CN102563972A

CN102563972A - 双路输入热泵废热梯度利用热水系统

Info

Publication number: CN102563972A
Application number: CN2012100174822A
Authority: CN
Inventors: 朱延文; 朱加年; 杨太建; 刘亚; 严伟
Original assignee: HUAIAN HENGXIN WATER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Hengxin Nuojin Polytron Technologies Inc
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CN102563972B

Abstract

本发明提出了一种双路输入热泵废热梯度利用热水系统。该系统主要设置有热能回收机、水源热泵、空气源热泵。所述热能回收机输出温净水至空气源热泵冷凝器；输出降温后的废热水至水源热泵的蒸发器。本发明的双路输出系统取得了意想不到的效果，既可使冬季自来水温度提升高于25℃后，进入空气源热泵改善工况，又可为水源热泵提供15℃以上的废水热源，使空气源、水源热泵均获得较高能效比和较大制热量；实现了性能系数最大值和制热量最大值的统一，其综合性能明显地优于目前先进的双源热泵一体式热水机，因此本系统全天候均能保证设备高效稳定运行产生充足热水。

Description

双路输入热泵废热梯度利用热水系统

技术领域

本发明涉及废水热能回收技术，特别涉及一种双路输入热泵废热梯度利用热水系统。

背景技术

我国制定的国民经济和社会发展“十一五”、“十二五”规划纲要中，明确提出“要大力发展高效节能、先进环保、资源循环利用”等战略性新兴产业。为此，各行各业遵循这一重要国策，根据可持续发展的需要，纷纷将节能减排及资源循环利用提高到举足轻重的位置。近些年来，许多厂矿企业、学校、医院及服务行业等单位，积极开展了对以往惯例排放掉的大量废热水中的热能，进行回收利用，并取得了良好的环境效益和经济效益。目前，采用热能回收机和水源热泵相结合制备热水，或采用热能回收机和空气源热泵相合制备热水，虽都具有明显的节能效果，但还存在着热回收不充分和单源热泵固有的缺陷。水源热泵，在冬季能利用废热水的热量，有较高的能效比，但在没有水源情况下，就无法运行；空气源热泵虽适用范围广，在温度较高时，其能效比高于水源热泵，但冬季能效比低，特别是当气温低于－7℃时，就难以正常运行。为此，业内的科研人员相继推出了“双源热泵热水机”（茂名德利制冷工程有限公司生产）、“双源双效热回收热泵热水装置”（专利号200720091189）、“有水内循环换热回路的热泵热水机组”（专利号2006100885913），及申请人参与研发的“双源热泵废热梯级利用一体式热水机”等。以上的各种双源热泵一体机的结构设计，兼备了水源热泵热能利用率高和空气源热泵适用范围广的优点，在同等条件下，提高了废热水热能回收率。但是，上述的各种一体式热水机，只能选择使用空气源制热水或水源制热水中的一种制热水模式。在某些环境温度下，因受单源热泵自身性能的局限，在利用等量相等温度废热水时，热能回收不能达到最大化，制热量达不到最大化。例如：目前被评价为最为先进的“双源热泵废热梯级利用一体式热水机” 当环境温度在6℃时，在进水温度相同和废热水流量不变情况下，空气能热泵与水源热泵的能效比和制热量几乎是相当；而当环境温度高于6℃时，空气能热泵的能效比和制热量却优于水源热泵。在我国的大部分地区，70％以上时间的环境温度处于6℃以上，使用一体式热水机制热水时，运行空气源热泵，水源热泵就不能运行，将导致经热交换后温度仍尚在15℃以上的废热水热能被白白浪费掉。因此，全年大部分的时候，洗浴等废热水的热能得不到充分利用。另外，因一体机必须安装在室外，环境温度在－7℃以下时，空气源热泵模式很难正常运行，而运行水源热泵模式时，因其在室外运行，防冻要求较高，系统热损失较大，对运行效果亦有影响。因此，已知的多种形式的一体式热水机，均存在上述所例举的不足之处。

发明内容

本发明针对上述的不足之处，提出了一种双路输入热泵废热梯度利用热水系统，目的在于通过对包含有热能回收机、水源热泵和空气源热泵系统的构成进行合理配置，实现智能化控制系统中，空气源热泵与水源热泵在不同条件下的最佳运行工况，以达到其性能系数最大值和制热量最大值的统一。

本发明技术解决方案

本发明所称的系统设置有组件：热能回收机、水源热泵、空气源热泵、热水箱、废热水箱，以及设置在相关组件之间的连接管道与阀体。所述热能回收机通过A连接管道输出的温净水，输入至空气源热泵冷凝器；所述热能回收机通过C连接管道输出的降温后的废热水，输入至水源热泵的蒸发器。

