CN113932480A - 一种适用于矿井的多功能热泵系统 - Google Patents

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高庆梅
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Abstract

一种适用于矿井的多功能热泵系统，包含废水相变换热装置，包含热泵热水器、第一风机、第一空气循环管和第一蒸发器；两个第一空气循环管的一端伸入矿井内，两个第一空气循环管的另一端分别与第一蒸发器的壳腔相连，其中一个第一空气循环管的一端内设置有第一风机，第一蒸发器的盘管通过循环管道与热泵热水器相连，废水相变换热装置的工质由矿井内的废水提供。本发明避免了矿井水在换热器表面结垢，兼具矿井水、回风热回收、矿井热湿环境调节、废水提纯、生活热水供应的功能。

Description

一种适用于矿井的多功能热泵系统
技术领域
本发明涉及一种热泵系统，具体涉及一种适用于矿井的多功能热泵系统，属于煤炭矿产开采行业领域。
背景技术
煤炭在开采过程中会将地壳深处的地热能带出地面，产生大量废热资源，如矿井内部空气的排风、矿井开采产生的废水等均是较优质的热资源。矿井回风恒温高湿的特点决定了其含有巨大的热量，可以作为良好的低温热源。矿井废水同样具有温度恒定、比热容大、取热量大的特点，也可以作为低品位热源被提取热量。
矿井水悬浮物含量和含盐量都比较高，利用热泵提取矿井水中的热量，热泵系统长期运行换热器表面会形成一层污垢，从而导致换热器的换热效率严重下降甚至引起热泵机组停机。
发明内容
本发明是为克服现有技术不足，提供一种适用于矿井的多功能热泵系统，本发明避免了矿井水在换热器表面结垢，兼具矿井水、回风热回收、矿井热湿环境调节、废水提纯、生活热水供应的功能。
一种适用于矿井的多功能热泵系统，包含废水相变换热装置，包含热泵热水器、第一风机、第一空气循环管和第一蒸发器；两个第一空气循环管的一端伸入矿井内，两个第一空气循环管的另一端分别与第一蒸发器的壳腔相连，其中一个第一空气循环管的一端内设置有第一风机，第一蒸发器的盘管通过循环管道与热泵热水器相连，废水相变换热装置的工质由矿井内的废水提供。
本发明相比现有技术的有益效果是：
为了避免矿井水在换热器表面结垢，本发明矿井水与循环空气直接接触进行逆流热交换，矿井水通过水的蒸发作用以及矿井水与循环空气的热传导，通过传热传质原理将热量传递给循环空气。含有水蒸气的热空气与热泵系统的蒸发器盘管进行热交换，避免蒸发器盘管与矿井水的直接接触，从而有效解决蒸发器盘管结垢问题，保证了热泵系统的运行性能。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
图1为本发明一种适用于矿井的多功能热泵系统的整体结构示意图。
具体实施方式
结合图1说明，一种适用于矿井的多功能热泵系统，包含废水相变换热装置，包含热泵热水器12、第一风机61、第一空气循环管81和第一蒸发器91；
两个第一空气循环管81的一端伸入矿井内，两个第一空气循环管81的另一端分别与第一蒸发器91的壳腔相连，其中一个第一空气循环管81的一端内设置有第一风机61，第一蒸发器91的盘管通过循环管道与热泵热水器12相连，废水相变换热装置的工质由矿井内的废水提供。
废水相变换热装置主要回收矿井废水中的热能同时净化部分矿井水，
进一步来说，所述废水相变换热装置包含水泵3、喷淋器5、喷淋容器7和第二风机62；
喷淋器5布置在喷淋容器7内，位于喷淋器5上方的喷淋容器7内设有第二风机62，喷淋容器7的顶部和底部之间封装有第二空气循环管82，现有的污水源热泵的第二蒸发器92设在喷淋容器7顶部的第二空气循环管82内，废水箱1连接水泵3的入口端，水泵3的出口端连接喷淋器5。
矿井地下作业环境中的高温高湿排风将由第一个蒸发器91进行除湿和热回收，两个蒸发器并联将热量传递给热泵热水器12，排风经第一蒸发器91换热后温度下降、湿度降低，将换热后的冷空气送入矿下从而可以保证矿下空气环境的舒适性。
