CN110131896A - 一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，通过使用套管三级直接换热方式，由温度型比例积分流量分配器按一次侧热能品位从高到低方向分三次逆向调整二次侧出水流量，梯级形成高温、中温、低温三段分区出水，低温区水源最大范围回收热能，中温区用户在低温区基础上继续吸热，并采用辅助加热方式低成本获得用户成品水，高温区直接为用户提供成品热水。本发明采用三级梯级换热方式，大温差一次性换热，解决传统循环换热方式造成高品位热量低品化，热水生产高，换热效低的问题，保障用户以最经济方式直接获得所需的热水，同时大大减少换热时间，提高换热效率。可广泛应用于余热回收及热水节能领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，涉及到能量回收与热水节能技术领域。
背景技术
目前很多大型工厂(如啤酒厂，罐装饮料厂等)一方面有大量高温余热能被白白浪费，（如啤酒厂85℃以上的高温废水大量直排，罐装饮料厂杀菌釜高温水从120℃通过冷却塔循环降温至40℃,热能被白白浪费。）另一方面工厂自身又有大量的热水需求：如啤酒厂需要60℃以上的热水进行洗瓶工艺，罐装饮料厂需要50℃以上热水进行饮料固含物质溶解等。目前市场上热能回收多采用循环换热方式，该种换热方式回收的热水温度单一，高品位热量低品化，高品热能白白浪费，同时换热时间长，热效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，提供了一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统。通过使用套管三级直接换热方式，由温度型比例积分流量分配器按一次侧热能品位从高到低方向分三次逆向调整二次侧出水流量，梯级形成高温、中温、低温三段分区出水，低温区水源最大范围回收热能，中温区用户在低温区基础上继续吸热，并采用辅助加热方式低成本获得用户成品水，高温区直接为用户提供免费成品热水。
本发明所采取的技术方案是：
一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，包括一次侧套管分管16、二次侧套管分管17、二次侧高品集液管1，二次侧中品集液管2, 二次侧低品集液管3，温度传感器I5，比例积分流量分配器I6，温度传感器II7，比例积分流量分配器II8。热水节能系统配置有低温水箱10，中温水箱12或高温成品水箱13。
所述比例积分流量分配器I6由温度传感器I5提供控制信号。
所需比例积分流量分配器II8由温度传感器I7提供控制信号。
所述比例积分流量分配器I6，温度传感器I5安装在二次侧高品集液管1处。二次侧高品集液管1通过管道分别与二次侧套管分管17及高温成品水箱13相连通。
所述比例积分流量分配器II8，温度传感器I7安装在二次侧中品集液管2处。二次侧中品集液管2通过管道分别与二次侧套管分管17及中温水箱12相连通。
所述二次侧低品集液管3通过管道分别与二次侧套管分管17及低温水箱10直接相连通。
所述低温水箱10通过变流量供水泵11经二次侧热水分配管14向二次侧套管分管17提供二次侧水源。
所述一次侧热源由一次侧热源进水总管19经一次侧热源分液管4进入一次侧套管分管16后，经一次侧热源集液管15汇集后由一次侧热源出水总管18排出。
所述低温水箱10的液位由自来水进水管23与浮球阀20自动控制。低温水箱10与中温水箱12、高温成品水箱13都分别装有温度传感器9。
所述回水压力变送器22安装在二次侧低品集液管3上。
所述辅助加热系统21对中温水箱12内水源加热为成品水送入高温成品水箱13。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，通过使用套管三级直接换热方式，由温度型比例积分流量分配器按一次侧热能品位从高到低方向分三次逆向调整二次侧出水流量，梯级形成高温、中温、低温三段分区出水，低温区水源最大范围回收热能，中温区用户在低温区基础上继续吸热，并采用辅助加热方式低成本获得用户成品水，高温区直接为用户提供成品热水。本发明采用三级梯级换热方式，大温差一次性换热，解决传统循环换热方式造成高品位热量低品化，热水生产高，换热效低的问题，保障用户以最经济方式直接获得所需的热水，同时大大减少换热时间，提高换热效率。可广泛应用于余热回收，热水节能领域。
附图说明
图1是本发明实施例的直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统原理示意图；
图2是本发明实施例的直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统局部剖视放大示意图；
图中：
二次侧高品集液管（1），二次侧中品集液管（2），二次侧低品集液管（3），一次侧热源分液管（4），温度传感器I（5），比例积分流量分配器I（6），温度传感器II（7），比例积分流量分配器II（8），温度传感器（9），低温水箱（10），变流量供水泵（11），中温水箱（12），高温成品水箱（13），二次侧热水分配管（14），一次侧热源集液管（15），一次侧套管分管（16），二次侧套管分管（17），一次侧热源出水总管（18），一次侧热源进水总管（19），浮球阀（20），辅助加热系统（21），回水压力变送器（22），自来水进水管（23）。
具体实施方式
如图1～2所示，本实施例直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统、由直热式热能品位分级热交换模块与热水节能系统组成，具体实施方式如下:
