一種低風溫工況礦井回風源熱泵系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種低風溫工況礦井回風源熱泵系統(tǒng)，包括一擴散塔，一礦井回風換熱器、一循環(huán)水池、一加料設備、一溶液濃縮設備、一熱泵機組單元、一用戶設備，其特征在于：擴散塔底部設置的匯水池管道連接循環(huán)水池，循環(huán)水池內(nèi)設置一噴淋泵和供水泵；噴淋泵通過兩并聯(lián)管道連接擴散塔頂部設置的礦井回風換熱器的噴淋管道，其中一并聯(lián)管道上設置一溶液濃縮設備；供水泵通過管道連接熱泵機組單元的一側，同時熱泵機組單元的另一側還通過管道連接用戶設備；循環(huán)水池連接加料設備以實現(xiàn)防凍液的投加。本實用新型可以廣泛應用于高寒地區(qū)低風溫工況條件下礦井回風熱能或冷能的回收利用。
【專利說明】一種低風溫工況礦井回風源熱泵系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種熱泵系統(tǒng)，特別是關于一種用于回收高寒地區(qū)煤礦礦井回風 源中低溫熱量或冷量的熱泵系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 目前現(xiàn)有的礦井回風源熱泵技術主要應用于回風溫度> 10°C的礦井，對于回風溫 度10°C以下的低風溫工況礦井回風低溫廢熱的回收還處于空白。而具有回風溫度< 10°C 的礦井主要分布在山西、內(nèi)蒙、陜西等高寒地區(qū)，而這些地區(qū)可回收的礦井回風廢熱非常豐 富。與此同時，這些地區(qū)冬季室外最低平均溫度多在-25°c，山西北部、內(nèi)蒙、陜西北部冬季 室外最低平均氣溫則達到了-30°C，導致礦井井筒防凍等用熱負荷加大，這對于礦井采用新 的供熱方式替代燃煤鍋爐提出了嚴峻的考驗。
[0003] 因此，開發(fā)一種低風溫工況礦井回風熱能回收技術，解決高寒地區(qū)井筒防凍用熱 問題，對促進這些地區(qū)礦井推廣應用供熱新技術，努力實現(xiàn)節(jié)能減排、減少霧霾等環(huán)境污染 具有重要的戰(zhàn)略意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術中的缺陷，提供一種用于回收 低風溫工況礦井回風中低溫熱量或冷量，為煤礦生活生產(chǎn)提供所需熱能或冷量的熱泵系 統(tǒng)。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術方案：一種低風溫工況礦井回風源熱 泵系統(tǒng)，包括一擴散塔，一礦井回風換熱器、一循環(huán)水池、一加料設備、一溶液濃縮設備、一 熱泵機組單元、一用戶設備，其特征在于：
[0006] 所述擴散塔底部設置一匯水池，所述匯水池通過管道連接所述循環(huán)水池；
[0007] 所述循環(huán)水池內(nèi)設置一噴淋泵和供水泵，所述噴淋泵通過一回風換熱主管道和一 噴淋循環(huán)管道連接所述擴散塔頂部設置的所述礦井回風換熱器的噴淋管道，從而在循環(huán)水 池與礦井回風換熱器之間組成一水霧循環(huán)管路；
[0008] 所述噴淋泵還通過所述回風換熱主管道和一溶液濃縮管道連接所述礦井回風換 熱器的噴淋管道，所述溶液濃縮管道上設置所述溶液濃縮設備，從而在循環(huán)水池與礦井回 風換熱器之間組成一溶液濃縮循環(huán)管路；
[0009] 所述循環(huán)水池中設置的供水泵通過一在線水處理設備連接所述熱泵機組單元，所 述熱泵機組單元再通過管道連接所述循環(huán)水池，同時所述熱泵機組單元還通過一循環(huán)管 路連接所述用戶設備；
[0010] 所述循環(huán)水池的一側通過一加料閥連接所述加料設備。
[0011] 所述噴淋循環(huán)管道和所述溶液濃縮管道上均設置一調(diào)節(jié)閥。
[0012] 所述礦井回風換熱器的噴淋管道處設置一溫度傳感器和一濃度傳感器。
