CN104456953A - 一种余热回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种余热回收利用系统，包括通过介质输送管路连接的低温介质进口和高温介质出口，所述低温介质进口与所述高温出口之间通过相互独立的低温管路和加热管路连通；所述低温介质进口与加热装置之间连接有预热装置，所述低温介质进口与所述预热装置的介质进口之间的介质输送管路上安装有第一截止阀，所述预热装置的介质出口与所述加热管路相连通的管路上安装有第二截止阀；所述余热回收利用系统还包括热交换装置，用以收集从高温介质出口流出经汇流地面汇流到热交换装置内的介质以加热预热装置内的低温介质。本发明的有益效果为：节约能源消耗、减少能源消耗过程中的污染排放、保护环境，多用途、自动调节。

Description

一种余热回收利用系统

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种余热回收利用系统。

背景技术

余热是指受历史、技术、理念等因素的局限性，在已投运的工业企业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。因此将余热回收然后加以利用，节约了能源消耗，降低了排放。

因此需要一种可以将工业、生活中携带“余热”的介质的热量回收并且加以利用的系统。

发明内容

本发明的目的是提供将一种将高温介质加以回收并利用高温介质预热低温介质的余热回收利用系统，以克服现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种余热回收利用系统，包括通过介质输送管路连接的低温介质进口和高温介质出口，所述低温介质进口与所述高温出口之间通过相互独立的低温管路和加热管路连通；所述加热管路上安装有加热装置，加热管路在靠近所述加热装置的介质进口处安装有第四截止阀，加热管路在靠近所述加热装置的介质出口处安装有第五截止阀，所述加热管路在第四截止阀的介质流动的上方向上安装有第三截止阀；所述加热管路的末端、所述低温管路和所述高温介质出口之间通过冷热三通阀连通；所述低温介质进口与加热装置之间连接有预热装置，所述低温介质进口与所述预热装置的介质进口之间的介质输送管路上安装有第一截止阀，所述预热装置的介质出口与所述加热管路相连通的管路上安装有第二截止阀；所述余热回收利用系统还包括热交换装置，用以收集从高温介质出口流出经汇流地面汇流到热交换装置内的介质以加热预热装置内的低温介质。

进一步的，所述低温管路上安装有第六截止阀，所述预热装置的介质出口与所述高温介质出口之间相连通，并且在连通所述预热装置和所述高温介质出口的管路上设置有第七截止阀。

优选的，所述预热装置为螺旋折流板换热器，所述热交换装置包括一将所述螺旋折流板换热器装在内部的缸体，所述缸体的顶部设有汇流入口，所述缸体的汇流入口朝上竖直地安装于汇流地面，所述汇流地面的高度从所述汇流入口向外辐射的方向逐渐增大，高温介质从高温介质出口流向汇流地面然后经汇流入口汇入所述缸体内。

进一步的，所述预热装置包括与所述缸体的汇流入口盖合的过滤器顶盖，所述过滤器顶盖包括过滤网，用于过滤汇流向所述缸体内的介质中的杂物。

进一步的，所述缸体的外部包覆有保温层，用以降低缸体内外的热交换，所述保温层由气凝胶制成。

进一步的，所述缸体内安装有热效率调节装置，所述热效率调节装置包括底部罩设在所述缸体底部并且侧面与所述缸体相连通的调节缸体，所述调节缸体内盛装有依次连接的浮球、引线和截止阀开关，所述缸体被所述调节缸体底部罩设的位置处设有用用于排出缸体内介质的缸体介质出口，所述截止阀开关与所述缸体介质出口相配合。

