CN109764709B - 能源回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源回收技术领域，具体涉及能源回收系统，该系统包括热能产生装置，用于产生第一流体；储热装置，用于储存第一流体；储热装置与换热器的第一入口连接；供给管路，用于向换热器提供第二流体；其中，供给管路与换热器的第二入口连接，第二流体的温度小于第一流体的温度；换热器，换热器的第一出口与所述热能产生装置的入口连接；其中，第二流体在换热器中吸收第一流体的热量，使得第一流体的温度降低，降温后的第一流体提供给热能产生装置。该能源回收系统通过对热能产生装置所产生的第一流体的收集，并将收集到的第一流体回流至热能产生装置中，实现第一流体的回收利用，包括第一流体的热能以及第一流体的回收，提高了能源的利用率。

Description

能源回收系统

技术领域

本发明涉及能源回收技术领域，具体涉及能源回收系统。

背景技术

我国人口众多，能源消耗数量非常大，在消耗同时，我国能源利用存在着利用效率低、经济效益差，生态环境压力大的主要问题。其中，我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70％，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30％左右。除了生产工艺相对落后、产业结构不合理的因素外，工业余热利用率低，能源(能量)没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因，我国能源利用率仅为33％左右，比发达国家低约10％，至少50％的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。以固体聚合物电解水制氢装置为例，固体聚合物电解制氢过程电解效率可达70～80％，其余20％多的能量以热能形式耗散。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种能源回收系统，以解决能源利用率低的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种能源回收系统，包括：

热能产生装置，用于产生第一流体；

储热装置，用于储存所述第一流体；所述储热装置与换热器的第一入口连接；

供给管路，用于向换热器提供第二流体；其中，所述供给管路与所述换热器的第二入口连接，所述第二流体的温度小于所述第一流体的温度；

换热器，所述换热器的第一出口与所述热能产生装置的入口连接；其中，所述第二流体在所述换热器中吸收所述第一流体的热量，使得所述第一流体的温度降低，降温后的所述第一流体提供给所述热能产生装置。

本发明实施例提供的能源回收系统，通过储热装置收集热能产生装置所产生第一流体，该第一流体在换热器中利用第二流体进行降温后提供给热能产生装置。该能源回收系统通过对热能产生装置所产生的第一流体的收集，并将收集到的第一流体回流至热能产生装置中，实现热能产生装置所产生的第一流体的回收利用，包括第一流体的热能以及第一流体的回收，提高了能源的利用率。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述热能产生装置包括：

水电解装置，所述水电解装置的出口与冷凝分水装置的入口连接；所述水电解装置将产物传导至冷凝分水装置中；所述产物包括所述第一流体；

至少一个冷凝分水装置，用于对所述产物进行降温，以分离出气体以及所述第一流体；其中，所述第一流体流入所述储热装置中；

至少一个储气罐，与所述冷凝分水装置连接，用于存储所述冷凝分水装置分离出的气体。

本发明实施例提供的能源回收系统，通过在热能产生装置中设置冷凝分水装置，用于对热能产生装置的产物进行降温以得到第一流体，便于后续采用储热装置对热能产生装置所产生的第一流体的回收。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述热能产生装置包括两个所述冷凝分水装置，以及对应于每个所述冷凝分水装置设置有所述储气罐。

本发明实施例提供的能源回收系统，热能产生装置为电解水装置，电解水装置的产物为氢气和氧气，因此，通过在电解水装置的分别对应于氢气以及氧气的出口处设置冷凝分水装置，实现对氢气与氧气中液体的回收，进一步提高了能源的利用率。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述冷凝分水装置包括：

冷凝器，用于对所述产物进行降温；

至少一个分水器，与所述冷凝器连接，用于收集所述第一流体；

液位传感器，用于检测所述分水器中所述第一流体的液位；

至少一个第一电磁阀，所述第一电磁阀与所述分水器一一对应且与所述分水器的出口处连接；所述第一电磁阀用于在所述液位传感器所测量出的液位大于预设液位值时，使得所述分水器中的第一流体流入所述储热装置中。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，还包括：

循环泵，连接与所述换热器与所述储热装置之间，用于将所述储热装置中的第一流体泵入所述换热器中。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第五实施方式中，还包括：

