CN111288684A - 冷热综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷热综合利用系统，包括：换热器，与冷源连接；热交换器，与热源连接；冷源和热源；换热器与热交换器能够使得热源的热量向冷源传递；应用本发明的冷热综合利用系统，能够综合利用厂房中的冷源与热源，降低冷量回收与热量回收的能耗。

Description

冷热综合利用系统

技术领域

本发明涉及介质循环系统领域，特别涉及一种冷热综合利用系统。

背景技术

在现有的工厂生产环境中，存在着许多需要获取热量来进行升温的冷源，例如低温液化气罐输出的液化气等，还存在着携带有大量热量需要回收的热源，例如锅炉冷却水、锅炉废气等；另一方面工厂厂房中设置的制冷系统和除湿系统等设施也需要消耗大量的能源；多方面的影响使得工厂的能量利用率得不到进一步提升。

在现有的冷源升温过程中，一般是将液化气等冷源通过开架式换热器与环境换热，实现升温，升温过程中大量的冷量散发到环境中得不到有效利用；同时工厂锅炉产生的烟气、冷却水等热源也会带走大量的热量散发到环境中，使得大量热量被浪费。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种冷热综合利用系统，能够综合利用厂房中的冷源与热源，降低冷量回收与热量回收的能耗。

本发明的冷热综合利用系统，包括：换热器，与冷源连接；热交换器，与热源连接；冷源和热源；换热器与热交换器能够使得热源的热量向冷源传递。

进一步地，冷热综合利用系统还包括第二换热器，第二换热器的一端与换热器构成回路，第二换热器的另一端与热交换器构成回路。

进一步地，第二换热器和热交换器之间连接有第二循环泵。

进一步地，第二换热器和换热器之间连接有第一循环泵。

进一步地，冷热综合利用系统还包括膨胀机，膨胀机与换热器连接，膨胀机与热交换器直接或间接连接。

进一步地，换热器与热交换器之间设置有除湿器。

进一步地，换热器与热交换器之间设置有再生器，换热介质依次通过换热器、除湿器、热交换器以及再生器并回到换热器，形成回路。

进一步地，换热介质为溴化锂溶液。

进一步地，冷热综合利用系统还包括风机，风机用于驱动空气通过除湿器。

进一步地，冷源由液化气罐供应，热源由锅炉供应。

应用本发明的冷热综合利用系统，在使用时，可以通过设置在换热器和热交换器之间的连接管路，将热源的热量传递至冷源，使得热源的热量传递至冷源为冷源升温，大大降低了设置独立的开架式换热器与热回收装置带来的能耗，同时降低了将冷量和热量排放到外界环境中造成的污染。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的系统的示意图；

图2为本发明实施例的第二种系统的示意图；

图3为本发明实施例的第三种系统的示意图；

图4为本发明实施例的第四种系统的示意图；

图5为本发明实施例的第五种系统的示意图；

上述附图包含以下附图标记：

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1、图2，本实施例第一方面的冷热综合利用系统，包括：换热器，与冷源连接；热交换器，与热源连接；冷源和热源；换热器与热交换器能够使得热源的热量向冷源传递。

应用本实施例的冷热综合利用系统，在使用时，可以通过设置在换热器和热交换器之间的连接管路，将热源的热量传递至冷源，使得热源的热量传递至冷源为冷源升温，大大降低了设置独立的开架式换热器与热回收装置带来的能耗，同时降低了将冷量和热量排放到外界环境中造成的污染。

其中，换热器和热交换器能够通过多种方式将热源的热量向冷源传递，例如在换热器和热交换器之间构成回路，通过回路中的导热介质的循环将热量从热源输送至冷源，也可以在换热器和热交换器之间设置单向管路，将导热介质在热交换器中加热后输送至换热器进行冷却，并将热量传递给冷源；还可以通过将换热器和热交换器设置为半导体换热器，并将换热器和热交换器电连接。

理解，无论是采用回路或者单向管路的形式，由于冷源和热源的同时存在，回路或者管路可以在没有循环泵的情况下自行运转，当然为了加强循环效果，也可以设置循环泵辅助导热介质流动。

