CN113048648B - 机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组 - Google Patents

机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组 Download PDF

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Abstract

一种机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组，包括制冷剂系统、热水系统和废水系统，通过控制压缩机、氟泵、电磁阀和电子膨胀阀的启停，实现泵动力型废水余热回收制备中低温热水模式、机泵联驱增焓型废水源热泵余热回收制备中温热水模式、机泵联驱增焓型空气源热泵制备高温热水模式，实现全年提供热水。本发明以储量丰富、清洁无污染的空气作为系统的热源，能源配置绿色、稳定、可持续；以压缩机与泵作为驱动力，提高系统运行的稳定性，降低系统的运行能耗；依托补气增焓技术，提高系统在最不利工况下的供能稳定性和可靠性；系统节能高效、运行成本低、安装维护简便，大幅降低建筑空间单元的能源消耗，同时削减排入环境的废热。

Description

机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组
技术领域
本发明属于热泵和废热回收技术领域，特别是一种机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组。
背景技术
随着城镇化和工业化的发展，人民对于生活质量的要求也越来越高，这导致用能能耗在居民消费能源中的比重不断增加。其中，淋浴用生活热水能耗，占城市居民建筑能耗的20％，淋浴废水温度通常很高，一般在30℃以上，大量的可利用余热随着淋浴废水排走，不但造成环境热污染，且造成能源利用效率不高。另外洗浴热水通常是通过消耗燃气和电力一类高品位能源的热水器来获得的，其能效较低。而热泵技术一直以来都是被公认的最有效、节能的方式之一，它能将存在于生活中的不能够直接利用的低品味热能转化为高位热能。
空气源热泵热水器效率较高，节能效果明显，但是无法实现废水余热回收，从而降低了系统的能源利用效率。此外，在寒冷地区外机换热器表面容易结霜，无法保障洗浴用用能热需求。水源热泵热水器能效较高，且能够回收洗浴废水中的废热，提高了能源利用效率。但水源热泵热水器在提取温度较高的污水废热为温度较低的自来水加热时，会出现难以启动的问题，且仅靠回收废水中的余热无法满足沐浴用用能热需求。
发明内容
本发明的目的在于以沐浴废水为系统的基础热源、以清洁无污染空气能作为系统的辅助热源，依托补气型压缩机与泵联合驱动的热泵技术，全天候、节能高效、稳定可靠的为洗浴中心、酒店等场所全年提供热水。
本发明的技术方案：
一种机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组，包括制冷剂系统、热水系统和废水系统；
所述的制冷剂系统包括压缩机驱动增焓型工质侧废热回收空气源热泵系统和泵驱动工质侧废热回收系统；
所述的压缩机驱动增焓型工质侧废热回收空气源热泵系统主要由补气型压缩机1、油分离器2、热水换热器3、干燥过滤器4、储液器5、氟泵6、气液分离/回热器7、电子膨胀阀一8、中间冷却器9、电子膨胀阀二10、板式换热器11、翅片式换热器12、电磁阀和单向阀组成；补气型压缩机1排气管依次连接油分离器2、单向阀二19、电磁阀五17、热水换热器3、干燥过滤器4、储液器5、氟泵6和回热器7，经回热器7分出两路，一路依次连接电子膨胀阀一8、中间冷却器9和补气型压缩机1补气口，另一路依次连接中间冷却器9和电子膨胀阀二10，经电子膨胀阀二10分出两路，一路依次连接电磁阀二14、板式换热器11、气液分离器7、电磁阀四16和补气型压缩机1吸气口，另一路依次连接电磁阀三15、翅片式换热器12、气液分离器7、电磁阀四16和补气型压缩机1吸气口；
所述的泵驱动工质侧废热回收系统主要由氟泵6、板式换热器11、热水换热器3、干燥过滤器4、储液器5、电磁阀和单向阀组成；氟泵6出口依次连接电磁阀一13、电磁阀二14、板式换热器11、单向阀一18、电磁阀五17、热水换热器3、干燥过滤器4、储液器5和氟泵6进口；