供给装置，用于存储所述第二流体；所述供给装置中的第二流体通过所述供给管路流入所述换热器中；

循环管路，一端与所述换热器的第二出口连接，另一端与所述供给装置连接。

本发明实施例提供的能源回收系统，通过循环管路实现从换热器流出的流体回收至供给装置，以便再次用于对第一流体进行降温，进而从热能产生装置工作所需预设温度的流体的角度实现了能源的回收利用。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，还包括：

水泵，所述水泵与所述供给管路连接；所述水泵用于将所述供给装置中的第二流体泵入所述换热器中；

第一温度传感器，设置在所述换热器的第一出口与所述热能产生装置之间；所述第一温度传感器用于检测流入所述热能产生装置的流体温度；所述水泵的转速基于所述第一温度传感器的检测温度进行调节。

本发明实施例提供的能源回收系统，通过第一温度传感器对流入热能产生装置的流体温度进行检测，与供给管路连接的水泵的转速基于检测出的温度值调整，从而避免流入热能产生装置的流体温度过高对热能产生装置的损坏。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第七实施方式中，还包括：

第二温度传感器，用于检测从所述换热器的第二出口流出的流体的温度；

第二电磁阀，所述第二电磁阀的入口与所述换热器的第二出口连接；所述第二电磁阀的第一出口通过所述循环管路与所述供给装置连接；所述第二电磁阀的第二出口与所述储气罐的热交换管路连接，所述第二电磁阀在所述第二温度传感器所测量出的温度大于预设温度值时打开所述第二出口，以使得所述换热器的第二出口流出的流体通过所述热交换管路对所述储气罐中的气体进行加热；

回流管路，一端与所述热交换管路的出口连接，另一端与所述供给装置连接。

本发明实施例提供的能源回收系统，通过第二温度传感器对换热器的第二出口流出的流体温度的检测，当检测出的温度达到预设温度值时，表示此时从换热器的第二出口流出的流体可以用于对储气罐中的气体进行加热。由于储气罐后面会接其他设备，例如燃料电池等，通过对储气罐中的气体进行加热，提高了给燃料电池供气的效率。

结合第一方面第七实施方式，在第一方面第八实施方式中，还包括：

三通阀，所述三通阀的入口与所述换热器的第二出口连接，所述三通阀的第一出口与所述第二电磁阀的入口连接，所述三通阀的第二出口用于向外界提供从所述换热器的第二出口流出的流体。

本发明实施例提供的能源回收系统，在换热器的第二出口处设置三通阀，用以实现将从换热器的第二出口处流出的流体提供给外界使用，提高了能源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的能源回收系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的热能产生装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的冷凝分水装置的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的能源回收系统的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的能源回收系统的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的能源回收系统的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的能源回收系统的结构示意图；

图8是根据本发明实施例的能源回收系统的热功率与时间之间的关系曲线图；

附图标记：

10-热能产生装置；11-水电解装置；12-冷凝分水装置；121-冷凝器；122-分水器；123-液位传感器；124-第一电磁阀；13-储气罐；

20-储热装置；

30-换热器；

40-循环泵；

50-供给装置；

60-水泵；

70-第一温度传感器；

80-第二温度传感器；

90-第二电磁阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明实施例提供了一种能源回收系统，如图1所示，该系统包括：热能产生装置10、储热装置20、换热器30以及用于向换热器30提供第二流体的供给管路。

请参见图1，热能产生装置10用于产生第一流体，该热能产生装置可以是用于产生化学反应的装置，也可以是其他类型的装置。只需保证该热能产生装置10在工作过程中能够产生第一流体即可，对热能产生装置10的类型以及具体结构并不做任何限定。

储热装置20，用于储存热能产生装置10所产生的第一流体。储热装置20的入口与热能产生装置10的输出口连接，对热能产生装置10所产生的第一流体进行储存，该第一流体为提供给热能产生装置10工作所需的流体。此外，储热装置20的出口与换热器30的第一入口连接，储热装置20中的第一流体在换热器30中与第二流体进行热交换，以使得第一流体的温度降低。

供给管路，用于向热能产生装置10提供第二流体。其中，供给管路与换热器30的第二入口连接，第二流体的温度小于第一流体的温度。具体地，储热装置20中的第一流体从换热器30的第一入口流入，供给管路中的第二流体从换热器30的第二入口流入，在换热器30中第二流体吸收第一流体的热量使得第一流体的温度降低，而温度降低后的第一流体从换热器30的第一出口流入热能产生装置10。此外，可选地，第一流体可以回收再利用，也可以应用于其他方面，在此对其不做限定。

