一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，包括位于排風井口上方的乏風換熱裝置，乏風換熱裝置的上口通過管路與一四通閥的第一閥口相連，乏風換熱裝置的下口通過一設有第一循環(huán)泵的管路與一殼管式換熱器的第一接口相連，四通閥的第三閥口與殼管式換熱器的第二接口相連，殼管式換熱器的客戶端接口通過設有第二循環(huán)泵的循環(huán)管道與客戶端相連，四通閥的第四閥口通過一設有油氟分離器的管路與一壓縮機的高壓出口相連。冬季利用礦井排風井口排出的溫度恒定的乏風制得熱水供礦區(qū)用熱和采暖使用，夏季制得冷水供井口通風降溫和空調使用，通過設置油氟分離器使?jié)櫥湍芗皶r高效地返回到壓縮機，提高乏風熱泵系統(tǒng)的換熱效率。
【專利說明】一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)

【技術領域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)。

【背景技術】
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[0002]目前煤礦的用熱及采暖多采用燃煤、燃氣鍋爐(或熱風爐)，采用鍋爐不僅能耗高、經濟性差，還存在排放污染的問題，與國家大力倡導的節(jié)能減排方針背道而馳；同時，礦井排風井口的乏風蘊含豐富的低品位熱量，具有長期穩(wěn)定的流量和較高的溫濕度參數(shù)，其熱能資源豐富穩(wěn)定，然而由于得不到有效利用而排至大氣，造成能源的嚴重浪費。
[0003]目前我國礦井乏風熱能資源利用技術有“噴淋式”和“直蒸式”兩種，噴淋技術由設置于排風井口的噴淋塔噴淋出水霧，在井口中與礦井乏風進行熱交換，被加熱的水經井口底部的水槽匯聚于噴淋池，作為熱源進入熱泵機組，從而制取50-60°C的熱水供煤礦生產生活使用，被提取熱量的水再次由水泵打到噴淋塔循環(huán)使用，但此技術以水作為介質而非直接利用礦井乏汽的熱量，由于存在換熱溫差導致熱量利用率低，機組能效比下降；另外與礦井乏風熱交換的水雜質多、水質差，進入熱泵機組會對機組產生腐蝕；還需要在井口底部開挖水槽及增設噴淋池回收噴淋水，工藝復雜，成本高。其中直蒸式礦井乏風熱利用技術是利用低溫低壓的液態(tài)制冷劑直接提取礦井乏風中的熱量，與噴淋式相比具有取熱量大、不浪費水、不形成水污染和噪聲污染、成本低等優(yōu)勢，因此直蒸式礦井乏風熱利用技術是未來的主流方向。直蒸高效乏風熱泵系統(tǒng)是針對直蒸式礦井乏風熱利用技術的應用特點開發(fā)的一種專用乏風熱能利用系統(tǒng)。
[0004]而現(xiàn)有的直蒸高效乏風熱泵系統(tǒng)由于乏風換熱裝置置于井口，與機組垂直距離較遠，會出現(xiàn)回油不足、壓縮機高溫報警、換熱效果差等問題，而且僅能實現(xiàn)供熱，只能滿足用戶的熱需求，而不能供給冷負荷。


【發(fā)明內容】

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[0005]本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術的不足，提供了一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，它結構設計合理，冬季利用礦井排風井口排出的溫度恒定的乏風制得熱水供礦區(qū)用熱和采暖使用，夏季制得冷水供井口通風降溫和空調使用，通過設置油氟分離器使?jié)櫥湍芗皶r高效地返回到壓縮機，同時不再受乏風換熱裝置與機房距離的約束，通過設置第一循環(huán)泵使更多的液態(tài)制冷劑流經井口乏風換熱裝置充分吸熱蒸發(fā)，提高乏風熱泵系統(tǒng)的換熱效率，解決了現(xiàn)有技術中存在的問題。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是:
[0007]一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，包括位于排風井口上方的乏風換熱裝置，乏風換熱裝置的上口通過管路與一四通閥的第一閥口相連，乏風換熱裝置的下口通過一設有第一循環(huán)泵的管路與一殼管式換熱器的第一接口相連，四通閥的第三閥口與殼管式換熱器的第二接口相連，殼管式換熱器的客戶端接口通過設有第二循環(huán)泵的循環(huán)管道與客戶端相連，四通閥的第四閥口通過一設有油氟分離器的管路與一壓縮機的高壓出口相連，壓縮機的低壓入口通過管路與四通閥的第二閥口相連，四通閥通過導線與控制裝置相連。
[0008]一冷凝器的制冷劑入口通過設有第二電磁閥的管路與乏風換熱裝置的上口和四通閥的第一閥口之間的管路相連，冷凝器的制冷劑出口通過設有第一電磁閥的管路與乏風換熱裝置的下口和殼管式換熱器的第一接口之間的管路相連，冷凝器的冷卻端接口通過一循環(huán)管路與一冷卻塔相連，第一電磁閥和第二電磁閥分別通過導線與控制裝置相連。
[0009]所述乏風換熱裝置包括一罩設于礦井的排風井口上方一換熱房，換熱房的四個豎直設置的側墻上均設置翅片換熱器，換熱房的房頂為四棱錐形房頂，四棱錐形房頂與側墻的連接處設有一環(huán)形接水槽，在環(huán)形接水槽的底部與各翅片換熱器相對的位置分別設有一位于換熱房內的水管，各水管的出水口分別與其對應的翅片換熱器位置相對設置，在每個水管內分別設有電動閥，在環(huán)形接水槽內設有液位計，一微壓差計的兩個感溫探頭分別放置于換熱房內和換熱房外，在四棱錐形房頂?shù)捻斆嫔显O有若干個電動風閥，各個電動風閥、微壓差計、電動閥、液位計均通過導線與控制裝置相連，所有翅片換熱器的上口相連后與四通閥的第一閥口相連，所有翅片換熱器的下口相連后與殼管式換熱器的第一接口相連。
[0010]在換熱房內靠近每個翅片換氣器的迎風面處各設置一過濾網(wǎng)。
[0011]一自來水水管的一端位于環(huán)形接水槽內，另一端連接水源。
[0012]所述翅片換氣器的翅片為鎳銅翅片。
[0013]在翅片換熱器的翅片外側表面設有親水鋁箔層。
[0014]所述翅片換熱器的翅片間距為3.0mm。
[0015]本發(fā)明采用上述方案，結構設計合理，冬季利用礦井排風井口排出的溫度恒定的乏風制得熱水供礦區(qū)用熱和采暖使用，夏季制得冷水供井口通風降溫和空調使用，通過設置油氟分離器使?jié)櫥湍芗皶r高效地返回到壓縮機，同時不再受乏風換熱裝置與機房距離的約束，通過設置第一循環(huán)泵使更多的液態(tài)制冷劑流經井口乏風換熱裝置充分吸熱蒸發(fā)，提高乏風熱泵系統(tǒng)的換熱效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0016]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明中乏風換熱裝置的結構示意圖
[0018]圖中，1、乏風換熱裝置，2、四通閥，3、第一閥口，4、第一循環(huán)泵，5、殼管式換熱器，
6、第一接口，7、第三閥口，8、第二接口，9、客戶端接口，10、第二循環(huán)泵，11、第四閥口，12、油氟分離器，13、壓縮機，14、第二閥口，15、冷凝器,16、，第一電磁閥，17、第二電磁閥，18、冷卻塔，19、側墻，20、翅片換氣器，21、四棱錐形房頂，22、環(huán)形接水槽，23、水管，24、電動閥，25、液位計，26、微壓差計,27、電動風閥,28、過濾網(wǎng)，29、自來水水管。

【具體實施方式】
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[0019]為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過【具體實施方式】，并結合其附圖，對本發(fā)明進行詳細闡述。