[0013] 所述循環(huán)水池封閉設置。
[0014] 所述加料設備配備攪拌器。
[0015] 所述熱泵機組單元可以是1臺或1臺以上并聯(lián)的熱泵機組。
[0016] 所述溶液濃縮設備為膜濃縮設備。
[0017] 所述加料設備中填充的防凍液可以由鹵素鹽溶液和緩蝕劑組成。
[0018] 所述防凍液為氯化鈣溶液時，當管路水溫< 2°C時，氯化鈣溶液控制濃度范圍： 5% -10%。
[0019] 本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點：1、本實用新型中循環(huán)水池 配備有加料設備，在冬季低溫工況下，通過加入防凍液使管路中的載熱流體即使在低溫工 況下也不會凍結，并且通過配備攪拌器的加料設備能使防凍液濃度均勻，不會產(chǎn)生局部防 凍劑濃度過高產(chǎn)生結晶使管路堵塞的情況。2、本實用新型載熱流體輸送管路上設置有溶液 濃縮設備，能穩(wěn)定管路中的溶液濃度，能夠有效地避免因為"飄水"等損耗使防凍液濃度下 降而導致管路凍結的情況，并且能夠減少防凍液的持續(xù)投入，能有效地節(jié)約成本。3、本實用 新型由于在噴淋管路處設置溫度傳感器和濃度傳感器，在冬季低溫工況下，通過監(jiān)測進入 礦井回風換熱器之前的管內(nèi)流體的溫度和濃度，調(diào)控防凍液的投加量，適應冬季環(huán)境氣溫 變化，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。本實用新型可以廣泛應用于高寒地區(qū)低風溫工況條件下礦 井回風熱能或冷能的回收利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是本實用新型的系統(tǒng)結構示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和實施例，對本實用新型進行詳細的描述。
[0022] 如圖1所示，本實用新型包括一與礦井主通風機1相連的擴散塔2, 一礦井回風換 熱器3、一循環(huán)水池4、一加料設備5、一溶液濃縮設備6、一熱泵機組單兀7、一用戶設備8。
[0023] 擴散塔2頂部設置礦井回風換熱器3,礦井回風換熱器3采用噴淋換熱方式，擴散 塔2底部設置一匯水池21，匯水池21通過一管道連接循環(huán)水池4的頂部。
[0024] 循環(huán)水池4內(nèi)設置一噴淋泵41和一供水泵42。噴淋泵41連接一回風換熱主管 道9,回風換熱主管道9分為兩分支管道；其中一分支管道為噴淋循環(huán)管道91，噴淋循環(huán)管 道91通過一調(diào)節(jié)閥93連接礦井回風換熱器3的噴淋管道31，從而在循環(huán)水池4與礦井回 風換熱器3之間組成一水霧循環(huán)管路；回風換熱主管道9的另一分支管道為溶液濃縮管道 92,溶液濃縮管道92通過一調(diào)節(jié)閥94和一溶液濃縮設備6連接礦井回風換熱器3的噴淋 管道31，從而在循環(huán)水池4與礦井回風換熱器3之間組成一溶液濃縮循環(huán)管路。礦井回風 換熱器3的噴淋管道31處設置一溫度傳感器32和一濃度傳感器33,監(jiān)測進入礦井回風換 熱器之前的管道內(nèi)流體的溫度和濃度。
[0025] 循環(huán)水池4中設置的供水泵42通過一在線水處理設備43連接熱泵機組單元7 - 側的進水端，熱泵機組單元7同側的回水端通過一管路連接回循環(huán)水池4。
[0026] 同時，在循環(huán)水池4的一側通過一加料閥51連接加料設備5,并且通過控制加料閥 51的開啟實現(xiàn)由加料設備5向循環(huán)水池4中加入防凍液。
[0027] 熱泵機組單元7另一側通過一循環(huán)管道連接用戶設備8,用戶設備8可以是采暖空 調(diào)設備、洗浴設備、煤礦井口防凍設備等。
[0028] 本實用新型工作時分為兩種運行模式，一種是在夏季提取礦井回風中的冷量滿足 用戶供冷需求的制冷運行模式；另一種則是在冬季提取礦井回風中的熱能滿足用戶供熱需 求的制熱運行模式。
