CN205002221U - 以空压机余热为热源的闭式热水供应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种以空压机余热为热源的闭式热水供应系统。当前闭式热水系统的结构设计不够合理。本实用新型闭式热水供应系统的特点是：给水管网、1#倒流防止器、1#电磁阀和承压热水箱的冷水补水口通过管道沿承压热水箱的冷水补水水流方向依次连接；给水管网、2#倒流防止器、2#电接压力表、冷水表、冷水角阀和混水龙头通过管路沿冷水角阀的冷水水流方向依次连接；外循环出水口、空压机换热模块、外循环泵和外循环进水口通过管道沿外循环方向依次连接；2#三通的2#出口通过管路和2#温度传感器连接，2#温度传感器通过管路和内循环泵连接，内循环泵通过管路和内循环进水口连接。本实用新型实现高效、经济、简单的热水供应。

Description

以空压机余热为热源的闭式热水供应系统

技术领域

本实用新型涉及一种热水供应系统，具体涉及一种以空压机余热为热源的闭式热水供应系统。

背景技术

空压机全称空气压缩机，作为压缩空气的产生源，广泛应用于社会的各个领域，特别是在工业生产领域，不少工艺对压缩空气的高度依赖，使得空压机成为很多工厂日常运行所不可或缺的辅助生产设备，是工业现代化的基础产品。

空压机通常将电能转化为电动机的机械能，并将后者转换成气体压力能。上述过程中，空气得到强烈压缩，温度骤升。以螺杆机为例，空压机螺杆高速旋转的同时，也摩擦发热，这些产生的高温热量与加入的空压机润滑油一起混合成油/气蒸气排出机体。上述高温油/气流的热量相当于空压机输入功率的70-80%。温度通常能达到80℃-100℃，这些热能需由空压机的散热系统排往大气中，以保证机器对正常运行的温度要求。如公开日为2014年06月11日，公开号为CN203641014U的中国专利，就公开的一种喷油螺杆空压机余热回收装置，该喷油螺杆空压机余热回收装置就存在上述问题。

目前在很多工厂，为了充分利用螺杆式空压机所产生的余热，空压机往往自带或另配换热模块，其原理通常采用同程截流式反串换热技术，用水对空压机所产生的高温高压气体进行冷却，不仅可以提高空压机的产气效率，还可额外获得生产和生活所需的热水。目前不少企业均开始利用空压机余热制热水，很大程度上节约了能源消耗，提高了经济效益。

目前，现有的空压机余热制热水系统大多采用开式系统，操作较为简单，但也存在各种不足，具体如下。

1、无法充分利用冷水的市政水压，冷、热水均需二次加压，能耗较高。

2、开式供水系统通常冷热水水箱及二次加压设备各1套，增加了设备投入，泵房的占地面积较大。

3、开式系统沿程与空气等外界接触，水质有受污染的潜在风险，同时与空气接触会显著增加水箱、管道等各种配件因腐蚀而引起的耗损。

4、开式供水系统相比闭式系统，与外界热交换量大，空压机余热利用率低。

相比于开式供水系统，闭式系统能有效克服上述问题，可直接利用市政水压或泵站一次加压后的水压，无需单独购置二次加压设备和冷水箱，节省空间与设备造价。另外系统中水质受污染风险较低，供水可靠性较高，且散热量低，热源热量利用率高。

然而，当前闭式热水系统的结构设计不够合理，且对于闭式热水系统，如何对运行参数（如液位、温度、压力等）进行有效控制以最大程度地利用热源热量，节省水头，进而实现高效、经济、简单的热水利用是当前制约其大规模应用的主要瓶颈。