[0020]如圖1-2所示，一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，包括位于排風井口上方的乏風換熱裝置1，乏風換熱裝置I的上口通過管路與一四通閥2的第一閥口 3相連，乏風換熱裝置I的下口通過一設有第一循環(huán)泵4的管路與一殼管式換熱器5的第一接口 6相連，四通閥2的第三閥口 7與殼管式換熱器5的第二接口 8相連，殼管式換熱器5的客戶端接口 9通過設有第二循環(huán)泵10的循環(huán)管道與客戶端相連，四通閥2的第四閥口 11通過一設有油氟分離器12的管路與一壓縮機13的高壓出口相連，壓縮機13的低壓入口通過管路與四通閥2的第二閥口 14相連，四通閥2通過導線與控制裝置相連。
[0021]本發(fā)明直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)在冬季時，利用礦井排風井口排出的溫度恒定的乏風制得熱水供礦區(qū)用熱和采暖，夏季制得冷水供井口通風降溫和空調使用。冬季制熱時，控制裝置控制四通閥2的第一閥口 3和第二閥口 14相通，第四閥口 11和第三閥口 7相通，氣態(tài)制冷劑被壓縮機壓縮成為高溫高壓氣體，通過油氟分離器12進行油氟分離，潤滑油回流至壓縮機13，氣態(tài)制冷劑經四通閥2從進入第二接口 8進入殼管式換熱器5，與殼管式換熱器5內的水換熱,氣態(tài)制冷劑冷凝液化放熱,成為液態(tài)，同時將殼管式換熱器5中的水加熱，加熱的水通過第二循環(huán)水泵10給礦區(qū)用熱和采暖使用，比如用于井筒保溫和洗浴。液態(tài)制冷劑從第一接口 6流出經第一循環(huán)泵4進入乏風換熱裝置1，液態(tài)制冷劑在乏風換熱裝置I內吸收井口排出的乏風的熱量蒸發(fā)氣化成為氣態(tài)，成為氣態(tài)的制冷劑通過四通閥2再次進入壓縮機13開始下一個循環(huán)。第一循環(huán)泵4提供制冷劑在管道中流動的動力，使更多的液態(tài)制冷劑流經乏風換熱裝置I充分吸熱蒸發(fā)，提高乏風熱泵系統(tǒng)的換熱效率。
[0022]夏季制冷時，控制裝置控制四通閥2換向，使四通閥2的第一閥口 3和第四閥口相通，第三閥口 7和第二閥口 14相通，從壓縮機13出來的高溫高壓氣體通過油氟分離器12進行油氟分離，潤滑油回流至壓縮機13，氣態(tài)制冷劑經四通閥2進入乏風換熱裝置1，與乏風換熱后冷凝成液態(tài)，液態(tài)制冷劑經第一循環(huán)泵4從第一接口 6進入殼管式換熱器5，與殼管式換熱器5內的水換熱,液態(tài)制冷劑蒸發(fā)氣化吸取殼管式換熱器5內的水的熱量成為氣態(tài)制冷劑，對殼管式換熱器5內的水進行制冷，制冷的水通過第二循環(huán)泵10用于井口通風降溫和空調使用，氣態(tài)制冷劑從第二接口 8流出通過四通閥2再次進入壓縮機13，壓縮機13對氣體制冷劑壓縮成為高溫高壓氣體，開始下一個循環(huán)，潤滑油回流至壓縮機13。
[0023]一冷凝器15的制冷劑入口通過設有第二電磁閥17的管路與乏風換熱裝置I的上口和四通閥2的第一閥口 3之間的管路相連，冷凝器15的制冷劑出口通過設有第一電磁閥16的管路與乏風換熱裝置I的下口和殼管式換熱器5的第一接口 6之間的管路相連，冷凝器15的冷卻端接口通過一循環(huán)管路與一冷卻塔18相連,第一電磁閥16和第二電磁閥17分別通過導線與控制裝置相連。
[0024]當夏季制冷時的冷負荷加大，僅靠乏風換熱裝置I冷凝放熱達不到系統(tǒng)放熱量的要求時，可通過控制裝置打開第一電磁閥16和第二電磁閥17，原只流向乏風換熱裝置I的高溫高壓氣體分流一部分至冷凝器15內進行換熱，熱量通過冷卻塔釋放到外界，氣體制冷劑冷凝成液態(tài)制冷劑，然后經過管路與從乏風換熱裝置I流出的液態(tài)制冷劑混合后流入殼管式換熱器5。如此通過冷凝器15和冷卻塔18幫助放出多余的熱量，達到系統(tǒng)對放熱量的要求。
