CN204787404U - 一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统,包括空压机,散发大量热能;换热器,用于将空压机散发的热能传递给待加热的水从而制备热水;地源热泵系统:用于空压机停用期间的补充热源制备热水,同时作为制冷的冷源制备冷水;热水用户设备:用于使用制备生成的热水;冷水用户设备:用于使用制备生成的冷水;控制系统:通过控制逻辑,优先使用空压机余热;在空压机停止工作时,采用浅层地热能;当有制热、制冷需求时,要自动打开地源热泵系统制热模式、制冷模式或制冷加热回收模式。本实用新型将余热回收与地源热泵系统相结合,可以为工矿企业提供低成本、低排放、高可靠的冷热源,具有显著的经济效益、社会效益、环境效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统。
背景技术
许多大型工矿企业的生产线拥有空压机,同时企业还有大量冷热源需求:如生产工艺中的加热、冷却需求,办公室、研发楼的供暖、空调需求,工人宿舍、食堂的热水需求等。大型空压机运行过程中产生大量的热能,空压机工作时机油温度通常在80~100℃之间,是一种理想的免费热源,未采用余热回收装置的空压机热能都被散热器和散热风扇排往空气中,既浪费资源,又造成了热岛效应。采用热回收技术后,可以为工矿企业节省大量的能源费,同时可冷却空压机生产出来的压缩空气,减少了干燥机的工作负荷,从而使空压机、干燥机省电、节能、环保、减排、降低磨损、延长寿命、安全可靠。
由于空压机余热有一定的不稳定性,只有生产线开启时才有热源,所以需要采取其他辅助热源来确保工矿企业全天候稳定供应热水。常用的辅助加热方式有电加热、锅炉加热、地源热泵/空气源热泵辅助加热等。地源热泵系统是利用可再生的浅层地热能(岩土、地表水、城市污水等蕴含的低品位热能),为建筑物、工农业生产提供采暖、制冷、生活热水、工艺冷却或加热。对地源热泵系统输入少量高品位的能源(通常为电能),能够得到大约4~5倍的热量或冷量,因此节能效果显著,可以作为余热回收系统的辅助加热系统。另一方面,地源热泵系统能够同时生产冷水和热水(蒸发器制冷,冷凝器制热),可以满足工矿企业对工艺冷却、建筑空调的冷需求,冷量和热量同时可以利用,能源利用效率极高。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足,提供一种低成本、低排放的空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统。
为实现以上目的,本实用新型通过以下技术方案实现:
一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统,包括:
空压机;
换热器,用于将空压机散发的热能传递给待加热的水从而制备热水;
地源热泵系统:用于空压机停用期间的补充热源制备热水,同时作为制冷的冷源制备冷水;
热水用户设备:用于使用换热器和地源热泵系统制备生成的热水;
冷水用户设备:用于使用地源热泵系统制备生成的冷水;
控制系统:通过控制逻辑,优先使用空压机余热;在空压机停止工作时,再采用浅层地热能;当有制热、制冷需求时,要自动打开地源热泵系统制热模式、制冷模式或制冷加热回收模式。
在上述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统中,还包括热水水箱,所述的热水水箱用于储存换热器和地源热泵系统制备好的热水。
在上述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统中,还包括冷水水箱,所述的冷水水箱用于储存地源热泵系统制备好的冷水。
在上述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统中,所述的换热器为板式换热器。
在上述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统中,所述的热水水箱和热水水箱均采用不锈钢保温水箱。
在上述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统中,所述的地源热泵系统包括地源热泵主机以及通过管道连接在地源热泵主机上的地埋管换热器,所述的地埋管换热器从土壤中吸收热量。地源热泵系统的能效比较高,一般能达到4以上,所以与传统电加热或燃油、燃气锅炉相比,系统节能效果显著。