第一蒸发器91上还连接有第一回流管101，第一回流管101与第一冷凝水箱111相连，实现回收冷凝水。
矿井作业环境中的热湿空气被风机抽吸并送入第一个蒸发器，热湿空气在第一个蒸发器中进行降温冷凝，将热量传递给蒸发器内的制冷剂工质。空气被冷却降温、冷凝除湿后送回到矿井作业空间。第二个蒸发器回收矿井水废热过程中。在矿井水塔中，风机向上抽风，循环空气与向下洒落的污水充分接触进行热交换。水泵将矿井水送至喷淋器，喷淋器向下呈雾状喷淋。含水蒸气的循环热空气接触蒸发器将潜热和显热全部传递给蒸发器中的制冷剂工质。两个冷凝器下方设有冷凝水水管，连接冷凝水箱，收集的冷凝水用做城市清洁灌溉用水。两个蒸发器吸收的热量(显热和潜热总和)经过制冷剂的工质循环，在冷凝器处进行放热，将热量传递给另一侧清水，来加热热水，可给建筑供应生活热水或供热采暖。
通过热泵系统中两个并联的蒸发器和一个热泵热水器实现以下功能:(1)第一个蒸发器提取矿井空气中的潜热和显热，达到地下矿井中空气的降温除湿；(2)第二个蒸发器主要回收矿井废水中的热能同时净化部分矿井水。矿井水废热回收过程为了避免换热器表面的结垢问题，先由循环空气与矿井水进行热交换，再由热空气与蒸发器盘管进行热交换，避免蒸发器盘管与矿井水的直接接触，从而有效避免了蒸发器盘管结垢，保证了热泵系统的运行性能。(3)热泵热水器将两个蒸发器收回的热量用于加热生活热水或用于建筑供热；(4)两个蒸发器表面形成大量冷凝水，水质达到城市用水标准，可用于灌溉、冲洗马路等。
本实施方式的有益效果是：一台热泵机组实现了3种功能：矿井水废热回收、矿井空气环境的热湿调控、地上建筑的热水供应或供热；采用空气作为热交换介质，避免了矿井水与热泵蒸发器的直接接触，有效避免了蒸发器换热管的结垢。污垢主要在水箱中生成，易于清理，且不影响热泵系统的运行性能；系统对矿下高温高湿空气进行降温除湿后送回矿下，提升矿下工作人员的作业环境舒适性、有利于工人身心健康。
针对普通污水换热器的上述不足，本实施方式先由空气与污水进行热交换，再由热空气与第二蒸发器的盘管进行热交换，避免第二蒸发器的盘管与污水的直接接触，从而有效避免了第二蒸发器的盘管结垢，保证了热泵系统的运行性能。
参见图1说明，为了保证污水源热泵的第二蒸发器的盘管与热空气换热后冷凝的水汽能及时排出，保证换热高效有效运行，安装有第二蒸发器92的第二空气循环管82的管段与喷淋容器7底部之间还安装有第二回流管102。第二回流管10可使得第二蒸发器92内热空气热交换后的凝结水通过第二回流管102导致喷淋容器7的底部排出或被加热后再循环利用。
参见图1说明，作为一个可实施方式，废水箱1与水泵3连接的管道上还安装有阀门2，水泵3与喷淋器5连接的管道上还安装有阀门2。调整阀门2的开度，配合污水泵3可实现从喷淋器5进入喷淋容器7的污水的流量，进而实现控制与第二蒸发器92的热交换量和热交换效率。
参见图1说明，作为一个可实施方式，为了实现自动化控制，保证热交换连续稳定运行，提高运行效率，水泵3为变频污水泵。采用变频调速的污水泵有利于节能可控高效运行。
参见图1说明，作为一个可实施方式，水泵3与喷淋器5连接的管道上安装有可曲挠橡胶接头4。如此设置，可用于各种管道的经口偏移，轴向伸缩及不同心度，适应现场环境需要，同时，密封性好，安装维修方便，使用寿命长，也有利于降低噪音。通常，所述喷淋器5为管道喷淋器。所述阀门2为手动或电动调节阀。
工作过程
首先，矿下高温高湿的排风通过第一个蒸发器，进行降温除湿，随后送入矿下用来改善矿下空气热湿环境；同时回收冷凝水。
其次，由水泵3从矿井水渠中取水，送到喷淋器5，喷淋器5将水呈雾状喷出，换热后的矿井水经集水盘排污放空；第二风机62推动空气在环路中循环，空气与雾状水充分接触换热，空气升温且湿度增加，换热后的热空气吹过风机出口处的第二蒸发器92的盘管，与第二蒸发器92充分换热，将显热和潜热传递给第二蒸发器92；同时回收冷凝水。
第三，经过热泵热水器12回收的显热和潜热，经过热力循环，在热泵热水器12中加热另一侧热水，为建筑供应生活热水或建筑采暖。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (10)

