CN211526725U - 一种矿井乏风热回收井口空气加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制冷热泵技术领域，具体公开了一种矿井乏风热回收井口空气加热系统，其中，包括：井口空气加热装置、乏风装置和至少一个第一循环系统，每个第一循环系统均包括依次连接的泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器，泵循环冷凝器、储液器和泵均位于井口空气加热装置中，泵循环蒸发器位于乏风装置中，位于空气加热装置中的泵循环冷凝器均沿新风的流向依次设置，位于乏风装置中的泵循环蒸发器均沿乏风的流向依次设置。本实用新型提供的矿井乏风热回收井口空气加热系统省去了现有技术中热泵系统和井口空气加热系统之间的中间换热系统，节省了成本和运行费用，且大幅简化工程施工和后期维护。

Description

一种矿井乏风热回收井口空气加热系统

技术领域

本实用新型涉及制冷热泵技术领域，尤其涉及一种矿井乏风热回收井口空气加热系统。

背景技术

在煤炭和各类金属、非金属矿井系统中，冬季的井口防冻是保证矿井安全的重要环节。目前普遍的做法是采用锅炉，利用化石能源（煤、气、油等）燃烧产生高温蒸汽或热水，送到专门的井口空气加热装置中，把新风加热到一定温度再送入矿井。因为新风量大，运行时间长，井口加热系统的能耗很高，尤其在冬季气温较低的寒冷和严寒气候区。

另一方面，矿井的乏风（即排风）一直保持在相对较高的温度。乏风余热回收是实现矿井系统节能降本的有效方法，常规方案是采用换热器或者喷淋等方法回收乏风热量，再利用热泵技术加以提升，制取高温热水，用于矿区采暖，生活热水或井口防冻等用途。

对于采用这种热回收方式的井口加热系统，如图1所示，一般包含三个部分：乏风换热系统，热泵系统和井口空气加热系统，还有乏风换热系统和热泵系统之间的氟管，热泵系统和井口空气加热系统的水管。乏风换热系统内有热泵系统的蒸发器，通过与乏风换热回收热量，并通过氟管输送到热泵系统，提升温度制取热水，将热水通过水管送至井口空气加热系统中，加热新风到一定温度送入矿井中。

这套系统构成复杂，在初投资上，工程施工的工程量大，施工周期长，占地面积大，综合成本高。在维护上，因为井口空气加热系统一般采用热水作为中间介质，存在防冻，补水，清洗，管路维护等诸多问题，增加了维护难度，也造成了一定的可靠性隐患。热泵系统往往采用大型的螺杆式压缩机，需要定期换油和维护，维护费用较高。在运行费用上，因为存在水作为中间换热介质，整体效率有所下降，还多出了水泵的运行费。

发明内容

本实用新型提供了一种矿井乏风热回收井口空气加热系统，解决相关技术中存在的投资高、维护复杂、运行费用高且效率低的问题。

作为本实用新型的第一个方面，提供一种矿井乏风热回收井口空气加热系统，其中，包括：井口空气加热装置、乏风装置和至少一个第一循环系统，每个所述第一循环系统均包括依次连接的泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器，所述泵循环冷凝器、储液器和泵均位于所述井口空气加热装置中，所述泵循环蒸发器位于所述乏风装置中，位于所述空气加热装置中的所述泵循环冷凝器均沿新风的流向依次设置，位于所述乏风装置中的泵循环蒸发器均沿乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置的乏风经过所述泵循环蒸发器后降温，其中所述泵循环蒸发器能够将所述乏风降温产生的热量通过第一循环介质循环至所述泵循环冷凝器；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置的新风经过所述泵循环冷凝器后升温，其中所述泵循环冷凝器能够通过所述第一循环介质对所述新风进行加热；

所述第一循环介质能够在所述泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器之间循环。

进一步地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括一个第一循环系统。

进一步地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括多个第一循环系统，且每个所述第一循环系统中的泵循环冷凝器均依次串联设置。