优选的，所述缸体底部从所述缸体介质出口向外辐射的方向上的高度逐渐增大，以利于缸体内的介质从缸体介质出口处完全流出无残留。

进一步的，所述缸体介质出口的下方连通有呈U形的密封管，用以阻断缸体内部与缸体外部在缸体介质出口处形成对流。

优选的，所述预热装置的介质进口与所述第一截止阀之间、所述预热装置的介质出口与所述第二截止阀之间均通过软管连通。

进一步的，所述余热回收利用系统还包括自动控制装置，所述自动控制装置包括控制器和设置在低温介质进口处的循环动力泵；所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀和冷热三通阀均为电磁阀；所述自动控制装置还包括低温介质温度传感器、高温介质温度传感器、预热介质温度传感器，所述低温介质温度传感器设置在低温介质进口处用以检测低温介质的温度，所述高温介质温度传感器设置在所述加热装置与第五截止阀之间用于检测经加热装置加热后的高温介质的温度，所述预热温度传感器设置在所述预热装置的介质出口与第二截止阀之间用于检测经热交换装置加热后的预热装置内的介质的温度；第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀、第六截止阀和循环动力泵均与所述控制器电性连接。

本发明的有益效果为：

在加热装置前设置预热装置，将需加热的低温介质先经预热装置预热，使低温介质初步升温，节约能源消耗，降低排放，保护环境，同时可缩短将低温介质加热到一定温度的时间，提高升温速率，减少加热装置运行，延长加热装置的使用寿命；

低温管路、加热管路和预热管路相互独立，上述各管路之间的运行互不影响，满足日常多样化需求，当一管路故障或需要维护时不影响其他管路的正常使用；

选用螺旋折流板换热器，提高热交换效率；

设置过滤网，防止系统运行过程中异物堵塞管路，减少系统运行时的维护，使用方便，延长使用寿命；

在所述缸体的外面包覆由气凝胶制成的保温层，阻断缸体内外的热交换，将携带余热的介质的能量最大化地用于对预热装置内的低温介质加热；

设置热效率调节装置，可通过调整引线的长度调整打开截止阀开关的时间间隔，将经过热交换温度降低的介质从缸体排出，重新汇流进温度较高的介质，从而实现调整热交换效率的调整，防止缸体内液位过高介质从汇流入口流出缸体，造成浪费。

附图说明

图1本发明的工作原理图；

图2是本发明的结构示意图。

图中，1、低温介质进口；2、高温介质出口；3、加热装置；4、预热装置；5、冷热三通阀；61、第一截止阀；62、第二截止阀；63、第三截止阀；64、第四截止阀；65、第五截止阀；66、第六截止阀；67、第七截止阀；7、螺旋折流板换热器；8、热交换装置；81、滤网；82、浮球；83、引线；84、阀门开关；85、汇流入口；9、软管；10、密封管；11、汇流地面；12、缸体；13、调节缸体；14、热水器。

具体实施方式

优选实施例

如图1-2所示，一种余热回收利用系统，包括通过介质输送管路连接的低温介质进口1和高温介质出口2，所述低温介质进口1与所述高温出口之间通过相互独立的低温管路和加热管路连通；所述加热管路上安装有加热装置3，加热管路在靠近所述加热装置3的介质进口处安装有第四截止阀64，加热管路在靠近所述加热装置3的介质出口处安装有第五截止阀65，所述加热管路在第四截止阀64的介质流动的上方向上安装有第三截止阀63；所述加热管路的末端、所述低温管路和所述高温介质出口2之间通过冷热三通阀5连通；所述低温介质进口1与加热装置3之间连接有预热装置4，所述低温介质进口1与所述预热装置4的介质进口之间的介质输送管路上安装有第一截止阀61，所述预热装置4的介质出口与所述加热管路相连通的管路上安装有第二截止阀62；所述余热回收利用系统还包括热交换装置8，用以收集从高温介质出口2流出经汇流地面11汇流到热交换装置8内的介质以加热预热装置4内的低温介质。

本发明应用了两条相互独立的介质输送管路将介质从低温介质进口1输送到高温介质出口2，其中第一条介质输送管路为低温管路，将低温介质直接从低温介质进口1输送到高温介质出口2；第二条介质输送管路为加热管路，加热管路上设置加热装置3，低温介质经加热装置3的加热后输送到高温介质出口2，另外，在低温介质进口1和所述加热装置3的介质进口之间还设置有预热装置4，经热交换装置8加热可以将预热装置4内的低温介质先预热到一定温度，然后再进入加热装置3进行加热，此时降低加热装置3的运行，同时节约加热装置3运行所消耗的能源，降低排放，尤其对空气质量日益严重的今天，有利于对环境的保护。