本发明的进一步技术解决方案

所述的热能回收机还通过B连接管道输出温净水，输入至水源热泵冷凝器。且所述A连接管道和B连接管道相并联。

所述C连接管道还与热能回收机废水进口、水源热泵蒸发器的废水出口及废热水箱，共组成热能回收机和水源热泵的热源通道。、

所述的热源通道的管道中连接有自吸泵、手动阀门，共组成闭路反冲通道。

所述系统内设置有智能化控制装置，该装置主要由电脑主机控制系统、环境温度传感器、热水温度传感器、废热水箱水位传感器、热水箱水位传感器、自吸泵、电磁阀及自来水进水管道与热能回收机、水源热泵冷凝器、空气源热泵冷凝器之间设有的冷水电磁阀组成。

本发明的有益效果：

（一）本发明通过热能回收机的温净水出口与空气热泵冷凝器的进水口的管道连接；通过热能回收机降温后的废热水出口与水源热泵的蒸发器的管道连接。这看似简单的设计却取得了意想不到的效果；此举既可使冬季自来水温度提升高于25℃进入空气源热泵，而极大改善空气源热泵工况，提高了空气源热泵的能效比和制热量；又可为水源热泵提供15℃以上的降温后废热水作为热源，亦为水源热泵创造了良好的热源条件，使水源热泵也获得较高能效比和较大制热量。在回收等量等温的废热水和使用同规格热能回收机的条件下，与现行最先进的“双源热泵废热梯级利用一体式热水机”相比，本系统提高了40-50％的制热量；即使环境温度为6℃至－6℃，其综合性能仍明显地优于其它类型的双源热泵一体式热水机。

（二）本发明采用智能化控制，当季节变化时，仍可根据不同环境温度和空气源热泵与水源热泵各自对工况的不同需求，配置各自在不同条件下的最佳运行工况，实现不同条件下的最佳运行效果，达到在该条件下的性能系数最大值和制热量最大值的统一，一年四季，均能保证设备高效稳定运行，其年均性能系数达5.5以上。

（三）本发明经多次试验，系统对温度为15℃的废水仍可回收热能，最后排放的废水温度仅在8℃-4℃左右，达到热能回收最大化、制热量最大化和收益最大化。

（四）本发明所设置组件中，空气源热泵安装在室外，而水源热泵和热能回收机无须如一体式热水机一样安装在室外，而是可安装在设备房内，冬季热损小、防冻要求低，具有较好的适应性和运行工况。

（五）本发明设有闭路反冲通道，辅以申请人研发的高效低腐蚀的清洗剂，可简单、彻底地解决行业内长期无法解决的、因洗浴废水的污垢而使热交换效率大幅下降的难题。

附图说明

附图1为本发明组成件连接方式的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，

本系统主要由热能回收机1、水源热泵2、空气源热泵3、热水箱5、废热水箱6，以及连接管道与阀体组成。热能回收机1设有自来水进水管道11、废热水进水管道12、温净水出口、降温废热水出水。水源热泵2（图中的虚线框

内）主要由水源热泵压缩机21、水源热泵冷凝器22、水源热泵蒸发器23组成，所述压缩机21与蒸发器23之间设有水源热泵气液分离器24；所述冷凝器22与蒸发器23之间设有膨胀阀25，所述压缩机21与冷凝器22之间设有高压开关F1，蒸发器23与气液分离器24之间设有低压开关F2。空气源热泵3（图中的虚线框

内）主要由空气源热泵压缩机31、空气源热泵冷凝器32、空气源热泵蒸发器33组成，所述压缩机31与冷凝器32之间设有空气源热泵四通阀35；所述四通阀35与压缩机31之间设有空气源热泵气液分离器34。所述冷凝器32与蒸发器33之间设有毛细管36，所述压缩机31与四通阀35之间设有高压开关F3，四通阀35与气液分离器34之间设有低压开关F4。

所述热能回收机通过A连接管道14输出温净水输入空气源热泵冷凝器；所述热能回收机通过C连接管道15输出的降温后的废热水输入水源热泵的蒸发器。

所述的热能回收机还通过B连接管道13输出温净水输入至水源热泵冷凝

器。所述的热源通道的管道中连接有自吸泵16、水源热泵蒸发器的废水出口处

设有手动阀门S1，水源热泵蒸发器与自吸泵16之间设有手动阀门S2，自吸泵16与废热水箱6之间设有手动阀门S3、S4 、S5 、S6，共组成闭路反冲通道。

所述自来水进水管道与热能回收机、水源热泵冷凝器、空气源热泵冷凝器之间设有电磁阀，分别为水源热泵冷水进水电磁阀41、水源热泵温净水进水电磁阀42、空气源热泵温净水进水电磁阀43、热能回收机冷水进水电磁阀44、空气源热泵冷水进水电磁阀43。