进一步地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统还包括至少一个第二循环系统，每个所述第二循环系统均包括热泵循环冷凝器、膨胀阀、热泵循环蒸发器和压缩机，所述热泵循环冷凝器、膨胀阀和压缩机均位于所述井口空气加热装置中，所述膨胀阀和所述压缩机均与所述热泵循环冷凝器连接，所述热泵循环蒸发器位于所述乏风装置中，所述热泵循环蒸发器分别与所述膨胀阀和压缩机连接，位于所述井口空气加热装置中的所述热泵循环冷凝器均沿所述新风的流向依次设置，位于所述乏风装置中的热泵循环蒸发器均沿所述乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置的乏风依次经过所述泵循环蒸发器和所述热泵循环蒸发器后降温，其中所述热泵循环蒸发器能够将所述乏风降温产生的热量通过第二循环介质循环至所述热泵循环冷凝器；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置的新风依次经过所述泵循环冷凝器和热泵循环冷凝器后升温，其中所述热泵循环冷凝器能够通过所述第二循环介质对所述新风进行加热；

所述第二循环介质能够在所述热泵循环冷凝器、膨胀阀、热泵循环蒸发器和压缩机之间循环。

进一步地，所述第一循环介质包括纯液态介质或气液两相相变的介质，所述第二循环介质包括气液两相相变的介质。

进一步地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统还包括风机，所述风机设置在所述井口空气加热装置中。

作为本实用新型的另一个方面，提供一种矿井乏风热回收井口空气加热系统，其中，包括：井口空气加热装置、乏风装置和至少一个第二循环系统，每个所述第二循环系统均包括热泵循环冷凝器、膨胀阀、热泵循环蒸发器和压缩机，所述热泵循环冷凝器、膨胀阀和压缩机均位于所述井口空气加热装置中，所述膨胀阀和所述压缩机均与所述热泵循环冷凝器连接，所述热泵循环蒸发器位于所述乏风装置中，所述热泵循环蒸发器分别与所述膨胀阀和压缩机连接，位于所述井口空气加热装置中的所述热泵循环冷凝器均沿新风的流向依次设置，位于所述乏风装置中的热泵循环蒸发器均沿乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置的乏风经过所述热泵循环蒸发器后降温，其中所述热泵循环蒸发器能够将所述乏风降温产生的热量通过第二循环介质循环至所述热泵循环冷凝器；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置的新风经过所述热泵循环冷凝器后升温，其中所述热泵循环冷凝器能够通过所述第二循环介质对所述新风进行加热；

所述第二循环介质能够在所述热泵循环冷凝器、膨胀阀、热泵循环蒸发器和压缩机之间循环。

进一步地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括一个第二循环系统。

进一步地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括多个第二循环系统，且每个所述第二循环系统中的热泵循环冷凝器均沿新风的流向依次串联设置。

进一步地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统还包括至少一个第一循环系统，每个所述第一循环系统均包括依次连接的泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器，所述泵循环冷凝器、储液器和泵均位于所述井口空气加热装置中，所述泵循环蒸发器位于所述乏风装置中，位于所述空气加热装置中的所述泵循环冷凝器均沿所述新风的流向依次设置，位于所述乏风装置中的泵循环蒸发器均沿所述乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置的乏风依次经过所述泵循环蒸发器和所述热泵循环蒸发器后降温，其中所述泵循环蒸发器能够将所述乏风降温产生的热量通过第一循环介质循环至所述泵循环冷凝器；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置的新风依次经过所述泵循环冷凝器和热泵循环冷凝器后升温，其中所述泵循环冷凝器能够通过所述第一循环介质对所述新风进行加热；

所述第一循环介质能够在所述泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器之间循环。

通过上述矿井乏风热回收井口空气加热系统，考虑到冬季新风和乏风之间的自然温差，引入泵循环方式，利用自然温差将乏风热量回收至新风中，有效的降低了功耗。另外，与现有技术相比，省去了现有技术中热泵系统和井口空气加热系统之间的中间换热系统，节省了成本和运行费用，且大幅简化工程施工和后期维护。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为现有技术的空气加热系统的结构示意图。