本技术方案应用在家庭卫生间的热水器中时，对具体节约的能源做出如下分析:

进水(为上述方案中所述的低温介质)的温度：常温(按照21℃计)

出水(为上述方案中所述的高温介质)的温度：43℃(按照人体适宜温度37℃为参考标准)

进水(水为上述方案中所述的介质)流量：6-8L/min

废水流量(废水为上述技术方案中所述的从高温介质出口2流出的高温介质)：6-8L/min

废水温度：39℃(最低废水温度为人体的温度37℃)

废水预热回收的热量：Q＝Δt*m*c(其中：Q为废水预热回收的热量、Δt为

废水的温度与进水的温度的差值、m为每分钟从高温介质出口2流出的高温

介质的质量)

t1＝21℃(t1为进水的温度)

t2＝39℃(t2为废水的温度)

Δt＝t2-t1＝18℃

采用螺旋折流板换热器7，换热系数设定为：η＝60％

m＝v*ρ(其中v为每分钟高温介质出口2流出的高温介质的体积、ρ为水的密度)

v＝7L/min(取平均值)＝0.007m3/min

ρ＝992.97kg/m3

m＝992.97*0.007＝6.95kg/min

c＝4.2J/(kg·K)

Q＝Δt*m*c

＝(274.15+18)*6.95*4.2

＝8527.85J/min

考虑到热损，预热装置4的热量回收效率按照60％计算，得到：

Q＝Δt*m*c*η＝8527.85J/min*0.6＝5116.71J/min

也就是说使用本发明所述的热量回收利用系统，每分钟就可以节约5116.71焦耳，按照每个人每次洗澡15分钟，没人每天洗澡一次，每家有11人洗澡。

那么每个家庭每天节约的热量能源如下：

5116.71*15*11＝844257.15J，全国城市家庭按照以下的方式计算并假定每个城市家庭都安装有电热水器：

全国人口按照13亿计算，每个家庭按照11个人计算(父亲、母亲、祖父、祖母、外祖父、外祖母、岳父、岳母、妻子、孩子、自己)；城市家庭只占全国家庭的20％。

那么全国每天可以节省的能源为：

城市家庭数为：(1300000000/11)*0.2＝23636363户。

每天的节约用能为：

844257.15*23636363＝19955168462745.45J＝19955MKJ。

按照1吨标准煤＝29270*1000KJ＝29.27MKJ。

所以全国每天节约煤：19955/29.27＝681.75吨。

换算成节约发电量：681.75*3333＝2272272度。

可将本实施例具体应用在家庭卫生间内，低温管路和加热管路相互独立，可根据实际需要灵活掌握，如夏季天气炎热只需冲凉时可打开第六截止阀66同时关闭其他截止阀，只使用低温管路，节约能源消耗，满足日常多样化需求；当冬季天气寒冷时，先打开第三截止阀63、第四截止阀64、第五截止阀65和第六截止阀66，使低温管路和加热管路同时工作，待将加热装置3内的水加热到设定温度时打开冷暖三通阀，调节水温，即可洗澡；洗澡过程中，从高温介质出口2流出的水经人体滑落在卫生间的地面上，即本实施例所述的汇流地面11，由于汇流地面11呈从四周向汇流入口85的方向高度逐渐降低，还携带有余热的水流入缸体12内，流入缸体12内的水对设置在缸体12内的预热装置4内的水进行预热，然后打开第一截止阀61、关闭第三截止阀63，此时冷水从两个管路汇流到冷暖三通阀，一条管路为经低温管路直接流到冷暖三通阀，另外一条管路为低温的水依次经预热装置4的预热和加热装置3的加热而汇流到冷暖三通阀，此时洗澡的人可根据自身的需要调节冷暖三通阀。

所述低温管路上安装有第六截止阀66，所述预热装置4的介质出口与所述高温介质出口2之间相连通，并且在连通所述预热装置4和所述高温介质出口2的管路上设置有第七截止阀67。

