CN211476059U - 一种模块式乏风热泵机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模块式乏风热泵机组，包括机组外围护结构单元、热泵热力系统单元、矿井排风换热器清洗单元以及配电控制单元，机组外围护结构单元包括机组立面外层保温防护板、顶面外层保温防护板以及底座，热泵热力系统单元包括至少一组热泵机构，水‑工质换热器上设有水换进水口与水换出水口，所述矿井排风换热器清洗单元包括清洗加压泵、清洗电磁阀、单向阀，所述清洗液主管通过清洗分配管与设置在所述矿井排风换热器进风侧的扇形喷嘴相连接。本实用新型将目前的分体式压缩冷凝机组和直接蒸发取热器合为一个整体，大大降低工程安装费用和机组调试费用，可满足煤矿乏风热泵各种安装方向，同时增加了自动清洗功能。

Description

一种模块式乏风热泵机组

技术领域

本实用新型涉及一种矿井排风热泵，特别是涉及一种模块式乏风热泵机组。

背景技术

随着国内外节能意识的逐步增强，矿井排风(又称之为乏风)热泵技术在矿业节能领域得到了广泛的应用，矿井排风具有风量大，风温稳定、相对湿度大，连续性好的特点，是热泵良好的低温余热资源，通过热泵技术，将排风中余热提取出来，可以满足矿业企业建筑采暖、洗浴热水制备和井口防冻用热的需要。

目前在矿井排风余热利用技术领域中，主要有二种不同的技术路线：其一是采用淋水式取热技术，其原理是在矿井排风通道中采用低温水“喷淋”方式，通过水与矿井排风直接接触的传热传质方式，从矿井排风中提取热量，提升水的温度，再利用水源热泵技术从水中提取热量，制取热水，同时使水温降低后循环使用，该路线称之为“淋水式取热技术”，也就是“矿井排风余热二次换热”利用技术。其二是采用分体式直接蒸发式取热技术，其原理是将热泵蒸发器直接设置在矿井排风通道中，利用低温低压制冷剂液体在蒸发器中蒸发直接从矿井排风中取热，制冷剂工质通过管道与热泵压缩冷凝机组相连，利用热泵压缩冷凝直接制取热水，该路线称之为“直蒸式取热技术”，也就是“矿井排风余热一次换热”利用技术。

但是，现有矿井排风热泵供热技术存在如下问题：

采用淋水式取热技术运行电耗高，一方面，传热效果要求喷水量大，雾化好，淋水循环水量要求大，导致喷水循环水泵电耗高；另一方面，循环喷水中杂质多，要求过滤器目数高，阻力大，导致喷水循环水泵电耗高；循环水泵电耗需占供热系统总电耗的25％以上；喷嘴易堵，维护工作量大；腐蚀性物质易堆积，影响设备使用寿命；系统较复杂，投资大；运行费用高。

而采用分体式直接蒸发式取热技术也存在一些问题，如机组设备现场安装工程量大，调试困难，工程成本高；矿井排风取热器为垂直安装，进出风风向为水平方向，因而在一些有风向要求的地区受到一定的安装限制；需定制化生产，一矿一机，无法批量生产，生产成本高；矿井排风取热器为垂直安装，取热时冷凝水(或融霜水)需在冷侧排放，存在冻冰现象。

实用新型内容

本实用新型的目的针对上述问题，采用模块化整体设计思路，提出一种模块式乏风热泵机组，将矿井排风热泵机组的直接蒸发式取热器、压缩机、水换热器、风机与配电控制等整合为一个整体机组，以降低安装成本，增加系统可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种模块式乏风热泵机组，包括机组外围护结构单元、热泵热力系统单元、矿井排风换热器清洗单元以及配电控制单元，所述机组外围护结构单元包括设置在侧面的机组立面外层保温防护板、设置在顶面的顶面外层保温防护板以及设置在底部的底座，所述热泵热力系统单元包括至少一组热泵机构，所述热泵机构包括依次循环连接的压缩机、水-工质换热器、膨胀阀、矿井排风换热器、气液分离器，所述水-工质换热器上设有水换进水口与水换出水口，所述矿井排风换热器清洗单元包括设置在清洗液主管上的清洗加压泵、清洗电磁阀、单向阀，所述清洗液主管通过清洗分配管与设置在所述矿井排风换热器进风侧的扇形喷嘴相连接，所述配电控制单元包括配电控制柜、设置在所述矿井排风换热器两侧的微压差传感器以及温度压力传感器。