图2为本实用新型提供的单个第一循环系统的结构示意图。

图3为本实用新型提供的多个第一循环系统的结构示意图。

图4为本实用新型提供的单个第一循环系统和单个第二循环系统的结构示意图。

图5为本实用新型提供的多个第一循环系统和多个第二循环系统的结构示意图。

图6为本实用新型提供的多个第二循环系统的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种矿井乏风热回收井口空气加热系统，图1是根据本实用新型实施例提供的矿井乏风热回收井口空气加热系统的结构示意图，如图1所示，包括：井口空气加热装置1、乏风装置和2至少一个第一循环系统，每个所述第一循环系统均包括依次连接的泵循环冷凝器111、储液器112、泵113和泵循环蒸发器114，所述泵循环冷凝器111、储液器112和泵113均位于所述井口空气加热装置1中，所述泵循环蒸发器114位于所述乏风装置2中，位于所述空气加热装置1中的所述泵循环冷凝器111均沿新风的流向依次设置，位于所述乏风装置中的泵循环蒸发器114均沿乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置2的乏风经过所述泵循环蒸发器114后降温，其中所述泵循环蒸发器114能够将所述乏风降温产生的热量通过第一循环介质循环至所述泵循环冷凝器111；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置1的新风经过所述泵循环冷凝器111后升温，其中所述泵循环冷凝器111能够通过所述第一循环介质对所述新风进行加热；

所述第一循环介质能够在所述泵循环冷凝器111、储液器112、泵113和泵循环蒸发器114之间循环。

通过上述矿井乏风热回收井口空气加热系统，考虑到冬季新风和乏风之间的自然温差，引入泵循环方式，利用自然温差将乏风热量回收至新风中，有效的降低了功耗。另外，与现有技术相比，省去了现有技术中热泵系统和井口空气加热系统之间的中间换热系统，节省了成本和运行费用，且大幅简化工程施工和后期维护。

在一些实施方式中，所述井口空气加热装置1和所述乏风装置2具体可以为箱体结构。

作为一种具体地实施方式，如图2所示，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括一个第一循环系统。

本实施方式中只含有1个第一循环系统。该实施方式适用于冬季气温不太低，而且乏风温度较高的矿井，可利用泵循环的自然换热实现乏风余热回收，以加热新风。具体地，假设冬季设计室外温度为-2℃，乏风温度为24℃。-2℃的新风经所述泵循环冷凝器111升温到10℃，送入矿井入口，与新风混风后进入矿井工作区。24℃的乏风经所述泵循环蒸发器114回收热量降温至18℃，排入大气。

需要说明的是，所述泵113需要与所述第一循环介质相适配。

在一些实施方式中，所述第一循环介质具体可以为乙二醇溶液等纯液态的防冻液，则所述泵113为一般的流体泵，泵循环内部为纯液态换热。

在一些实施方式中，所述第一循环介质也可为冷媒，则所述泵113为氟泵，所述第一循环系统即为氟泵循环，所述泵循环蒸发器114和所述泵循环冷凝器111内部为相变传热过程。乏风中的热量通过所述泵循环蒸发器114传递至所述第一循环介质中，循环到所述泵循环冷凝器并传递至新风。

该实施方式充分利用了乏风和新风之间的自然温差，泵的功耗远小于传统热泵热回收方案的压缩机，而且系统结构简单，因此初投资和运行费均可降低。

作为另一种具体地实施方式，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括多个第一循环系统，且每个所述第一循环系统中的泵循环冷凝器均沿新风的流向依次串联设置。

应当理解的是，此处所述的每个泵循环冷凝器均沿新风的流向依次串联设置具体可以如图3所示，即多个泵循环冷凝器均沿新风的流向串联设置，新风依次经过第一个泵循环冷凝器、第二个泵循环冷凝器，……，第n个泵循环冷凝器；而乏风则依次先经过第n个泵循环蒸发器，……，第二个泵循环蒸发器、第一个泵循环蒸发器。

