CN110631255A - 一种利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统 - Google Patents

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钟震
蒙涛
周予民
冯海波
王军
袁汉川
袁志先
谭茹
吴俊杰
季薇
王雪平
潘翠翠
许祥训
张尚云
吕静
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters

Abstract

本发明涉及节能减排技术领域，尤其涉及一种利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统。其中热水系统包括空压机余热加热装置、空气能热泵加热装置和第一储水箱，空压机余热加热装置与空气能热泵加热装置并联设置，第二储水箱通过第一热水出水管路与热水总管路连通，第三储水箱通过第二热水出水管路与热水总管路连通。该热水系统优先采用空压机余热加热装置加热，将空压机余热有效地利用，维持空压机正常、安全运行的同时也利用废热来提升水温，当出现供热缺口时，增加补充热源，运行空气能热泵加热装置，提高了当空压机不运行时或者满足不了热需求时的热水系统的稳定性。

Description

一种利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统
技术领域
本发明涉及节能减排技术领域，尤其涉及一种利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统。
背景技术
空压机作为压缩空气的生产者，在生产过程中会消耗大量的电能，绝大部分的电能将会转换成热能，这些热能通常通过冷却风机，冷冻水，冷却塔，冷却水泵等方式和设备来帮助向外界进行散热，以维持空压机的正常、安全运行。
空压机产生的热能非但没有被利用，而且还需要消耗额外的能源来帮助冷却，更造成了热污染。所以，对空压机的热能进行回收利用，将大大提高能源的综合利用，可实现热/气联产。
现有空压机余热利用技术中，通常是通过空压机余热回收装置，以水为媒介回收空气压缩机压缩过程中产生的废热。利用废热来提升水温，然后通过循环水泵把热水输送至蓄热水箱，来满足用户的热水需求，以达节能目的。
但在实际情况下，空压机受环境条件等因素影响，并非连续运作，特别是当空压机检修或出现故障不能运行时，也就不能提供稳定的热源产生热水。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，解决了现有技术中能源利用率低、热水系统不稳定的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，包括空压机余热加热装置、空气能热泵加热装置和第一储水箱；
空压机余热加热装置包括空压机、余热回收装置、第二储水箱、第二增压泵和第一循环管路，第二储水箱和第二增压泵串联设置在第一循环管路上；
第一循环管路穿过余热回收装置；
余热回收装置包括串联设置的换热器、三通温控阀和控制开关阀，余热回收装置通过管路分别与空压机的油冷却器和空压机的油气分离器连通；
空气能热泵加热装置包括第三储水箱、第三增压泵、空气能热泵和第二循环管路，第三储水箱、第三增压泵和空气能热泵串联设置在第二循环管路上；
第二储水箱的冷水入口通过管路与冷水端连通，第二储水箱的热水出口通过管路经过第一增压泵与第一储水箱连通；
第三储水箱的冷水入口通过管路与冷水端连通，第三储水箱的热水出口通过管路经过第一增压泵与第一储水箱连通。
根据本发明，冷水进水管路通过冷水进水第一支管路与第二储水箱的冷水入口连通，冷水进水管路通过冷水进水第二支管路与第三储水箱的冷水入口连通，冷水进水第一支管路上设有第一开关阀，冷水进水第二支管路上设有第二开关阀。
根据本发明，空压机余热加热装置还设有电动比例阀。
根据本发明，空气能热泵为循环加热式空气能热泵。
根据本发明，第一增压泵、第二增压泵和第三增压泵均为变频泵。