1.一种适用于矿井的多功能热泵系统，包含废水相变换热装置，其特征在于：包含热泵热水器(12)、第一风机(61)、第一空气循环管(81)和第一蒸发器(91)；
两个第一空气循环管(81)的一端伸入矿井内，两个第一空气循环管(81)的另一端分别与第一蒸发器(91)的壳腔相连，其中一个第一空气循环管(81)的一端内设置有第一风机(61)，第一蒸发器(91)的盘管通过循环管道与热泵热水器(12)相连，废水相变换热装置的工质由矿井内的废水提供。
2.根据权利要求1所述一种适用于矿井的多功能热泵系统，其特征在于：所述废水相变换热装置包含水泵(3)、喷淋器(5)、喷淋容器(7)和第二风机(62)；
喷淋器(5)布置在喷淋容器(7)内，位于喷淋器(5)上方的喷淋容器(7)内设有第二风机(62)，喷淋容器(7)的顶部和底部之间封装有第二空气循环管(82)，现有的污水源热泵的第二蒸发器(92)设在喷淋容器(7)顶部的第二空气循环管(82)内，废水箱(1)连接水泵(3)的入口端，水泵(3)的出口端连接喷淋器(5)。
3.根据权利要求2所述一种适用于矿井的多功能热泵系统，其特征在于：第一蒸发器(91)上还连接有第一回流管(101)，第一回流管(101)与第一冷凝水箱(111)相连。
4.根据权利要求3所述一种适用于矿井的多功能热泵系统，其特征在于：所述喷淋容器(7)的底部安装有第二冷凝水箱(112)。
5.根据权利要求2所述一种适用于矿井的多功能热泵系统，其特征在于：安装有第二蒸发器(92)的第二空气循环管(82)的管段与喷淋容器(7)底部之间还安装有第二回流管(102)。
6.根据权利要求2所述一种适用于矿井的多功能热泵系统，其特征在于：废水箱(1)与水泵(3)连接的管道上还安装有阀门(2)，水泵(3)与喷淋器(5)连接的管道上还安装有阀门(2)。
7.根据权利要求2或5所述一种适用于矿井的多功能热泵系统，其特征在于：水泵(3)为变频污水泵。
8.根据权利要求1、2或4所述一种适用于矿井的多功能热泵系统，其特征在于：水泵(3)与喷淋器(5)连接的管道上安装有可曲挠橡胶接头(4)。
9.根据权利要求2所述一种适用于矿井的多功能热泵系统，其特征在于：所述喷淋器(5)为管道喷淋器。
10.根据权利要求5所述一种适用于矿井的多功能热泵系统，其特征在于：所述阀门(2)为手动或电动调节阀。
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