[0029] 當處于夏季制冷運行模式時，包括以下步驟：
[0030] 1)關閉加料設備5及加料閥51，關閉溶液濃縮管道92上的調(diào)節(jié)閥94和溶液濃縮 設備6,最后關閉溫度傳感器32和濃度傳感器33,并且打開調(diào)節(jié)閥93,確保僅通過噴淋循環(huán) 管道91使循環(huán)水池4與礦井回風換熱器3相連通；
[0031] 2)其他設備開啟運行，礦井回風換熱器3噴淋霧化水滴，霧化水滴與礦井主通風 機1從井下抽出的礦井總回風在擴散塔2中進行換熱，換熱后霧化水滴經(jīng)匯水池21收集進 入循環(huán)水池4,供水泵42泵送循環(huán)水通過在線水處理設備43過濾并進入熱泵機組7吸收 熱量后，流回循環(huán)水池4,再通過噴淋循環(huán)管道91返回礦井回風換熱器3繼續(xù)換熱，循環(huán)往 復；
[0032] 3)熱泵機組7將從循環(huán)水中提取的冷量傳遞給用戶設備8,完成用戶端循環(huán)制冷 過程，滿足用戶設備8的用冷需求。
[0033] 當處于冬季制熱運行模式時，包括以下步驟：
[0034] 1)首先，關閉加料設備5及加料閥51，關閉溶液濃縮管道92上的調(diào)節(jié)閥94和溶 液濃縮設備6,開啟溫度傳感器32和濃度傳感器33,通過噴淋循環(huán)管道91使循環(huán)水池4與 礦井回風換熱器3相連通。
[0035] 2)啟動其他設備后，通過溫度傳感器32監(jiān)測管路水溫：
[0036] ①當溫度傳感器32監(jiān)測到管路水溫高于2°C時，管路系統(tǒng)正常運轉，保持通過噴 淋循環(huán)管道91使循環(huán)水池4與礦井回風換熱器3相連通。礦井回風換熱器3噴淋霧化水 滴，霧化水滴與礦井主通風機1從井下抽出的礦井回風在擴散塔2內(nèi)進行換熱，換熱后的霧 化水經(jīng)匯水池21收集進入循環(huán)水池4,通過供水泵42將水經(jīng)過在線水處理設備43過濾進 入熱泵機組7釋放熱量后，再回流到循環(huán)水池4,然后通過噴淋循環(huán)管道91返回礦井回風換 熱器3繼續(xù)換熱，循環(huán)往復；
[0037] ②當溫度傳感器32監(jiān)測到管路水溫低于2°C時，管路系統(tǒng)有凍結危險。此時開啟 加料閥51及加料設備5,并通過加料設備5向循環(huán)水池4中投入防凍液，通過噴淋循環(huán)管道 91向礦井回風換熱器3泵送防凍液，并通過濃度傳感器33監(jiān)測管路內(nèi)的溶液濃度；
[0038] 當防凍劑濃度達到管路防凍需求時，關閉加料閥51停止加料，同時開啟調(diào)節(jié)閥94 和溶液濃縮設備6,通過控制調(diào)節(jié)閥93和調(diào)節(jié)閥94的大小，調(diào)節(jié)進入噴淋循環(huán)管道91和溶 液濃縮管道92的防凍液的流量，從而使防凍液濃度穩(wěn)定在有效的工作范圍內(nèi)；
[0039] 運行過程中，如果監(jiān)測到防凍液濃度仍無法滿足需求，則打開加料閥51和加料設 備5,通過加料設備5往循環(huán)水池追加投入防凍液；
[0040] 礦井回風換熱器3噴淋霧化水滴，霧化水滴與礦井主通風機1從井下抽出的礦井 回風在擴散塔2內(nèi)進行換熱，換熱后的霧化水經(jīng)匯水池21收集進入循環(huán)水池4,通過供水泵 42將水經(jīng)過在線水處理設備43過濾進入熱泵機組7釋放熱量后，再回流到循環(huán)水池4,然 后通過噴淋循環(huán)管道91和溶液濃縮管道92返回礦井回風換熱器3繼續(xù)換熱，循環(huán)往復；
[0041] 3)熱泵機組7通過循環(huán)管路將水霧循環(huán)中提取的熱量傳遞給用戶設備8,完成用 戶端循環(huán)供熱過程，滿足用戶設備8的用熱需求。