换热器30的第一出口与热能产生装置10的入口连接，第一入口与储热装置20连接，第二入口与供给管路连接。其中，储热装置20向换热器30提供第一流体(热介质)，供给管路向换热器30提供第二流体(冷介质)，第一流体在换热器30中吸收第二流体的热量，使得第二流体的温度降低，降温后的第二流体提供给热能产生装置10。

本实施例提供的能源回收系统，通过储热装置20收集热能产生装置10所产生第一流体，该第一流体在换热器30中利用第二流体进行降温后提供给热能产生装置10。该能源回收系统通过对热能产生装置10所产生的第一流体的收集，并将收集到的第一流体回流至热能产生装置10中，实现热能产生装置所产生的第一流体的回收利用，包括第一流体的热能以及第一流体的回收，提高了能源的利用率。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图2所示，热能产生装置10包括水电解装置11、至少一个冷凝分水装置12以及至少一个储气罐13。

其中，水电解装置11是对水进行电解，得到氢气和氧气；即，水电解装置11工作所需的流体为水，该水电解装置包括两个出口，分别用于输出电解水所得到的氢气和氧气。水电解装置11的产物从出口输出，其中，一个出口输出的产物中包括有氢气和水蒸汽，另一个出口输出的产物中包括氧气和水蒸汽。因此，可以在对应于水电解装置11的出口处连接冷凝分水装置12，用于将水电解装置11的产物传导至冷凝分水装置中。

冷凝分水装置12用于对水电解装置输出的产物进行降温，以分离出气体以及第一流体；其中，第一流体流入储热装置20中，气体可以通过储气罐13所存储。储气罐13与冷凝分水装置12连接，用于存储冷凝分水装置分离出的气体。

可选地，在水电解装置11中对应于氢气输出口以及氧气输出口的出口位置分别设置冷凝分水装置12以及储气罐13，也可以在对应于其中任一输出口的位置设置冷凝分水装置12以及储气罐13，或者为其他设置等等。

通过在热能产生装置10中设置冷凝分水装置，用于对热能产生装置的产物进行降温以得到第一流体，便于后续采用储热装置20对热能产生装置10所产生的第一流体进行回收。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图3所示，冷凝分水装置12包括冷凝器121、至少一个分水器122、液位传感器123以及第一电磁阀124。

具体地，冷凝器121与热能产生装置10的出口连接，用于对热能产生装置10输出的产物进行降温，以分离出气体和第一流体。如图3所示，冷凝器121包括两个出口，一个出口与储气罐13连接，另一个出口与分水器122连接，分水器122用于收集第一流体。

其中，至少一个分水器122形成多级分水系统，如图3所示，从冷凝器121的出口通过管路连接至各个分水器122，对应于每个分水器122设置为液位传感器122，以及第一电磁阀124。第一电磁阀124与分水器122的出口处连接，液位传感器123用于检测分水器122中液体的液位，第一电磁阀124在液位传感器所测量出的液位大于预设液位值时，使得分水器122中的液体流入储热装置中。

作为本实施例的另一种可选实施方式，如图4所示，在储热装置20与换热器30之间设置有循环泵40，用于将储热装置20中的第一流体泵入换热器30中。

本实施例中的热能产生装置10包括水电解装置11，而水电解装置11工作所需的原料是去离子水，该能源回收系统通过对第一流体(水)的回收，可以较少制取去离子水的功耗。

本发明实施例还提供了一种能源回收系统，如图5所示，包括热能产生装置10、储热装置20、换热器30、供给管路、供给装置50以及循环管路。其中，热能产生装置10、储热装置20、换热器30、供给管路的具体结构细节请参见图1至图4所示实施例的详细描述，在此不再赘述。

此外，供给装置50储存第二流体。该供给装置50中的第二流体通过供给管路流入换热器30中。例如，当热能产生装置10为水电解装置时，供给装置50中所储存的流体可以为水，该供给装置可以为储水罐。

