CN108775596A - 一种热能回收利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环保节能技术领域，具体公开了一种热能回收利用装置，包括水箱、热能回收室、设备安装室、主控制模块、压缩机、放热盘管、膨胀阀和吸热盘管；水箱、热能回收室和设备安装室依次固定安装连接；主控制模块分别与膨胀阀、压缩机进行电性连接；吸热盘管和膨胀阀都设于热能回收室内；放热盘管设于水箱内；主控制模块与压缩机设于设备安装室内；放热盘管的输出端通过膨胀阀与吸热盘管的输入端进行管道连接；压缩机的输出端口通过管道与放热盘管的输入端进行管道连接；压缩机的输入端口与吸热盘管的输出端口进行管道连接。本发明提高了热能的吸收速度，且适合不断高速流动的高温烟气的余热回收，增加了换热效率，实现了余热的充分利用。

Description

一种热能回收利用装置

技术领域

本发明涉及环保节能技术领域，具体涉及一种热能回收利用装置。

背景技术

热能回收是当今社会的热门话题，随着社会和国家对环保的重视，以及提倡高效地利用能源，使得各种余热回收装置被发明创造出来，从而服务于社会，提高经济价值，也降低了环境污染。

锅炉等设备中产生的高温气体余热回收意义重大，目前针对高温气体的余热回收方式均是被动式的进行冷热交换回收余热，虽然能达到余热回收的目的，但是回收效果一般，同时有些高速流动的烟气，通过被动式的换热回收余热显然是效率低下的。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提出一种热能回收利用装置，以解决上述余热回收装置热能回收效率低下以及回收效果一般的缺点。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种热能回收利用装置包括水箱、热能回收室、设备安装室、主控制模块、压缩机、放热盘管、膨胀阀和吸热盘管；所述水箱、热能回收室和设备安装室依次固定安装连接；所述主控制模块分别与膨胀阀、压缩机进行电性连接；吸热盘管和膨胀阀都设于热能回收室内；放热盘管设于水箱内；主控制模块与压缩机设于设备安装室内；放热盘管的输出端通过膨胀阀与吸热盘管的输入端进行管道连接；压缩机的输出端口通过管道与放热盘管的输入端进行管道连接；压缩机的输入端口与吸热盘管的输出端口进行管道连接。

进一步的，该热能回收利用装置还包括若干个换热水管；各换热水管的一侧部都设于水箱的底部，各换热水管的另一侧部设于热能回收室内；热能回收室的一侧和另一侧分别开设有热风进口和冷风出口；吸热盘管盘绕设置于各换热水管之间的空隙处。

进一步的，所述水箱的内部设置有隔板；隔板的三个侧面分别与水箱的三个内壁面连接，且隔板的第四个侧面与水箱的第四个内壁面之间形成水流通道。

进一步的，所述水箱的一侧壁上连接带阀门的进水管和带阀门的溢流管；进水管和溢流管分别位于隔板的下方和上方；所述水箱的顶部连接有蒸汽输出管道和热水输出管道；所述热水输出管道的一端延伸到隔板和带阀门的溢流管之间。

进一步的，所述水箱内还安装有电加热装置；所述主控制模块包括自适应控制模块和执行模块；执行模块分别与电加热装置和压缩机进行电性连接；该热能回收利用装置还包括一温度传感器；所述温度传感器用于反馈温度信息给自适应控制模块；自适应控制模块用于通过电加热装置和压缩机进行闭环控制水箱中的水温。

进一步的，所述主控制模块包括自适应控制模块和执行模块；执行模块与压缩机进行电性连接；该热能回收利用装置还包括一温度传感器；所述温度传感器用于反馈温度信息给自适应控制模块；自适应控制模块用于通过调整压缩机的输出功率进行闭环控制水箱中的水温。

进一步的，所述自适应控制模块包括模糊控制器、PID控制器和Bang-Bang控制器；PID控制器分别与模糊控制器、Bang-Bang控制器、执行模块、温度传感器进行连接。

进一步的，所述水箱的侧面还安装有观察窗。

进一步的，该热能回收利用装置还包括进气机构；所述热能回收室的热风进口连接进气机构；进气机构包括依次连接的上半管、钢丝滤网和下半管；钢丝滤网横设于由上半管与下半管形成的进气管道内；