若洗澡的人对温度的需要不高，也可只打开第一截止阀61和第七截止阀67，使用仅经过热交换装置8预热过的水进行洗澡，进一步的节约能源消耗。

所述预热装置4为螺旋折流板换热器7，所述热交换装置8包括一将所述螺旋折流板换热器7装在内部的缸体12，所述缸体12的顶部设有汇流入口85，所述缸体12的汇流入口85朝上竖直地安装于汇流地面11，所述汇流地面11的高度从所述汇流入口85向外辐射的方向逐渐增大，高温介质从高温介质出口2流向汇流地面11然后经汇流入口85汇入所述缸体12内。

选用螺旋折流板换热器7，由于折流板是提高换热器工效的重要部件，广泛应用在工业、家庭中。理想的螺旋折流板应具有连续的螺旋曲面。由于加工相对困难，可采用如下形式的折流板：由若干个1/4的扇形平面板替代曲面相间连接，形成近似的螺旋面。在折流时，流体处于近似螺旋流动状态。相比于弓形折流板，在相同工况下，这样的折流板(被称为非连续型螺旋折流板)可减少压降45％左右，而总传热系数可提高20％～30％，在相同热负荷下，可大大减小换热器尺寸。

所述预热装置4包括与所述缸体12的汇流入口85盖合的过滤器顶盖，所述过滤器顶盖包括过滤网81，用于过滤汇流向所述缸体12内的介质中的杂物。

设置过滤器顶盖将所述汇流入口85盖住，防止异物进入所述缸体12内；介质在管路流动过程中或者从高温介质出口2经汇流地面11汇流到缸体12时，会将管路上的污物或汇流地面11上的污物携带进缸体12内，设置过滤网81用以过滤介质，防止介质堵塞管路。将本发明应用在家庭洗手间内进行洗澡时，介质中的杂物包括人体的毛发和其他固体垃圾。

所述缸体12的外部包覆有保温层，用以降低缸体12内外的热交换，所述保温层由气凝胶制成。

为了降低汇流进缸体12内的带有余热的介质与缸体12外部热交换，在所述缸体12的外部包覆保温层，又，气凝胶具备优异的保温性能和轻量化容易施工而被广泛应用，降低携带有余热的介质的热量损失，进一步提高系统对热量的回收利用率。

所述缸体12内安装有热效率调节装置，所述热效率调节装置包括底部罩设在所述缸体12底部并且侧面与所述缸体12相连通的调节缸体13，所述调节缸体13内盛装有依次连接的浮球82、引线83和截止阀开关84，所述缸体12被所述调节缸体13底部罩设的位置处设有用用于排出缸体12内介质的缸体12介质出口，所述截止阀开关84与所述缸体12介质出口相配合。

从高温介质流出的介质滑落到汇流地面11，然后经过滤器顶盖，经过滤网81过滤后从汇流入口85进入缸体12内，通过热传递加热预热装置4内的低温介质，被预热的介质进入加热装置3内，所述的加热装置3可以选用利用电进行加热的装置、使用燃气加热的装置或使用太阳能加热的装置，进入加热装置3内的介质温度比未被预热的介质温度要高，从而加热装置3在保持温度的情况下会减少用电量，同时升温会更加的快捷。