[0025]所述乏風換熱裝置I包括一罩設于礦井的排風井口上方一換熱房，換熱房的四個豎直設置的側墻19上均設置翅片換熱器20，換熱房的房頂為四棱錐形房頂，四棱錐形房頂與側墻19的連接處設有一環(huán)形接水槽22，在環(huán)形接水槽22的底部與各翅片換熱器20相對的位置分別設有一位于換熱房內的水管23,各水管23的出水口分別與其對應的翅片換熱器20位置相對設置,在每個水管23內分別設有電動閥24,在環(huán)形接水槽22內設有液位計25，一微壓差計25的兩個感溫探頭分別放置于換熱房內和換熱房外，在四棱錐形房頂21的頂面上設有若干個電動風閥27，各個電動風閥27、微壓差計26、電動閥24、液位計25均通過導線與控制裝置相連，所有翅片換熱器20的上口相連后與四通閥2的第一閥口 3相連，所有翅片換熱器20的下口相連后與殼管式換熱器5的第一接口 6相連。
[0026]由翅片換熱器20和具有四棱錐形房頂21的換熱房組成的密閉維護裝置放置在礦井的排風口上方，確保礦井排風只能全部通過翅片換熱器20而排到大氣中，使翅片換熱器20中的制冷劑能夠與乏風充分換熱。
[0027]四棱錐形房頂21的側板斜度經過嚴格的計算驗證，使垂直向上的排風經過傾斜的側板改變風向后，正好全部經過翅片換熱器20排到室外，這種結構的房頂不但可以減少排風的阻力，而且在一備一用的雙排風井口，可以使備用排風井口側的翅片換熱器20得到使用排風井口側翅片換熱器20相近的風量，充分發(fā)揮翅片換熱器20的換熱效果，實現(xiàn)均衡翅片換熱器20的風量的作用。
[0028]所述環(huán)形接水槽22在下雨天用于接雨水，當環(huán)形接水槽22收集到的雨水到達液位設定值時，液位計25發(fā)送信號給控制裝置，控制裝置控制電動閥24打開，雨水通過水管23對翅片換熱器20進行沖洗。這樣通過在下雨天收集雨水自動對翅片換熱器20進行清洗，可減少人工高空清洗的次數(shù)，降低人們的勞動強度。
[0029]當翅片換熱器20發(fā)生臟堵后，會造成排風壓力增大，當微壓差記26檢測到換熱房內外壓差> 250Pa時，微壓差計26給控制裝置發(fā)送信號，控制裝置報警并打開電動風閥27，使部分風量通過電動風閥27排到室外，防止由于翅片換熱器20臟堵而增大井口排風的壓力，保證礦井的安全。根據(jù)報警提示人們對翅片換熱20器進行清理，清理完畢后再手動關閉電動風閥。
[0030]在換熱房內靠近每個翅片換氣器20的迎風面處各設置一過濾網(wǎng)28。礦場粉塵多，過濾網(wǎng)28作為第一道除塵過濾裝置，可以過濾到大部分粉塵和雜質，起到保護翅片換熱器20的作用。
[0031]一自來水水管29的一端位于環(huán)形接水槽22內，另一端連接水源。在翅片換熱器20發(fā)生臟堵而又沒雨水時，人們可通過向自來水水管29供應自來水對各個翅片換熱器20進行沖洗，省卻人們高空清洗的麻煩。清洗過程如下:人們向自來水水管29供應自來水，自來水流入環(huán)形接水槽22內，當環(huán)形接水槽22內的水位到達設定值時，液位計25發(fā)送信號給控制裝置，控制裝置控制電動閥24打開，自來水通過各個水管23對各個翅片換熱器20進行沖洗。
[0032]所述翅片換氣器20的翅片為鎳銅翅片。鎳銅翅片中含有鎳元素，可以增加翅片本身的強度和耐腐蝕能力，鎳銅翅片中含有紫銅，可以保證翅片距離在同等情況下而換熱效果更好，而且紫銅還具有100%的抗菌率和O級的長霉等級，灰塵很難粘附在翅片表面上，具有很好的自清潔功能。故采用鎳銅翅片的翅片換熱器20具有抗菌抑霉、耐臟堵、翅片強度高不易變形、換熱效果好等特點。