所述的制冷剂系统的运行模式，具体包括以下三种：
模式一、氟泵6驱动、板式换热器11作为蒸发器、热水换热器3作为冷凝器，氟泵6和电磁阀一13开启；
模式二、补气型压缩机1与氟泵6联合驱动、板式换热器11作为蒸发器、热水换热器3作为冷凝器，补气型压缩机1、氟泵6、电子膨胀阀一8、电子膨胀阀二10和电磁阀二14开启；
模式三、补气型压缩机1与氟泵6联合驱动、翅片式换热器12作为蒸发器、热水换热器3作为冷凝器，补气型压缩机1、氟泵6、电子膨胀阀一8、电子膨胀阀二10和电磁阀三15开启。
所述的补气型压缩机1用于将低温低压的制冷剂气体压缩为高温高压的气体，此外，通过补气增焓技术提高系统制热效率、稳定性和可靠性，所述补气型压缩机的类型包括转子式、涡旋式等；
所述的板式换热器11用于从废水中提取废热；
所述的翅片式换热器12用于以对流换热的方式吸收室外空气热能；
所述的热水换热器3用于制备热水，所述热水换热器的类型包括板换式、套管式、壳管式；
所述的电子膨胀阀可以被热力膨胀阀替代。
所述的热水系统主要由水泵一20、热水换热器3和电动阀一22组成；水泵一20、热水换热器3和电动阀一22经水管路相连接；
所述的热水系统运行模式，当系统制备热水时，水泵一20和电动阀一22开启；
所述的废水系统由水泵二21、板式换热器11和电动阀二23组成；水泵二21、板式换热器11和电动阀二23经水管路相连接组成；
所述的废水系统运行模式，当系统废热回收时，水泵二21和电动阀二23开启。
通过控制制冷剂系统中补气型压缩机1、氟泵6、电子膨胀阀和电磁阀以及水系统中水泵和电动阀的启停，系统可实现以下三种运行模式：
模式一、泵动力型废水余热回收模式，氟泵6、电磁阀一13、电磁阀二14、电磁阀五17、水泵一20、水泵二21和电动阀一22、电动阀二23开启；
模式二、机泵联驱增焓型废水源热泵余热回收模式，补气型压缩机1、氟泵6、电子膨胀阀一8、电子膨胀阀二10、电磁阀二14、电磁阀四16、电磁阀五17、水泵一20、水泵二21和电动阀一22、电动阀二23开启；
模式三、机泵联驱增焓型空气源热泵模式，补气型压缩机1、氟泵6、电子膨胀阀一8、电子膨胀阀二10、电磁阀三15、电磁阀四16、水泵一20和电动阀一22开启。
本发明的有益效果：
本发明以沐浴废水作为系统的基础热源，能源利用率高，废热回用，减少能源转化带来的环境负荷；
本发明以空气能作为系统的辅助热源，绿色、环保、稳定、可持续；
本发明将补气增焓技术应用到空气源热泵系统中，提高了系统在最不利工况下运行的稳定性，保障了系统在最不利工况下的供热能力；
本发明将超低能耗泵驱动工质侧废热回收系统应用到空气源热泵系统中，降低了热泵系统的冷凝压力，提高了系统能效以及运行的稳定性，高效节能，运行成本低；
本发明可为洗浴中心、酒店等场所全年提供热水，运行稳定，设备利用率高，结构简单、安装方便。
附图说明
图1为本发明机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组原理图
图2为本发明泵动力型废水余热回收制备中低温热水模式原理图；
图3为本发明机泵联驱增焓型废水源热泵余热回收制备中温热水模式原理图；
图4为本发明机泵联驱增焓型空气源热泵制备高温热水模式原理图。
图中标号：1-补气型压缩机，2-油分离器，3-热水换热器，4-干燥过滤器，5-储液器，6-氟泵，7-气液分离/回热器，8-电子膨胀阀一，9-中间冷却器，10-电子膨胀阀二，11-板式换热器，12-翅片式换热器，13-电磁阀一，14-电磁阀二，15-电磁阀三，16-电磁阀四，17-电磁阀五，18-单向阀一，19-单向阀二，20-水泵一，21-水泵二，22-电动阀一，23-电动阀二。
具体实施方式
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。
如图1所示，该实施例中，机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组，所述系统包括制冷剂系统、热水系统和废水系统；