因此，有必要提供一套新型热水供应系统，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，针对工业厂区空压机余热利用的现状，将空压机工作系统部分引入热水供应系统，建立一套强化参数控制的以空压机余热为热源的闭式热水供应系统。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该以空压机余热为热源的闭式热水供应系统的结构特点在于：包括给水管网、1#倒流防止器、1#电磁阀、承压热水箱、安全阀、1#温度传感器、1#电接压力表、电磁液位计、内循环泵、2#温度传感器、热水表、辅助加热器、热水角阀、2#倒流防止器、2#电接压力表、冷水表、冷水角阀、外循环泵、空压机换热模块、空压机、用气设备、2#电磁阀、PLC控制柜、1#三通、2#三通、混水龙头和3#电磁阀，所述承压热水箱设置有冷水补水口、外循环进水口、外循环出水口、内循环进水口、内循环出水口、进气口、泄压口和排气口，所述1#三通设置有进口、1#出口和2#出口，所述2#三通设置有进口、1#出口和2#出口；

所述给水管网、1#倒流防止器、1#电磁阀和承压热水箱的冷水补水口通过管道沿承压热水箱的冷水补水水流方向依次连接，组成热水箱冷水补水系统；

所述给水管网、2#倒流防止器、2#电接压力表、冷水表、冷水角阀和混水龙头通过管路沿冷水角阀的冷水水流方向依次连接，组成冷水供水系统；

所述内循环出水口通过管路和2#三通的进口连接，所述2#三通的1#出口通过管路和热水表连接，所述热水表通过管路和辅助加热器连接，所述辅助加热器通过管路和热水角阀连接，所述热水角阀通过管路和混水龙头连接，组成热水供水系统；

所述外循环出水口、空压机换热模块、外循环泵和外循环进水口通过管道沿外循环方向依次连接，组成外循环热水加热系统；

所述2#三通的2#出口通过管路和2#温度传感器连接，所述2#温度传感器通过管路和内循环泵连接，所述内循环泵通过管路和内循环进水口连接，所述内循环出水口、2#三通的进口、2#三通的2#出口、2#温度传感器、内循环泵和内循环进水口沿内循环方向依次排列，组成内循环热水加热系统；

所述安全阀连接在泄压口上，所述3#电磁阀连接在排气口上，所述1#温度传感器、1#电接压力表和电磁液位计均设置在承压热水箱内；

所述空压机通过管道和1#三通的进口连接，所述1#三通的1#出口通过管道和2#电磁阀连接，所述2#电磁阀通过管道和进气口连接，所述1#三通的2#出口通过管道和用气设备连接；所述空压机、1#三通的进口、1#三通的1#出口、2#电磁阀和进气口沿压缩空气流动方向依次排列，所述1#三通的2#出口和用气设备沿压缩空气流动方向依次排列，组成气路系统；

所述1#电磁阀、1#温度传感器、1#电接压力表、内循环泵、2#温度传感器、辅助加热器、2#电接压力表、外循环泵、2#电磁阀和3#电磁阀均通过电线与PLC控制柜连接，组成自动控制系统。