随着高温介质持续从高温介质出口2流出，最终汇入缸体12内的介质越来越多，缸体12内的液位会逐渐升高；浮球82为空心密封球体，其材质一般选用低密度的材质，如：ABS，保证浮球82完全浸没于液体时其受到的浮力远大于自身重力，随着缸体12内液位的逐渐升高，浮球82受浮力作用而逐渐向上浮起，直到浮球82将引线83绷直，随着液位继续的上升，所述浮球82受到的浮力逐渐增大，而其受到的重力保持不变，浮球82将通过引线83拉动塞在缸体12介质出口上的截止阀开关84，所述截止阀开关84的整体密度比水大，所述截止阀开关84的周侧具有软体密封圈，如橡胶圈，保证截止阀开关84塞在缸体12介质出口上的气密性，随着缸体12内液位的继续上升，直到浮球82将截止阀开关84从缸体12介质出口上拉开，此时缸体12内的介质开始从缸体12介质出口流出，缸体12内的液位开始下降，截止阀开关84开始下落，直到盖住所述缸体12介质出口，最后由于介质的流动在截止阀开关84的周侧与缸体12介质出口的内侧形成负压，截止阀开关84被吸进缸体12介质出口，将缸体12介质出口堵住，随着热交换过程的进行缸体12内的介质温度逐渐降低，从缸体12介质出口流出的介质温度已经较低，而经汇流入口85重新流经缸体12内的介质温度较高，低温介质流出，高温介质流出，为加热预热装置4内的低温介质做好充分准备。另，根据力学原理可知：通过设置引线83长短对截止阀开关84从缸体12介质出口被拉开时的液位高低进行调整，即汇流进缸体12的介质流量一定的情况下调整打开截止阀开关84的时间间隔，从而实现调整热交换效率的调整。

所述缸体12底部从所述缸体12介质出口向外辐射的方向上的高度逐渐增大，以利于缸体12内的介质从缸体12介质出口处完全流出无残留。

进一步的，所述缸体12介质出口的下方连通有呈U形的密封管10，用以阻断缸体12内部与缸体12外部在缸体12介质出口处形成对流。所述U形密封管10的底部始终有一定高度的液体介质，阻断了缸体12内部与缸体12外部在缸体12介质出口处形成对流。

所述预热装置4的介质进口与所述第一截止阀61之间、所述预热装置4的介质出口与所述第二截止阀62之间均通过软管9连通。设置软管9连接，方便拆卸、清洗，使后期维护简易。

所述余热回收利用系统还包括自动控制装置，所述自动控制装置包括控制器和设置在低温介质进口1处的循环动力泵；所述第一截止阀61、第二截止阀62、第三截止阀63、第四截止阀64、第五截止阀65、第六截止阀66、第七截止阀67和冷热三通阀5均为电磁阀；所述自动控制装置还包括低温介质温度传感器、高温介质温度传感器、预热介质温度传感器，所述低温介质温度传感器设置在低温介质进口1处用以检测低温介质的温度，所述高温介质温度传感器设置在所述加热装置3与第五截止阀65之间用于检测经加热装置3加热后的高温介质的温度，所述预热温度传感器设置在所述预热装置4的介质出口与第二截止阀62之间用于检测经热交换装置8加热后的预热装置4内的介质的温度；第一截止阀61、第二截止阀62、第三截止阀63、第四截止阀64、第五截止阀65、第六截止阀66和循环动力泵均与所述控制器电性连接。

所述自动控制装置为PLC自动控制装置，可通过设定如下工作状态：

第一状态：仅输送低温介质，当选用该状态时，控制器打开第六截止阀66，关闭其他截止阀，低温介质通过低温管路直接输送到冷热三通阀5，打开冷热三通阀5，低温介质从高温介质出口2流出；

第二状态：输送低温介质和加热介质，当选用该状态时，控制器打开第三截止阀63、第四截止阀64、第五截止阀65、第六截止阀66，关闭其他截止阀，低温介质经两条管路从低温介质进口1流入从高温介质出口2流出，其中的一条管路为第一状态所述的低温管路，另外一条管路为依次经第三截止阀63、加热装置3和第四截止阀64汇流到冷热三通阀5的管路；

第三状态：输送低温介质、预热介质和加热介质，当选用该状态时，控制器关闭第七控制阀，打开其他控制阀，本状态的介质流动过程在第二状态的基础上还包括预热管路，预热管路为低温介质依次经低温介质入口、预热装置4、第二截止阀62、第四截止阀64汇入加热装置3的介质入口。

第四状态：仅输送经热交换装置8预热的介质，在第二状态的基础上可以选用该状态，控制器只打开第一截止阀61和第六截止阀66，关闭其他截止阀，此时低温介质从低温介质进口1经预热装置4预热直接汇流到冷热三通阀5，此状态只利用介质的预热进行工作，无需对介质进行加热，节约能源。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种余热回收利用系统，其特征在于：

