CN101551136A - 一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置 - Google Patents

一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置 Download PDF

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Abstract

一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，属于空调设备技术领域。本发明将锅炉与吸收式热泵机组联合使用，锅炉产生的热水或蒸汽作为吸收式热泵机组的驱动热源，并利用风冷式换热器直接或间接地从空气中取热，将从自来水或用户末端返回的低温热水依次送入吸收式热泵机组的吸收器和冷凝器中，制取高温热水，该方式比直接燃烧化石燃料供热具有更高的一次能源利用效率；该装置可根据季节及地域的变化，分别采用吸收式热泵机组供热、吸收式热泵机组与锅炉联合供热以及锅炉直接供热三种运行模式，适用于任意外温环境，提高了供热装置的安全性；并可方便地调节出水温度，减少冷热水掺混造成的能量品位损失。

Description

一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置
技术领域
本发明属于锅炉与空调设备技术领域，尤其适用于空调系统和生活用的热水制备。
背景技术
作为经济高速发展的发展中国家，我国经济在取得巨大成就的同时也付出了高昂的资源和环境代价。经济发展和资源、环境之间的矛盾越来越突出。2004年中国一次能源产量占世界的13.7％，是世界第二大能源生产国。我国在一次能源品种中，煤炭占一次能源消耗总量的67％，利用效率约为27％。我国在一次能源品种中，煤炭占一次能源消耗总量的67％，利用效率约为27％，其中煤炭利用效率最高的工业燃煤锅炉平均效率约为65％。
煤炭资源是一种不可再生的资源，中国是当今世界煤炭生产和消费最多的国家，煤炭广泛应用在工厂动力、建筑采暖、人民生活等各个方面。锅炉是煤炭的重要耗能设备之一。目前，热水锅炉供热的模式普遍如图1所示，热水锅炉1产生的热水通过第一换热器2与二次侧的冷水换热，提高用户侧的水温，再供给用户使用。
该生产热水模式存在三方面的不足：(1)一次能源使用效率偏低，燃煤锅炉效率通常在40～70％之间，天然气和燃油锅炉效率略高约60～80％；(2)当使用要求或使用环境改变时，没有有效的调节手段，一年四季，当室外温度和自然水温发生变化时，锅炉的运行效率不变；(3)没有充分利用可利用的废热源。
针对以上不足，我们提出一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，该装置与吸收式热水机组联合使用，打破把一次能源化学能直接转化成热能来利用的常规思维，利用季节变化，充分从空气中取热，产生的热水可供空调设备，也可供生活用水，提高了锅炉的一次能源利用效率。该装置还可根据季节及地域的变化，改变运行模式，适用于任何外温环境。
发明内容
鉴于上述原因，本发明提供一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，其优点在于：
(1)充分利用室外空气热源，提高一次能源的使用效率，特别是当外界环境温度较高时，达到更高的能效水平；
(2)具备三种切换模式，适用于任何外温的情况；
(3)可方便调节出水温度，减少混合能量损失。
本发明将为空调系统和生活热水提供热源，在满足需求的同时，利用空气热源，充分发挥不同等级能源在质上的差异，提高一次能源效率。
本发明的第一种技术方案：