如图3所示，包括多个第一循环系统。该实施方式和前述实施方式的基本原理和适用场合相同，都是适用于冬季气温不太低，而且乏风温度较高的矿井，利用泵循环的自然换热实现乏风余热回收，以加热新风。不同点在于，前述实施方式为单级泵循环系统，新风和乏风都只进行一次升/降温，而该实施方式为多级泵循环系统，由n个泵循环构成，新风和乏风要分别进行n次升/降温。这种方式对氟泵循环的性能有显著的提升作用。氟泵循环利用相变实现了更高密度的热量回收。通过将传热拆分为数个循环系统，将单个定温过程拆分为多个逐渐升温的定温过程，实现接近变温的传热，提高氟泵系统的总体性能，拆分的系统越多，效果越显著。

在前述实施方式中，若采用3个氟泵循环的方式，则-2℃的新风将经过3个泵循环的冷凝器升温3次到10℃，24℃的乏风将经过3个泵循环的蒸发器3次回收热量降温至18℃。每个氟泵循环中的氟系统为等温换热，且温度依次变化，因此3个串联的氟泵循环实现了三级变温过程。相比实施方式1的单级定温传热，传热过程的不可逆损失减小，效率更高。

该实施方式采用多级泵循环系统，还实现了相互的备用，提高运行可靠性，而且在部分负荷下可关停若干个系统，实现节能运行。

具体地，在前述实施方式的基础上，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统还包括至少一个第二循环系统，每个所述第二循环系统均包括热泵循环冷凝器211、膨胀阀212、热泵循环蒸发器213和压缩机214，所述热泵循环冷凝器211、膨胀阀212和压缩机214均位于所述井口空气加热装置1中，所述膨胀阀212和所述压缩机214均与所述热泵循环冷凝器211连接，所述热泵循环蒸发器213位于所述乏风装置2中，所述热泵循环蒸发器213分别与所述膨胀阀212和压缩机214连接，位于所述井口空气加热装置1中的所述热泵循环冷凝器211均沿所述新风的流向依次设置，位于所述乏风装置2中的热泵循环蒸发器213均沿所述乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置2的乏风依次经过所述泵循环蒸发器114和所述热泵循环蒸发器213后降温，其中所述热泵循环蒸发器213能够将所述乏风降温产生的热量通过第二循环介质循环至所述热泵循环冷凝器211；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置1的新风依次经过所述泵循环冷凝器111和热泵循环冷凝器211后升温，其中所述热泵循环冷凝器211能够通过所述第二循环介质对所述新风进行加热；

所述第二循环介质能够在所述热泵循环冷凝器211、膨胀阀212、热泵循环蒸发器213和压缩机214之间循环。

具体地，如图4所示，由一个单级第一循环系统和一个单级第二循环系统构成。该实施方式适用于冬季气温不太低，乏风温度适中的矿井。新风先经过单级第一循环系统，利用温差自然换热。此后新风和乏风的温差拉近，自然换热的热回收方式难以进行，而新风温度还未达到要求。因此，第二级采用单级热泵循环，将新风升温至所需的温度。

具体地，假设冬季设计室外温度为-5℃，乏风温度为18℃。新风先经过所述泵循环冷凝器111一次升温到3℃，再经过热泵循环冷凝器211二次升温到20℃，再与新风混合后进入矿井工作区。乏风先经过所述泵循环蒸发器114回收热量降温至13℃，再经过热泵循环蒸发器213二次回收热量，降温至5℃，排入大气。此处泵循环和热泵循环的蒸发器也可采用并联的方式，乏风分为两份分别与两个蒸发器换热。

该实施方式采用泵循环和热泵循环的组合，利用泵循环自然换热提高节能效果，利用热泵循环二次升温，保证新风加热效果。

作为另一种具体地实施方式，对于冬季气温较低的地区，例如华北北部地区，新风加热的最终温度需要提高，以保证混风后的温度，因此新风加热的进出口温差将达到40℃以上。如图5所示，由多级泵循环系统和多级热泵循环系统构成。由于新风加热温差较大，因此先采用多级泵循环进行自然换热，一方面实现节能，同时也是对新风进行预热，否则极低温度的新风直接进入热泵循环，有可能无法正常运行。随后通过多级热泵循环，将新风依次加热到所需的温度。这里泵循环和热泵循环的冷凝器为串联方式，蒸发器则可为串联或并联。