如图1所示，为了使得热源中的热量能够长期稳定的传递给冷源，可以选择将换热器与热交换器构成回路的方式来传递热量，此时若冷源与热源之间温差过大，会造成回路中导热介质的压力过大，增加回路爆管的危险；为了降低回路中导热介质的压力，降低爆管风险，还可以在系统中设置第二换热器130，第二换热器130的一端与换热器构成回路，第二换热器130的另一端与热交换器构成回路；如图1所示，第一换热器110与第二换热器130构成回路，第二换热器130和一级热交换器210构成回路，通过两个回路串联将热量从热源依次传递给冷源，避免采用单回路时导热介质压力过大，造成爆管的情况。

特别地，上述两个回路之间仅有热交换关系，而没有介质相互流动的关系；同样地，回路与冷源、回路与热源之间也只有热交换关系，而没有介质相互流动的关系。

进一步地，为了增强回路的换热效率，可以在第二换热器130与热交换器之间连接第二循环泵211，或者在第二换热器130和换热器之间连接第一循环泵120，用以促进两个回路中介质的流动；具体地，如图1所示，第一换热器110和第二换热器130之间设置有第一循环泵120，第二换热器130和一级热交换器210之间设置有第二循环泵211；通可选择的启动两个循环泵增强各自回路的导热效果，进一步地，可以通过控制循环泵来限制各自回路中的流速，更好的匹配冷源的冷量和热源的热量。

为了在进一步降低系统压力的同时，可以更好的运用热源的热量，可以在换热器上连接膨胀机140用于将导热介质的内能转化为动能；其中膨胀机140可以根据需求，与热交换器直接与间接连接；当膨胀机140与热交换器直接连接时，换热器与热交换器构成回路，膨胀机140位于回路中；当膨胀机140与热交换器间接连接时，如图1所示膨胀机140位于第二换热器130和第一换热器110构成的回路中。

此时，可以通过将膨胀机140驱动连接电机或者风机等方式，将动能进一步转化。

类似地，还可以在换热器与热交换器之间设置除湿器520，用于为空气除湿；其中，除湿器520可以采用热交换除湿器520或者溶液除湿器520等多种方式。

当除湿器520为溶液除湿器520时，可以在换热器和热交换器之间设置再生器540，换热介质依次通过换热器、除湿器520、热交换器以及再生器540并回到换热器，形成回路；如图2所示，第四换热器510、二级热交换器530、除湿器520和再生器540构成回路。

进一步地，为了高效吸收空气中的水蒸气，可以采用溴化锂溶液充当换热戒指。

如图2所示，可以通过风机驱动空气通过除湿器520，达到更好的除湿效果。

如图1所示，冷源由液化气罐100供应，热源由锅炉供应；具体地，冷量由液化气罐100排出的液化气体气化后提供，热量由锅炉排出的烟气提供；此时不但锅炉余热可以得到有效回收，液化气罐100中液化气体的冷量也能够得到充分利用，同时减少了高温烟气和冷量的排放对环境造成的污染；进一步地，采用多回路串联的方式能够有效防止烟气和液化气之间温差过大，造成系统管路爆管的现象。

如图2所示，本实施例第二方面的工业除湿装置，包括：第一换热器110，与冷源连接；一级热交换器210，与热源连接；膨胀机140，连接第一换热器110与一级热交换器210，膨胀机140驱动连接风机；第四换热器510，与冷源连接；二级热交换器530，与热源连接；除湿器520，连接第一换热器110与一级热交换器210；风机用于驱动空气流过除湿器520后排入室内。

应用本发明的工业除湿装置，在使用时，除湿器520运转所需的冷量由冷源和热源通过第四换热器510和二级热交换器530供应，无需设置热泵，在充分利用冷源冷量和热源热量的同时，大大节约了用于驱动热泵系统运行的能量，其中用于驱动风机的能量由冷源和热源经由膨胀机140传递，进一步降低了驱动风机的能耗。