制冷剂系统主要由补气型压缩机1、油分离器2、热水换热器3、干燥过滤器4、储液器5、氟泵6、气液分离/回热器7、电子膨胀阀一8、中间冷却器9、电子膨胀阀二10、板式换热器11翅片式换热器12、电磁阀一13、电磁阀二14、电磁阀三15、电磁阀四16、电磁阀五17、单向阀一18和单向阀二19经制冷剂管路相连接组成；
热水系统由水泵一20、热水换热器3和电动阀一22经水管路相连接组成；
废水系统由水泵二21、板式换热器11和电动阀二23经水管路相连接组成；
本实施例，通过控制补气型压缩机1、电子膨胀阀一8、电子膨胀阀二10、电磁阀一13、电磁阀二14和电磁阀三15以及水泵一20、水泵二21和电动阀一22、电动阀二23的启停，可实现以下三种制备热水模式，最终实现洗浴用水的制备：
泵动力型废水余热回收制备中低温热水模式，氟泵6、电磁阀一13、电磁阀二14、电磁阀五17、水泵一20、水泵二21和电动阀一22、电动阀二23开启。此时，如图2所示，其运行原理如下：储液器5中的液态制冷剂经氟泵6增压后经电磁阀一13、电磁阀二14进入板式换热器11吸收废水热能后被蒸发为气态制冷剂，后依次经单向阀一18、电磁阀五17进入热水换热器3将热量释放到热水系统中，气态制冷剂进而被冷凝为液态制冷剂，接着依次经干燥过滤器4、储液器5进入氟泵6进口。热水系统中的水在水泵一20的驱动下进入热水换热器3吸热，高温废水在水泵二21的驱动下进入板式换热器放热。以此循环直到废水温度和热水温度相等，热水系统中的水被不断加热为中低温热水，高温废水被不断冷却为中低温废水。
机泵联驱增焓型废水源热泵余热回收制备中温热水模式，补气型压缩机1、氟泵6、电子膨胀阀一8、电子膨胀阀二10、电磁阀二14、电磁阀五17、水泵一20、水泵二21和电动阀一22、电动阀二23开启。此时，如图3所示，其运行原理如下：低温低压气态制冷剂被补气型压缩机1压缩为高温高压的气态制冷剂，经油分离器2、单向阀二19、电磁阀五17进入热水换热器3将热量释放到热水系统中，高温高压气态制冷剂进而被冷凝为中温高压液态制冷剂，后依次经干燥过滤器4、储液器5进入氟泵6增压后质量流量增大，接着经回热器7后分出两路：一路经电子膨胀阀8节流为低中温中压气液两相态制冷剂，其中液态制冷剂经中间冷却器9吸热蒸发为气态，纯气态制冷剂进入补气型压缩机1补气口；另一路经中间冷却器9冷却后进入电子膨胀阀二10节流为低温低压气液两相态制冷剂，接着经电磁阀二14进入板式换热器11吸收废水热能后被蒸发为气态制冷剂，最后经气液分离器7、电磁阀四16进入补气型压缩机1吸气口。热水系统中的中低温热水在水泵一20的驱动下进入热水换热器3吸热，中低温废水在水泵二21的驱动下进入板式换热器放热。以此循环直到废水温度低于5℃，热水系统中的中低温热水被不断加热为中温热水。
机泵联驱增焓型空气源热泵制备高温热水模式，补气型压缩机1、氟泵6、电子膨胀阀一8、电子膨胀阀二10、电磁阀三15、电磁阀五17、水泵一20和电动阀一22开启。此时，如图4所示，其运行原理如下：低温低压气态制冷剂被补气型压缩机1压缩为高温高压的气态制冷剂，经油分离器2、单向阀二19、电磁阀五17进入热水换热器3将热量释放到热水系统中，高温高压气态制冷剂进而被冷凝为中温高压液态制冷剂，后依次经干燥过滤器4、储液器5进入氟泵6增压后质量流量增大，接着经回热器7后分出两路：一路经电子膨胀阀8节流为低中温中压气液两相态制冷剂，其中液态制冷剂经中间冷却器9吸热蒸发为气态，纯气态制冷剂进入补气型压缩机1补气口；另一路经中间冷却器9冷却后进入电子膨胀阀二10节流为低温低压气液两相态制冷剂，接着经电磁阀三15进入翅片式换热器11吸收废水外界空气热能后被蒸发为气态制冷剂，最后经气液分离器7、电磁阀四16进入补气型压缩机1吸气口。热水系统中的中温热水在水泵一20的驱动下进入热水换热器3吸热，以此循环直到中温热水被加热为满足沐浴用的高温热水。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组，其特征在于，该机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组包括制冷剂系统、热水系统和废水系统；
所述的制冷剂系统包括压缩机驱动增焓型工质侧废热回收空气源热泵系统和泵驱动工质侧废热回收系统；