作为优选，本实用新型所述1#倒流防止器与2#倒流防止器的规格相同。

作为优选，本实用新型所述辅助加热器自带温度显示装置。

作为优选，本实用新型所述辅助加热器采用电加热结构或燃气机组加热结构。

作为优选，本实用新型所述热水表与冷水表除运行介质环境不同外，其余参数规格相同。

一种以空压机余热为热源的闭式热水供应系统的运行方法，其特点在于：所述运行方法包括首次运行方法与常规控制方法，该运行方法中所用的各参数意义如下：

P1：1#电接压力表的显示读数，单位KPa；

P2：2#电接压力表的显示读数，单位KPa；

T1：1#温度传感器的显示读数，单位℃；

T2：2#温度传感器的显示读数，单位℃；

T3：辅助加热器的温度显示读数，单位℃；

H1：电磁液位计的显示读数，单位m；

H：承压热水箱的有效液位高度，单位m；

t1：执行策略（Ⅴ）后，外循环泵的运行时间；

t2：执行策略（VI）后，辅助加热器的运行时间；

首次运行方法的步骤依次如下：

步骤（一）、开启1#电磁阀，当H1=H时，关闭1#电磁阀；

步骤（二）、执行决策树；

所述常规控制方法的步骤如下：

步骤（一）、执行决策树；

所述决策树包括条件（A）至条件（G）和策略（Ⅰ）至策略（），

条件（A）：H1≥0.25H；

条件（B）：∣P1-P2∣≤10；

条件（C）：T1≥48；

条件（D）：P2-P1＞10；

条件（E）：T2≥42；

条件（F）：T3≥45；

条件（G）：空压机是否工作；

策略（Ⅰ）：定期收集各传感器信号；

策略（Ⅱ）：自动开启1#电磁阀；

策略（Ⅲ）：自动开启2#电磁阀；

策略（Ⅳ）：自动开启3#电磁阀；

策略（Ⅴ）：自动开启外循环泵，并运行时间t1；

策略（）：开启辅助加热器，并运行时间t2；

策略（）：自动开启内循环泵；

所述策略（Ⅱ）在满足条件（A）后自动停止运行，所述策略（Ⅲ）和策略（Ⅳ）在满足条件（B）后自动停止运行，所述策略（Ⅴ）在满足条件（C）后自动停止运行，所述策略（）在满足条件（F）后自动停止运行，所述策略（）在满足条件（E）后自动停止运行；

所述决策树的实施周期包含以下步骤：

（一）、执行策略（Ⅰ），判断条件（A），当条件（A）不成立时，先执行策略（Ⅱ），后返回条件（A）的判断；当条件（A）成立时，判断条件（B）；

（二）、当条件（B）成立时，判断条件（C）；当条件（B）不成立时，判断条件（D）；

（三）、当条件（C）成立时，判断条件（E）；当条件（C）不成立时，判断条件（G）；

（四）、当条件（D）成立时，先执行策略（Ⅲ），后返回条件（B）的判断；当条件（D）不成立时，先执行策略（Ⅳ），后返回条件（B）的判断；

（五）、当条件（G）成立时，先执行策略（Ⅴ），后再次执行条件（C）的判断：当条件（C）成立时，判断条件（E）；当条件（C）再次不成立时，先执行策略（），后判断条件（F）；当条件（G）不成立时，先执行策略（），后判断条件（F）；

（六）、当条件（E）成立时，返回执行步骤（一）；当条件（E）不成立时，先执行策略（），后返回条件（E）的判断；

（七）、当条件（F）成立时，判断条件（E）；当条件（F）不成立时，先执行策略（），后返回条件（F）的判断；

（八）、重复顺序实施上述步骤（一）至步骤（七）。

作为优选，本实用新型所述决策树的实施周期中，步骤（一）至步骤（七）按先后顺序实施。

作为优选，本实用新型所述决策树的实施周期中，步骤（三）和步骤（四）无先后顺序，步骤（五）和步骤（六）无先后顺序。

作为优选，本实用新型所述首次运行方法还包括步骤（三），步骤（三）的内容为重复首次运行方法中的步骤（二）。

作为优选，本实用新型所述常规控制方法还包括步骤（二），所述步骤（二）的内容为重复常规控制方法中的步骤（一）。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）可直接利用市政水压或泵站一次加压后的水压，节能降耗。（2）无需单独购置二次加压设备和冷水箱，节省空间与设备造价。（3）闭式循环下，供水不与外界接触，避免水质污染，供水可靠性较好。（4）闭式系统与外界热交换能力大幅降低，对空压机余热的利用率显著提升。（5）引入参数控制，制定决策树，实现远程控制，高效、简单。（6）整体结构简单，设计合理，构思独特，使用方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例中以空压机余热为热源的闭式热水供应系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中以空压机余热为热源的闭式热水供应系统的决策树示意图。