根据本发明，第一热水出水管路上设有第三开关阀，第二热水出水管路上设有第四开关阀。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，空压机余热加热装置与空气能热泵加热装置并联设置，热水系统优先采用空压机余热加热装置加热，将空压机余热有效地利用，维持空压机正常、安全运行的同时也利用废热来提升水温，当出现供热缺口时，增加补充热源，运行空气能热泵加热装置，提高了当空压机不运行时或者满足不了热需求时的热水系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明的利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统的整体结构示意图。
【附图标记说明】
1：第一储水箱；2：第二储水箱；3：第二增压泵；
4：第一循环管路；5：余热回收装置；51：换热器；
52：三通温控阀；53：控制开关阀；6：第三储水箱；
7：第三增压泵；8：空气能热泵；9：第二循环管路；
10：第一增压泵；11：冷水进水第一支管路；
12：冷水进水第二支管路；13：第一开关阀；14：第二开关阀；
15：电动比例阀；16：第一热水出水管路；17：第二热水出水管路；
18：第三开关阀；19：第四开关阀；20：油冷却器；
21：油气分离器。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本实施例提供了一种利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，包括空压机余热加热装置、空气能热泵加热装置和第一储水箱1。
空压机余热加热装置包括空压机、余热回收装置5、第二储水箱2、第二增压泵3和第一循环管路4，第二储水箱2和第二增压泵3串联设置在第一循环管路4上，第一循环管路4穿过余热回收装置5。余热回收装置5包括串联设置的换热器51、三通温控阀52和控制开关阀53，余热回收装置5通过管路分别与空压机的油冷却器20和空压机的油气分离器21连通，其中，三通温控阀52是根据空压机的喷油温度自动控制油的流向，当油温低于设定温度时三通温控阀52切换回原空压机系统不进入换热器51，防止油冷却器20内的油温过低稀释出冷凝水导致润滑油乳化。
空气能热泵加热装置包括第三储水箱6、第三增压泵7、空气能热泵8和第二循环管路9，第三储水箱6、第三增压泵7和空气能热泵8串联设置在第二循环管路9上。第二储水箱2的冷水入口通过管路与冷水端连通，第二储水箱2的热水出口通过管路经过第一增压泵10与第一储水箱1连通，第三储水箱6的冷水入口通过管路与冷水端连通，第三储水箱6的热水出口通过管路经过第一增压泵10与第一储水箱1连通。
在实际应用中，冷水优先采用空压机余热加热装置加热，当出现供热缺口时，增加补充热源，运行空气能热泵加热装置。在本实施例中，实现了将空压机余热有效地利用，维持空压机正常、安全运行的同时也利用废热来提升水温，通过油水换热，可将20℃常温水加热至60℃，满足用户的热水需求，从而提高能源利用率，达到节能减排的目的。同时，联合空气能热泵8作为补充热源，当空压机不运行时或者满足不了热需求时，提高了热水系统的稳定性。
其中，空气能热泵8是利用能量转换来制取热水的设备，是一种高效集热并转移热量的装置，主要有压缩机、空气热交换器(蒸发器)、水热交换器(冷凝器)、膨胀阀(节流阀)四个部件组成。实现低温热能向高温热能的搬运，是清洁可再生能源，能效比可达4～6，耗电量低。空气能热泵8能效比随温度变化而变化，环境温度越高，热效率越高，在非采暖季、尤其夏季使用时节能效果显著，环境适应性也较强。且空气能热泵8是清洁、可再生能源，制热效果有保证，并且无污染物排放，占地面积相对较少。
具体地，第一热水出水管路16上设有第三开关阀18，第二热水出水管路17上设有第四开关阀19。其中，第三开关阀18和第四开关阀19可根据热水系统内设定的最终出水温度来分别控制第一热水出水管路16及第二热水出水管路17开关。
具体地，打开第一开关阀13，关闭第三开关阀18，输入冷水，经过余热回收装置5加热后的热水储存在第二储水箱2。打开第三开关阀18，关闭第一开关阀13，将热水通过第一增压泵10输送到第一储水箱1。关闭第三开关阀18后，第二储水箱2也可储存热水。在实际应用中，当空压机正常运行提供的余热充足时，打开第一开关阀13，关闭第二开关阀14，冷水优先采用空压机余热加热装置加热，充分将空压机的余热利用。
进一步地，空压机余热加热装置还设有电动比例阀15，电动比例阀15能实现远距离控制，能连续、按比例地控制液压系统的压力和流量。在实际应用中，根据热回收出水温度自动调节电动比例阀15的开度。