所述的压缩机驱动增焓型工质侧废热回收空气源热泵系统主要由补气型压缩机(1)、油分离器(2)、热水换热器(3)、干燥过滤器(4)、储液器(5)、氟泵(6)、气液分离/回热器(7)、电子膨胀阀一(8)、中间冷却器(9)、电子膨胀阀二(10)、板式换热器(11)、翅片式换热器(12)、电磁阀和单向阀组成；补气型压缩机(1)排气管依次连接油分离器(2)、单向阀二19、电磁阀五(17)、热水换热器(3)、干燥过滤器(4)、储液器(5)、氟泵(6)和气液分离/回热器(7)，经气液分离/回热器(7)分出两路，一路依次连接电子膨胀阀一(8)、中间冷却器(9)和补气型压缩机(1)补气口，另一路依次连接中间冷却器(9)和电子膨胀阀二(10)，经电子膨胀阀二(10)分出两路，一路依次连接电磁阀二(14)、板式换热器(11)、气液分离/回热器(7)、电磁阀四(16)和补气型压缩机(1)吸气口，另一路依次连接电磁阀三(15)、翅片式换热器(12)、气液分离/回热器(7)、电磁阀四(16)和补气型压缩机(1)吸气口；
所述的泵驱动工质侧废热回收系统主要由氟泵(6)、板式换热器(11)、热水换热器(3)、干燥过滤器(4)、储液器(5)、电磁阀和单向阀组成；氟泵(6)出口依次连接电磁阀一(13)、电磁阀二(14)、板式换热器(11)、单向阀一(18)、电磁阀五(17)、热水换热器(3)、干燥过滤器(4)、储液器(5)和氟泵(6)进口；
所述的制冷剂系统的运行模式，具体包括以下三种：
模式一、氟泵(6)驱动、板式换热器(11)作为蒸发器、热水换热器(3)作为冷凝器，氟泵(6)和电磁阀一(13)开启；
模式二、补气型压缩机(1)与氟泵(6)联合驱动、板式换热器(11)作为蒸发器、热水换热器(3)作为冷凝器，补气型压缩机(1)、氟泵(6)、电子膨胀阀一(8)、电子膨胀阀二(10)和电磁阀二(14)开启；
模式三、补气型压缩机(1)与氟泵(6)联合驱动、翅片式换热器(12)作为蒸发器、热水换热器(3)作为冷凝器，补气型压缩机(1)、氟泵(6)、电子膨胀阀一(8)、电子膨胀阀二(10)和电磁阀三(15)开启；
所述的热水系统主要由水泵一(20)、热水换热器(3)和电动阀一(22)组成；水泵一(20)、热水换热器(3)和电动阀一(22)经水管路相连接；
所述的热水系统运行模式，当系统制备热水时，水泵一(20)和电动阀一(22)开启；
所述的废水系统主要由水泵二(21)、板式换热器(11)和电动阀二(23)组成；水泵二(21)、板式换热器(11)和电动阀二(23)经水管路相连接组成；
所述的废水系统运行模式，当系统废热回收时，水泵二(21)和电动阀二(23)开启。
2.根据权利要求1所述的机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组，其特征在于，通过控制制冷剂系统中补气型压缩机(1)、氟泵(6)、电子膨胀阀和电磁阀以及水系统中水泵和电动阀的启停，系统可实现以下三种运行模式：
模式一、泵动力型废水余热回收模式，氟泵(6)、电磁阀一(13)、电磁阀二(14)、电磁阀五(17)、水泵一(20)、水泵二(21)和电动阀一(22)、电动阀二(23)开启；
模式二、机泵联驱增焓型废水源热泵余热回收模式，补气型压缩机(1)、氟泵(6)、电子膨胀阀一(8)、电子膨胀阀二(10)、电磁阀二(14)、电磁阀四(16)、电磁阀五(17)、水泵一(20)、水泵二(21)和电动阀一(22)、电动阀二(23)开启；
模式三、机泵联驱增焓型空气源热泵模式，补气型压缩机(1)、氟泵(6)、电子膨胀阀一(8)、电子膨胀阀二(10)、电磁阀三(15)、电磁阀四(16)、水泵一(20)和电动阀一(22)开启。
3.根据权利要求1或2所述的机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组，其特征在于，所述的热水换热器(3)为板换式、套管式或壳管式。
4.根据权利要求1或2所述的机泵联驱增焓型工质侧废热回收空气源热泵洗浴热水机组，其特征在于，所述的电子膨胀阀由热力膨胀阀替代。
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