一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，含有热水锅炉1，设置在热水锅炉出水管路51或回水管路52上的第一循环泵21，第一换热器2，第一调节阀13，设置在用户回水管路41或用户供水管路42上的第二循环泵22，以及第四调节阀17，所述热水锅炉1的出水管路与第一换热器2的一次侧入口相连，第一换热器2的一次侧出口与热水锅炉1的回水管路相连，第一换热器2的二次侧入口与用户回水管41相连，第一换热器2的二次侧出口与用户供水管42相连，其特征在于：增设与第一换热器2并联的吸收式热泵机组3，所述吸收式热泵机组3内含发生器31、冷凝器32、蒸发器33、吸收器34、溶液热交换器35、第一溶液泵36、第二溶液泵37、第三循环泵331、第二换热器332和风扇333；所述热水锅炉1的供水管通过第二调节阀12与发生器31的加热器入口相连，发生器加热器的出口与热水锅炉1的回水管路相连；吸收器34的热水管入口通过第三调节阀14与用户回水管路41相连，流出吸收器的热水经由冷凝器32内部的热水管进一步加热、再经第一电磁阀15流入用户供水管路42；第一电磁阀15的入口通过第二电磁阀16与第一换热器2的二次侧入口相连，第一换热器2的二次侧出口与第一电磁阀15的出口相连；在用户供水管路或用户回水管路上设置第二循环泵22；载冷剂经所述蒸发器33的载冷剂出口、第三循环泵331和第二换热器332后，返回到蒸发器33的载冷剂入口，所述第二换热器332内部的载冷剂从室外环境中取热。
给吸收式热泵机组3的蒸发器33外接风冷式第二换热器332，风扇333，第三循环泵331，在风扇333的作用下，第二换热器332从空气中取热，换热介质受热蒸发，进入吸收式热水机组3的蒸发器33中冷凝放热，在第三循环泵331的作用下，进入第二换热器332蒸发吸热，完成一个从空气中取热的过程。吸收式热泵机组3与第一换热器2分别与用户供水管路42相连，可独立工作，完成各种模式的切换。
在上述第一种方案中，所述的第二换热器332为风冷式换热器；流经蒸发器33、第三循环泵331、第二换热器332的载冷剂为乙二醇水溶液或盐水溶液或各类制冷工质。
本发明的第二种技术方案：
一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，含有热水锅炉1，设置在热水锅炉出水管路51或回水管路52上的第一循环泵21，第一换热器2，第一调节阀13，设置在用户回水管路41或用户供水管路42上的第二循环泵22，以及第四调节阀17，所述热水锅炉1的出水管路与第一换热器2的一次侧入口相连，第一换热器2的一次侧出口与热水锅炉1的回水管路相连，第一换热器2的二次侧入口与用户回水管41相连，第一换热器2的二次侧出口与用户供水管42相连，其特征在于：增设与第一换热器2并联的吸收式热水机组3，所述吸收式热水机组3内含发生器31、冷凝器32、风冷式蒸发器39、吸收器34、溶液热交换器35、第一溶液泵36和风扇333；所述热水锅炉1的供水管通过第二调节阀12与发生器31的加热器入口相连，发生器加热器的出口与热水锅炉1的回水管路相连；吸收器34的热水管入口通过第三调节阀14与用户回水管路41相连，流出吸收器的热水经由冷凝器32内部的热水管进一步加热、再经第一电磁阀15流入用户供水管路42；第一电磁阀15的入口通过第二电磁阀16与第一换热器2的二次侧入口相连，第一换热器2的二次侧出口与第一电磁阀15的出口相连；在用户供水管路或用户回水管路上设置第二循环泵22；所述风冷式蒸发器39在风扇333作用下从室外环境中取热，使风冷式蒸发器39内部的制冷剂蒸发。
第三循环泵331、第二换热器332的载冷剂为乙二醇水溶液或盐水溶液或各类制冷工质。
在上述两种技术方案中，所述的热水锅炉为燃煤、燃油或燃气锅炉。所述的吸收式热泵机组为单效吸收式热泵机组或双效吸收式热泵机组；吸收式热泵机组3内部的制冷剂为水或氨或各类制冷工质。
本发明具有以下优点及突出性效果：该装置通过吸收式热泵机组从空气中取热，达到了利用空气废热的目的。该装置可根据季节及地域的变化，分别采用吸收式热泵机组供热、吸收式热泵机组与锅炉联合供热以及锅炉直接供热三种运行模式，因此其一次能源使用效率高、适用范围广，提高了供热装置的安全性；并可方便地调节出水温度，减少冷热水掺混造成的能量品位损失。