图中：1-给水管网；2-1#倒流防止器；3-1#电磁阀；4-承压热水箱；5-安全阀；6-1#温度传感器；7-1#电接压力表；8-电磁液位计；9-内循环泵；10-2#温度传感器；11-热水表；12-辅助加热器；13-热水角阀；14-2#倒流防止器；15-2#电接压力表；16-冷水表；17-冷水角阀；18-外循环泵；19-空压机换热模块；20-空压机；21-用气设备；22-2#电磁阀；23-PLC控制柜；24-1#三通；25-2#三通；26-混水龙头；27-3#电磁阀；a-冷水补水口；b-外循环进水口；c-外循环出水口；d-内循环进水口；e-内循环出水口；f-进气口；g-泄压口；h-排气口；X-1#三通的进口；Y-1#三通的1#出口；K-1#三通的2#出口；M-2#三通的进口；N-2#三通的1#出口；H-2#三通的2#出口。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图2，本实施例中以空压机余热为热源的闭式热水供应系统包括给水管网1、1#倒流防止器2、1#电磁阀3、承压热水箱4、安全阀5、1#温度传感器6、1#电接压力表7、电磁液位计8、内循环泵9、2#温度传感器10、热水表11、辅助加热器12、热水角阀13、2#倒流防止器14、2#电接压力表15、冷水表16、冷水角阀17、外循环泵18、空压机换热模块19、空压机20、用气设备21、2#电磁阀22、PLC控制柜23、1#三通24、2#三通25、混水龙头26和3#电磁阀27，承压热水箱4设置有冷水补水口a、外循环进水口b、外循环出水口c、内循环进水口d、内循环出水口e、进气口f、泄压口g和排气口h，1#三通24设置有进口X、1#出口Y和2#出口K，2#三通25设置有进口M、1#出口N和2#出口H。

给水管网1、1#倒流防止器2、1#电磁阀3和承压热水箱4的冷水补水口a通过管道沿承压热水箱4的冷水补水水流方向依次连接，组成热水箱冷水补水系统。

给水管网1、2#倒流防止器14、2#电接压力表15、冷水表16、冷水角阀17和混水龙头26通过管路沿冷水角阀17的冷水水流方向依次连接，组成冷水供水系统。

内循环出水口e通过管路和2#三通25的进口M连接，2#三通25的1#出口N通过管路和热水表11连接，热水表11通过管路和辅助加热器12连接，辅助加热器12通过管路和热水角阀13连接，热水角阀13通过管路和混水龙头26连接，组成热水供水系统。

外循环出水口c、空压机换热模块19、外循环泵18和外循环进水口b通过管道沿外循环方向依次连接，组成外循环热水加热系统。

2#三通25的2#出口H通过管路和2#温度传感器10连接，2#温度传感器10通过管路和内循环泵9连接，内循环泵9通过管路和内循环进水口d连接，内循环出水口e、2#三通25的进口M、2#三通25的2#出口H、2#温度传感器10、内循环泵9和内循环进水口d沿内循环方向依次排列，组成内循环热水加热系统。

安全阀5连接在泄压口g上，3#电磁阀27连接在排气口h上，1#温度传感器6、1#电接压力表7和电磁液位计8均设置在承压热水箱4内。

空压机20通过管道和1#三通24的进口X连接，1#三通24的1#出口Y通过管道和2#电磁阀22连接，2#电磁阀22通过管道和进气口f连接，1#三通24的2#出口K通过管道和用气设备21连接；空压机20、1#三通24的进口X、1#三通24的1#出口Y、2#电磁阀22和进气口f沿压缩空气流动方向依次排列，1#三通24的2#出口K和用气设备21沿压缩空气流动方向依次排列，组成气路系统。

1#电磁阀3、1#温度传感器6、1#电接压力表7、内循环泵9、2#温度传感器10、辅助加热器12、2#电接压力表15、外循环泵18、2#电磁阀22和3#电磁阀27均通过电线与PLC控制柜23连接，组成自动控制系统。

通常情况下，本实施例中的1#倒流防止器2与2#倒流防止器14的规格相同；辅助加热器12自带温度显示装置；辅助加热器12采用电加热结构或燃气机组加热结构；热水表11与冷水表16除运行介质环境不同外，其余参数规格相同。

