CN103423916B - 一种低品位热能再循环利用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明低品位热能再循环利用装置，涉及一种低品位热能再循环利用技术领域，该低品位热能再循环利用装置包括热交换器Ⅰ、压缩泵、热交换器Ⅱ、膨胀阀及水温恒定控制系统，水温恒定控制系统包括热水储水箱、水温控制器、温度传感器、冷水混合阀、冷热水混合器、电加热器和冷水储水箱。该装置是通过热交换器Ⅰ的蒸发器将低品位热能中的热量进行吸收，由压缩泵、热交换器Ⅱ的冷凝器将热量转移，并以热水的形式进行输出，之后通过热水储水箱以及水温控制器对所得到的热水的温度进行调节，使得该装置能够为用户输出温度恒定的热水。本发明具有可实现低品位热能的再循环利用、输出的热量相对稳定的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种低品位热能再循环利用技术领域，尤其是一种低品位热能再循环利用装置。
背景技术
在不同的工业应用领域中，会产生大量的废热，这些废热往往是被直接排向大气或者废水中，所包含的热量都被白白的浪费了。在低品位的热能再循环系统中，一般情况下对废热的利用方式往往只实现了将废热中的热量通过热交换器提取出来。而采用热泵技术对这种低品位的热能进行合理利用，是一种废热回收的可行方法和途径。由于工业生产过程中所产生各种废热属于低品位热能，除了温度相对较低的特点之外，还往往具有热量不稳定的特点，从而导致利用热泵技术所转换的热量也一直处于动态变化过程中。目前传统的针对低品位热能再循环利用装置对热能的利用往往不够精细，所得到的热量往往也不是一个相对稳定的数值，所以传统的低品位热能再循环利用装置还不能很好的满足应用的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实现低品位热能的再循环利用、输出的热量相对稳定的低品位热能再循环利用装置。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种低品位热能再循环利用装置，该低品位热能再循环利用装置包括热交换器Ⅰ、压缩泵、热交换器Ⅱ、膨胀阀及水温恒定控制系统，热交换器Ⅰ包括放热管及蒸发器，热交换器Ⅱ包括冷凝器及吸热管，热交换器Ⅰ的放热管两端分别与低品位热源的进水口和出水口连接，压缩泵输入端与热交换器Ⅰ的蒸发器输出端连接，压缩泵输出端与热交换器Ⅱ的冷凝器输入端连接，膨胀阀的输入端与热交换器Ⅱ的冷凝器输出端连接，膨胀阀的输出端与热交换器Ⅰ的蒸发器输入端连接；所述水温恒定控制系统包括热水储水箱、温度传感器、水温控制器、冷水混合阀、冷热水混合器、电加热器和冷水储水箱，热交换器Ⅱ的吸热管一端与热水储水箱的进水口连接，热交换器Ⅱ的吸热管另一端与冷水储水箱的一个出水口连接，热水储水箱的出水口与冷热水混合器的其中一个进水口连接，冷水混合阀连接在冷热水混合器的另一个进水口与冷水储水箱的另一个出水口之间，电加热器的进水口与冷热水混合器的出水口连接，温度传感器设置在热水储水箱的出水口上，温度传感器通过线路与水温控制器的输入端连接，水温控制器的输出端通过线路分别与冷水混合阀及电加热器连接。
本发明的进一步技术方案是：所述水温控制器包括单片机、译码器、阀门控制电路、电加热器控制电路，所述温度传感器与单片机的输入端连接，单片机的输出端分别与译码器的输入端及电加热器控制电路的输入端连接，电加热器控制电路的输出端通过线路与电加热器连接，译码器的输出端与阀门控制电路的输入端连接，阀门控制电路的输出端通过线路与冷水混合阀连接。
由于采用上述结构，本发明之低品位热能再循环利用装置具有以下有益效果：
1、本发明之低品位热能再循环利用装置可以实现低品位热能的再循环利用，通过热泵技术将低品位热源中的热量由热交换器Ⅰ、Ⅱ进行转移并以温度较高的热水的形式进行输出；