所述系统内设置的智能化控制装置，该装置主要由电脑主机控制系统、环境温度传感器、热水温度传感器、废热水箱水位传感器、热水箱水位传感器、自吸泵电磁阀等图中未表示。电脑主机系统通过接受到的外部信号—废热水箱水位、热水箱水位、热水温度传感器、环境温度，通过事先设定好的逻辑判断程序，对相关电磁阀发出开或关的指令，满足系统要求的工作状态，以保证水源热泵和空气源热泵达到其性能系数最大值和制热量最大值的统一。

以下简要说明本发明在不同的环境温度下的运行过程：

（一）当废热水箱的水位到达设定自吸泵启动水位，并且环境温度在-6°或者以上时，启动自吸泵，打开热能回收机进水阀和空气源热泵温净水进水阀，经过热能回收机提温的温净水，进入空气源热泵冷凝器，加热后进入热水箱；同时从热能回收机输出的降温废热水，经过水源热泵的蒸发器的废水进口，在蒸发器内与低温冷媒换热后，降温后的废水从蒸发器的废水出口直接排掉。同步打开水源热泵冷水进水阀，冷水通过水源热泵冷凝器加热后进入热水箱。

（二）当废热水箱的水位到达设定自吸泵启动水位，并且环境温度到达温度-7°或者以下时，启动自吸泵，打开热能回收机进水阀和水源热泵温净水进水阀，经过热能回收机提温的温净水进入水源热泵冷凝器，加热后进入热水箱；同时从热能回收机输出的降温后废热水，经过水源热泵的蒸发器与低温冷媒再次换热后直接排掉。空气源热泵在此温度下则自动停机。

（三）当废热水箱的水位到达设定的最低水位线，自吸泵自动关闭，水源热泵则同步关闭，与此同时打开空气源冷水进水阀，冷水通过空气源冷凝器加热后进入热水箱。

（四）当热水箱的水位到达最高水位时，所有设备（空气源热泵、水源热泵和自吸泵等）均自动停止工作。

综上，本发明达到了预期的发明目的。

Claims

1.双路输入热泵废热梯度利用热水系统，设置有组件：热能回收机、水源热泵、空气源热泵、热水箱、废热水箱，以及设置在相关组件之间的连接管道与阀体，其特征在于：所述热能回收机通过A连接管道输出的温净水，输入空气源热泵冷凝器；所述热能回收机通过C连接管道输出的降温后的废热水，输入水源热泵的蒸发器。

2.根据权利要求1所述的双路输入热泵废热梯度利用热水系统，其特征在于：所述的热能回收机还通过B连接管道输出的温净水，输入至水源热泵冷凝器，且B连接管道和A连接管道相并联。

3.根据权利要求1所述的双路输入热泵废热梯度利用热水系统，其特征在于：所述C连接管道还与热能回收机废水进口、水源热泵蒸发器的废水出口及废水池，共组成热能回收机和水源热泵的热源通道。

4.根据权利要求3所述的双路输入热泵废热梯度利用热水系统，其特征在于：所述的热源通道管道中连接有自吸泵、手动阀门，共组成闭路反冲通道。

5.根据权利要求1所述的双路输入热泵废热梯度利用热水系统，其特征在于：所述系统内设置有智能化控制装置，该装置主要由电脑主机控制系统、环境温度传感器、热水温度传感器、废热水箱水位传感器、热水箱水位传感器、自吸泵、电磁阀及自来水进水管道与热能回收机、水源冷凝器、空气源冷凝器之间设有的冷水电磁阀组成。

6.根据权利要求4所述的双路输入热泵废热梯度利用热水系统，其特征在于：所述水源热泵蒸发器的废水出口处设有手动阀门S1，水源热泵蒸发器与自吸泵16之间设有手动阀门S2，自吸泵与废水池之间设有手动阀门S3、S4 、S5 、S6，共组成闭路反冲通道。

7.根据权利要求5所述的双路输入热泵废热梯度利用热水系统，其特征在于：所述自来水进水管道与热能回收机、水源热泵冷凝器、空气源热泵冷凝器之间设有的冷水电磁阀，分别为水源热泵冷水进水电磁阀、水源热泵温净水进水电磁阀、空气源热泵温净水进水电磁阀、热能回收机冷水进水电磁阀、空气源热泵冷水进水电磁阀。