具体地，假设冬季设计室外温度为-25℃，乏风温度为15℃，系统采用两级泵循环和两级热泵循环的四级系统。-25℃新风先经过第一级泵循环的泵循环冷凝器升温到-15℃，再经过第二级泵循环冷凝器升温到-5℃，再经过第一级热泵循环升温到10℃，第二级热泵循环升温到35℃，送入矿井入口，与新风混合后进入矿井工作区。在蒸发器侧，若采用串联方式，则15℃乏风先经过两级泵循环蒸发器回收热量降温至11℃，再经过两级热泵循环蒸发器回收热量，降温至5℃，排入大气。若采用两级泵循环和两级热泵循环分别串联，再并联的方式，则15℃乏风分为两份，一份与两级泵循环换热，另一份与两级热泵循环换热，再分别排入大气。

在该实施方式中，如图5所示，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括多个第一循环系统和多个第二循环系统，其中，新风均依次沿着第一循环系统中的第一个泵循环冷凝器、第二个泵循环冷凝器，……，第n个泵循环冷凝器流向第二循环系统中的第一个热泵循环冷凝器、第二个热泵循环冷凝器，……，第n个热泵循环冷凝器。

乏风则依次沿着第一循环系统中的第n个泵循环蒸发器，……，第二个泵循环蒸发器、第一个泵循环蒸发器流向第二循环系统中的第n个热泵循环蒸发器，……，第二个热泵循环蒸发器、第一个热泵循环蒸发器。

这种实施方式契合新风大温差加热场合，将新风依次通过泵循环和热泵循环逐渐升温。泵循环和热泵循环都分别拆分为若干段，以提高综合效率，同时也提高了系统可靠性。

优选地，所述第一循环介质包括纯液态介质或气液两相相变的介质，所述第二循环介质包括气液两相相变的介质。

具体地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统还包括风机3，所述风机3设置在所述井口空气加热装置1中。具体地，所述风机3可以位于所述井口空气加热装置1的进风口位置，也可以位于所述井口空气加热装置1的出风口位置，还可以位于所述井口空气加热装置1的中间段。具体根据需求进行设定，此处不做限定。本实用新型实施例均是以风机3设置在所述井口空气加热装置1的出风口位置示意的。

综上，本实用新型实施方式所述矿井乏风热回收井口空气加热系统具体可以由m个第一循环系统和n个第二循环系统构成，m个第一循环系统具体可以包括第一泵循环系统11，第二泵循环系统12……第m泵循环系统13；n个第二循环系统具体可以包括第一热泵循环系统21，第二热泵循环系统22……第n热泵循环系统23。每个泵循环系统均由泵循环冷凝器111，储液器112，泵113和泵循环蒸发器114依次连接构成；每个热泵循环均由热泵循环冷凝器211、膨胀阀212、热泵循环蒸发器213和压缩机214连接构成。m个第一循环系统的泵循环冷凝器111，储液器112和泵113，以及n个第二循环系统的热泵循环冷凝器211、膨胀阀212和压缩机214，以及风机3均位于井口空气加热装置1中。m个泵循环冷凝器111和n个热泵循环冷凝器211并联布置，沿着新风流向依次为第一泵循环系统11的泵循环冷凝器，第二泵循环系统12的泵循环冷凝器，……，第m泵循环系统13的冷凝器，第一热泵循环系统21的热泵循环冷凝器，第二热泵循环系统22的热泵循环冷凝器，……，第n热泵循环系统23的热泵循环冷凝器。m个泵循环蒸发器114和n个热泵循环蒸发器213均置于乏风装置2中，各蒸发器并联布置，沿着乏风流向依次为：第m泵循环系统13的泵循环蒸发器，……，第二泵循环系统12的泵循环蒸发器，第一泵循环系统11的泵循环蒸发器，第n热泵循环系统23的热泵循环蒸发器，……，第二热泵循环系统22的热泵循环蒸发器，第一热泵循环系统21的热泵循环蒸发器。

