CN114278974A - 光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统,包括热网循环水管,热网循环水管上设置热网循环水泵,热网循环水管加热段按回水流向依次连通有太阳能集热系统、空气源热泵系统、负压闪蒸型污水源热泵系统和储热罐,太阳能集热系统包括管壳式换热器、热油循环泵和槽式太阳能集热器;本发明利用太阳能集热器、压缩式热泵、闪蒸罐、储热罐联合,对空气和生活污水中的低品位热能加以利用,实现了用户侧可利用余热的深度回收,以梯级加热的方式加热热网循环水回水,缩小各级热泵的工作温差,提高热泵COP,降低热泵电耗,同时配置太阳能集热器在不同光照强度下代替不同加热段的热泵,配置储热罐利用峰谷电价进一步降低供暖成本。
Description
技术领域
本发明属于供热设备技术领域,具体涉及一种光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统。
背景技术
我国北方地区严寒期供暖主要依赖煤炭、天然气等化石能源,这些资源在开采和使用过程中都会产生大量污染物和温室气体,导致环境恶化。在能源短缺、环境恶化和气候问题相互作用的背景下,建立一种节能高效、低碳环保的供热技术路线作为传统集中供热系统的替代或补充,是目前亟待解决的重要问题。
生活污水作为城市原有废热具有便于收集、蕴含低品位热能较高、水量水温相对稳定、便于利用等一系列优点,作为城市清洁供热的低品位热源具有巨大节能潜力。压缩式热泵主要依据逆卡诺循环原理,分为空气源、污水源、水源热泵等几类,利用电能提取低品位热能产生高品位热能,具有传输能量稳定、热交换效率高、节能环保的提点,可以将空气能和污水能变成一种可利用资源。但空气源热泵在严寒地区受室外环境温度过低影响,容易产生蒸发器结霜等问题,同时高低温热源温差过大会降低热泵制热性能系数;而污水余热量受生活区生活污水流量限制,可提取余热量有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统,利用太阳能、空气能和污水能对供暖回水进行阶梯式加热。
本发明所采用的技术方案是,光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统,包括热网循环水管,热网循环水管上设置热网循环水泵,热网循环水管按回水流向依次连通有太阳能集热系统、空气源热泵系统、负压闪蒸型污水源热泵系统和储热罐;
太阳能集热系统包括管壳式换热器,管壳式换热器通过管道连通有热油循环泵,热油循环泵通过管道连通有槽式太阳能集热器,管壳式换热器进水口与热网循环水管连通位置位于空气源热泵系统与热网循环水管连通位置前端,管壳式换热器出水口与热网循环水管连通位置分别位于空气源热泵系统和负压闪蒸型污水源热泵系统与热网循环水管连通位置之间以及负压闪蒸型污水源热泵系统与热网循环水管连通位置后端。
本发明的特征还在于,
热网循环水管与储热罐进水口和出水口分别通过管道相连通,热网循环水管与储热罐进水口连通管道上依次设置有截止阀和电动调节阀d,热网循环水管与储热罐出水口连通管道上设置有截止阀;储热罐与热网循环水管连通两节点之间设置有截止阀。
空气源热泵系统包括冷凝器a,冷凝器a包括通过管道依次连通形成闭合回路的压缩机a和蒸发器a,蒸发器a与冷凝器a连通管道上设置有膨胀阀a;
冷凝器a进水口和出水口通过管道并联至热网循环水管,冷凝器a进水口与热网循环水管连通管道上依次设置有截止阀和电动调节阀a,冷凝器a 出水口与热网循环水管连通管道上设置有截止阀,冷凝器a与热网循环水管连通两节点之间设置有截止阀。
压闪蒸型污水源热泵系统包括冷凝器b,冷凝器b包括通过管道依次连通形成闭合回路的压缩机b和蒸发器b,蒸发器b与冷凝器b连通管道上设置有膨胀阀b;
冷凝器b进水口和出水口通过管道并联至热网循环水管,冷凝器b进水口与热网循环水管连通管道上依次设置有截止阀和电动调节阀b,冷凝器b 出水口与热网循环水管连通管道上设置有截止阀,冷凝器b与热网循环水管连通两节点之间设置有截止阀。