优选地，所述热泵热力系统单元包括两组并行设置的热泵机构，且两组并行设置的热泵机构共用一个水-工质换热器。

优选地，所述热泵机构还包括设置在所述矿井排风换热器上侧的顶面外层保温防护板上的风机。

优选地，在模块式乏风热泵机组工作时，乏风从底座处进入，并经所述矿井排风换热器换热后从顶面排出。

优选地，所述矿井排风换热器的底部设有水盘，所述水盘底部设有水盘排水管。

优选地，当所述微压差传感器反馈的压差达到或超过设定压差时，所述配电控制柜控制清洗电磁阀和清洗加压泵开启，清洗液通过清洗液主管与清洗分配管送至扇形喷嘴清洗所述矿井排风换热器；当所述微压差传感器反馈的压差低于设定的回差时，所述配电控制柜控制清洗电磁阀和清洗加压泵关闭。

基于上述技术方案，本实用新型的优点是：

1、整机安装，大大降低了现场工程安装成本；

2、机组为上出风，不受安装现场的风向要求限制；

3、两器均处于逆向换热，换热效果好，机组能效高，出水温度高；

4、矿井排风取热器的冷凝水盘设置在热侧，无需增加防冻装置；

5、考虑到矿井排风含有部分固体颗粒物会吸附到翅片上，机组矿井排风取热器设置了自动清洗功能；

6、无需进行专门的定制化生产，机组可在工厂直接批量化生产，其质量与性能有可靠保障；

7、采用模块化设计与批量生产，可大幅降低生产成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为模块式乏风热泵机组系统结构图；

图2为矿山矿井平硐排风扩散室一层布置示意图；

图3为矿山矿井平硐排风扩散室屋顶布置示意图；

图4为矿山矿井平硐排风扩散室截面示意图；

图5为矿山矿井对旋排风扩散室一层布置示意图；

图6为矿山矿井对旋排风扩散室二层布置示意图；

图7为矿山矿井对旋排风扩散室屋顶布置示意图；

图8为矿山矿井对旋排风扩散室截面示意图；

图9为矿山矿井轴流排风扩散室一层布置示意图；

图10为矿山矿井轴流排风扩散室二层布置示意图；

图11为矿山矿井轴流排风扩散室三层布置示意图；

图12为矿山矿井轴流排风扩散室屋顶布置示意图；

图13为矿山矿井轴流排风扩散室截面示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型提供了一种模块式乏风热泵机组，如图1所示，其中示出了本实用新型的一种优选实施方式。本实用新型采用模块式热泵热力系统整体设计方案，将目前的分体式压缩冷凝机组和直接蒸发取热器合为一个整体，大大降低工程安装费用和机组调试费用，机组直接蒸发取热器采用倒V型设计，通过底部进风上部出风，可满足煤矿乏风热泵各种安装方向，同时增加了自动清洗功能。

如图1所示，所述模块式乏风热泵机组包括机组外围护结构单元、热泵热力系统单元、矿井排风换热器清洗单元以及配电控制单元，所述机组外围护结构单元包括设置在侧面的机组立面外层保温防护板13、设置在顶面的顶面外层保温防护板14以及设置在底部的底座15，所述热泵热力系统单元包括至少一组热泵机构，所述热泵机构包括依次循环连接的压缩机1、水-工质换热器8、膨胀阀3、矿井排风换热器4、气液分离器2，所述水-工质换热器8上设有水换进水口9与水换出水口10，所述矿井排风换热器清洗单元包括设置在清洗液主管16上的清洗加压泵18、清洗电磁阀17、单向阀19，所述清洗液主管16通过清洗分配管7与设置在所述矿井排风换热器4进风侧的扇形喷嘴6相连接，所述配电控制单元包括配电控制柜21、设置在所述矿井排风换热器4两侧的微压差传感器20以及温度压力传感器。