上述泵循环中的介质可为纯液态介质或者可气液两相相变的介质，因此泵113可为普通流体泵，或输送冷媒的氟泵等形式。若采用纯液态介质，一般是采用防冻液，避免冬季运行的结冻。乏风装置2中的各个蒸发器还可为串联排列方式，或者串并联混合方式。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优势：

（1）采用直接膨胀式方案将热泵系统的冷凝器直接作为空气加热装置的换热器，省去了既有方案中热泵系统和井口空气加热系统之间的中间换热系统。同时把热泵结构置于空气加热装置内部，使得热泵和空气加热装置合二为一，在工厂可实现预制。因此本实用新型可大幅度简化工程施工和后期维护，降低初投资和运行费用。

（2）考虑到冬季新风和乏风之间的自然温差，引入泵循环方式，利用自然温差将乏风热量回收至新风中。不仅可降低系统能耗，在冬季新风温度较低时还可利用泵循环预热新风，使得后段热泵循环的冷凝温度不至于太低，提高热泵循环的可靠性。

（3）矿井新风加热温差较大，对于热泵或者氟泵循环，冷凝器中的换热过程为相变定温传热，在大空气温差下不可逆损失较大。本方案采用多级串联逐渐升温的方式,把单个定温传热过程拆分为多个逐渐升温的定温传热过程，实现接近变温传热的效果，降低传热不可逆损失，提高泵循环和热泵循环的运行效率。多级升温方案还实现了系统备份，提高可靠性，部分负荷可关闭若干系统，实现节能运行。

（4）采用多级系统，每个热泵循环系统的容量减小，可采用免维护的全封闭涡旋压缩机，省去螺杆式压缩机的例行维护。

作为本实用新型的另一实施例，提供一种矿井乏风热回收井口空气加热系统，其中，如图6所示，包括：井口空气加热装置1、乏风装置2和至少一个第二循环系统，每个所述第二循环系统均包括热泵循环冷凝器211、膨胀阀212、热泵循环蒸发器213和压缩机214，所述热泵循环冷凝器211、膨胀阀212和压缩机214均位于所述井口空气加热装置1中，所述膨胀阀212和所述压缩机214均与所述热泵循环冷凝器211连接，所述热泵循环蒸发器213位于所述乏风装置2中，所述热泵循环蒸发器213分别与所述膨胀阀211和压缩机214连接，位于所述井口空气加热装置1中的所述热泵循环冷凝器211均沿新风的流向依次设置，位于所述乏风装置2中的热泵循环蒸发器213均沿乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置2的乏风经过所述热泵循环蒸发器213后降温，其中所述热泵循环蒸发器213能够将所述乏风降温产生的热量通过第二循环介质循环至所述热泵循环冷凝器211；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置1的新风经过所述热泵循环冷凝器211后升温，其中所述热泵循环冷凝器211能够通过所述第二循环介质对所述新风进行加热；

所述第二循环介质能够在所述热泵循环冷凝器211、膨胀阀211、热泵循环蒸发器213和压缩机214之间循环。

本实用新型实施方式提供的矿井乏风热回收井口空气加热系统，采用直接膨胀式方案将热泵系统的冷凝器直接作为空气加热装置的换热器，省去了既有方案中热泵系统和井口空气加热系统之间的中间换热系统。同时把热泵结构置于空气加热装置内部，使得热泵和空气加热装置合二为一，在工厂可实现预制。因此本实用新型可大幅度简化工程施工和后期维护，降低初投资和运行费用。

具体地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括一个第二循环系统。

具体地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括多个第二循环系统，且每个所述第二循环系统中的热泵循环冷凝器均沿新风的流向依次串联设置。

应当理解的是，此处所述的每个热泵循环冷凝器均沿新风的流向依次串联设置具体可以如图6所示，即多个热泵循环冷凝器均沿新风的流向串联设置，新风依次经过第一个热泵循环冷凝器、第二个热泵循环冷凝器，……，第n个热泵循环冷凝器；而乏风则依次先经过第n个热泵循环蒸发器，……，第二个热泵循环蒸发器、第一个热泵循环蒸发器。