所述进气机构还包括冷却管道；冷却管道设于上半管或下半管内，且位于钢丝滤网旁侧；冷却管道的一端穿过上半管或下半管的管壁连接进水管，其另一端穿过上半管或下半管的管壁连接所述热能回收利用装置外部的供水系统。

进一步的，该热能回收利用装置还包括出气净化器；所述热能回收室的冷风出口与出气净化器的进风口连通，出气净化器还设置有出风口。

本发明的有益效果为：

本发明的一种热能回收利用装置，通过主控制单元控制吸热盘管、放热盘管和压缩机构成的热泵系统，能够快速的将热能回收室的热能强制定向的输送到水箱中，同时配合换热水管，提高热能的吸收速度，适合不断高速流动的高温烟气的余热回收，以便于增加了换热效率；本发明将余热一次回收到水里，二次通过过滤气体后以热风形式输出，从而实现余热的充分利用。

附图说明

图1为本发明的热能回收利用装置的机械结构示意图；

图2为本发明的主控制模块的电气连接示意图；

图3为本发明的压缩机的换热介质的流向示意图；

图4为本发明的热能回收利用装置的结构示意图；

图5为本发明的热能回收利用装置的控制框图；

图6为本发明的关于模糊自整定的控制框图；

图7为本发明的PID智能温控系统的控制框图；

附图标记说明：

水箱16；热能回收室5；设备安装室9；主控制模块21；压缩机10；放热盘管19；膨胀阀4；吸热盘管7；换热水管6；隔板20；进水管2；溢流管15；蒸汽输出管道17；热水输出管道18；电加热装置3；自适应控制模块211；执行模块212；温度传感器213；模糊控制器214；PID控制器215；Bang-Bang控制器216；观察窗1；上半管84；钢丝滤网82；下半管86；冷却管道81；出气净化器12；活性炭过滤网13；滤网卡槽83；法兰盘85；保护装置222。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的第一实施方式涉及热能回收利用装置，如图1、图2、图3所示：

一种热能回收利用装置包括水箱16、热能回收室5、设备安装室9、主控制模块21、压缩机10、放热盘管19、膨胀阀4和吸热盘管7；所述水箱16、热能回收室5和设备安装室9依次固定安装连接；所述主控制模块21分别与膨胀阀4、压缩机10进行电性连接；吸热盘管7和膨胀阀4都设于热能回收室5内；放热盘管19设于水箱16内；放热盘管19的输出端通过膨胀阀4与吸热盘管7的输入端进行管道连接；压缩机10的输出端口通过管道与放热盘管19的输入端进行管道连接；压缩机10的输入端口与吸热盘管7的输出端口进行管道连接；

优选的，所述水箱16和热能回收室5的内壁复合有保温层14；

具体的，所述吸热盘管7和膨胀阀4通过支架与热能回收室5室内壁固定连接，水箱16内固定设有放热盘管19，设备安装室9内固定设有压缩机10；压缩机10的输入端口通过管道连接吸热盘管7的输出端口；通过控制吸热盘管7和放热盘管19所连接的压缩机10内循环的换热介质对热能回收室5中的热能进行强制回收，即换热介质在吸热盘管7内气化吸热，然后通过压缩机将气化的换热介质压缩成高温高压的液态基质并输送到水箱内的放热盘管19中，放热盘管19与水箱16内的水充分接触，实现热量的导出，最大化的提高水温。压缩机10的换热介质的物态变化过程为：高压低温液体——低压高温气体(经吸热盘管7吸热后)——高压高温液体(经压缩机10压缩后)——高压低温液体(经放热盘管19发热后)；被压缩机10压缩后的高压高温液体可以将由压缩机10部分机械能转化而成的热能传递给水箱16内的水体，从而提高了能效；空调机或空气能热水器的换热介质的物态变化过程为：低压低温蒸汽——高压高温蒸汽——高压低温液体——低压低温雾状液体，因此本热能回收利用装置的工作原理与空调机或空气能热水器不同。

本发明的第二实施方式涉及热能回收利用装置，第二实施方式为第一实施方式的进一步优化，如图1所示：

该热能回收利用装置还包括若干个换热水管6；各换热水管6的一侧部都设于水箱16的底部，各换热水管6的另一侧部设于热能回收室5内；热能回收室5的一侧和另一侧分别开设有热风进口和冷风出口；吸热盘管7盘绕设置于各换热水管6之间的空隙处；