在上述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统中,所述的热水用户设备包括生产工艺加热设备,生活热水使用设备,供暖热水使用设备等。
在上述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统中,所述的冷水用户设备包括生产工艺冷却设备,建筑物空调制冷设备等。
在上述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统中,所述的换热器通过两根管道连接在空压机上,所述的热水水箱通过两根管道连接在换热器上,所述的热水用户设备通过两根管道连接在热水水箱上,所述的地源热泵主机通过两根管道连接在热水水箱上,所述的地埋管换热器通过两根管道连接在地源热泵主机上,所述的冷水水箱通过两根管道连接在地源热泵主机上,所述的冷水用户设备通过两根管道连接在冷水水箱上,所述的热水水箱和冷水水箱通过两根管道连接;所述的热水水箱内安装有第一温度传感器,所述的冷水水箱内安装有第二温度传感器;所述的空压机和换热器之间的一根管道上安装有三通阀,所述的三通阀通过管道和另一管道连接;所述的换热器和热水水箱之间的一根管道上安装有第五温度传感器,另一根管道上安装有第一水泵;所述的热水水箱和热水用户设备之间一根管道上安装有第二水泵,另一根管道上安装有第三温度传感器;所述的热水水箱和地源热泵主机之间一根管道上安装有第一电动阀和第六温度传感器,另一根管道上依次安装有第一电动阀、第七温度传感器以及第三水泵;所述的冷水水箱和地源热泵主机之间一根管道上安装有第八温度传感器和第四电动阀,另一根管道上依次安装有第四水泵、第九温度传感器以及第四电动阀;所述的两个第一电动阀和两个第四电动阀之间分别连接有一根管道,且每根管道上还分别安装有第二电动阀和第三电动阀,所述的地埋管换热器位于第二电动阀和第三电动阀之间,所述的热水水箱和冷水水箱之间安装有第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀以及第四电动阀;所述的冷水水箱和冷水用户设备之间一根管道上安装有第四温度传感器,另一根管道上安装有第五水泵;所述的所有水泵、电动阀以及温度传感器均通过控制系统启停。
本实用新型将余热回收与地源热泵系统相结合,可以为工矿企业提供低成本、低排放、高可靠的冷热源,具有显著的经济效益、社会效益、环境效益。
本实用新型采用地源热泵系统的能效比较高,一般能达到4以上,所以与传统电加热或燃油、燃气锅炉相比,系统节能效果显著。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中标号说明:
1、空压机;2、热水水箱;3、热水用户设备;4、冷水用户设备;5、冷水水箱;6、地源热泵主机;7、地埋管换热器;8、控制系统;9、第一温度传感器;10、第二温度传感器;11、第三温度传感器;12、第四温度传感器;13、第五温度传感器;14、第六温度传感器;15、第七温度传感器;16、第八温度传感器;17、三通阀;18、第一电动阀;19、第二电动阀;20、第三电动阀;21、第四电动阀;22、第一水泵;23、第二水泵;24、第三水泵;25、第四水泵;26、第五水泵;27、换热器;28、第九温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细的描述。
本实施例中有多台英格索兰大型空压机1,产生大量的热能,在安装热回收装置之前,空压机1的热能通过散热器向空气中散热,因此设计了本空压机1余热回收与地源热泵复合冷热源系统利用空压机1产生的热能。
如图1所示,一种空压机1余热回收与地源热泵复合冷热源系统,包括空压机1,散发大量热能;换热器27,用于将空压机1散发的热能传递给待加热的水从而制备热水;地源热泵系统:用于空压机1停用期间的补充热源制备热水,同时作为制冷的冷源制备冷水;热水用户设备3:用于使用换热器27和地源热泵系统制备生成的热水;冷水用户设备4:用于使用地源热泵系统制备生成的冷水;热水水箱2,所述的热水水箱2用于储存换热器27和地源热泵系统制备好的热水;冷水水箱5,所述的冷水水箱5用于储存地源热泵系统制备好的冷水;控制系统8:通过控制逻辑,优先使用空压机1余热;在空压机1停止工作时,再采用浅层地热能;当有制热、制冷需求时,要自动打开地源热泵系统制热模式、制冷模式或制冷加热回收模式。
地源热泵系统包括地源热泵主机6以及通过管道连接在地源热泵主机6上的地埋管换热器7,所述的地埋管换热器7从土壤中吸收热量。地源热泵系统的能效比较高,一般能达到4以上,所以与传统电加热或燃油、燃气锅炉相比,系统节能效果显著。