2、为了避免由于低品位热源热量的不稳定，导致热泵循环系统输出的热水温度出现较大的动态波动，本发明之低品位热能再循环利用装置设有水温恒定控制系统，可以对吸收低品位热源的水温进行调节控制，使得低品位热能再循环利用装置所输出的热量（以热水的形式输出热量）相对稳定，能够为不同的用户输出温度各异但水温稳定的热水，以满足用户的需求。
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种低品位热能再循环利用装置作进一步说明。
附图说明
图1是本发明一种低品位热能再循环利用装置结构示意图；
图2是本发明一种低品位热能再循环利用装置的水温控制器原理方框图；
附图标号说明：1—水温恒定控制系统、2—放热管、3—蒸发器、4—冷凝器、5—吸热管、6—水温控制器。
具体实施方式
如图1所示，本发明低品位热能再循环利用装置，该低品位热能再循环利用装置包括热交换器Ⅰ、压缩泵、热交换器Ⅱ、膨胀阀及水温恒定控制系统1，热交换器Ⅰ包括放热管2及蒸发器3，热交换器Ⅱ包括冷凝器4及吸热管5，热交换器Ⅰ的放热管2两端分别与低品位热源的进水口和出水口连接，压缩泵输入端与热交换器Ⅰ的蒸发器3输出端连接，压缩泵输出端与热交换器Ⅱ的冷凝器4输入端连接，膨胀阀的输入端与热交换器Ⅱ的冷凝器4输出端连接，膨胀阀的输出端与热交换器Ⅰ的蒸发器3输入端连接。具有蒸发器3的热交换器Ⅰ是能够满足热泵应用要求的热交换器。产生低品位热源设备的热能（以热水的形式）由低品位热源的进水口通过热交换器Ⅰ的放热管2，再由低品位热源的出水口流出，蒸发器3能够吸收低品位热源中的热量来实现热交换。压缩泵可对由蒸发器3输出端流出的冷媒介质进行压缩，提高冷媒介质的温度和压力。设有冷凝器4的热交换器Ⅱ具备将压缩泵输出端流出的冷媒介质的热量转移至外部冷水循环系统之中，并将蕴含热量的循环水进行输出。膨胀阀对流经冷凝器4的冷媒介质进行节流、降压，并将冷媒介质循环送入热交换器Ⅰ的蒸发器3输入端。
所述水温恒定控制系统1包括热水储水箱、温度传感器、水温控制器、冷水混合阀、冷热水混合器、电加热器和冷水储水箱，热交换器Ⅱ的吸热管5一端与热水储水箱的进水口连接，热交换器Ⅱ的吸热管5另一端与冷水储水箱的一个出水口连接，热水储水箱的出水口与冷热水混合器的其中一个进水口连接，冷水混合阀连接在冷热水混合器的另一个进水口与冷水储水箱的另一个出水口之间，电加热器的进水口与冷热水混合器的出水口连接，温度传感器设置在热水储水箱的出水口上，温度传感器通过线路与水温控制器的输入端连接，水温控制器的输出端通过线路分别与冷水混合阀及电加热器连接。
如图2所示，所述水温控制器6包括单片机、译码器、阀门控制电路、电加热器控制电路，所述温度传感器与单片机的输入端连接，单片机的输出端分别与译码器的输入端及电加热器控制电路的输入端连接。电加热器控制电路的输出端通过线路与电加热器连接，译码器的输出端与阀门控制电路的输入端连接，阀门控制电路的输出端通过线路与冷水混合阀连接。通过温度传感器对热水储水箱出水口中的水温进行监测，并将监测到的数据直接送入水温控制器6的单片机进行分析和处理，水温控制器6可对热水储水箱输出的水温进行监测及调节，当水温过高，则通过冷水混合阀放入适量的冷水至冷热水混合器，以确保用户用水的温度恒定；当热水储水箱出水口中的水温度过低时，则通过电加热器对热水储水箱所输出的热水进行加热升温，以达到用户的要求。
低品位热源的进水口输入的热水经过热交换器Ⅰ的放热管2，通过热交换器Ⅰ的蒸发器3将低品位热源热水中蕴含的热量转移至蒸发器3中的冷媒介质中，冷媒介质将蕴含热量通过压缩泵形成高温冷媒；高温冷媒通过热交换器Ⅱ的冷凝器4与外部流经热交换器Ⅱ的吸热管5的循环水进行热量交换，将冷媒中所蕴含的热量对循环水进行加热，从而实现将低温的循环水转换成高温的循环水，使得从低品位热能中吸收转换出来的热量储存至热水中，并将收集得到的热水存入热水储水箱中。流经热交换器Ⅱ的冷凝器4的冷媒冷却之后，再经过膨胀阀循环流至热交换器Ⅰ的蒸发器3中在进行第二次的热量转换。
