CN115059970A - 一种厨房余热、pv/t与地源热泵一体的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统，所述系统包括有厨房余热回收机组、太阳能光伏光热机构；所述厨房余热回收机组由抽油烟机、滤油器、螺旋管式换热器、第一温度传感器、第一储水箱、第二储水箱构成；所述太阳能光伏光热机构由太阳能水箱、第二温度传感器和第三储水箱构成；所述太阳能光伏板背部通过第三管路依次连接第二温度传感器、第一储水箱、第三水泵和第二自动截止阀；所述太阳能光伏板背部与所述太阳能水箱连接；本发明的厨房余热回收机组与太阳能耦合部分，构建了以厨房余热回收供能为主，太阳能集热器供能为辅的系统，充分利用可回收再利用能源以及可再生能源。

Description

一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统
技术领域
本发明属于厨房余热回收利用、太阳能以及地热能等可再生能源利用技术领域，尤其涉及一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统。
背景技术
能源是人类赖以生存的基础，是经济发展的首要问题。一方面，随着社会生产水平的进步和人们生活水平的提高，对能源的需求量正在大幅度的增加。另一方面，随着我国建筑行业的不断发展，建筑能源消耗所占比重持续上升，其中供热能耗更是不容忽视。因此，人们的节能意识越来越强，对建筑节能系统的要求也越来越高。
随着科技的进步以及经济的发展，人们对室内室外环境的重视程度日渐提高。大型酒店所产生的厨房烟气问题已成为人们关注的热点。因此，厨房烟道余热作为一种不可忽视的低品位能源，对其回收再利用有重要意义。
光伏屋顶是目前光伏建筑一体化的主要方式之一，为了提高光伏发电效率，主要的做法是在电池背板用介质进行冷却。白天，太阳能电池板可用于输出电能和加热生活用水，实现了发电和加热水的双效功能。夜晚，太阳能电池板与周围空气的对流换热和与外太空的辐射换热，使得太阳能电池板表面温度降到远低于环境温度。
地源热泵系统可实现跨季节贮热的功能，是近几年空调行业工程上推广使用较广的一种节能技术。但其夏季运行时，由于土壤散热速率慢会造成埋管周围土壤温度升高即热量堆积现象。因此，如何高效解决这一问题成为人们关注的焦点。
本发明将厨房余热回收机组、太阳能光伏板与地源热泵系统三者有机结合，一方面，将厨房余热回收利用机组与太阳能光伏板相连接，充分利用厨房余热回收技术及光热技术，大幅提升能量利用效率、降低能源消耗量。不仅解决了厨房余热对环境造成的污染和对人体健康造成的危害。另一方面，将太阳能光伏板与地源热泵系统相结合，解决了地源热泵所存在的热量堆积问题。此外，三者的有机结合还可以同时实现厨房余热回收功能以及制冷、供热、供电的三联供功能，充分利用可回收再利用能源以及可再生能源，为实现低碳转型奠定了基础。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统。不仅解决了厨房余热对环境造成的污染和对人体健康造成的危害，还解决了地源热泵所存在的热量堆积问题；此外，还可以同时实现制冷、供热、供电的三联供，充分利用可回收再利用能源以及可再生能源，将厨房烟道供热源的不连贯性与间歇性的太阳能以及可充分利用的地热能相互结合，达到优势互补有序的利用，实现了能源的阶梯利用，提高系统能量利用效率、更加节能的同时，也提高了运行的稳定性。同时为实现低碳转型奠定了一定的基础。
本发明采用如下技术方案：
一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统，所述系统包括有厨房余热回收机组、太阳能光伏光热机构；其特征在于：所述厨房余热回收机组由抽油烟机、滤油器、螺旋管式换热器、第一温度传感器、第一储水箱、第二储水箱构成；所述太阳能光伏光热机构由太阳能光伏板、太阳能水箱、第二温度传感器和第三储水箱构成；所述太阳能光伏板背部通过第三管路依次连接第二温度传感器、第一储水箱、第三水泵和第二自动截止阀；所述太阳能光伏板背部与所述太阳能水箱连接；其中：
所述第二温度传感器用于检测第一储水箱的温度，当第一储水箱内的温度高于太阳能水箱内的温度时，第三水泵停止工作，第二自动截止阀关闭，实现太阳能供热。