附图说明
图1为现有技术的锅炉供热的结构及工作原理图，同本发明提供的一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置的第一种实施例的模式3的工作原理图。
图2是本发明提供的一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置的第一种实施例的结构及模式2的工作原理图。
图3是本发明提供的一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置的第一种实施例的模式1的工作原理图。
图4为本发明提供的一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置的第二种实施例的结构及工作原理图。
其中：
1-热水锅炉；2-第一换热器；3-吸收式热泵机组；12-第二调节阀；13-第一调节阀；14-第三调节阀；15-第一电磁阀；16-第二电磁阀；17-第四调节阀；21-第一循环泵；22-第二循环泵；31-吸收式热泵机组3的发生器；32-吸收式热泵机组3的冷凝器；33-吸收式热泵机组3的蒸发器；34-吸收式热泵机组3的吸收器；35-吸收式热泵机组3的溶液热交换器；36-吸收式热泵机组3的第一溶液泵；37-吸收式热泵机组3的第二溶液泵；39-吸收式热泵机组3的风冷式蒸发器；331-第三循环泵；332-第二换热器，333-风扇，41-用户回水管路，42-用户供水管路，51-锅炉出水管路，52-锅炉回水管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例一、间接取热模式
如图2所示为一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，含有热水锅炉1，设置在热水锅炉出水管路51或回水管路52上的第一循环泵21，第一换热器2，第一调节阀13，设置在用户回水管路41或用户供水管路42上的第二循环泵22，以及第四调节阀17，所述热水锅炉1的出水管路与第一换热器2的一次侧入口相连，第一换热器2的一次侧出口与热水锅炉1的回水管路相连，第一换热器2的二次侧入口与用户回水管41相连，第一换热器2的二次侧出口与用户供水管42相连，其特征在于：增设与第一换热器2并联的吸收式热泵机组3，所述吸收式热泵机组3内含发生器31、冷凝器32、蒸发器33、吸收器34、溶液热交换器35、第一溶液泵36、第二溶液泵37、第三循环泵331、第二换热器332和风扇333；所述热水锅炉1的供水管通过第二调节阀12与发生器31的加热器入口相连，发生器加热器的出口与热水锅炉1的回水管路相连；吸收器34的热水管入口通过第三调节阀14与用户回水管路41相连，流出吸收器的热水经由冷凝器32内部的热水管进一步加热、再经第一电磁阀15流入用户供水管路42；第一电磁阀15的入口通过第二电磁阀16与第一换热器2的二次侧入口相连，第一换热器2的二次侧出口与第一电磁阀15的出口相连；在用户供水管路或用户回水管路上设置第二循环泵22；载冷剂经所述蒸发器33的载冷剂出口、第三循环泵331和第二换热器332后，返回到蒸发器33的载冷剂入口，所述第二换热器332内部的载冷剂从室外环境中取热。
该实施例根据室外温度不同，有三种运行模式：
模式1：如图3所示，当外界环境温度较高，如0℃以上时，采用吸收式热泵机组3单独制热模式。该模式下，关闭第一调节阀13、第四调节阀17、第二电磁阀16，开启第二调节阀12、第三调节阀14、第一电磁阀15，开启第一循环泵21与第二循环泵22，此时吸收式热水机组3工作，第一换热器2不工作。热水锅炉1产生的热水通过第二调节阀12供给吸收式热水机组3作为驱动热源，回水进入锅炉循环使用；以空气为低温热源，在风扇333的作用下，第二换热器332从空气中吸热，载冷剂获得空气的热量，进入吸收式热水机组3的蒸发器33中放热，在第三循环泵331的作用下，再进入第二换热器332内吸热，完成从空气中取热的过程；自来水或从用户中返回的低温热水经过第三调节阀14，先进入吸收器34预热，再进入冷凝器32中进一步加热成为高温热水，经第一电磁阀15供给用户使用。