包括通过介质输送管路连接的低温介质进口和高温介质出口，所述低温介质进口与所述高温出口之间通过相互独立的低温管路和加热管路连通；

所述加热管路上安装有加热装置，加热管路在靠近所述加热装置的介质进口处安装有第四截止阀，加热管路在靠近所述加热装置的介质出口处安装有第五截止阀，所述加热管路在第四截止阀的介质流动的上方向上安装有第三截止阀；

所述加热管路的末端、所述低温管路和所述高温介质出口之间通过冷热三通阀连通；

所述低温介质进口与加热装置之间连接有预热装置，所述低温介质进口与所述预热装置的介质进口之间的介质输送管路上安装有第一截止阀，所述预热装置的介质出口与所述加热管路相连通的管路上安装有第二截止阀；

所述余热回收利用系统还包括热交换装置，用以收集从高温介质出口流出经汇流地面汇流到热交换装置内的介质以加热预热装置内的低温介质。

2.根据权利要求1所述的余热回收利用系统，其特征在于：所述低温管路上安装有第六截止阀，所述预热装置的介质出口与所述高温介质出口之间相连通，并且在连通所述预热装置和所述高温介质出口的管路上设置有第七截止阀。

3.根据权利要求2所述的余热回收利用系统，其特征在于：所述预热装置为螺旋折流板换热器，所述热交换装置包括一将所述螺旋折流板换热器装在内部的缸体，所述缸体的顶部设有汇流入口，所述缸体的汇流入口朝上竖直地安装于汇流地面，所述汇流地面的高度从所述汇流入口向外辐射的方向逐渐增大，高温介质从高温介质出口流向汇流地面然后经汇流入口汇入所述缸体内。

4.根据权利要求3所述的余热回收利用系统，其特征在于：所述预热装置包括与所述缸体的汇流入口盖合的过滤器顶盖，所述过滤器顶盖包括过滤网，用于过滤汇流向所述缸体内的介质中的杂物。

5.根据权利要求4所述的余热回收利用系统，其特征在于：所述缸体的外部包覆有保温层，用以降低缸体内外的热交换，所述保温层由气凝胶制成。

6.根据权利要求5所述的余热回收利用系统，其特征在于：所述缸体内安装有热效率调节装置，所述热效率调节装置包括底部罩设在所述缸体底部并且侧面与所述缸体相连通的调节缸体，所述调节缸体内盛装有依次连接的浮球、引线和截止阀开关，所述缸体被所述调节缸体底部罩设的位置处设有用用于排出缸体内介质的缸体介质出口，所述截止阀开关与所述缸体介质出口相配合。

7.根据权利要求6所述的余热回收利用系统，其特征在于：所述缸体底部从所述缸体介质出口向外辐射的方向上的高度逐渐增大，以利于缸体内的介质从缸体介质出口处完全流出无残留。

8.根据权利要求6所述的余热回收利用系统，其特征在于：所述缸体介质出口的下方连通有呈U形的密封管，用以阻断缸体内部与缸体外部在缸体介质出口处形成对流。

9.根据权利要求1所述的余热回收利用系统，其特征在于：所述预热装置的介质进口与所述第一截止阀之间、所述预热装置的介质出口与所述第二截止阀之间均通过软管连通。

10.根据权利要求2-8中任一项所述的余热回收利用系统，其特征在于：

还包括自动控制装置，所述自动控制装置包括控制器和设置在低温介质进口处的循环动力泵；

所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀和冷热三通阀均为电磁阀；

所述自动控制装置还包括低温介质温度传感器、高温介质温度传感器、预热介质温度传感器，所述低温介质温度传感器设置在低温介质进口处用以检测低温介质的温度，所述高温介质温度传感器设置在所述加热装置与第五截止阀之间用于检测经加热装置加热后的高温介质的温度，所述预热温度传感器设置在所述预热装置的介质出口与第二截止阀之间用于检测经热交换装置加热后的预热装置内的介质的温度；

第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀、第六截止阀和循环动力泵均与所述控制器电性连接。