其中，除湿器520和风机的能量来源均来自于冷源和热源，可以大大减少外部电力供应，在热源热力充足的情况下甚至可以无需外部电力供应。

应理解，第一换热器110、一级热交换器210以及膨胀机140之间可以通过单向管路连接，也可以通过形成回路做到长期稳定运行；类似地，第四换热器510、二级热交换器530以及除湿器520之间也可以通过单向管路或者回路连接。

如图2所示，第一换热器110、一级热交换器210以及膨胀机140构成第一回路，第一回路中设置有第一循环泵120；其中，循环泵可以促使导热介质更好地在第一回路中流动，同时第一循环泵120还可以用于控制第一回路中导热介质的流速，便于控制膨胀机140的输出工况。

类似地，第四换热器510、二级热交换器530以及除湿器520构成第二回路，第二回路中设置有第四循环泵550，第四循环泵550驱动工质在第二回路中流动。

其中，为了使得除湿器520能够连续对室内空气进行除湿，避免除湿间断，还可以在第二回路中设置再生器540，当导热介质通过除湿器520时，吸收了空气中的湿度后介质浓度变低，当介质流经再生器540时，介质中的水分被去除，介质浓度恢复。

如图2所示，第二回路被构造为工质依次通过第四换热器510、除湿器520、二级热交换器530以及再生器540并回到第四换热器510；当工质通过除湿器520时，工质吸收了空气中的水分，溶液浓度变低；而后溶液进入二级热交换器530后带走热源的热量，随后进入再生器540，此时溶液中的水分被再生器540蒸发，溶液浓度升高，然后进入第四换热器510，溶液遇冷后，溶质的溶解度下降，工质的吸水能力升高，而后工质回到除湿器520继续除湿，整个系统循环运行，保证室内环境的湿度。

为了使得工质具有更好的导热和除湿性能，可以选用溴化锂溶液充当工质。

进一步地，为了排放再生器540蒸发出的水分，空气经由通风管道，在风机的驱动下流经再生器540后排出室外；如图2所示，风机吹出的风被分为两路，一路经过除湿器520吹向室内，另一路经过再生器540排放到室外。

如图2所示，第一换热器110及第四换热器510依次位于冷源的下游，一级热交换器210及二级热交换器530依次位于热源的下游；其中冷源和热源分别经过升温和降温后才通过第四换热器510和二级热交换器530与除湿器520换热，温差较小，可以防止除湿器520所在回路中介质温度过低，导致介质溶液过饱和造成溶质洗出，影响系统运行。

另一方面，为了防止导热介质与空气接触造成的空气污染，可以将除湿器520设置为蒸发器，通过冷凝除湿的方式进行除湿，防止导热介质与空气的接触。

进一步地，第四换热器510和二级热交换器530之间设置有冷凝器，第四换热器510、蒸发器、二级热交换器530以及冷凝器依次构成回路，风机用于驱动空气依次通过蒸发器和冷凝器之后排入室内；此时导热介质经过蒸发器后蒸发吸热，使得空气中的水蒸气冷凝，而后导热介质经过二级换热器被加热，带走热源中的热量，进一步导热介质经过冷凝器，将热量散发到空气中为空气升温，而后经过第四换热器510，将热量传递给冷源后冷却并回到除湿器520；由于风机驱动室内空气先经过蒸发器降温除湿后再经过冷凝器升温后排到室内，有效减少了除湿过程中厂房温度的下降；同时降低了除湿耗能。

如图1所示，本实施例第三方面的制冷系统，包括：冷源；第三换热器310，与冷源连接；制冷器330，与第三换热器310连接，并与第三换热器310构成回路。

应用本实施例的制冷系统，在使用时，制冷器330的冷量由冷源通过第三换热器310和制冷器330构成的回路连续供给，无需通过设置热泵系统为制冷器330提供冷量，大大减少了驱动热泵系统的能耗，并且将冷源的冷量运用在室内环境降温中，有效降低了冷量排放对环境的污染。