循环管路的一端与换热器30的第二出口连接，另一端与供给装置50连接，用于将从换热器30的第二出口流出的流体循环至供给装置50，实现流体的循环使用。具体地，从换热器30的第二出口流出的流体为吸收第一流体热量后的第二流体，即第二流体在换热器30中吸收第一流体的热量后，使得自身的温度升高；此外，温度升高后的第二流体从换热器30的第二出口流出。

通过循环管路实现从换热器30的第二出口流出的流体的回收至供给装置50，以便再次用于对第一流体进行降温，进而从热能产生装置10工作所需预设温度的流体的角度实现了能源的回收利用。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图6所示，该能源回收系统还包括有水泵60以及第一温度传感器70。

其中，水泵60与供给管路连接，用于将供给装置50中的第二流体泵入换热器30中。

第一温度传感器70设置在换热器30的第一出口与热能产生装置10之间，用于检测流入热能产生装置10的流体温度。此外，第一温度传感器70将检测到的流体温度值反馈给水泵60，以便于水泵基于反馈的温度值调节其转速。具体地，当第一温度传感器70的检测温度大于预设温度值(即，流入热能产生装置10的流体温度最高值)时，表示此时流入热能产生装置10的流体温度过高，需要降低流体的温度，水泵60调节其转速使得转速增大，对换热器30的第一出口流出的流体进行降温。

作为本实施例的另一种可选实施方式，如图6所示，在换热器30的第二出口与供给装置50之间的循环管路上还设置有第二温度传感器80、第二电磁阀90以及回流管路。其中，第二温度传感器80用于检测从换热器30的第二出口流出的流体的温度。第二电磁阀90的入口与换热器30的第二出口连接，第二电磁阀90的第一出口通过循环管路与供给装置50连接，第二出口与储气罐的热交换管路连接。回流管路的一端与热交换管路的出口连接，另一端与供给装置50连接。

第二温度传感器80与第二电磁阀90之间的配合工作过程描述如下：第二温度传感器80将检测到温度反馈给第二电磁阀90，第二电磁阀90在该温度值大于预设温度值时打开第二出口，以使得换热器的第二出口流出的流体通过热交换管路对储气罐中的气体进行加热。即，储气罐中的气体吸收热交换管路中流体的温度而实现加热。此外，从热交换管路中流出的流体回流至供给装置50中。

由于储氢罐中的氢气后续会应用于其他设备中，例如燃料电池，即，储氢罐与燃料电池的入口连接，用于向燃料电池供氢。因此，通过对储氢罐中的氢气进行加热，提高了给燃料电池供氢的效率。

进一步可选地，在换热器30的第二出口处还设置有三通阀，该三通阀的入口与换热器30的第二出口连接，三通阀的第一出口与第二电磁阀的入口连接，三通阀的第二出口用于向外界提供从换热器30的第二出口流出的流体。具体地，如上文所述，从换热器30的第二出口流出的流体为升温后的第二流体；升温后的第二流体从三通阀的第二出口处流出后可以用于生活用水，例如，三通阀的第二出口与洗手池连接等等。

如图7所示，以热能产生装置10为水电解装置为例进行详细描述如下：

(1)循环水通过供给装置50-水泵60-换热器30-三通阀，在三通阀处一部分循环水用于加热生活用水，一部分循环水流入第二电磁阀90。在第二电磁阀90处，一部分循环水用于加热储氢瓶，另一部分水回至供给装置50。

(2)氢气路循环水由水电解装置10流出，经冷凝分水装置12-储热装置20-换热器30，再回至水电解装置10。氧气路循环水由水电解装置10流出，经冷凝分水装置12-储热装置20-换热器30，再回至水电解装置10。

作为本实施例的一个具体应用实例，请结合图7所示的能源回收系统，该能源回收系统在工作时，首先，通过供给装置50向电解槽提供足够的反应水，启动电解装置及其辅机(与储热装置20连接的循环泵40)。

电解开始后，循环泵40启动，储热装置20提供第一流体，使得电解槽的温度从60℃升温至65℃，产生温度较高氢气和氧气，氧气的存储温度要求为20℃以下。因此通过冷凝器121对其进行冷却，并通过分水器122回收水分，使用液位传感器123检查分水器122中水的液位，当液位达到分水器122容量的3/4后，打开第一电磁阀124，分水器122中的水进入储热装置20，作为电解水的原料，体现了水的回收利用。同理，电解制氢装置产生的氧气(含水分)从电解制氢装置流出，经冷凝分水后储热装置20，作为电解水的原料。