本实施例中以空压机余热为热源的闭式热水供应系统的运行方法包括首次运行方法与常规控制方法，该运行方法中所用的各参数意义如下：

P1：1#电接压力表7的显示读数，单位KPa；

P2：2#电接压力表15的显示读数，单位KPa；

T1：1#温度传感器6的显示读数，单位℃。

T2：2#温度传感器10的显示读数，单位℃；

T3：辅助加热器12的温度显示读数，单位℃；

H1：电磁液位计8的显示读数，单位m；

H：承压热水箱4的有效液位高度，单位m；

t1：执行策略（Ⅴ）后，外循环泵18的运行时间；

t2：执行策略（VI）后，辅助加热器12的运行时间。

首次运行方法的步骤依次如下：

步骤（一）、开启1#电磁阀3，当H1=H时，关闭1#电磁阀3。

步骤（二）、执行决策树。

步骤（三）、重复步骤（二）。

常规控制方法的步骤如下：

步骤（一）、执行决策树。

步骤（二）、重复步骤（一）。

决策树包括条件（A）至条件（G）和策略（Ⅰ）至策略（），具体内容如下。

条件（A）：H1≥0.25H。

条件（B）：∣P1-P2∣≤10。

条件（C）：T1≥48。

条件（D）：P2-P1＞10。

条件（E）：T2≥42。

条件（F）：T3≥45。

条件（G）：空压机是否工作。

策略（Ⅰ）：定期收集各传感器信号。

策略（Ⅱ）：自动开启1#电磁阀3。

策略（Ⅲ）：自动开启2#电磁阀22。

策略（Ⅳ）：自动开启3#电磁阀27。

策略（Ⅴ）：自动开启外循环泵18，并运行时间t1。

策略（）：开启辅助加热器12，并运行时间t2。

策略（）：自动开启内循环泵9。

策略（Ⅱ）在满足条件（A）后自动停止运行，策略（Ⅲ）和策略（Ⅳ）在满足条件（B）后自动停止运行，策略（Ⅴ）在满足条件（C）后自动停止运行，策略（）在满足条件（F）后自动停止运行，策略（）在满足条件（E）后自动停止运行。

决策树的实施周期包含以下步骤。

（一）、执行策略（Ⅰ），判断条件（A），当条件（A）不成立时，先执行策略（Ⅱ），后返回条件（A）的判断；当条件（A）成立时，判断条件（B）。

（二）、当条件（B）成立时，判断条件（C）；当条件（B）不成立时，判断条件（D）。

（三）、当条件（C）成立时，判断条件（E）；当条件（C）不成立时，判断条件（G）。

（四）、当条件（D）成立时，先执行策略（Ⅲ），后返回条件（B）的判断；当条件（D）不成立时，先执行策略（Ⅳ），后返回条件（B）的判断。

（五）、当条件（G）成立时，先执行策略（Ⅴ），后再次执行条件（C）的判断：当条件（C）成立时，判断条件（E）；当条件（C）再次不成立时，先执行策略（），后判断条件（F）；当条件（G）不成立时，先执行策略（），后判断条件（F）。

（六）、当条件（E）成立时，返回执行步骤（一）；当条件（E）不成立时，先执行策略（），后返回条件（E）的判断。

（七）、当条件（F）成立时，判断条件（E）；当条件（F）不成立时，先执行策略（），后返回条件（F）的判断。

（八）、重复顺序实施上述步骤（一）至步骤（七）。

步骤（一）至步骤（七）按先后顺序实施，步骤（三）和步骤（四）无先后顺序，步骤（五）和步骤（六）无先后顺序。

本实施例中以空压机余热为热源的闭式热水供应系统针对工业厂区空压机余热利用的现状，将空压机工作系统部分引入热水供应系统，以空压机20运行产生的余热作为热源，利用外部的给水管网1自身压力，建立一套强化参数控制，以液位、压力和温度为参数，逐一控制，实现高效、经济、简单的热水供应。采用本实施例中以空压机余热为热源的闭式热水供应系统为某工厂（规模为2班/d，80人/班）提供淋浴热水，采用2台空压机组（75kw/台），正常运行后，每小时热水供应量可达2t（供应热水和冷水温度分别以60℃和10℃计），热能利用效率显著。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种以空压机余热为热源的闭式热水供应系统，其特征在于：包括给水管网（1）、1#倒流防止器（2）、1#电磁阀（3）、承压热水箱（4）、安全阀（5）、1#温度传感器（6）、1#电接压力表（7）、电磁液位计（8）、内循环泵（9）、2#温度传感器（10）、热水表（11）、辅助加热器（12）、热水角阀（13）、2#倒流防止器（14）、2#电接压力表（15）、冷水表（16）、冷水角阀（17）、外循环泵（18）、空压机换热模块（19）、空压机（20）、用气设备（21）、2#电磁阀（22）、PLC控制柜（23）、1#三通（24）、2#三通（25）、混水龙头（26）和3#电磁阀（27），所述承压热水箱（4）设置有冷水补水口（a）、外循环进水口（b）、外循环出水口（c）、内循环进水口（d）、内循环出水口（e）、进气口（f）、泄压口（g）和排气口（h），所述1#三通（24）设置有进口（X）、1#出口（Y）和2#出口（K），所述2#三通（25）设置有进口（M）、1#出口（N）和2#出口（H）；