如图6所示，含有1个或多个热泵循环系统。该方式适用于冬季气温不太低，且乏风温度不高的矿井。在这种情况下，泵循环自然换热的节能潜力小，直接采用热泵循环进行热回收。假设冬季设计室外温度为-5℃，乏风温度为10℃。若采用单级热泵循环系统，则-5℃新风经过冷凝器一次加热至15℃，再和-5℃新风混合后，送入矿井；10℃乏风经过蒸发器回收热量一次降温至5℃，排入大气。

采用多级热泵循环系统能够提高综合能效，以两级热泵循环来举例说明。若采用两级循环，-5℃新风经过一级系统冷凝器加热到5℃，再经过二级系统加热到15℃；而10℃乏风则经过两级系统的蒸发器依次降温到5℃。这样新风需两次升温，经过第一级冷凝器的空气温度较低，第一级热泵的冷凝温度也得以降低，压缩机的能耗下降，总能耗降低。为了避免第二级蒸发器温度太低而结霜，此处两级系统的蒸发器也可以采用并联的方式，即10℃乏风分为两份，分别经过两个热泵循环蒸发器回收热量，这样两级系统的蒸发器入口空气温度均为10℃，温度较高，不易结霜。

同样的，这种多级热泵循环的方式还可以实现多系统备份，提高可靠性。同时，在部分负荷时，可通过关闭若干个系统来实现节能运行。另外一方面，通过多级系统的方式，每个热泵循环系统的容量减小，可采用比螺杆式压缩机容量小的免维护的全封闭涡旋压缩机，省去螺杆式压缩机的例行维护。

具体地，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统还包括至少一个第一循环系统，每个所述第一循环系统均包括依次连接的泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器，所述泵循环冷凝器、储液器和泵均位于所述井口空气加热装置中，所述泵循环蒸发器位于所述乏风装置中，位于所述空气加热装置中的所述泵循环冷凝器均沿所述新风的流向依次设置，位于所述乏风装置中的泵循环蒸发器均沿所述乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置的乏风依次经过所述泵循环蒸发器和所述热泵循环蒸发器后降温，其中所述泵循环蒸发器能够将所述乏风降温产生的热量通过第一循环介质循环至所述泵循环冷凝器；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置的新风依次经过所述泵循环冷凝器和热泵循环冷凝器后升温，其中所述泵循环冷凝器能够通过所述第一循环介质对所述新风进行加热；

所述第一循环介质能够在所述泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器之间循环。

该具体实施方式可以参照前文的描述，此处不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种矿井乏风热回收井口空气加热系统，其特征在于，包括：井口空气加热装置、乏风装置和至少一个第一循环系统，每个所述第一循环系统均包括依次连接的泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器，所述泵循环冷凝器、储液器和泵均位于所述井口空气加热装置中，所述泵循环蒸发器位于所述乏风装置中，位于所述空气加热装置中的所述泵循环冷凝器均沿新风的流向依次设置，位于所述乏风装置中的泵循环蒸发器均沿乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置的乏风经过所述泵循环蒸发器后降温，其中所述泵循环蒸发器能够将所述乏风降温产生的热量通过第一循环介质循环至所述泵循环冷凝器；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置的新风经过所述泵循环冷凝器后升温，其中所述泵循环冷凝器能够通过所述第一循环介质对所述新风进行加热；

所述第一循环介质能够在所述泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器之间循环。

2.根据权利要求1所述的矿井乏风热回收井口空气加热系统，其特征在于，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括一个第一循环系统。