用户端外部的循环冷水（即冷水储水箱内的冷水）流经热交换器Ⅱ的吸热管时，吸收热交换器Ⅱ冷凝器4中冷媒中所蕴含的热量变成循环热水之后，循环热水流入热水储水箱中储备，水温控制器通过设置在热水储水箱出水口的温度传感器可以实时的检测到热水储水箱出口的水温，由于低品位热源中的热量不稳定，因此通过热水储水箱可以对热泵系统转换过来的热水温度进行第一次的温度均衡。当温度传感器监测到热水储水箱出水温度的数值之后，水温控制器可以根据当前用户所需要的热水输出温度进行水温调节。水温调节的过程由水温控制器调节冷水混合阀和电加热器对水温进行调节，如果热水储水箱的出水口水温度过高则通过冷水混合阀从冷水储水箱中直接注入一定量的冷水到冷热水混合器中，确保用户用水温度恒定；如果热水储水箱的出水温度过低，则通过电加热器对由冷热水混合器流入电加热器的水进行加热，以保证输出的水温达到用户的要求。
水温控制器工作原理为：温度传感器将检测到的热水储水箱出口水温电信号送至单片机，单片机将该输入的温度电信号与用户设定的水温进行比较之后，如果热水储水箱出口的水温度过低，则水温控制器的单片机向电加热器控制电路发出指令，启动电加热器对由冷热水混合器流入电加热器的水进行加热，而保证输出的水温达到用户的要求；若温度传感器检测到热水储水箱的出水口水温度过高，则水温控制器的单片机向译码器、阀门控制电路发出指令，启动冷水混合阀从冷水储水箱中直接注入一定量的冷水到冷热水混合器中，确保用户用水温度恒定。为了确保用户用水温度波动小一些，需要精确控制冷水混合阀的开度，防止注入冷水过多或者过少。这样将冷水混合阀的打开状态设计为16个开度，冷水混合阀的阀门开度从关闭到完全打开依次为阀门开度1~阀门开度16，其中阀门开度1表示全关，阀门开度16表示全开。当热水储水箱的出水温度过高时，根据设定水温与实测水温的差值大小的范围，单片机向译码器发出指令，则译码器向阀门控制电路输出相应的阀门开度值，由阀门控制电路控制冷水混合阀的动作，实现了对水温的恒定调节。
输出的热水可以直接连接其他的外部用户装置。同时，为了保证外部水量能够正常的循环，在整个热水利用装置中用户需要通过冷水输入口补充与输出热水量相等的冷水量，或者用户将输出的热水端口与冷水输入端口形成一个循环利用系统。在本实施例中，热交换器Ⅱ的吸热管5另一端与冷水储水箱的一个出水口连接，可不断向循环利用系统中加入冷水。
作为本发明的变换形式，水温控制器的结构组成并不限于上述实施例所列举的形式，也可为具有相同功能的其它结构组成，只要在本发明的范围内所做的变换均属于本发明的范畴。
Claims (2)
1.一种低品位热能再循环利用装置，其特征在于，该低品位热能再循环利用装置包括热交换器Ⅰ、压缩泵、热交换器Ⅱ、膨胀阀及水温恒定控制系统，热交换器Ⅰ包括放热管及蒸发器，热交换器Ⅱ包括冷凝器及吸热管，热交换器Ⅰ的放热管两端分别与低品位热源的进水口和出水口连接，压缩泵输入端与热交换器Ⅰ的蒸发器输出端连接，压缩泵输出端与热交换器Ⅱ的冷凝器输入端连接，膨胀阀的输入端与热交换器Ⅱ的冷凝器输出端连接，膨胀阀的输出端与热交换器Ⅰ的蒸发器输入端连接；所述水温恒定控制系统包括热水储水箱、温度传感器、水温控制器、冷水混合阀、冷热水混合器、电加热器和冷水储水箱，热交换器Ⅱ的吸热管一端与热水储水箱的进水口连接，热交换器Ⅱ的吸热管另一端与冷水储水箱的一个出水口连接，热水储水箱的出水口与冷热水混合器的其中一个进水口连接，冷水混合阀连接在冷热水混合器的另一个进水口与冷水储水箱的另一个出水口之间，电加热器的进水口与冷热水混合器的出水口连接，温度传感器设置在热水储水箱的出水口上，温度传感器通过线路与水温控制器的输入端连接，水温控制器的输出端通过线路分别与冷水混合阀及电加热器连接。
2.如权利要求1所述的低品位热能再循环利用装置，其特征在于，所述水温控制器包括单片机、译码器、阀门控制电路、电加热器控制电路，所述温度传感器与单片机的输入端连接，单片机的输出端分别与译码器的输入端及电加热器控制电路的输入端连接，电加热器控制电路的输出端通过线路与电加热器连接，译码器的输出端与阀门控制电路的输入端连接，阀门控制电路的输出端通过线路与冷水混合阀连接。
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