[发明专利]一种基于压缩式热泵的中、高温矿井冷热源综合利用系统

权利要求书

1.一种基于压缩式热泵的中、高温矿井冷热源综合利用系统，所述矿井冷热源综合利用系统由压缩式热泵机组、中高温热泵机组、矿井水地热能回收器、风冷换热器、矿井排风废热回收器、冷却塔、溶液再生器、溶液冷却器、阀门、循环泵及连接管路构成；其中，连接管路系统分为冷冻水管路系统、 冷却水管路系统、供热管路系统和除湿管路系统；其特征在于，该综合利用系统的具体结构是：

所述冷冻水管路系统：冷冻水回水干管经第1节点分别经V1阀门与风冷换热器的冷冻水入口相连；经V2阀门、第2节点与压缩式热泵机组蒸发器的冷冻水入口相连；再经第1节点、V2阀门、第2节点、V6阀门、第6节点、V17阀门或第1节点、V2阀门、第2节点、V6阀门、第6节点、V27阀门与中高温热泵机组蒸发器的冷冻水入口相连；冷冻水供水干管经第5节点、V4阀门、第4节点与风冷换热器的冷冻水出口相连，经第5节点、V3阀门、第2节点与压缩式热泵机组蒸发器的冷冻水入口相连，经第5节点、V7阀门、第13节点与中高温热泵机组蒸发器的冷冻水出口相连；

所述冷却水管路系统：压缩式热泵机组冷凝器的冷却水出口经V10阀门、第8节点、V15阀门与溶液冷却器的冷却水入口连接，经V10阀门、第8节点、V28阀门与冷却塔冷却水入口连接；压缩式热泵机组的冷凝器冷却水入口经第3节点、V14阀门与溶液冷却器的冷却水出口相连，经第3节点、V12阀门、V16阀门与冷却塔的冷却水出口相连；

中高温热泵冷凝器的冷却水出口经V18阀门、第11节点、V20阀门与溶液再生器驱动热源入口连接，在第11节点与供热水回水管连接；中高温热泵冷凝器的冷却水入口经V19阀门、第12节点、V21阀门与溶液再生器驱动热源出口连接，并在第12节点与供热水供水管连接；中高温热泵蒸发器的冷冻水入口经V17阀门、第6节点、V8阀门、V9阀门、第7节点或经V27阀门、第6节点、V8阀门、V9阀门、第7节点与矿井排风废热回收器、矿井水地热回收器的冷却水入口相连，中高温热泵蒸发器的冷冻水出口经第13节点、V13阀门、V11阀门与矿井排风废热回收器、矿井水地热回收器的冷却水出口连接；

供热管路系统：供热回水干管经V22阀门、第11节点、经V18阀门与中高温热泵冷却水入口连接，经V22阀门、第11节点、V20阀门与溶液再生器驱动热源出口相连；供热干管供水干管经V23阀门、第12节点、V19阀门与中高温热泵的冷却水入口连接，经V23阀门、第12节点、V21阀门与溶液再生器驱动热源入口连接；

除湿管路系统：除湿稀溶液回液干管通过V25阀门与溶液再生器入口连接，溶液再生器出口经V26阀门与溶液冷却器入口相连，溶液冷却器出口经V24阀门与除湿浓溶液供液干管连接；

驱动热源管路系统：驱动热源管路系统的驱动热源包括外部驱动热源和内部驱动热源；由于中高温热泵和溶液再生器负荷变化不同步或不一定同时开启，中高温热泵产生的热量不足以驱动溶液再生器时，作为外部驱动热源的低压蒸汽辅助驱动；内部驱动热源是以中高温热泵产生的高温冷却水驱动溶液再生器；

所述矿井排风废热回收器为气-液换热器，矿井水地热回收器为水-水换热器。

2.根据权利要求1所述基于压缩式热泵的中、高温矿井冷热源综合利用系统，其特征在于，所述中高温热泵机组为压缩式热泵机组或吸收式热泵机组，其中压缩式热泵机组为复叠式压缩式热泵机组或多级压缩式热泵机组；采用电驱动方式或采用燃气发动机驱动；其中吸收式热泵机组为热水型吸收式热泵、蒸汽型吸收式热泵或燃气直燃型吸收式热泵。