具体地，空气能热泵8为循环加热式空气能热泵，当空气能热泵加热装置运行时，打开第二开关阀14，关闭第四开关阀19，输入冷水，冷水通过第三增压泵7多次流过空气能热泵8内部的冷凝器逐渐达到用户设定的温度，当打开第四开关阀19，关闭第二开关阀14，将第三储水箱6内热水通过第一增压泵10输送到第一储水箱1。关闭第四开关阀19后，第三储水箱6也可储存热水。空气能热泵8额定功率较小，节省运行费用。
进一步地，第一增压泵10、第二增压泵3和第三增压泵7均为变频泵。在实际应用中，增压泵采用变频泵，可根据空压机运行情况及余热情况调节运行流量。
利用空压机余热与空气能热泵8联合的热水系统的工作流程：
热水系统内，冷水优先采用空压机余热加热装置加热，首先冷水经冷水进水第一支管路11进入第二储水箱2，冷水通过第二储水箱2进入余热回收装置5加热后存储在第二储水箱2内，当水温达不到设定温度时，继续经过余热回收装置5循环加热，达到温度要求后，进入第一储水箱1。
当出现供热缺口时，增加补充热源，同时运行空气能热泵加热装置；当空压机余热加热装置停运时，单独运行空气能热泵加热装置。冷水经冷水进水第二支管路12进入第三储水箱6，冷水通过第三储水箱6进入空气能热泵加热装置加热后储存在第三储水箱6内，当水温达不到设定温度时，继续经过空气能热泵加热装置进行循环加热，达到温度要求后，进入第一储水箱1。
该热水系统主要应用于大型厂区和宿舍生活区用户的洗浴水和生活用水，热水使用会有高峰时段和低谷时段，第一储水箱1、第二储水箱2和第三储水箱6分别根据峰谷时段调节储水量，提高了热水系统的稳定性。
本实施例提供的一种利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，空压机余热加热装置与空气能热泵加热装置并联设置，热水系统优先采用空压机余热加热装置加热，将空压机余热有效地利用，维持空压机正常、安全运行的同时也利用废热来提升水温。当出现供热缺口时，增加补充热源，运行空气能热泵加热装置，同时当温度达不到设定温度时，空压机余热加热装置与空气能热泵加热装置可分别进行循环加热。提高了热水系统的稳定性。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，其特征在于，包括空压机余热加热装置、空气能热泵加热装置和第一储水箱；
所述空压机余热加热装置包括空压机、余热回收装置、第二储水箱、第二增压泵和第一循环管路，所述第二储水箱和所述第二增压泵串联设置在第一循环管路上；
所述第一循环管路穿过所述余热回收装置；
所述余热回收装置包括串联设置的换热器、三通温控阀和控制开关阀，所述余热回收装置通过管路分别与所述空压机的油冷却器和所述空压机的油气分离器连通；
所述空气能热泵加热装置包括第三储水箱、第三增压泵、空气能热泵和第二循环管路，所述第三储水箱、所述第三增压泵和所述空气能热泵串联设置在第二循环管路上；
所述第二储水箱的冷水入口通过管路与冷水端连通，所述第二储水箱的热水出口通过管路经过第一增压泵与所述第一储水箱连通；
所述第三储水箱的冷水入口通过管路与冷水端连通，所述第三储水箱的热水出口通过管路经过所述第一增压泵与所述第一储水箱连通。
2.根据权利要求1所述的利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，其特征在于，冷水进水管路通过冷水进水第一支管路与第二储水箱的冷水入口连通，所述冷水进水管路通过冷水进水第二支管路与第三储水箱的冷水入口连通，所述冷水进水第一支管路上设有第一开关阀，所述冷水进水第二支管路上设有第二开关阀。
3.根据权利要求2所述的利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，其特征在于，所述空压机余热加热装置还设有电动比例阀。
4.根据权利要求3所述的利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，其特征在于，所述空气能热泵为循环加热式空气能热泵。
5.根据权利要求4所述的利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，其特征在于，所述第一增压泵、所述第二增压泵和所述第三增压泵均为变频泵。
6.根据权利要求5所述的利用空压机余热与空气能热泵联合的热水系统，其特征在于，所述第一热水出水管路上设有第三开关阀，所述第二热水出水管路上设有第四开关阀。
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