具体的，所述水箱16的底部密封且螺纹连接若干个换热水管6，换热水管6为铝合金材质，热能回收室5的热风热量通过与换热水管6接触传递到内部的水中，用来提高水温；

具体的，吸热盘管7、膨胀阀4、放热盘管19和压缩机10之间连接的管道均穿过水箱16、热能回收室5和设备安装室9之间室壁上预开设的通孔，且水箱和热能回收室5之间室壁的通孔内设置有密封圈，密封圈将管道和通孔内壁之间的缝隙填充实现密封；

进一步的，所述水箱16的侧面还安装有观察窗1。该观察窗1具体为透明的，便于观察水位；

进一步的，该热能回收利用装置还包括出气净化器12；所述热能回收室5的冷风出口与出气净化器12的进风口连通，出气净化器12还设置有出风口；

具体的，所述热能回收室5的冷风出口连接出气净化器12壳体的进风口，出气净化器12主要由壳体内部横放活性炭过滤网13实现对气体的过滤，保证输出的气体中的有害物质和异味能够被活性炭过滤网13吸附一大部分，出气净化器12还设置有出风口，从而排出干净的气体，同时没有被回收的热风在冬天可以导向到厂房中用于供暖。

本发明的第三实施方式涉及热能回收利用装置，第三实施方式为第一实施方式的进一步优化，如图1、图4所示：

所述水箱16的内部设置有隔板20；隔板20的三个侧面分别与水箱的三个内壁面连接，且隔板的第四个侧面与水箱的第四个内壁面之间形成水流通道；

进一步的，所述水箱16的一侧壁上连接带阀门的进水管2和带阀门的溢流管15；进水管2和溢流管15分别位于隔板20的下方和上方；所述水箱16的顶部连接有蒸汽输出管道17和热水输出管道18；所述热水输出管道18的一端延伸到隔板20和带阀门的溢流管15之间；

具体的，所述水箱16的内部设置有隔板20，隔板20的三边通过螺栓固定连接在水箱内壁上对应焊接的安装条上，且隔板的另一边与水箱内壁之间形成水流通道，所述水箱16的一侧壁上连接带阀门的进水管2和带阀门的溢流管15，带阀门的进水管2和带阀门的溢流管15位于隔板20的下方和上方，以便于水箱在进行连续加热的过程中，上方放出的热水温度能够相对稳定，避免下方进入的冷水扰乱造成输出水的温度波动过大。所述水箱16的顶部连接有蒸汽输出管道17和热水输出管道18，其中热水输出管道18的一端延伸到隔板20和带阀门的溢流管15之间，从而方便外部抽水，而整齐输出管道能保证设备加热安全；

进一步的，所述热能回收室5的热风进口连接进气机构8；进气机构8包括依次连接的上半管84、钢丝滤网82和下半管86；钢丝滤网82横设于由上半管84与下半管86形成的进气管道内；

该热能回收利用装置还包括进气机构8；所述进气机构8还包括冷却管道81；冷却管道81设于上半管84或下半管86内，且位于钢丝滤网82旁侧；冷却管道81的一端穿过上半管84或下半管86的管壁连接进水管2，其另一端穿过上半管84或下半管86的管壁连接所述热能回收利用装置外部的供水系统；

具体的，所述热能回收室5的热风进口连接进气机构8，进气机构8主要由冷却管道81、钢丝滤网82、滤网卡槽83、上半管84、法兰盘85和下半管86构成，所述上半管84的两侧边焊接有限位挡边，两条限位挡边内侧壁之间的距离等于下半管86的外径，上半管84放置在下半管86上构成圆形的进气管道，所述上半管84与下半管86接触的边缘均粘合有耐高温橡胶，以便于保证密封性，所述上半管84和下半管86的内壁上对应焊接有若干个滤网卡槽83，滤网卡槽83卡接圆形钢丝滤网82的部分边缘，以便于上半管84放置在下半管86上后，圆形钢丝滤网82能够横在其构成的进气管道内，实现进气的初步过滤，尤其是锅炉的高温烟气，同时圆形钢丝滤网82之间设置有冷却管道81，冷却管道81的两端伸出上半管84上预开设的安装孔并连接快速接头，实现钢丝滤网(钢丝滤网构成了蓄热网)的降温同时能够预热进入水箱的冷水，具体连接关系是，冷却管道81的一个快速接头通过管道连接带阀门的进水管2，而冷却管道81的另一个快速接头连接供水系统。