3.根据权利要求1所述基于压缩式热泵的中、高温矿井冷热源综合利用系统，其特征在于，所述冷却塔为闭式冷却塔，冷却塔设置为一台或多台并联。

4.根据权利要求1所述基于压缩式热泵的中、高温矿井冷热源综合利用系统，其特征在于，所述除湿溶液为CaCl₂溶液或LiCl溶液或LiBr溶液。

5.一种权利要求1所述的基于压缩式热泵的中、高温矿井冷热源综合利用系统的运行方式，其特征在于：包括：

(一)当室外温度t≥15℃时，采用热泵机组制取冷冻水的运行方式，具体工艺流程为：

1)冷冻水管路系统有两种运行方式：

第一种，V1阀门、V3阀门、V4阀门、V6阀门、V7阀门关闭，V2阀门、V5阀门打开，压缩式热泵独立运行；冷冻水回水经V2阀门进入压缩式热泵机组蒸发器，降温后冷冻水供水，如此循环；

第二种，V1阀门、V3阀门、V4阀门、V17阀门关闭，V2阀门、V5阀门、V6阀门、V7阀门、V27阀门打开，压缩式热泵与中高温热泵并联运行；冷冻水回水经第2节点后分为两路：一路进入压缩式热泵的蒸发器降温后流出；另一路进入中高温热泵的蒸发器降温后流出，两路降温后的冷冻水在第5节点混合后，作为冷冻水供水，进入冷冻水供水干管；

2)冷却水管路系统有两种运行方式：

第一种，V8阀门、V9阀门、V11阀门、V13阀门关闭，V10阀门、V12阀门、V14阀门、V15阀门、V16阀门、V28阀门打开；来自冷却塔的冷却水在第8节点分为两路，一路进入压缩式热泵的冷凝器吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环，另一路进入溶液冷却器中吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环；

第二种，在第一种的基础上， V18阀门、V19阀门、V20阀门、V21阀门打开；来自冷却塔的冷却水在第8节点分为两路，一路进入压缩式热泵的冷凝器吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环，另一路进入溶液冷却器中吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环；

3)冷冻水管路系统的第一种运行方式与冷却水管路系统的第一种运行联合运行，冷冻水管路系统的第二种运行方式与冷却水管路系统的第二种运行联合运行；

4)除湿溶液管路系统包括两种运行方式：

第一种，来自除湿稀溶液回液干管的除湿稀溶液进入溶液再生器中再生为除湿浓溶液后，进入溶液冷却器被冷却降温后作为除湿浓溶液，进入除湿浓溶液供液干管；

第二种来自溶液再生器的冷却水在中高温热泵内吸热升温，然后返回至溶液再生器进行散热降温，且作为溶液再生器的驱动热源，如此循环；

(二)当室外温度15℃＞t≥8℃时，采用风冷换热器和热泵机组联合运行来制取冷冻水的方法，具体工艺流程为：

1)冷冻水管路系统有两种运行方式：

第一种，V2阀门和V4阀门关闭，V1阀门、V3阀门和V5阀门打开，风冷换热器与压缩式热泵串联运行；冷来自冷冻水回水干管的冷冻水回水进入风冷换热器放热降温后，再进入压缩式热泵机组的蒸发器进一步放热降温，深度降温后的低温冷冻水进入冷冻水供水干管；

第二种，V3阀门关闭，V1阀门、V2阀门、V4阀门、V5阀门打开，风冷换热器与压缩式热泵并联运行：来自冷冻水回水干管的冷冻水回水在第1节点分为两路，一路经V1阀门进入风冷换热器放热降温，另一路经V2阀门进入压缩式热泵机组的蒸发器放热降温，来自风冷换热器和压缩式热泵机组的两路冷冻水在第5节点混合后，作为冷冻水供水进入冷冻水供水干管；

2)冷却水管路系统有两种运行方式：

第一种，V8阀门、V9阀门、V11阀门、V13阀门关闭，V10阀门、V12阀门、V14阀门、V15阀门、V16阀门、V28阀门打开；来自冷却塔的冷却水在第8节点分为两路，一路进入压缩式热泵的冷凝器吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环，另一路进入溶液冷却器中吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环；