所述给水管网（1）、1#倒流防止器（2）、1#电磁阀（3）和承压热水箱（4）的冷水补水口（a）通过管道沿承压热水箱（4）的冷水补水水流方向依次连接，组成热水箱冷水补水系统；

所述给水管网（1）、2#倒流防止器（14）、2#电接压力表（15）、冷水表（16）、冷水角阀（17）和混水龙头（26）通过管路沿冷水角阀（17）的冷水水流方向依次连接，组成冷水供水系统；

所述内循环出水口（e）通过管路和2#三通（25）的进口（M）连接，所述2#三通（25）的1#出口（N）通过管路和热水表（11）连接，所述热水表（11）通过管路和辅助加热器（12）连接，所述辅助加热器（12）通过管路和热水角阀（13）连接，所述热水角阀（13）通过管路和混水龙头（26）连接，组成热水供水系统；

所述外循环出水口（c）、空压机换热模块（19）、外循环泵（18）和外循环进水口（b）通过管道沿外循环方向依次连接，组成外循环热水加热系统；

所述2#三通（25）的2#出口（H）通过管路和2#温度传感器（10）连接，所述2#温度传感器（10）通过管路和内循环泵（9）连接，所述内循环泵（9）通过管路和内循环进水口（d）连接，所述内循环出水口（e）、2#三通（25）的进口（M）、2#三通（25）的2#出口（H）、2#温度传感器（10）、内循环泵（9）和内循环进水口（d）沿内循环方向依次排列，组成内循环热水加热系统；

所述安全阀（5）连接在泄压口（g）上，所述3#电磁阀（27）连接在排气口（h）上，所述1#温度传感器（6）、1#电接压力表（7）和电磁液位计（8）均设置在承压热水箱（4）内；

所述空压机（20）通过管道和1#三通（24）的进口（X）连接，所述1#三通（24）的1#出口（Y）通过管道和2#电磁阀（22）连接，所述2#电磁阀（22）通过管道和进气口（f）连接，所述1#三通（24）的2#出口（K）通过管道和用气设备（21）连接；所述空压机（20）、1#三通（24）的进口（X）、1#三通（24）的1#出口（Y）、2#电磁阀（22）和进气口（f）沿压缩空气流动方向依次排列，所述1#三通（24）的2#出口（K）和用气设备（21）沿压缩空气流动方向依次排列，组成气路系统；

所述1#电磁阀（3）、1#温度传感器（6）、1#电接压力表（7）、内循环泵（9）、2#温度传感器（10）、辅助加热器（12）、2#电接压力表（15）、外循环泵（18）、2#电磁阀（22）和3#电磁阀（27）均通过电线与PLC控制柜（23）连接，组成自动控制系统。

2.根据权利要求1所述的以空压机余热为热源的闭式热水供应系统，其特征在于：所述1#倒流防止器（2）与2#倒流防止器（14）的规格相同。

3.根据权利要求1所述的以空压机余热为热源的闭式热水供应系统，其特征在于：所述辅助加热器（12）自带温度显示装置。

4.根据权利要求1所述的以空压机余热为热源的闭式热水供应系统，其特征在于：所述辅助加热器（12）采用电加热结构或燃气机组加热结构。

5.根据权利要求1所述的以空压机余热为热源的闭式热水供应系统，其特征在于：所述热水表（11）与冷水表（16）的规格相同。