优选地，在模块式乏风热泵机组工作时，乏风从底座15处进入，并经所述矿井排风换热器4换热后从顶面排出。通过机组立面外层保温防护板13、顶面外层保温防护板14与机组槽钢底座15，形成完整的模块机组结构构架与矿井排风自下而上的保温流通通道，底座15采用“目”子形骨架，可与机组基础形成密封面，隔断外部环境空气进入机组，同时可保证矿井排风自下而上流通，另外还可支固机组热泵热力系统单元与管道。

如图1所示，所述热泵热力系统单元包括两组并行设置的热泵机构，且两组并行设置的热泵机构共用一个水-工质换热器8，以节省空间，降低成本。

所述热泵热力系统单元在工作时，低压低温的热力工质液体进入矿井排风换热器4管内，遇到流经矿井排风换热器4翅片外侧的较高温度的矿井排风，在传热温差的驱动下，工质进行蒸发气化得热，变成低压低温气体。而矿井排风失热降温降湿后通过风机5或排风口排出机组，低压低温工质气体被压缩机1吸入，在电力驱动下，压缩机把低压低温工质气体压缩成高压高温的工质气体后，送至水-工质换热器8的换热管内。

水-工质换热器8上设有水换进水口9与水换出水口10，当遇到流经水-工质换热器8换热管外较低温度的用户热源回水，在传热温差的驱动下，工质进行冷凝液化失热，变成高压高温液体，而用户热源回水得热升温后被用户侧循环水泵送至热用户，机组完成制热功能，高压高温工质液体经膨胀阀3节流减压后变成低压低温的液体，再次进入矿井排风换热器4管内与矿井排风蒸发换热，形成机组热力系统连续循环制热工作。

优选地，所述热泵机构还包括设置在所述矿井排风换热器4上侧的顶面外层保温防护板14上的风机5。所述矿井排风换热器4的底部设有水盘11，所述水盘11底部设有水盘排水管12。

如图1所示，所述矿井排风换热器清洗单元包括设置在清洗液主管16上的清洗加压泵18、清洗电磁阀17、单向阀19，所述清洗液主管16通过清洗分配管7与设置在所述矿井排风换热器4进风侧的扇形喷嘴6相连接。当所述微压差传感器20反馈的压差达到或超过设定压差时，所述配电控制柜21控制清洗电磁阀17和清洗加压泵18开启，清洗液通过清洗液主管16与清洗分配管7送至扇形喷嘴6清洗所述矿井排风换热器4；当所述微压差传感器20反馈的压差低于设定的回差时，所述配电控制柜21控制清洗电磁阀17和清洗加压泵18关闭。

配电控制单元包括配电控制柜21、设置在所述矿井排风换热器4两侧的微压差传感器20以及温度压力传感器。配电控制单元根据机组设备配电需求与矿井用电安全要求，实现该机组达标的配电功能，控制硬软件系统，根据微压差传感器与机组热力系统的压力、温度传感器的实时参数与设定参数比较，完成机组需达到的各种保护及报警功能，显示统计传输功能与供热供需实时平衡控制功能。

本实用新型的模块式乏风热泵机组具有如下优点：

1、整机安装，大大降低了现场工程安装成本；

2、机组为上出风，不受安装现场的风向要求限制；

3、两器均处于逆向换热，换热效果好，机组能效高，出水温度高；

4、矿井排风取热器的冷凝水盘设置在热侧，无需增加防冻装置；

5、考虑到矿井排风含有部分固体颗粒物会吸附到翅片上，机组矿井排风取热器设置了自动清洗功能；

6、无需进行专门的定制化生产，机组可在工厂直接批量化生产，其质量与性能有可靠保障；

7、采用模块化设计与批量生产，可大幅降低生产成本。

本实用新型的模块式乏风热泵机组可在目前通常的矿山矿井排风应用，如矿山矿井平硐排风，矿山矿井对旋排风与矿山矿井轴流排风等场合。如图2～图11所示，本实用新型基于模块式乏风热泵机组的各种应用方式，提出了一系列全新的矿井排风余热回收方法。