第二种，在第一种的基础上,V18阀门、V19阀门、V20阀门、V21阀门打开；来自冷却塔的冷却水在第8节点分为两路，一路进入压缩式热泵的冷凝器吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环，另一路进入溶液冷却器中吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环；来自溶液再生器的冷却水在中高温热泵内吸热升温，然后返回至溶液再生器进行散热降温，且作为溶液再生器的驱动热源，如此循环；

3)冷冻水管路系统的第一种运行方式与冷却水管路系统的第一种运行联合运行，冷冻水管路系统的第二种运行方式与冷却水管路系统的第二种运行联合运行；

4)除湿溶液管路系统：来自除湿稀溶液回液干管的除湿稀溶液进入溶液再生器中再生为除湿浓溶液后，进入溶液冷却器被冷却降温后作为除湿浓溶液，进入除湿浓溶液供液干管；

(三)当室外温度8℃＞t时，

1)冷冻水管路有三种运行方式：

第一种，V2阀门、V3阀门和V5阀门关闭，V1阀门和V4阀门打开，风冷换热器单独运行：冷冻水回水进入风冷换热器被室外低温空气冷却降温后，作为冷冻水供水进入冷冻水供水干管；

第二种方式风冷换热器与压缩式热泵机组串联运行流程与当室外温度15℃＞t≥8℃时，采用风冷换热器和热泵机组联合运行来制取冷冻水的工艺流程的第一种运行方式相同；

第三种风冷换热器与压缩式热泵并联方式与当室外温度15℃＞t≥8℃时，采用风冷换热器和热泵机组联合运行来制取冷冻水的工艺流程的第二种运行方式相同；

2)冷却水管路系统有两种运行方式：

第一种，V8阀门、V9阀门、V11阀门、V13阀门关闭，V10阀门、V12阀门、V14阀门、V15阀门、V16阀门、V28阀门打开；来自冷却塔的冷却水在第8节点分为两路，一路进入压缩式热泵的冷凝器吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环，另一路进入溶液冷却器中吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环；

第二种，来自冷却塔的冷却水进入溶液冷却器中吸热升温，然后返回至冷却塔进行散热降温，如此循环；

3)冷冻水管路系统的第一种运行方式与冷却水管路系统的第二种运行方式联合运行，冷冻水管路系统的第二种运行方式与冷却水管路系统的第一种运行方式联合运行，冷冻水管路系统的第三种运行方式与冷却水管路系统的第一种运行方式联合运行；

4)除湿溶液管路系统：来自除湿稀溶液回液干管的除湿稀溶液进入溶液再生器中再生为除湿浓溶液后，进入溶液冷却器中冷却降温，成为除湿浓溶液，然后进入除湿浓溶液供液干管；

(四)当进入供热季时，进行辅助供热，具体工艺流程为：

1)冷却水管路系统：V6阀门、V7阀门、V10阀门关闭，V8阀门、V9阀门、V11阀门、V12阀门、V14阀门、V15阀门、V16阀门、V27阀门、V28阀门打开，来自冷却塔的冷却水进入溶液冷却器器中吸热升温，然后返回至冷却塔散热降温，如此循环；矿井排风废热回收装置、矿井水地热回收器和中高温热泵并联运行，所产生的中温冷却水用作中高温热泵的低温热源；来自中高温热泵蒸发器的循环水经第13节点、V13阀门、V11阀门至第9节点，然后分为两路，一路进入矿井排风废热回收装置回收高温排风余热被加热升温，另一路进入矿井水地热回收器回收地下水地热能被加热升温，升温后的两路循环水在第6节点汇合，然后进入中高温热泵的蒸发器放热降温，如此循环；

2)供热水管路系统：V18阀门、V19阀门、V20阀门、V21阀门、V22阀门、V23阀门打开；来自供热回水干管的供热回水经V22阀门、第11节点、V18阀门进入中高温热泵机组的冷凝器被加热升温，在第12节点分为两路，一路作为供热供水进入供热供水干管；另一路进入溶液再生器驱动溶液再生器，热量不够时用外部驱动热源的低压蒸汽补充；

3)除湿溶液管路系统：来自除湿稀溶液回液干管的除湿稀溶液进入溶液再生器再生为除湿浓溶液后，进入溶液冷却器被冷却降温，成为除湿浓溶液，然后进入除湿浓溶液供液干管。