进一步，所述抽油烟机将厨房产生的高温烟气吸入排油烟管道后进入滤油器内，所述螺旋管式换热器内进行热量交换；经螺旋管式换热器交换产生的软化水经第一管路由第一水泵输送至第一储水箱，且第一管路设有第一温度传感器，用于监测第一水箱的温度，使其温度低于螺旋式换热器壳程内软化水的温度，并由第一水泵去推动软化水，让软化水作为载热剂再去加热第一储水箱内的水，实现厨房余热回收。
进一步，所述第一储水箱底端通过第二管路并经由第二水泵输送至第二储水箱，当第一储水箱的温度高于螺旋管式换热器壳程内软化水温时，设置在两储水箱之间的第二水泵开始工作，且第一自动截止阀接收到信号后打开，向第二储水箱内泵水，并向第一储水箱内注入自来水，达到第一储水箱温度降低的目的。
本发明还可以采用如下技术方案：
一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统，所述系统包括冷水机组、太阳能光伏光热机构、地埋管、室内供电设备和风机盘管；其特征在于：所述冷水机组由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀构成；所述太阳能光伏光热机构由太阳能光伏板、第三水箱构成；其中：所述蒸发器的出水处通过第四管路15并连接第四循环泵后与风机盘管的进水处相连接，所述风机盘管的出水处通过第五管路与蒸发器的回水处相连接；所述冷凝器的出水处通过第六管路并连接第一流量调节阀和第五水泵后与地埋管的进水处相连接，从地埋管的出水处引出第七管路并依次连接第二、三流量调节阀后与冷凝器的回水处相连接；从太阳能光伏板的背部出水处引出第八管路连接第四流量调节阀后与第三储水箱的进水处相连接，从第三储水箱7的出水处引出第九管路并依次连接第五、六流量调节阀后与太阳能光伏板的背部进水处相连接。
进一步，所述地埋管的出水处通过第十管路并连接第七流量调节阀和第六水泵后与第五、六流量调节阀之间的第九管路相连接，所述太阳能光伏板的背部出水处通过第十一管路连接第八流量调节阀后与二、三流量调节阀之间的第七管路相连接；所述太阳能光伏板的电能输出端通过供电管路与室内供电设备连接，第三水储水箱的排水处连接有通向室内的供水管路，第三储水箱的一侧设有补水口并连接有补水管。进一步，所述抽油烟机采用的是可自动清洗的抽油烟机。
进一步，所述螺旋管式换热器采用的是将多根换热管制成盘管，叠落在中心圆管上，管盘中换热器由内向外呈螺旋缠绕，高温烟气从上向下通过螺旋式管程，换热器内的软化水由下往上通过壳程，纵向为逆向流动，有较高的横向传热系数以及良好的逆流换热效果的螺旋管式换热器。
进一步，所述的第一、二、三、四、五、六水泵均采用循环水泵。进一步，所述第一、二、三、四、五、六、七、八阀门均采用流量调节阀。
有益效果
1、本发明的厨房余热回收机组与太阳能耦合部分，通过构建了以厨房余热回收供能为主，太阳能集热器供能为辅的系统，充分利用可回收再利用能源以及可再生能源，将厨房烟道供热源的不连贯性与间歇性的太阳能相互结合，达到两者优势互补有序的利用，大幅提升了能量利用效率、提高了该部分供能稳定性；
2、本发明的厨房余热回收机组与太阳能耦合部分，设有第一、第二储水箱，两者的相互配合，有效解决了第一储水箱温度较高的问题；
3、本发明采用的螺旋管式换热器纵向为逆向流动，有较高的横向传热系数以及良好的逆流换热效果的螺旋管式换热器，大幅度提高了系统的换热效率；
4、本发明的地源热泵与太阳能耦合部分，有效的解决了地源热泵在运行过程中的难题以及其产生的热量堆积现象；
5、本发明可同时实现厨房余热回收再利用以及制冷、供热和供电的三联供；
6、本发明利用可回收利用的厨房余热、地热能以及太阳能，充分利用可回收利用的能源和清洁能源，大幅提升能量的利用率，发挥了可再生能源的优势；
7、本发明在夜晚的运行模式实现了将土壤中多余热量的转移，可使土壤环境保持稳定且对大气环境友好；
8、本发明无需增加辅助散热设备，节约了成本和运行费用。
9、本发明中冷水机组、太阳能光伏光热机构、地埋管、室内供电设备和风机盘管；冷水机组的蒸发器与风机盘管相连接，冷凝器与地埋管相连接，地埋管与太阳能光伏板背部铜管相连接，太阳能光伏板与室内用电设备相连接，第三储水箱连接有供水管通向室内。同时，本发明的地源热泵与太阳能耦合部分，不仅实现了制冷、供热、供电的三联供，还解决了地源热泵热量堆积问题，提高了能量利用率。
附图说明