实施例1

本实用新型同时还基于模块式乏风热泵机组的各种应用方式，提出了一种全新的矿井排风余热回收方式。如图2～图4所示，包括在矿山矿井平硐排风出口处设置两层的扩散室，在所述扩散室一层设置双开保温密闭式大门2-1与非供热时期用的中旋式保温密闭排风门2-2；在所述扩散室屋顶分组设置所述模块式乏风热泵机组22，并将全部模块式乏风热泵机组22的机组出水口、机组进水口分别与用户热水总供水管3-1、用户热水总回水管3-2相连接，其中，所述机组出水口、机组进水口分别与所述水换出水口10、水换进水口9相连通。

模块化矿井排风(乏风)热泵机组在矿山矿井平硐排风场合应用包括平硐排风出口处设置一层扩散室，扩散室一层设置有矿山人员于机动设备出入用双开保温密闭式大门2-1与非供热时期用的中旋式保温密闭排风门2-2；扩散室屋顶分组布置有模块化矿山排风(乏风)热泵机组供热系统，包括模块式乏风热泵机组22、用户热水供回水工程系统与配电控制电缆工程系统。

矿山矿井平硐排风方式是非煤矿矿井通常采用的通风方式之一，其通风机设置在井下，采用平硐口直接排风。本实施例通过模块式乏风热泵机组充分提取平硐排风中低位热能，通过模块式乏风热泵机组得到高位热能，再由循环水系统送入用户端，完成系统供热功能。

实施例2

本实用新型同时还基于模块式乏风热泵机组的各种应用方式，提出了一种全新的矿井排风余热回收方式。如图5～图8所示，包括在矿山矿井对旋排风扩散管出口上设置两层的扩散室，在所述扩散室一层设置对旋风机5-1、对旋风机排风管5-2、对旋风机扩散管出风口软接5-3以及扩散室结构支撑，在所述扩散室的二层设置对旋风机排风出风口6-1、非供热时期用的中旋式保温密闭排风门2-2以及保温维护结构。

在所述扩散室屋顶分组设置所述模块式乏风热泵机组22，并将全部模块式乏风热泵机组22的机组出水口、机组进水口分别与用户热水总供水管3-1、用户热水总回水管3-2相连接，其中，所述机组出水口、机组进水口分别与所述水换出水口10、水换进水口9相连通。

矿山矿井对旋排风方式是我国煤矿矿井通常采用的通风方式之一，其对旋通风机设置在井上，采用较低的扩散管排风。模块化乏风热泵机组在矿山矿井对旋排风场合应用，包括对旋排风扩散管出口上设置两层扩散室，扩散室一层包括对旋风机排风管5-2、对旋风机扩散管出风口软接5-3等与扩散室结构支撑部分；二层扩散室设置有对旋风机排风出风口6-1、非供热时期用的中旋式保温密闭排风门2-2与保温维护结构；扩散室屋顶设置与实施例1类似，分组布置有模块化矿山排风(乏风)热泵机组供热系统，包括模块式乏风热泵机组22、用户热水供回水工程系统与配电控制电缆工程系统。

本实施例通过模块化矿井排风(乏风)热泵机组充分提取矿井对旋排风中低位热能，通过模块式乏风热泵机组得到高位热能，再由循环水系统送入用户端，完成系统供热功能。

实施例3

本实用新型同时还基于模块式乏风热泵机组的各种应用方式，提出了一种全新的矿井排风余热回收方式。如图9～图13所示，包括在矿山矿井轴流排风扩散塔出口上设置三层的扩散室，在所述扩散室一层设置轴流风机9-1、排风扩散塔9-2，并设置轴流风机配电间、人行楼梯间以及用户热水总供水管3-1和用户热水总回水管3-2；在所述扩散室的二层设置矿井排风热泵配电控制柜10-1及其集控终端设备10-2、用户热水循环泵10-3、水系统补水箱10-4、补水泵10-5；在所述扩散室的三层设置轴流风机扩散塔出风口11-1、非供热时期用的中旋式保温密闭排风门2-2及保温维护结构。