3.根据权利要求1所述的矿井乏风热回收井口空气加热系统，其特征在于，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括多个第一循环系统，且每个所述第一循环系统中的泵循环冷凝器均沿新风的流向依次串联设置。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的矿井乏风热回收井口空气加热系统，其特征在于，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统还包括至少一个第二循环系统，每个所述第二循环系统均包括热泵循环冷凝器、膨胀阀、热泵循环蒸发器和压缩机，所述热泵循环冷凝器、膨胀阀和压缩机均位于所述井口空气加热装置中，所述膨胀阀和所述压缩机均与所述热泵循环冷凝器连接，所述热泵循环蒸发器位于所述乏风装置中，所述热泵循环蒸发器分别与所述膨胀阀和压缩机连接，位于所述井口空气加热装置中的所述热泵循环冷凝器均沿所述新风的流向依次设置，位于所述乏风装置中的热泵循环蒸发器均沿所述乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置的乏风依次经过所述泵循环蒸发器和所述热泵循环蒸发器后降温，其中所述热泵循环蒸发器能够将所述乏风降温产生的热量通过第二循环介质循环至所述热泵循环冷凝器；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置的新风依次经过所述泵循环冷凝器和热泵循环冷凝器后升温，其中所述热泵循环冷凝器能够通过所述第二循环介质对所述新风进行加热；

所述第二循环介质能够在所述热泵循环冷凝器、膨胀阀、热泵循环蒸发器和压缩机之间循环。

5.根据权利要求4所述的矿井乏风热回收井口空气加热系统，其特征在于，所述第一循环介质包括纯液态介质或气液两相相变的介质，所述第二循环介质包括气液两相相变的介质。

6.根据权利要求4所述的矿井乏风热回收井口空气加热系统，其特征在于，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统还包括风机，所述风机设置在所述井口空气加热装置中。

7.一种矿井乏风热回收井口空气加热系统，其特征在于，包括：井口空气加热装置、乏风装置和至少一个第二循环系统，每个所述第二循环系统均包括热泵循环冷凝器、膨胀阀、热泵循环蒸发器和压缩机，所述热泵循环冷凝器、膨胀阀和压缩机均位于所述井口空气加热装置中，所述膨胀阀和所述压缩机均与所述热泵循环冷凝器连接，所述热泵循环蒸发器位于所述乏风装置中，所述热泵循环蒸发器分别与所述膨胀阀和压缩机连接，位于所述井口空气加热装置中的所述热泵循环冷凝器均沿新风的流向依次设置，位于所述乏风装置中的热泵循环蒸发器均沿乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置的乏风经过所述热泵循环蒸发器后降温，其中所述热泵循环蒸发器能够将所述乏风降温产生的热量通过第二循环介质循环至所述热泵循环冷凝器；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置的新风经过所述热泵循环冷凝器后升温，其中所述热泵循环冷凝器能够通过所述第二循环介质对所述新风进行加热；

所述第二循环介质能够在所述热泵循环冷凝器、膨胀阀、热泵循环蒸发器和压缩机之间循环。

8.根据权利要求7所述的矿井乏风热回收井口空气加热系统，其特征在于，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括一个第二循环系统。

9.根据权利要求7所述的矿井乏风热回收井口空气加热系统，其特征在于，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统包括多个第二循环系统，且每个所述第二循环系统中的热泵循环冷凝器均沿新风的流向依次串联设置。

10.根据权利要求7至9中任意一项所述的矿井乏风热回收井口空气加热系统，其特征在于，所述矿井乏风热回收井口空气加热系统还包括至少一个第一循环系统，每个所述第一循环系统均包括依次连接的泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器，所述泵循环冷凝器、储液器和泵均位于所述井口空气加热装置中，所述泵循环蒸发器位于所述乏风装置中，位于所述空气加热装置中的所述泵循环冷凝器均沿所述新风的流向依次设置，位于所述乏风装置中的泵循环蒸发器均沿所述乏风的流向依次设置；

沿所述乏风的流向流入所述乏风装置的乏风依次经过所述泵循环蒸发器和所述热泵循环蒸发器后降温，其中所述泵循环蒸发器能够将所述乏风降温产生的热量通过第一循环介质循环至所述泵循环冷凝器；

沿所述新风的流向流入所述井口空气加热装置的新风依次经过所述泵循环冷凝器和热泵循环冷凝器后升温，其中所述泵循环冷凝器能够通过所述第一循环介质对所述新风进行加热；

所述第一循环介质能够在所述泵循环冷凝器、储液器、泵和泵循环蒸发器之间循环。

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