电解槽的入口水温要求为60℃，当检测到换热器30第一出口的出水温度大于60℃时，增加水泵60转速，令供给装置50中的循环水流入换热器30，对储热装置20的出水进行冷却，使其温度降至60℃，重新进入水电解制氢装置进行电解。同时经加热的循环水流入三通阀，一部分用于生活用水，一部分流入第二电磁阀90。在第二电磁阀90的入口处，若水温达到55℃，则打开第二电磁阀90，加热储氢瓶，否则循环水流入供给装置50。

电解槽在该循环中工作时间共262s，如图8所示，对图曲线积分得到生成总热398kJ。循环水流量16L/min，工作51s，水温从65℃降至60℃时，由公式计算得到被带走的热量为285.6kJ，得到废热回收效率为71.8％，加上废热回收后，供氢平台的能量效率为77.9％。因此，本发明实施例提出的能源回收系统具有较高的能源回收率。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (6)

1.一种能源回收系统，其特征在于，包括：

热能产生装置，用于产生第一流体；其中，所述热能产生装置包括水电解装置、至少一个冷凝分水装置以及至少一个储气罐；所述水电解装置的出口与所述冷凝分水装置的入口连接，所述水电解装置将产物传导至冷凝分水装置中，所述产物包括所述第一流体；所述至少一个冷凝分水装置用于对所述产物进行降温，以分离出气体以及所述第一流体，所述第一流体流入储热装置中；所述至少一个储气罐与所述冷凝分水装置连接，用于存储所述冷凝分水装置分离出的气体；

所述储热装置，用于储存所述第一流体；所述储热装置与换热器的第一入口连接；

供给管路，用于向换热器提供第二流体；其中，所述供给管路与所述换热器的第二入口连接，所述第二流体的温度小于所述第一流体的温度；

换热器，所述换热器的第一出口与所述热能产生装置的入口连接；其中，所述第二流体在所述换热器中吸收所述第一流体的热量，使得所述第一流体的温度降低，降温后的所述第一流体提供给所述热能产生装置；

供给装置，用于存储所述第二流体；所述供给装置中的第二流体通过所述供给管路流入所述换热器中；

循环管路，一端与所述换热器的第二出口连接，另一端与所述供给装置连接；

第二温度传感器，用于检测从所述换热器的第二出口流出的流体的温度；

第二电磁阀，所述第二电磁阀的入口与所述换热器的第二出口连接；所述第二电磁阀的第一出口通过所述循环管路与所述供给装置连接；所述第二电磁阀的第二出口与所述储气罐的热交换管路连接，所述第二电磁阀在所述第二温度传感器所测量出的温度大于预设温度值时打开所述第二出口，以使得所述换热器的第二出口流出的流体通过所述热交换管路对所述储气罐中的气体进行加热；

回流管路，一端与所述热交换管路的出口连接，另一端与所述供给装置连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热能产生装置包括两个所述冷凝分水装置，以及对应于每个所述冷凝分水装置设置有所述储气罐。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝分水装置包括：

冷凝器，用于对所述产物进行降温；

至少一个分水器，与所述冷凝器连接，用于收集所述第一流体；

液位传感器，用于检测所述分水器中所述第一流体的液位；

至少一个第一电磁阀，所述第一电磁阀与所述分水器一一对应且与所述分水器的出口处连接；所述第一电磁阀用于在所述液位传感器所测量出的液位大于预设液位值时，使得所述分水器中的第一流体流入所述储热装置中。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：

循环泵，连接于所述换热器与所述储热装置之间，用于将所述储热装置中的第一流体泵入所述换热器中。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

水泵，所述水泵与所述供给管路连接；所述水泵用于将所述供给装置中的第二流体泵入所述换热器中；

第一温度传感器，设置在所述换热器的第一出口与所述热能产生装置之间；所述第一温度传感器用于检测流入所述热能产生装置的流体温度；所述水泵的转速基于所述第一温度传感器的检测温度进行调节。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：

三通阀，所述三通阀的入口与所述换热器的第二出口连接，所述三通阀的第一出口与所述第二电磁阀的入口连接，所述三通阀的第二出口用于向外界提供从所述换热器的第二出口流出的流体。

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