[0033]在翅片換熱器20的翅片外側表面設有親水鋁箔層。煤礦空氣濕度大，在換熱過程中會產生大量泠凝水，親水鋁箔可使冷凝水及時排走避免凝結在翅片表面，從而提高換熱效率，還能有效避免冷凝水阻礙空氣流動而產生的噪音。
[0034]所述翅片換熱器20的翅片間距為3.0mm。增大翅片間距不僅可以減少風阻，還可以讓讓礦井排風中較大的粉塵顆粒通過，不會滯留在換熱器表面，避免堵塞翅片換熱器。
[0035]本發(fā)明未詳述之處，均為本【技術領域】技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，其特征在于:包括位于排風井口上方的乏風換熱裝置，乏風換熱裝置的上口通過管路與一四通閥的第一閥口相連，乏風換熱裝置的下口通過一設有第一循環(huán)泵的管路與一殼管式換熱器的第一接口相連，四通閥的第三閥口與殼管式換熱器的第二接口相連，殼管式換熱器的客戶端接口通過設有第二循環(huán)泵的循環(huán)管道與客戶端相連，四通閥的第四閥口通過一設有油氟分離器的管路與一壓縮機的高壓出口相連，壓縮機的低壓入口通過管路與四通閥的第二閥口相連，四通閥通過導線與控制裝置相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，其特征在于:一冷凝器的制冷劑入口通過設有第二電磁閥的管路與乏風換熱裝置的上口和四通閥的第一閥口之間的管路相連，冷凝器的制冷劑出口通過設有第一電磁閥的管路與乏風換熱裝置的下口和殼管式換熱器的第一接口之間的管路相連，冷凝器的冷卻端接口通過一循環(huán)管路與一冷卻塔相連，第一電磁閥和第二電磁閥分別通過導線與控制裝置相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述乏風換熱裝置包括一罩設于礦井的排風井口上方一換熱房，換熱房的四個豎直設置的側墻上均設置翅片換熱器，換熱房的房頂為四棱錐形房頂，四棱錐形房頂與側墻的連接處設有一環(huán)形接水槽，在環(huán)形接水槽的底部與各翅片換熱器相對的位置分別設有一位于換熱房內的水管，各水管的出水口分別與其對應的翅片換熱器位置相對設置，在每個水管內分別設有電動閥，在環(huán)形接水槽內設有液位計，一微壓差計的兩個感溫探頭分別放置于換熱房內和換熱房外，在四棱錐形房頂?shù)捻斆嫔显O有若干個電動風閥，各個電動風閥、微壓差計、電動閥、液位計均通過導線與控制裝置相連，所有翅片換熱器的上口相連后與四通閥的第一閥口相連，所有翅片換熱器的下口相連后與殼管式換熱器的第一接口相連。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，其特征在于:在換熱房內靠近每個翅片換氣器的迎風面處各設置一過濾網(wǎng)。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，其特征在于:一自來水水管的一端位于環(huán)形接水槽內，另一端連接水源。
6.根據(jù)權利要求3所述的一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述翅片換氣器的翅片為鎳銅翅片。
7.根據(jù)權利要求3所述的一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，其特征在于:在翅片換熱器的翅片外側表面設有親水鋁箔層。
8.根據(jù)權利要求3所述的一種直蒸高效乏風冷暖熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述翅片換熱器的翅片間距為3.0mm。
【文檔編號】F25B30/06GK104197586SQ201410476019
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權日:2014年9月17日
【發(fā)明者】劉海東, 郭寧, 王仁棟, 李亞軍, 范廷華, 馬明明 申請人:濟南國海能源科技有限公司