其中，制冷系统第一换热器110和一级热交换器210，第一换热器110与冷源连接，一级热交换器210与热源连接，第一换热器110与一级热交换器210之间构成至少一个回路；此时可以将制冷锅炉余热回收结合，进一步降低了能耗。

进一步地，为了降低第一换热器110所在回路的管路压力，还包括第二换热器130，第二换热器130一侧与第一换热器110构成回路，第二换热器130另一侧与一级热交换器210构成回路。

进一步地，第二换热器130和第二换热器130之间设置有膨胀机140。

为了使得制冷系统能够做到冷电联合供应，第一换热器110和第二换热器130之间设置有膨胀机140。

如图1所示，第一换热器110和第二换热器130之间设置有第一循环泵120，第二换热器130和一级热交换器210之间设置有第二循环泵211。

可以理解的是，第三换热器310和制冷器330之间设置有循环泵；其中循环泵能够促进制冷回路中导热介质的循环，同时还能够通过控制循环泵的工况控制制冷回路的制冷工况，合理匹配冷源的冷量和制冷用户的需求。

其中，制冷器330可以为风机盘管，通过室内空气吹过风机盘管，使得导热介质将空气降温，达到制冷的效果。

进一步地，可以通过设置风机驱动空气吹过风机盘管，加强降温效果，其中风机可以通过膨胀机140直接驱动，也可以通过膨胀机140带动的发电机150进行电力驱动。

为了便于多用户同时使用冷源的冷量，可以采用板式换热器充当制冷器330，使得冷量经过板式换热器进入中央空调的水循环系统，并供应到各个末端。

本发明第四方面的制冷与冷热回收综合系统，其特征在于，包括：冷源与热源；第三换热器310，与冷源连接；制冷器330，与第三换热器310连接，并与第三换热器310构成回路；第一换热器110，与冷源连接；一级热交换器210，与热源连接，第一换热器110与一级热交换器210之间构成至少一个回路；至少一个阀门，用于切换第一换热器110与第三换热器310之间的工作状态。

应用本实施例的制冷与冷热回收综合系统，应用本发明的制冷与冷热回收综合系统，在使用时，可以通过调整阀门的状态，切换第一换热器110和第三换热器310的工作状态，使得冷源的冷量充足与冷量不足的情况下，整个系统都能够达到较好的运行状态，提高系统的冷量利用效率。

其中，通过设置阀门的数量和位置，可以控制制冷回路独立运行或者与回收回路串联或并联运行，具体如下：

如图3所示，制冷与冷热回收综合系统包括第二阀门420和第四阀门440，第二阀门420连接冷源与第一换热器110，第四阀门440连接第一换热器110与排气口，第四阀门440连接第二阀门420和第四阀门440被构造为使得冷介质从冷源流出，流经第三换热器310后排出；当冷源由液化气罐100供应时，冷介质即为液化气，此时第二阀门420和第四阀门440均处于关闭状态，液化气从液化气罐100排出后，直接进入第三换热器310换热，而后从出口处直接排出，由于第二阀门420关断，液化气无法进入到第一换热器110中，而关断的第四阀门440也能够组织本应排出的液化气体又流向第一换热器110，在这种模式下可以保证当液化气冷量不足时充分保证制冷，适用于冷量和液化气流量均不足的情况。

如图4所示，制冷与冷热回收综合系统包括第一阀门410和第四阀门440，第一阀门410连接冷源与第三换热器310，第四阀门440连接第一换热器110与排气口，第一阀门410和第四阀门440被构造为使得冷介质从冷源流出，依次经过第一换热器110和第三换热器310后排出；此时第一阀门410和第四阀门440均处于关闭状态，液化气从液化气罐100排出后先进入第一换热器110换热，然后进入第三换热器310换热，最后从排气口排出，这种模式下可以保证排出液化气的流速符合要求，适用于液化气流速充足但冷量不足的情况。

如图5所示，制冷系统包括第三阀门430，第三阀门430连接第一换热器110和第三换热器310，第三阀门430被构造为使得冷介质从冷源中流出后被分为两路，一路通过第一换热器110后排出，另一路通过第三换热器310后排出；此时第三阀门430处于关闭状态，液化气从液化气罐100排出后分为两路，一路经过第一换热器110换热后排出，另一路经过第二换热器130换热后排出，适用于液化气流量和冷量均较为充足的情况。