控制系统8的中央控制器采用DDC、PLC、单片机等设备,通过布设在水箱、管道上的第一至第九温度传感器28,采集系统各部分温度,通过逻辑运算,控制电动三通阀17门,以及地源热泵模式转换第一至第四电动阀21的启闭,第一至第五水泵26的启停、地源热泵主机6的启停,实现系统的智能运行、节能运行。
换热器27通过两根管道连接在空压机1上,所述的热水水箱2通过两根管道连接在换热器27上,所述的热水用户设备3通过两根管道连接在热水水箱2上,所述的地源热泵主机6通过两根管道连接在热水水箱2上,所述的地埋管换热器7通过两根管道连接在地源热泵主机6上,所述的冷水水箱5通过两根管道连接在地源热泵主机6上,所述的冷水用户设备4通过两根管道连接在冷水水箱5上,所述的热水水箱2和冷水水箱5通过两根管道连接;所述的热水水箱2内安装有第一温度传感器9,所述的冷水水箱5内安装有第二温度传感器10;所述的空压机1和换热器27之间的一根管道上安装有三通阀17,所述的三通阀17通过管道和另一管道连接;所述的换热器27和热水水箱2之间的一根管道上安装有第五温度传感器13,另一根管道上安装有第一水泵22;所述的热水水箱2和热水用户设备3之间一根管道上安装有第二水泵23,另一根管道上安装有第三温度传感器11;所述的热水水箱2和地源热泵主机6之间一根管道上安装有第一电动阀18和第六温度传感器14,另一根管道上依次安装有第一电动阀18、第七温度传感器15以及第三水泵24;所述的冷水水箱5和地源热泵主机6之间一根管道上安装有第八温度传感器16和第四电动阀21,另一根管道上依次安装有第四水泵25、第九温度传感器28以及第四电动阀21;所述的两个第一电动阀18和两个第四电动阀21之间分别连接有一根管道,且每根管道上还分别安装有第二电动阀19和第三电动阀20,所述的地埋管换热器7位于第二电动阀19和第三电动阀20之间,所述的热水水箱2和冷水水箱5之间两根管道上均安装有第一电动阀18、第二电动阀19、第三电动阀20以及第四电动阀21;所述的冷水水箱5和冷水用户设备4之间一根管道上安装有第四温度传感器12,另一根管道上安装有第五水泵26;所述的所有水泵、电动阀以及温度传感器均通过控制系统8启停。
本实施例中所选用的换热器27为板式换热器。
当热水水箱2中水的温度低于设定温度60℃时,控制系统8打开第一水泵22和电动三通阀17,使空压机1的高温机油流向板式换热器,待加热的水在板式换热器中与高温机油进行热交换,被加热升温。当热水水箱2中水的温度达到设定温度60℃时,控制系统8关闭电动三通阀17和第一水泵22,使空压机1的高温机油通过旁通管直接流回空压机1,不进入板式换热器。此时,空压机1的热量仍然通过散热器直接向空气中散热。
本实施例中所采用的热水水箱2、冷水水箱5皆采用不锈钢保温水箱。
本实施例中所选用的地源热泵系统主机选用制冷、制热双工况型主机,蒸发器制冷时,冷凝器同时可以制热。
当冷热源系统对地源热泵主机6同时有冷热需求(此时空压机1停用或空压机1热量不足)时,自控系统打开第一电动阀18、第四电动阀21,关闭电动阀第二电动阀19、第三电动阀20,开启第三水泵24、第四水泵25,开启地源热泵主机6,此时地源热泵主机6向热水水箱2输送热量,向冷水水箱5输送制冷能量,地源热泵主机6产生的热量和制冷能量可同时利用。
当冷热源系统对地源热泵主机6只有冷需求(此时空压机1产生的余热足够使用)时,自控系统打开第二电动阀19、第四电动阀21,关闭第一电动阀18、第三电动阀20,开启第三水泵24和第四水泵25,开启地源热泵主机6,此时地源热泵主机6向地埋管换热器7排热,向冷水水箱5输送冷量。
当冷热源系统对地源热泵主机6只有热需求(此时空压机1未开启,且冷水水箱5中的温度已经达到低限5℃)时,自控系统打开第一电动阀18、第三电动阀20,关闭第二电动阀19、第四电动阀21,开启第三水泵24和第四水泵25,开启地源热泵主机6,此时地源热泵主机6从地埋管换热器7吸热,向热水水箱2输送热量。
对于热水用户设备3(包括生产工艺加热设备,工人宿舍生活热水的水龙头、淋浴喷头,办公楼、研发楼的供暖散热器、风机盘管、地板采暖、毛细管网等设备),为了保证用户开启设备后就能放出热水,自控系统需要定时或不定时打开第二水泵23,通过对第三温度传感器11的监控,决定第二水泵23的启停或第二水泵23的电机频率。
对于冷水用户设备4(包括生产工艺冷却设备,宿舍、办公楼、研发楼的空调制冷等设备),为了保证用户开启设备后就能使用冷水,自控系统需要定时或不定时打开冷水第五水泵26,通过对第四温度传感器12的监控,决定第五水泵26的启停或第五水泵26的电机频率。