[0042] 上述實施例中，循環(huán)水池4密封設置，防止熱能散失以及投加防凍液后溶質(zhì)的揮 發(fā)損失。
[0043] 上述實施例中，加料設備5配備攪拌器，使防凍液濃度均勻。
[0044] 上述實施例中，加料設備5中填充的防凍液可以由鹵素鹽溶液和緩蝕劑組成。防 凍液為氯化鈣溶液時，當管路水溫< 2°C時，氯化鈣溶液控制濃度范圍：5% -10%。
[0045] 上述實施例中，熱泵機組單元7可以為1臺或1臺以上并聯(lián)的熱泵機組。
[0046] 上述實施例中，溶液濃縮設備6可以為膜濃縮設備。
[0047] 上述實施例中，可以通過PLC控制模塊，監(jiān)控溫度傳感器和濃度傳感器，并根據(jù) 信號反饋控制設備啟停和閥門開關、大小，實現(xiàn)自動或半自動控制。
[〇〇48] 上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式等都是可以 有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在 本實用新型的保護范圍之外。
【權利要求】
1. 一種低風溫工況礦井回風源熱泵系統(tǒng)，包括一擴散塔，一礦井回風換熱器、一循環(huán)水 池、一加料設備、一溶液濃縮設備、一熱泵機組單兀、一用戶設備，其特征在于： 所述擴散塔底部設置一匯水池，所述匯水池通過管道連接所述循環(huán)水池； 所述循環(huán)水池內(nèi)設置一噴淋泵和供水泵，所述噴淋泵通過一回風換熱主管道和一噴淋 循環(huán)管道連接所述擴散塔頂部設置的所述礦井回風換熱器的噴淋管道，從而在循環(huán)水池與 礦井回風換熱器之間組成一水霧循環(huán)管路； 所述噴淋泵還通過所述回風換熱主管道和一溶液濃縮管道連接所述礦井回風換熱器 的噴淋管道，所述溶液濃縮管道上設置所述溶液濃縮設備，從而在循環(huán)水池與礦井回風換 熱器之間組成一溶液濃縮循環(huán)管路； 所述循環(huán)水池中設置的供水泵通過一在線水處理設備連接所述熱泵機組單元，所述熱 泵機組單元再通過管道連接所述循環(huán)水池，同時所述熱泵機組單元還通過一循環(huán)管路連接 所述用戶設備； 所述循環(huán)水池的一側通過一加料閥連接所述加料設備。
2. 如權利要求1所述的一種低風溫工況礦井回風源熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述噴淋 循環(huán)管道和所述溶液濃縮管道上均設置一調(diào)節(jié)閥。
3. 如權利要求1所述的一種低風溫工況礦井回風源熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述礦井 回風換熱器的噴淋管道處設置一溫度傳感器和一濃度傳感器。
4. 如權利要求1所述的一種低風溫工況礦井回風源熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述循環(huán) 水池封閉設置。
5. 如權利要求1所述的一種低風溫工況礦井回風源熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述加料 設備配備攪拌器。
6. 如權利要求1所述的一種低風溫工況礦井回風源熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述熱泵 機組單元可以是1臺或1臺以上并聯(lián)的熱泵機組。
7. 如權利要求1所述的一種低風溫工況礦井回風源熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述溶液 濃縮設備為膜濃縮設備。
【文檔編號】F25B41/04GK203881000SQ201420240684
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權日:2014年5月12日
【發(fā)明者】王建學, 牛永勝, 孟杰 申請人:北京礦大節(jié)能科技有限公司