如图1所示，可以按照图1对应的位置，同时在制冷与冷热回收综合系统中设置第一阀门410、第二阀门420、第三阀门430、第四阀门440以及第五阀门450；当需要切换独立模式时，只需关闭第二阀门420和第四阀门440，打开其他阀门即可；当需要切换串联模式时，只需关闭第一阀门410和第四阀门440，打开其他阀门即可；当需要切换并联模式时，只需关闭第三阀门430，打开其他阀门即可，做到灵活切换。

在独立模式时，可以将第三阀门430一起关闭，防止导热介质反向流动回第一换热器110。

进一步地，第一换热器110连接有第一循环泵120，第三换热器310连接有第三循环泵320，可以通过控制第一循环泵120和第三循环泵320的工况，控制冷热交换和制冷的工况。

本实施例第五方面的制冷与冷热回收综合利用方法，其特征在于，包括如下步骤：切换运行状态，控制至少一个阀门，使得冷介质从冷源流出后通过第一换热器110和/或第三换热器310；当冷介质流经第一换热器110时，冷介质和热源流出的热介质通过第一换热器110和一级热交换器210进行热交换；当冷介质流经第三换热器310时，冷介质通过第三换热器310将冷量传递至制冷器330。

进一步地，切换运行状态步骤包括：关闭第二阀门420和第四阀门440，使得冷介质从冷源流出后，流经第二换热器130，然后从排气口排出；此时系统处于独立模式。

另外地，切换运行状态步骤包括：关闭第一阀门410和第四阀门440，使得冷介质从冷源流出后，依次经过第一换热器110和第三换热器310，然后从排气口排出；此时系统处于串联模式。

还可以，切换运行状态步骤包括：关闭第三阀门430，使得冷介质从冷源流出后，分为两路，一路通过第一换热器110后排出，另一路通过第三换热器310后排出；此时系统处于并联模式。

进一步地，制冷与冷热回收综合利用方法还包括如下步骤：控制第一循环泵120，调节第一换热器110和第二换热器130之间的流量；和/或，控制第三循环泵320，调节第三换热器310和制冷器330之间的流量。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种冷热综合利用系统，包括：

换热器，与冷源连接；

热交换器，与热源连接；

冷源和热源；

所述换热器与所述热交换器能够使得所述热源的热量向所述冷源传递。

2.根据权利要求1所述的冷热综合利用系统，其特征在于，还包括第二换热器(130)，所述第二换热器(130)的一端与所述换热器构成回路，所述第二换热器(130)的另一端与所述热交换器构成回路。

3.根据权利要求2所述的冷热综合利用系统，其特征在于，所述第二换热器(130)和所述热交换器之间连接有第二循环泵(211)。

4.根据权利要求2所述的冷热综合利用系统，其特征在于，所述第二换热器(130)和所述换热器之间连接有第一循环泵(120)。

5.根据权利要求1所述的冷热综合利用系统，其特征在于，还包括膨胀机(140)，所述膨胀机(140)与所述换热器连接，所述膨胀机(140)与所述热交换器直接或间接连接。

6.根据权利要求1所述的冷热综合利用系统，其特征在于，所述换热器与所述热交换器之间设置有除湿器(520)。

7.根据权利要求6所述的冷热综合利用系统，其特征在于，所述换热器与所述热交换器之间设置有再生器(540)，换热介质依次通过换热器、除湿器(520)、热交换器以及再生器(540)并回到换热器，形成回路。

8.根据权利要求7所述的冷热综合利用系统，其特征在于，换热介质为溴化锂溶液。

9.根据权利要求7所述的冷热综合利用系统，其特征在于，还包括风机，所述风机用于驱动空气通过所述除湿器(520)。

10.根据权利要求1所述的冷热综合利用系统，其特征在于，所述冷源由液化气罐(100)供应，所述热源由锅炉供应。

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