模式2：如图2所示，当外界环境温度较低，如-15℃以上、0℃以下时，采用吸收式热泵机组3与第一换热器2串联工作模式。该模式下，关闭第一电磁阀15、第四调节阀17，开启第二调节阀12、第一调节阀13、第三调节阀14、第二电磁阀16，开启第一循环泵21、第二循环泵22，此时吸收式热水机组3与第一换热器2同时工作。热水锅炉1产生的热水分别通过第二调节阀12、第一调节阀13供给吸收式热水机组3与第一换热器2，经过吸收式热水机组3的发生器31和第一换热器2后的出水汇合后，经第一循环泵21送入锅炉1循环使用；自来水或从用户流出的低温热水经吸收式热水机组3的吸收器34、冷凝器32加热后，再经第二电磁阀16，进入第一换热器2再度加热，然后，经第二循环泵22供给用户使用。吸收式热水机组3的蒸发器33从空气中的取热过程与模式1完全相同。
模式3：如图1所示，当外界温度很低时，如-15℃以下时，采用直接换热模式，即现有技术的运行模式。该模式下，关闭第二调节阀12、第三调节阀14、第一电磁阀15、第二电磁阀16，开启第一调节阀13、第四调节阀17、第一循环泵21与第二循环泵22，此时第一换热器2工作，吸收式热水机组3不工作；热水锅炉1产生的热水通过第一调节阀13供给第一换热器2，回水进入热水锅炉1循环使用；自来水或低温热水经过第四调节阀17、第一换热器2提升温度，再由第二循环泵22供给用户使用。
在上述三种模式中，所述的第二换热器332为风冷式换热器；流经蒸发器33、第三循环泵331、第二换热器332的载冷剂为乙二醇水溶液或盐水溶液或各类制冷工质。
实施例二、直接取热模式
图4为本发明提供的一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置直接取热的结构及工作原理图。该实施例含有热水锅炉1，设置在热水锅炉出水管路51或回水管路52上的第一循环泵21，第一换热器2，第一调节阀13，设置在用户回水管路41或用户供水管路42上的第二循环泵22，以及第四调节阀17，所述热水锅炉1的出水管路与第一换热器2的一次侧入口相连，第一换热器2的一次侧出口与热水锅炉1的回水管路相连，第一换热器2的二次侧入口与用户回水管41相连，第一换热器2的二次侧出口与用户供水管42相连，其特征在于：增设与第一换热器2并联的吸收式热水机组3，所述吸收式热水机组3内含发生器31、冷凝器32、风冷式蒸发器39、吸收器34、溶液热交换器35、第一溶液泵36和风扇333；所述热水锅炉1的供水管通过第二调节阀12与发生器31的加热器入口相连，发生器加热器的出口与热水锅炉1的回水管路相连；吸收器34的热水管入口通过第三调节阀14与用户回水管路41相连，流出吸收器的热水经由冷凝器32内部的热水管进一步加热、再经第一电磁阀15流入用户供水管路42；第一电磁阀15的入口通过第二电磁阀16与第一换热器2的二次侧入口相连，第一换热器2的二次侧出口与第一电磁阀15的出口相连；在用户供水管路或用户回水管路上设置第二循环泵22；所述风冷式蒸发器39在风扇333作用下从室外环境中取热，使风冷式蒸发器39内部的制冷剂蒸发。
该实施例将实施例一中的蒸发器33以及第二溶液泵37、第三循环泵331、第二换热器332更换为风冷式换热器39，则实现从空气中直接取热功能。该装置同样具备实施例一中的三种切换模式，在这里不再赘述。
在上述两种实施例中所述的热水锅炉1为燃煤、燃油或燃气锅炉，所述的吸收式热泵机组3为单效吸收式热泵机组或双效吸收式热泵机组。

Claims (5)