附图1为本发明的结构原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做详细的论述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
1、参见附图1，一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统，包括有厨房余热回收机组1、太阳能光伏板2、太阳能水箱6、第三储水箱7、冷水机组8、地埋管9、以及设置于室内10的风机盘管11。厨房余热回收机组与太阳能耦合部分包括有依次连接的抽油烟机1-1、滤油器1-2、螺旋管式换热器1-3、第一温度传感器1-4、第一储水箱1-5、第二储水箱1-6，从可自动清洗的抽油烟机1-1的出口处将厨房产生的高温烟气吸入排油烟管道后与滤油器1-2的进口处相连接，滤油器1-2将烟气中的油渍残渣过滤后，将高温烟气经过其出口处输送到所述螺旋管式换热器1-3的进口处并在其内进行热量交换，从螺旋管式换热器1-3的出口处引出第一管路12并依次连接第一温度传感器1-4、第一储水箱1-5、第一水泵1-7后与螺旋管式换热器1-3的进口处相连接；从第一储水箱1-5另一出口处引出第二管路13并依次连接第二水泵1-8、第一自动截止阀1-9后与第二储水箱1-6的进口处相连接；从第二储水箱1-6的出口处与外部自来水管相连接；从太阳能光伏板2背部出水处引出第三管路14并依次连接第二温度传感器3、第一储水箱1-5、第三水泵4、第二自动截止阀5、太阳能水箱6后与太阳能光伏板2背部进水处相连接；
2、冷水机组8包括有依次循环连接的蒸发器8-1、压缩机8-2、冷凝器8-3和节流阀8-4，从蒸发器8-1的出水处引出第四管路15并连接第四循环泵16后与风机盘管11的进水处相连接，风机盘管11的出水处通过第五管路17与蒸发器8-1的回水处相连接；从冷凝器8-3的出水处引出第六管路18并连接第一流量调节阀19和第五水泵20后与地埋管9的进水处相连接，从地埋管9的出水处引出第七管路21并依次连接第二、三流量调节阀22、23后与冷凝器8-3的回水处相连接；从太阳能光伏板2的背部铜管的出水处引出第八管路24并连接第四流量调节阀25后与第三储水箱7的进水处相连接，从第三储水箱7的出水处引出第九管路26并依次连接第五、六流量调节阀27、28后与太阳能光伏板2的背部铜管的进水处相连接；
3、从地埋管9的出水处引出第十管路29并连接第七流量调节阀30和第六水泵34后与第五、六流量调节阀27、28之间的第九管路26相连接，从太阳能光伏板2的背部铜管的出水处引出第十一管路31并连接第八流量调节阀32后与二、三流量调节阀22、23之间的第七管路21相连接；太阳能光伏板2的电能输出端通过供电管路(包含蓄电池)与室内10内的各类用电器相连接，第三水储水箱7的排水处连接有通向室内10的供水管路33，第三储水箱7的一侧设有补水口并连接有补水管。
以下结合附图1对本发明作进一步说明：
本发明在夏季运行时，白天和夜晚的运行模式分别为：
1、白天的运行模式：
(1)厨房余热回收机组与太阳能耦合部分启动，可自动清洗的抽油烟机1-1将厨房产生的高温烟气吸入排油烟管道后进入滤油器1-2内，再通过滤油器将烟气中的油渍残渣过滤后，将高温烟气输送到螺旋管式换热器1-3内进行热量交换。经螺旋管式换热器1-3交换产生的软化水经第一管路12由第一水泵1-5输送至第一储水箱1-5，且第一管路12设有第一温度传感器1-4，用于监测第一水箱1-5的温度，使其温度低于螺旋式换热器1-3壳程内软化水的温度，并由第一水泵1-5去推动软化水，让软化水作为载热剂再去加热第一储水箱1-5内的水，具体流程为：可自动清洗的抽油烟机1-1—滤油器1-2—螺旋管式换热器1-3的出水处—第一温度传感器1-4—第一储水箱1-5—第一水泵1-8—螺旋管式换热器1-3的进水处，实现了厨房余热回收的功能。
(2)所述螺旋管式换热器采用的是将多根换热管制成盘管，叠落在中心圆管上，管盘中换热器由内向外呈螺旋缠绕，高温烟气从上向下通过螺旋式管程，换热器内的软化水由下往上通过壳程，纵向为逆向流动，有较高的横向传热系数以及良好的逆流换热效果的螺旋管式换热器。