本发明的第四实施方式涉及热能回收利用装置，第四实施方式为第一实施方式的进一步优化，如图1、图5、图6、图7所示：

所述水箱16内还安装有电加热装置3；所述主控制模块21包括自适应控制模块211和执行模块212；执行模块212分别与电加热装置3和压缩机10(电加热装置3和压缩机10在图5与图6中被统称为被控对象)进行电性连接；该热能回收利用装置还包括一温度传感器；所述温度传感器用于反馈温度信息给自适应控制模块211；自适应控制模块211用于通过电加热装置3和压缩机10进行闭环控制水箱中的水温；

具体的，所述水箱16内还安装有电加热装置3，电加热装置3用来在进行完换热后进一步加热用，一般情况下在放热盘管19和换热水管6共同的换热后，水箱16内的水温能够达到60-70摄氏度，此温度的水可以用于室内升温循环，也可以在换热停止后对内部的水采用电加热装置3二次加热生成水蒸气使用；此处需要说明的是电加热装置3和内部的热回收装置没有必然的联系，内部的热回收装置在工作时，电加热装置3肯定不工作；而电加热装置3工作时，内部的热回收装置肯定不工作；

进一步的，所述自适应控制模块211包括模糊控制器214、PID控制器215和Bang-Bang控制器216；PID控制器215分别与模糊控制器214、Bang-Bang控制器216、执行模块212、温度传感器213进行连接；

具体的，所述温度传感器213将温度值送给自适应控制模块211，自适应控制模块211将温度传感器213测得的温度值与设定温度值(设定值)比较并经PID运算后，输出相应的电流值给执行模块212，执行模块212根据各PID智能温控系统控制电流的大小，分别给出相应变化的脉宽过零触发信号，控制压缩机10的工作，从而达到自动控温的目的；

所述自适应控制模块211通过测得精确输入量和接受精确输出量，保证在检测和控制两端均有较好的特性，再就是通过模糊控制器214对输入的精确量进行模糊处理，并计算得出较为适合的模糊输出量，通过对PID参数的自整定，获得较为满意的控制效果；

所述自适应控制模块211通过温度传感器213来反馈热能回收利用装置中的温度，通过这样的结构，能够适当地监控热能回收利用装置的温度；

所述自适应控制模块211通过热电偶的温度反馈，能够实时对水箱中的水进行加热，以保证水箱中的水始终保持恒温，具有控温精度高、系统性能稳定的优点，能够满足工艺加工的实际需要；

所述自适应控制模块211本身均具有超温、断偶报警功能；同时，为安全起见，在控温热电偶的旁边，又增设了一支保护热电偶，接至保护装置222，专作超温保护用；当温度超过保护设定值时，超温报警指示灯亮，保护系统会在发出声光报警的同时断开电加热装置3的加热功率部件的电源。

本发明的第五实施方式涉及热能回收利用装置，第五实施方式为第一实施方式的进一步优化，如图1、图5、图6、图7所示：

所述主控制模块21包括自适应控制模块211和执行模块212；执行模块212与压缩机10(即图5与图6的被控对象)进行电性连接；该热能回收利用装置还包括一温度传感器213；所述温度传感器213用于反馈温度信息给自适应控制模块211；自适应控制模块211用于通过调整压缩机10的输出功率进行闭环控制水箱16中的水温；

进一步的，所述自适应控制模块211包括模糊控制器214、PID控制器215和Bang-Bang控制器216；PID控制器215分别与模糊控制器214、Bang-Bang控制器216、执行模块212、温度传感器213进行连接；