蒸发器b入口通过管道连通有闪蒸罐,闪蒸罐一侧壁设置有真空泵,闪蒸罐靠近顶壁内部设置有喷淋喷头,喷淋喷头通过管道连通至用户污水源,喷淋喷头与用户污水源连通管道上设置有污水喷淋泵,喷淋喷头下方设置有储水箱,储水箱通过管道连通有污水回水泵,
蒸发器b出口通过管道连通有凝结水泵,凝结水泵通过管道连通有凝结水罐和闪蒸罐,凝结水泵与凝结水罐连通管道上设置有截止阀,凝结水泵与闪蒸罐连通管道上设置有截止阀。
本发明的有益效果是,
(1)本发明利用太阳能集热器、压缩式热泵、闪蒸罐、储热罐联合,对空气和生活污水中的低品位热能加以利用,实现了用户侧可利用余热的深度回收。
(2)负压闪蒸型污水源热泵系统建立负压闪蒸罐产生闪蒸蒸汽做污水源热泵低温热源,解决污水源热泵低温换热器堵塞的问题,整个流程近似于对生活污水进行蒸馏,产生的凝结水可用作热网循环水补水或部分非饮用水的生活用水,降低系统水耗。
(3)本发明以梯级加热的方式加热热网循环水回水,缩小各级热泵的工作温差,提高热泵COP,降低热泵电耗,同时配置太阳能集热器在不同光照强度下代替不同加热段的热泵,配置储热罐利用峰谷电价进一步降低供暖成本。
附图说明
图1是本发明光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统的结构示意图。
图中,1.槽式太阳能集热器,2.集热油循环泵,3.管壳式换热器,4.冷凝器a,5.压缩机a,6.蒸发器a,7.膨胀阀a,8.污水喷淋泵,9.污水回水泵, 10.闪蒸罐,11.喷淋喷头,12.真空泵,13.凝结水罐,14.凝结水泵,15.储热罐,16.电动调节阀c,17.电动调节阀a,18.热网循环水泵,19.冷凝器b,20. 压缩机b,21.蒸发器b,22.膨胀阀b,23.电动调节阀b,24.电动调节阀d, 25.热网循环水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统的结构如图1所示,包括热网循环水管25,热网循环水管25上设置热网循环水泵 18,热网循环水管25上按回水方向依次设置太阳能集热系统、空气源热泵系统、负压闪蒸型污水源热泵系统和储热罐15。
太阳能集热系统包括槽式太阳能集热器1,槽式太阳能集热器1通过管道与管壳式换热器3连通,太阳能集热器1与管壳式换热器3连通管道上设置集热油循环泵2,管壳式换热器3进水口通过管道连通至空气源热泵系统前端的热网循环水管25,热网循环水管25和管壳式换热器3进水口连通管道上依次设置截止阀和电动调节阀c16,管壳换式热器3出水口管道分两路,一路连通至空气源热泵系统和负压闪蒸型污水源热泵系统之间的热网循环水管25,另一路连通至负压闪蒸型污水源热泵系统后端的热网循环水管25,两路连通管道上设置截止阀。
空气源热泵系统包括依次连通构成闭合回路的冷凝器a4、压缩机a5和蒸发器a6,蒸发器a6和冷凝器a4连通管道上设置膨胀阀a7,冷凝器a4并联至热网循环水管25,冷凝器a4与热网循环水管25并联的两节点之间设置截止阀,热网循环水管25和冷凝器a4进水口连通管道上依次设置截止阀和电动调节阀a17,冷凝器a4出水口与热网循环水管25连通管道上设置截止阀。
压闪蒸型污水源热泵系统依次连通构成闭合回路的冷凝器b19、压缩机 b20和蒸发器b21,蒸发器b21和冷凝器b19连通管道上设置膨胀阀b22,冷凝器b19并联至热网循环水管25,冷凝器b19与热网循环水管25并联的两节点之间设置截止阀,热网循环水管25和冷凝器b19进水口连通管道上依次设置截止阀和电动调节阀b23,冷凝器b19出水口与热网循环水管25连通管道上设置截止阀;蒸发器b21进水口通过管道连通有闪蒸罐10,闪蒸罐 10产生闪蒸蒸汽做蒸发器b21低温热源,解决污水源蒸发器b21堵塞的问题,闪蒸罐10内部设置喷淋喷头11,喷淋喷头11通过管道与用户污水源连通,连通管道上设置污水喷淋泵8,闪蒸罐10底部设置储水空间,储水空间通过管道与污水回水泵9连通,闪蒸罐10一侧壁设置真空泵12,维持闪蒸罐10 内部负压状态;蒸发器10出口通过管道与凝结水泵14连通,凝结水泵14 通过管道分别与闪蒸罐10和凝结水罐13连通,凝结水罐13中凝结水可用于热管循环水补水等非饮用水处,降低系统水耗,凝结水泵14与闪蒸罐10 和凝结水罐13连通管道上设置截止阀。