(3)本机组除了设有第一储水箱1-5外，还设有第二储水箱1-6，即从第一储水箱1-5底端引出第二管路13并经由第二水泵1-9输送至第二储水箱1-6，当第一储水箱1-5的温度高于螺旋管式换热器1-3壳程内软化水温时，设置在两储水箱之间的第二水泵1-9开始工作，且第一自动截止阀1-10接收到信号后打开，向第二储水箱1-6内泵水，并向第一储水箱1-5内注入自来水，达到第一储水箱1-5温度降低的目的。当第一储水箱1-5的温度低于螺旋式换热器1-3壳程内软化水的温度时，第二水泵1-9停止工作，且第一自动截止阀1-10关闭，此时换热器再次开始收集余热加热热水，具体流程为：第一储水箱1-5的底端出水处—第二水泵1-9—第一自动截止阀1-10—第二储水箱1-6，实现了监测第一储水箱1-5内温度低于螺旋管式换热器1-3内软化水温度的功能。
(4)从太阳能光伏板2背部出水处引出第三管路14并依次连接第二温度传感器3、第一储水箱1-5、第三水泵4、第二自动截止阀5、太阳能水箱6后与太阳能光伏板2背部进水处相连接，其中第二温度传感器3用于检测第一储水箱1-5的温度，当第一储水箱1-5内的温度高于太阳能水箱6内的温度时，第三水泵4不再工作，第二自动截止阀5关闭。这样就能达到最大限度的利用厨房余热和太阳能的目的。具体流程为：太阳能光伏板2背部的出水处—第二温度传感器3—第一储水箱1-5—第三水泵4—第二自动截止阀5—太阳能水箱6—太阳能光伏板2背部进水处。此过程与以上两个过程相结合，实现了最大限度利用厨房余热和太阳能的目的。
(5)此时，冷水机组8启动，蒸发器8-1产生的冷冻水经第四管路15由第四循环泵16输送至室内10的风机盘管11，对室内10进行制冷，被加热的回水经第五管路17回流至蒸发器8-1，实现室内10制冷循环；冷凝热随着水流经第六管路18由第五循环泵20输送至地埋管9，再经地埋管9扩散至土壤，回水经第七管路21回流至冷凝器8-3，具体流程为：冷凝器8-3的出水端—第一流量调节阀19—第五循环泵20—地埋管9—第二流量调节阀22—第三流量调节阀23—冷凝器8-3的回水端，在此期间，第七流量调节阀30关闭，从而实现了制冷的功能。
(6)与此同时，太阳能光伏板2将一部分的太阳能转为高品质的电能，并储存在蓄电池中，由蓄电池向室内10供电；太阳能光伏电池板2所释放的热能被其背部铜管中的水带入第三储水箱7，热水经第八管路24由太阳能光伏板2的背部铜管输送至第三储水箱7，冷水则经第九管路26由第三储水箱7输送至太阳能光伏板2的背部铜管，第三储水箱7通过供水管路33向室内10提供生活用热水，具体流程为：第三储水箱7的出水口—第五流量调节阀27—第六流量调节阀28—太阳能光伏板2的背部铜管—第四流量调节阀25—第三储水箱7的进水口，在此期间，第八流量调节阀32关闭，从而实现了发电、供电、制热水和供热水的功能。
2、夜晚的运行模式
(1)厨房余热回收机组与太阳能耦合部分实现的功能以及制冷、发电制电、制热水和供热水的功能同上；
(2)冷凝热随着水流经第六管路18由第五循环泵20输送至地埋管9，再经第七管路21由第六循环泵34输送至太阳能光伏板2的背部铜管，通过太阳能光伏板2与周围空气进行对流换热以及与外太空辐射换热，回水经第八管路24回流至冷凝器8-3，从而对土壤进行降温，解决了地源热泵存在的热量堆积现象，具体流程为：冷凝器8-3的出水处—第一流量调节阀19—第五循环泵20—地埋管9-第七流量调节阀30-第六流量调节阀28-太阳能光伏板2的背部铜管-第八流量调节阀32-第三流量调节阀23-冷凝器8-3的回水处，在此期间，第二、四、五流量调节阀22、25、27均关闭。
以上对该系统的白天和晚上的运行模式做了详细说明，证明了本发明的技术方案可以解决厨房所产生的高温烟气对环境和人体健康造成危害问题，也可以解决地源热泵土壤所产生的热量堆积问题，实现了能量的梯级利用；白天的运行模式也证明了利用该系统在实现厨房余热回收利用的同时，也实现了制冷、供热、供电的三联供。
本发明一方面是针对厨房高温烟气对环境和人体健康造成的危害提出了可行的解决方案，即将厨房余热回收系统与太阳能进行耦合，实现了可回收利用能源和清洁能源的有机结合，节约了能源的同时也提高了能源利用效率。另一方面，是针对地源热泵系统夏季运行时所产生的热量堆积现象提出了可行的解决方案，即将白天散入土壤中的热量在夜晚通过太阳能光伏板用辐射的方式将热量转移到周围空气和外太空中，这样土壤温度在夜间得到了较好恢复，并保证了冷水机组在白天的高效运行，因此，该系统具有着重要的经济和社会意义。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统，所述系统包括有厨房余热回收机组、太阳能光伏光热机构；其特征在于：所述厨房余热回收机组由抽油烟机、滤油器、螺旋管式换热器、第一温度传感器、第一储水箱、第二储水箱构成；所述太阳能光伏光热机构由太阳能水箱、第二温度传感器和第三储水箱构成；所述太阳能光伏板背部通过第三管路依次连接第二温度传感器、第一储水箱、第三水泵和第二自动截止阀；所述太阳能光伏板背部与所述太阳能水箱连接；其中：
