湿交换单元内的矿井乏风换热器的连接端口，矿井乏风循环风进口B1与矿井乏风循环风出口B2之间用保温风管连接构成矿井乏风循环风管路，降低测试系统能耗；
所述的室外低温空气模拟单元包括低温冷水机组与低温恒温恒湿空气系统、低温盐液循环管路，
低温冷水机组与低温恒温恒湿空气系统、低温盐液循环管路连接组成矿井新风的冷热源与湿源，低温盐液循环管路中装设盐液循环泵并通过低温盐液流量调节阀控制盐液流量与输送的冷量，低温空气参数测控系统设定低温空气参数，并通过保温风管连接低温恒温恒湿空气系统风量调节阀调控低温空气风量，低温冷水机组与低温恒温恒湿空气系统联合控制低温恒湿空气的热湿参数，室外低温空气进口端实现室外低温空气模拟单元与多功能矿井热湿交换单元内的矿井乏风换热器的连接端口，低温恒温恒湿空气系统循环风进口A1与低温恒温恒湿空气系统循环风出口A2之间用保温风管连接构成低温恒温恒湿空气循环风管路，降低测试的能耗，且空气源热泵设置冷凝热回收功能，通过冷凝热回收预加热系统在适宜的工况开启为矿井乏风模拟单元预热，节约能耗；
恒温换热液体发生系统通过恒温换热液体循环管路与恒温换热液体循环泵将产生的恒温换热液体输送至换热液体供回端口，恒温液体流量调节阀控制换热液体流量，换热液体供回端口装设的换热循环液体参数测控系统，换热循环液体参数测控系统设定恒温液体供液温度与流量，恒温液体流量调节阀调节换热循环液体的流量，换热液体供回端口实现恒温液体发生单元与多功能矿井热湿交换单元内的矿井乏风换热器的连接端口。
2.根据权利要求1所述的一种多类型矿井乏风换热器热湿交换性能测试装置，其特征在于：所述的多类型矿井乏风换热器热湿交换性能测试装置可根据需要将矿井乏风换热器的乏风进出口及其他热湿交换介质的进出口与对应的端口可自由组合成不同矿井乏风换热装置的性能测试系统。
3.根据权利要求1所述的一种多类型矿井乏风换热器热湿交换性能测试装置，其特征在于，
矿井乏风的加热源采用空气源热泵机组作为加热源与制冷源，满足不同季节对空气采取的加热加湿、冷却除湿、等焓加湿处理工艺，恒温恒湿空气处理系统并设有辅助电热源满足极端低温天气的测试要求。
4.根据权利要求1所述的一种多类型矿井乏风换热器热湿交换性能测试装置，其特征在于，所述的多功能矿井乏风热湿交换单元设置矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器，
矿井乏风进口端与矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器的乏风进口连接，
矿井乏风出口端与矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器的乏风出口连接，
室外低温空气进口端与矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器的新风进口连接，
低温空气出口端与矿井乏风-新风间壁式与热管式换热器的新风出口连接。
5.根据权利要求1所述的一种多类型矿井乏风换热器热湿交换性能测试装置，其特征在于，所述的多功能矿井乏风热湿交换单元设置矿井乏风-水喷淋式换热器，
矿井乏风进口端与矿井乏风-水喷淋式换热器的乏风进口连接，
矿井乏风出口端与矿井乏风-水喷淋式换热器的乏风出口连接，
换热液体供回端口经换热循环液供回管路与矿井乏风-水喷淋式换热器连接构成矿井乏风-水喷淋式换热器喷淋换热的喷淋液能量交换与循环系统。
6.根据权利要求1所述的一种多类型矿井乏风换热器热湿交换性能测试装置，其特征在于，所述的多功能矿井乏风热湿交换单元设置矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器，
矿井乏风进口端与矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器的乏风进口连接，
矿井乏风出口端与矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器的乏风出口连接，
换热液体供回端口经换热循环液供回管路与矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器连接。
7.根据权利要求1所述的一种多类型矿井乏风换热器热湿交换性能测试装置，其特征在于：所述的恒温换热液体发生系统可向矿井乏风-水喷淋式换热器供应与乏风热湿交换的恒温水，向矿井乏风与乙二醇水溶液表面式换热器供应热交换的恒温乙二醇水溶液及喷淋水等不同换热恒温液体工质。
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