储热罐15并联至热网循环水管25,储热罐15与热网循环水管25并联的两节点之间设置截止阀,热网循环水管25和储热罐15入口连通管道上依次设置截止阀和电动调节阀d24,储热罐15出口与热网循环水管25连通管道上设置截止阀。
本发明工作模式为空气源热泵系统和压闪蒸型污水源热泵系统两级加热,太阳能集热系统依据光照强度可替代空气源热泵系统或空气源热泵系统和压闪蒸型污水源热泵系统对热网回水进行加热。
在日间光照充足时,关闭空气源热泵系统和压闪蒸型污水源热泵系统,仅依靠太阳能集热系统对热网回水进行加热,槽式太阳能集热器1聚光加热内部导热油,集热油循环泵2驱动导热油循环,导热油至管壳式换热器3与热网回水换热,加热热网回水至供水温度,多余热量储存至储热罐15。
在日间光照不足时,仅依靠太阳能集热系统不足以加热热网回水至供水温度,此时由太阳能集热系统和储热罐15共同加热热网回水,当太阳能集热系统与储热罐15二者热功率不足以将热网回水加热至所需供水温度时,启动闪蒸型污水源热泵系统作为高温加热段,将太阳能集热系统作为低温加热段,槽式太阳能集热器1聚光加热内部导热油,集热油循环泵2驱动导热油循环,导热油至管壳式换热器3与热网回水换热完成低温段加热,经过太阳能集热系统低温加热的热网回水进入压闪蒸型污水源热泵系统,生活污水在在污水喷淋泵8的作用下由污水喷淋喷头11喷淋至闪蒸罐10内部,闪蒸罐10一侧真空泵12维持罐内负压状态,利用水蒸气饱和温度随环境压力降低而降低的特性,使污水在罐内蒸发吸收自身低温余热,产生的负压蒸汽流出闪蒸罐10至蒸发器b21中做低温热源,蒸发器b21内循环工质在吸热后经压缩机b至冷凝器b19放热与热网回水换热,从而完成热网回水高温段加热,放热后循环工质经膨胀阀b22减压再送至蒸发器b21;若此时恰为谷电时段,则上调闪蒸型污水源热泵系统制热功率,多余热量储存至储热罐15 中在峰电时段补热。
夜间无光照时,关闭太阳能集热系统,启动空气源热泵系统和压闪蒸型污水源热泵系统,空气源热泵系统作为热网循环水的低温加热段,压闪蒸型污水源热泵系统作为高温加热段,空气源热泵系统内循环工质在蒸发器a6 侧蒸发吸热,经压缩机a5至冷凝器a4放热,对热网回水进行低温段加热;放热后循环工质经膨胀阀a7减压再送至蒸发器a6;
经空气源热泵系统低温加热后的热网循环水流入压闪蒸型污水源热泵系统,生活污水在在污水喷淋泵8的作用下由污水喷淋喷头11喷淋至闪蒸罐10内部,闪蒸罐10一侧真空泵12维持罐内负压状态,利用水蒸气饱和温度随环境压力降低而降低的特性,使污水在罐内蒸发吸收自身低温余热,产生的负压蒸汽流出闪蒸罐10至蒸发器b21中做低温热源,蒸发器b21内循环工质在吸热后经压缩机b至冷凝器b19放热与热网回水换热,从而完成热网回水高温段加热,放热后循环工质经膨胀阀b22减压再送至蒸发器b21;若此时恰为谷电时段,则上调空气源热泵系统和闪蒸型污水源热泵系统制热功率,多余热量储存至储热罐15中在峰电时段补热。
本发明利用槽式太阳能集热器1、空气源热泵系统、闪蒸罐10、储热罐 15联合供热,用于分级加热热网循环水回水,可在回收空气和生活污水低温余热的同时,提高热泵制热性能系数,降低热泵电耗,同时配合储热罐15 合理利用峰谷电价进一步降低运行成本,降低污染物排放量,提高能源利用率,提高供热质量,达到节能减排的目的。
Claims (5)
1.光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统,其特征在于,包括热网循环水管(25),所述热网循环水管(25)上设置热网循环水泵(18),所述热网循环水管(25)按回水流向依次连通有太阳能集热系统、空气源热泵系统、负压闪蒸型污水源热泵系统和储热罐(15);