所述第二温度传感器用于检测第一储水箱的温度，当第一储水箱内的温度高于太阳能水箱内的温度时，第三水泵停止工作，第二自动截止阀关闭，实现太阳能供热。
2.根据权利要求1所述的一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统，其特征在于：所述抽油烟机将厨房产生的高温烟气吸入排油烟管道后进入滤油器内，所述螺旋管式换热器内进行热量交换；经螺旋管式换热器交换产生的软化水经第一管路由第一水泵输送至第一储水箱，且第一管路设有第一温度传感器，用于监测第一水箱的温度，使其温度低于螺旋式换热器壳程内软化水的温度，并由第一水泵去推动软化水，让软化水作为载热剂再去加热第一储水箱内的水，实现厨房余热回收。
3.根据权利要求1所述的一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统，其特征在于：所述第一储水箱底端通过第二管路13并经由第二水泵输送至第二储水箱，当第一储水箱1-5的温度高于螺旋管式换热器壳程内软化水温时，设置在两储水箱之间的第二水泵开始工作，且第一自动截止阀接收到信号后打开，向第二储水箱内泵水，并向第一储水箱内注入自来水，达到第一储水箱温度降低的目的。
4.一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统，所述系统包括冷水机组、太阳能光伏光热机构、地埋管、室内供电设备和风机盘管；其特征在于：所述冷水机组由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀构成；所述太阳能光伏光热机构由太阳能光伏板、第三水箱构成；其中：所述蒸发器的出水处通过第四管路15并连接第四循环泵后与风机盘管的进水处相连接，所述风机盘管的出水处通过第五管路与蒸发器的回水处相连接；所述冷凝器的出水处通过第六管路并连接第一流量调节阀和第五水泵后与地埋管的进水处相连接，从地埋管的出水处引出第七管路并依次连接第二、三流量调节阀后与冷凝器的回水处相连接；从太阳能光伏板的背部出水处引出第八管路连接第四流量调节阀后与第三储水箱的进水处相连接，从第三储水箱7的出水处引出第九管路并依次连接第五、六流量调节阀后与太阳能光伏板的背部进水处相连接。
5.根据权利要求4所述的一种厨房余热、PV/T与地源热泵一体的系统，其特征在于：所述地埋管的出水处通过第十管路并连接第七流量调节阀和第六水泵后与第五、六流量调节阀之间的第九管路相连接，所述太阳能光伏板的背部出水处通过第十一管路连接第八流量调节阀后与二、三流量调节阀之间的第七管路相连接；所述太阳能光伏板的电能输出端通过供电管路与室内供电设备连接，第三水储水箱的排水处连接有通向室内的供水管路，第三储水箱7的一侧设有补水口并连接有补水管。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种厨房余热、PV/T与地源热泵体的系统，其特征在于：所述抽油烟机采用的是可自动清洗的抽油烟机。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种厨房余热、PV/T与地源热泵体的系统，其特征在于：所述螺旋管式换热器采用的是将多根换热管制成盘管，叠落在中心圆管上，管盘中换热器由内向外呈螺旋缠绕，高温烟气从上向下通过螺旋式管程，换热器内的软化水由下往上通过壳程，纵向为逆向流动，有较高的横向传热系数以及良好的逆流换热效果的螺旋管式换热器。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种厨房余热、PV/T与地源热泵体的系统，其特征在于：所述的第一、二、三、四、五、六水泵均采用循环水泵。
9.根据权利要求1-5任一项所述的一种厨房余热、PV/T与地源热泵体的系统，其特征在于：所述第一、二、三、四、五、六、七、八阀门均采用流量调节阀。
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