一次侧热源工作流程:一次侧热源（如工业高温废水）从一次侧热源进水总管19分两路（备注:多路或单路也可，一次侧水流量大时采用多路，一次侧水流量小时采用单路）由一次侧热源分液管4分流进入一次侧套管分管16，一次侧套管分管16外面套有二次侧套管分管17，在此处一二次侧水源热量进行充分交换，一次侧水源一次性降温后经一次侧热源集液管15汇总后由一次侧热源出水总管18排出，一次侧水源工作流程结束。由于与一次侧发生热交换的二次侧套管分管17内流动的是经热能品位分区的低温水箱10中的水源，所以一次侧水源一次性降温温差大，热能交换效率显著增加；
二次侧水源工作流程，具体分为以下三个步骤：
第一，低品位热能回收：低温水箱10中的低温水（水温大于等于自来水温度）经变流量供水泵11通过二次侧热水分配管14向二次侧套管分管17提供二次侧水源，与内嵌其中的一次侧套管分管16的一次侧热源发生第一次热交换，再经二次侧低品集液管3汇总后流入低温水箱10，该水箱为基础热能回收水箱，目的是最大程度回收一次侧热源中的低品位执能，其中变流量供水泵11的流量大小由回水压力变送器22提供压力大小进行控制，从而实现二次侧水源恒压供水；
第二，中品位热能回收：预先设定一个中品位热能的界定温度为T℃,T1≤T≤T2,由温度传感器II7进行探测，将测定信号送至比例积分流量分配器II8进行二次侧水源的流量线性调节，以确保回收的中品位热能温度在T1-T2℃温度范围内，再经二次侧中品集液管2流入中温水箱12，该水箱为半成品水箱，内部水源经辅助加热系统21增加少量热能加热为成品水后，送入成品水箱13，以减少低品位热源直接加热为成品水的生产成本；
第三，高品位成品热水热能回收：预先设定高品位成品热水的界定温度为T>T3℃，由温度传感器I5进行探测，将测定信号送至比例积分流量分配器I6进行二次侧水源的流量调节，确保高品位成品热水温度在大于T3℃温度范围内，经二次侧高品集液管1后流入高温成品水箱13，该水箱为成品水箱，内部水源不需要任何加热直接为用户使用，从而免费为用户提供成品热水，节能效果明显。
本发明通过上述具体实施方式，形成高温、中温、低温三段分区出水。低温区水源最大范围回收热能，中温区用户在低温区基础上继续吸热，并采用辅助加热方式低成本获得用户成品水，高温区直接为用户免费提供成品热水。本发明采用三级梯级换热方式，大温差一次性换热，解决传统循环换热方式造成高品位热量低品化，热水生产高，换热效低的问题，保障用户以最经济方式直接获得所需的热水，同时大大减少换热时间，提高换热效率，可广泛应用于余热回收，热水节能领域。
以上所述，并非是对本发明的限制，本发明也并不局限于上述实施方式，只要在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，从而达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：直热式热能品位分级热交换模块包括一次侧套管分管（16），二次侧套管分管（17），二次侧高品集液管（1），二次侧中品集液管（2）, 二次侧低品集液管（3），温度传感器I（5），比例积分流量分配器I（6），温度传感器II（7），比例积分流量分配器II（8）,热水节能系统配置有低温水箱（10），中温水箱（12）或高温成品水箱（13）。
2.根据权利要求1所述的一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：所述比例积分流量分配器I（6）由温度传感器I（5）提供控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：比例积分流量分配器II（8）由温度传感器I（7）提供控制信号。
4.根据权利要求2所述的一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：所述比例积分流量分配器I（6），温度传感器I（5）安装在二次侧高品集液管（1）处,二次侧高品集液管（1）通过管道分别与二次侧套管分管（17）及高温成品水箱（13）相连通。
5.根据权利要求3所述的一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：所述比例积分流量分配器II（8），温度传感器I（7）安装在二次侧中品集液管（2）处,二次侧中品集液管（2）通过管道分别与二次侧套管分管（17）及中温水箱（12）相连通。
6.根据权利要求1所述的一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：二次侧低品集液管（3）通过管道分别与二次侧套管分管（17）及低温水箱（10）直接相连通。
7.根据权利要求1所述的一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：低温水箱（10）通过变流量供水泵（11）经二次侧热水分配管（14）向二次侧套管分管（17）提供二次侧水源。
8.根据权利要求1所述的一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：一次侧热源由一次侧热源进水总管（19）经一次侧热源分液管（4）进入一次侧套管分管（16）后，经一次侧热源集液管（15）汇集后由一次侧热源出水总管（18）排出。
9.根据权利要求1所述的一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：低温水箱（10）的液位由自来水进水管（23）与浮球阀（20）自动控制,低温水箱（10）与中温水箱（12）、高温成品水箱（13）都分别装有温度传感器（9）。
10.根据权利要求7所述的一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：回水压力变送器（22）安装在二次侧低品集液管（3）上。
11.根据权利要求1所述的一种直热式热能品位分级热交换模块及热水节能系统，其特征在于：辅助加热系统（21）对中温水箱（12）内水源加热为成品水送入高温成品水箱（13）。
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