实例所采用的控制系统8,由下述主要设备组成:核心控制器采用西门子S7-200系列PLC,人机界面采用威纶通触摸屏,相关控制软件由本实用新型的作者根据上述控制逻辑自行设计开发。温度传感器采用PT100热电阻。
本实用新型将余热回收与地源热泵系统相结合,可以为工矿企业提供低成本、低排放、高可靠的冷热源,具有显著的经济效益、社会效益、环境效益。
本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明,并不构成对权利要求范围的限制,本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代,均在本实用新型保护范围内。
Claims (7)
1.一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统,包括空压机;其特征在于,还包括:换热器,用于将空压机散发的热能传递给待加热的水从而制备热水;地源热泵系统:用于空压机停用期间的补充热源制备热水,同时作为制冷的冷源制备冷水;热水用户设备:用于使用换热器和地源热泵系统制备生成的热水;冷水用户设备:用于使用地源热泵系统制备生成的冷水;控制系统:通过控制逻辑,优先使用空压机余热;在空压机停止工作时,再采用浅层地热能;当有制热、制冷需求时,要自动打开地源热泵系统制热模式、制冷模式或制冷加热回收模式。
2.根据权利要求1所述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统,其特征在于,还包括热水水箱,所述的热水水箱用于储存换热器和地源热泵系统制备好的热水。
3.根据权利要求2所述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统,其特征在于,还包括冷水水箱,所述的冷水水箱用于储存地源热泵系统制备好的冷水。
4.根据权利要求1所述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统,其特征在于,所述的换热器为板式换热器。
5.根据权利要求1所述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统,其特征在于,所述的热水水箱和热水水箱均采用不锈钢保温水箱。
6.根据权利要求3所述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统,其特征在于,所述的地源热泵系统包括地源热泵主机以及通过管道连接在地源热泵主机上的地埋管换热器,所述的地埋管换热器从土壤中吸收热量。
7.根据权利要求6所述的一种空压机余热回收与地源热泵复合冷热源系统,其特征在于,所述的换热器通过两根管道连接在空压机上,所述的热水水箱通过两根管道连接在换热器上,所述的热水用户设备通过两根管道连接在热水水箱上,所述的地源热泵主机通过两根管道连接在热水水箱上,所述的地埋管换热器通过两根管道连接在地源热泵主机上,所述的冷水水箱通过两根管道连接在地源热泵主机上,所述的冷水用户设备通过两根管道连接在冷水水箱上,所述的热水水箱和冷水水箱通过两根管道连接;所述的热水水箱内安装有第一温度传感器,所述的冷水水箱内安装有第二温度传感器;所述的空压机和换热器之间的一根管道上安装有三通阀,所述的三通阀通过管道和另一管道连接;所述的换热器和热水水箱之间的一根管道上安装有第五温度传感器,另一根管道上安装有第一水泵;所述的热水水箱和热水用户设备之间一根管道上安装有第二水泵,另一根管道上安装有第三温度传感器;所述的热水水箱和地源热泵主机之间一根管道上安装有第一电动阀和第六温度传感器,另一根管道上依次安装有第一电动阀、第七温度传感器以及第三水泵;所述的冷水水箱和地源热泵主机之间一根管道上安装有第八温度传感器和第四电动阀,另一根管道上依次安装有第四水泵、第九温度传感器以及第四电动阀;所述的两个第一电动阀和两个第四电动阀之间分别连接有一根管道,且每根管道上还分别安装有第二电动阀和第三电动阀,所述的地埋管换热器位于第二电动阀和第三电动阀之间,所述的热水水箱和冷水水箱之间安装有第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀以及第四电动阀;所述的冷水水箱和冷水用户设备之间一根管道上安装有第四温度传感器,另一根管道上安装有第五水泵;所述的所有水泵、电动阀以及温度传感器均通过控制系统启停。
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