所述太阳能集热系统包括管壳式换热器(3),所述管壳式换热器(3)通过管道连通有热油循环泵(2),所述热油循环泵(2)通过管道连通有槽式太阳能集热器(1),所述管壳式换热器(3)进水口与所述热网循环水管(25)连通位置位于所述空气源热泵系统与所述热网循环水管(25)连通位置前端,所述管壳式换热器(3)出水口与所述热网循环水管(25)连通位置分别位于所述空气源热泵系统和所述负压闪蒸型污水源热泵系统与所述热网循环水管(25)连通位置之间以及所述负压闪蒸型污水源热泵系统与所述热网循环水管(25)连通位置后端。
2.根据权利要求1所述的光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统,其特征在于,所述热网循环水管(25)与所述储热罐(15)进水口和出水口分别通过管道相连通,所述热网循环水管(25)与所述储热罐(15)进水口连通管道上依次设置有截止阀和电动调节阀d(24),所述热网循环水管(25)与所述储热罐(15)出水口连通管道上设置有截止阀;所述储热罐(15)与所述热网循环水管(25)连通两节点之间设置有截止阀。
3.根据权利要求1所述的光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统,其特征在于,所述空气源热泵系统包括冷凝器a(4),所述冷凝器a(4)包括通过管道依次连通形成闭合回路的压缩机a(5)和蒸发器a(6),所述蒸发器a(6)与所述冷凝器a(4)连通管道上设置有膨胀阀a(7);
所述冷凝器a(4)进水口和出水口通过管道并联至所述热网循环水管(25),所述冷凝器a(4)进水口与所述热网循环水管(25)连通管道上依次设置有截止阀和电动调节阀a(17),所述冷凝器a(4)出水口与所述热网循环水管(25)连通管道上设置有截止阀,所述冷凝器a(4)与所述热网循环水管(25)连通两节点之间设置有截止阀。
4.根据权利要求1所述的光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统,其特征在于,所述压闪蒸型污水源热泵系统包括冷凝器b(19),所述冷凝器b(19)包括通过管道依次连通形成闭合回路的压缩机b(20)和蒸发器b(21),所述蒸发器b(21)与所述冷凝器b(19)连通管道上设置有膨胀阀b(22);
所述冷凝器b(19)进水口和出水口通过管道并联至热网循环水管(25),所述冷凝器b(19)进水口与所述热网循环水管(25)连通管道上依次设置有截止阀和电动调节阀b(23),所述冷凝器b(19)出水口与所述热网循环水管(25)连通管道上设置有截止阀,所述冷凝器b(19)与所述热网循环水管(25)连通两节点之间设置有截止阀。
5.根据权利要求4所述的光电互补的多级加热闪蒸压缩型和空气源热泵供热系统,其特征在于,所述蒸发器b(21)入口通过管道连通有闪蒸罐(10),所述闪蒸罐一侧壁设置有真空泵(12),所述闪蒸罐(10)靠近顶壁内部设置有喷淋喷头(11),所述喷淋喷头(11)通过管道连通至用户污水源,所述喷淋喷头(11)与用户污水源连通管道上设置有污水喷淋泵(8),所述喷淋喷头(11)下方设置有储水箱,所述储水箱通过管道连通有污水回水泵(9),
所述蒸发器b(21)出口通过管道连通有凝结水泵(14),所述凝结水泵(14)通过管道连通有凝结水罐(13)和所述闪蒸罐(10),所述凝结水泵(14)与所述凝结水罐(13)连通管道上设置有截止阀,所述凝结水泵(14)与所述闪蒸罐(10)连通管道上设置有截止阀。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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