在所述扩散室屋顶分组设置所述模块式乏风热泵机组22，并将全部模块式乏风热泵机组22的机组出水口、机组进水口分别与用户热水总供水管3-1、用户热水总回水管3-2相连接，其中，所述机组出水口、机组进水口分别与所述水换出水口10、水换进水口9相连通。

矿山矿井轴流排风方式是我国煤矿矿井通常采用的通风方式之一，其轴流通风机设置在井上，采用较高的扩散塔排风。模块化乏风热泵机组在矿山矿井轴流排风场合应用，包括在轴流排风扩散塔出口上设置三层扩散室，一层包括轴流风机9-1、排风扩散塔9-2、轴流风机配电间，人行楼梯间与用户热水进出水总管等；二层设置矿井排风热泵配电控制柜10-1及其集控终端设备10-2、用户热水循环泵10-3、水系统补水箱10-4、补水泵10-5以及用户热水管道系统等；三层扩散室包括轴流风机扩散塔出风口11-1、与非供热时期用的中旋式保温密闭排风门2-2与扩散室保温结构部分等；扩散室屋顶分组布置有模块化矿山排风(乏风)热泵机组供热系统，包括模块式乏风热泵机组22、用户热水供回水工程系统与配电控制电缆工程系统。

本实施例通过模块化矿井排风(乏风)热泵机组，充分提取矿井轴流排风中低位热能，通过模块式乏风热泵机组得到高位热能，再由循环水系统送入用户端，完成系统供热功能。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种模块式乏风热泵机组，其特征在于：包括机组外围护结构单元、热泵热力系统单元、矿井排风换热器清洗单元以及配电控制单元，所述机组外围护结构单元包括设置在侧面的机组立面外层保温防护板(13)、设置在顶面的顶面外层保温防护板(14)以及设置在底部的底座(15)，所述热泵热力系统单元包括至少一组热泵机构，所述热泵机构包括依次循环连接的压缩机(1)、水-工质换热器(8)、膨胀阀(3)、矿井排风换热器(4)、气液分离器(2)，所述水-工质换热器(8)上设有水换进水口(9)与水换出水口(10)，所述矿井排风换热器清洗单元包括设置在清洗液主管(16)上的清洗加压泵(18)、清洗电磁阀(17)、单向阀(19)，所述清洗液主管(16)通过清洗分配管(7)与设置在所述矿井排风换热器(4)进风侧的扇形喷嘴(6)相连接，所述配电控制单元包括配电控制柜(21)、设置在所述矿井排风换热器(4)两侧的微压差传感器(20)以及温度压力传感器。

2.根据权利要求1所述的模块式乏风热泵机组，其特征在于：所述热泵热力系统单元包括两组并行设置的热泵机构，且两组并行设置的热泵机构共用一个水-工质换热器(8)。

3.根据权利要求1所述的模块式乏风热泵机组，其特征在于：所述热泵机构还包括设置在所述矿井排风换热器(4)上侧的顶面外层保温防护板(14)上的风机(5)。

4.根据权利要求1所述的模块式乏风热泵机组，其特征在于：在模块式乏风热泵机组工作时，乏风从底座(15)处进入，并经所述矿井排风换热器(4)换热后从顶面排出。

5.根据权利要求1所述的模块式乏风热泵机组，其特征在于：所述矿井排风换热器(4)的底部设有水盘(11)，所述水盘(11)底部设有水盘排水管(12)。

6.根据权利要求1所述的模块式乏风热泵机组，其特征在于：当所述微压差传感器(20)反馈的压差达到或超过设定压差时，所述配电控制柜(21)控制清洗电磁阀(17)和清洗加压泵(18)开启，清洗液通过清洗液主管(16)与清洗分配管(7)送至扇形喷嘴(6)清洗所述矿井排风换热器(4)；当所述微压差传感器(20)反馈的压差低于设定的回差时，所述配电控制柜(21)控制清洗电磁阀(17)和清洗加压泵(18)关闭。

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