1.一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，含有热水锅炉(1)，设置在热水锅炉出水管路(51)或回水管路(52)上的第一循环泵(21)，第一换热器(2)，第一调节阀(13)，设置在用户回水管路(41)或用户供水管路(42)上的第二循环泵(22)，以及第四调节阀(17)，所述热水锅炉(1)的出水管路与第一换热器(2)的一次侧入口相连，第一换热器(2)的一次侧出口与热水锅炉(1)的回水管路相连，第一换热器(2)的二次侧入口与用户回水管(41)相连，第一换热器(2)的二次侧出口与用户供水管(42)相连，其特征在于：增设与第一换热器(2)并联的吸收式热泵机组(3)，所述吸收式热泵机组(3)内含发生器(31)、冷凝器(32)、蒸发器(33)、吸收器(34)、溶液热交换器(35)、第一溶液泵(36)、第二溶液泵(37)、第三循环泵(331)、第二换热器(332)和风扇(333)；所述热水锅炉(1)的供水管通过第二调节阀(12)与发生器(31)的加热器入口相连，发生器加热器的出口与热水锅炉(1)的回水管路相连；吸收器(34)的热水管入口通过第三调节阀(14)与用户回水管路(41)相连，流出吸收器的热水经由冷凝器(32)内部的热水管进一步加热、再经第一电磁阀(15)流入用户供水管路(42)；第一电磁阀(15)的入口通过第二电磁阀(16)与第一换热器(2)的二次侧入口相连，第一换热器(2)的二次侧出口与第一电磁阀(15)的出口相连；在用户供水管路或用户回水管路上设置第二循环泵(22)；载冷剂经所述蒸发器(33)的载冷剂出口、第三循环泵(331)和第二换热器(332)后，返回到蒸发器(33)的载冷剂入口，所述第二换热器(332)内部的载冷剂从室外环境中取热。
2.一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，含有热水锅炉(1)，设置在热水锅炉出水管路(51)或回水管路(52)上的第一循环泵(21)，第一换热器(2)，第一调节阀(13)，设置在用户回水管路(41)或用户供水管路(42)上的第二循环泵(22)，以及第四调节阀(17)，所述热水锅炉(1)的出水管路与第一换热器(2)的一次侧入口相连，第一换热器(2)的一次侧出口与热水锅炉(1)的回水管路相连，第一换热器(2)的二次侧入口与用户回水管(41)相连，第一换热器(2)的二次侧出口与用户供水管(42)相连，其特征在于：增设与第一换热器(2)并联的吸收式热水机组(3)，所述吸收式热水机组(3)内含发生器(31)、冷凝器(32)、风冷式蒸发器(39)、吸收器(34)、溶液热交换器(35)、第一溶液泵(36)和风扇(333)；所述热水锅炉(1)的供水管通过第二调节阀(12)与发生器(31)的加热器入口相连，发生器加热器的出口与热水锅炉(1)的回水管路相连；吸收器(34)的热水管入口通过第三调节阀(14)与用户回水管路(41)相连，流出吸收器的热水经由冷凝器(32)内部的热水管进一步加热、再经第一电磁阀(15)流入用户供水管路(42)；第一电磁阀(15)的入口通过第二电磁阀(16)与第一换热器(2)的二次侧入口相连，第一换热器(2)的二次侧出口与第一电磁阀(15)的出口相连；在用户供水管路或用户回水管路上设置第二循环泵(22)；所述风冷式蒸发器(39)内的制冷剂在风扇(333)作用下从室外环境中取热后蒸发。
3.根据权利要求1所述的一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，其特征在于：第二换热器(332)为风冷式换热器；流经蒸发器(33)、第三循环泵(331)、第二换热器(332)的载冷剂为乙二醇水溶液或盐水溶液。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，其特征在于：所述的热水锅炉(1)为燃煤、燃油或燃气锅炉。
5.根据权利要求1或2所述的一种利用锅炉与空气热源共同制备热水的装置，其特征在于：所述的吸收式热泵机组(3)为单效吸收式热泵机组或双效吸收式热泵机组。
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