Bang-Bang控制器216采用砰-砰控制的原理，砰-砰控制的原理是把最优控制问题归结为：将状态空间划分为两个区域，一个区域对应于控制变量取正最大值，另一个区域对应于控制变量取负最大值；这两个区域的分界面称为开关面，而决定砰-砰控制的具体形式的关键就是决定开关面。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种热能回收利用装置，其特征在于，包括水箱(16)、热能回收室(5)、设备安装室(9)、主控制模块(21)、压缩机(10)、放热盘管(19)、膨胀阀(4)和吸热盘管(7)；所述水箱(16)、热能回收室(5)和设备安装室(9)依次固定安装连接；所述主控制模块(21)分别与膨胀阀(4)、压缩机(10)进行电性连接；吸热盘管(7)和膨胀阀(4)都设于热能回收室(5)内；放热盘管(19)设于水箱(16)内；主控制模块(21)与压缩机(10)设于设备安装室(9)内；放热盘管(19)的输出端通过膨胀阀(4)与吸热盘管(7)的输入端进行管道连接；压缩机(10)的输出端口通过管道与放热盘管(19)的输入端进行管道连接；压缩机(10)的输入端口与吸热盘管(7)的输出端口进行管道连接。

2.根据权利要求1所述的热能回收利用装置，其特征在于，该热能回收利用装置还包括若干个换热水管(6)；各换热水管(6)的一侧部都设于水箱(16)的底部，各换热水管(6)的另一侧部设于热能回收室(5)内；热能回收室(5)的一侧和另一侧分别开设有热风进口和冷风出口；吸热盘管(7)盘绕设置于各换热水管(6)之间的空隙处。

3.根据权利要求1所述的热能回收利用装置，其特征在于，所述水箱(16)的内部设置有隔板(20)；隔板(20)的三个侧面分别与水箱的三个内壁面连接，且隔板的第四个侧面与水箱的第四个内壁面之间形成水流通道。

4.根据权利要求3所述的热能回收利用装置，其特征在于，所述水箱(16)的一侧壁上连接带阀门的进水管(2)和带阀门的溢流管(15)；进水管(2)和溢流管(15)分别位于隔板(20)的下方和上方；所述水箱(16)的顶部连接有蒸汽输出管道(17)和热水输出管道(18)；所述热水输出管道(18)的一端延伸到隔板(20)和带阀门的溢流管(15)之间。

5.根据权利要求1所述的热能回收利用装置，其特征在于，所述水箱(16)内还安装有电加热装置(3)；所述主控制模块(21)包括自适应控制模块(211)和执行模块(212)；执行模块(212)分别与电加热装置(3)和压缩机(10)进行电性连接；该热能回收利用装置还包括一温度传感器(213)；所述温度传感器(213)用于反馈温度信息给自适应控制模块(211)；自适应控制模块(211)用于通过电加热装置(3)和压缩机(10)进行闭环控制水箱中的水温。

6.根据权利要求1所述的热能回收利用装置，其特征在于，所述主控制模块(21)包括自适应控制模块(211)和执行模块(212)；执行模块(212)与压缩机(10)进行电性连接；该热能回收利用装置还包括一温度传感器(213)；所述温度传感器(213)用于反馈温度信息给自适应控制模块(211)；自适应控制模块(211)用于通过调整压缩机(10)的输出功率进行闭环控制水箱中的水温。

7.根据权利要求5或6所述的热能回收利用装置，其特征在于，所述自适应控制模块(211)包括模糊控制器(214)、PID控制器(215)和Bang-Bang控制器(216)；PID控制器(215)分别与模糊控制器(214)、Bang-Bang控制器(216)、执行模块(212)、温度传感器(213)进行连接。

8.根据权利要求1所述的热能回收利用装置，其特征在于，所述水箱(16)的侧面还安装有观察窗(1)。

9.根据权利要求4所述的热能回收利用装置，其特征在于，该热能回收利用装置还包括进气机构(8)；所述热能回收室(5)的热风进口连接进气机构(8)；进气机构(8)包括依次连接的上半管(84)、钢丝滤网(82)和下半管(86)；钢丝滤网(82)横设于由上半管(84)与下半管(86)形成的进气管道内；

所述进气机构(8)还包括冷却管道(81)；冷却管道(81)设于上半管(84)或下半管(86)内，且位于钢丝滤网(82)旁侧；冷却管道(81)的一端穿过上半管(84)或下半管(86)的管壁连接进水管(2)，其另一端穿过上半管(84)或下半管(86)的管壁连接所述热能回收利用装置外部的供水系统。

10.根据权利要求2所述的热能回收利用装置，其特征在于，该热能回收利用装置还包括出气净化器(12)；所述热能回收室(5)的冷风出口与出气净化器(12)的进风口连通，出气净化器(12)还设置有出风口。