CN214581409U - 一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统，将水‑水换热器、两个蒸发器、两个冷凝器呈三层垂直放置，且水‑水换热器、蒸发器、冷凝器等部件设计在一个不锈钢外壳内，大大缩小了设备的整体占地面积，方便运输，缩短了各部件之间连接的铜管长度，降低了热损，且蒸发温度、冷凝温度的温差更接近，热水系统工况更稳定，系统COP更高。
Description
技术领域
本实用新型属于废热水热量回收与循环利用领域，具体涉及一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统。
背景技术
2020年我国能源消费总量49.8亿吨标准煤，比上年增长2.2%。其中，建筑能耗占我国总能耗的20%左右，热水供应占建筑能耗的15%左右；热水基本用于居民的洗浴，洗浴过程是热能需求和热能浪费同时并存。洗浴热水温度一般为40℃～45℃，经洗浴后的废热水一般在32℃～35℃，洗浴过程只消耗了约10℃左右的热能，但加热洗澡水却需要让自来水温升30℃～41℃，直接排放洗浴废水则浪费了2/3～3/4的能量。
因此，本领域的研究人员使用热泵技术对废热水进行回收，该技术在循环工作过程中没有额外的废水、废气等污染物排放，其性能评价指标COP通常大于1，较传统用能方式节约一次能源，是一种合理高效的节能技术。
目前，国内的江苏辛普森新能源有限公司、郑州精诚热力节能服务有限公司，研发了基于热泵技术的回收废水余热的热泵系统，通过换热器对自来水与洗浴废水进行一级换热，再通过水源热泵，二次换热，进一步加热自来水至43℃左右。国内的江苏恒信诺金科技股份有限公司所研制的水源热泵废热梯级利用热水机采用前置水-水换热器和一级蒸发器、二级蒸发器对洗浴废水进行三级热能梯级回收，自来水温度梯级上升，废水温度梯级下降，是目前国内最节能最省钱的制热水系统。但它是由一套水-水换热器、一级水源热泵、二级水源热泵三台设备串联而成，三台设备在地面沿水平方向前后布置，通过水管相连而工作，设备占地大，且第二级水源热泵的废水进水温度低、清水出水温度高，导致蒸发温度、冷凝温度的温差非常大，热泵处于较为不利工况下工作。
实用新型内容
为解决以上技术问题，本实用新型提出一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统，将水-水换热器、两个蒸发器、两个冷凝器呈三层垂直放置，且水-水换热器、蒸发器、冷凝器等部件设计在一个不锈钢外壳内，大大缩小了设备的整体占地面积，方便运输，缩短了各部件之间连接的铜管长度，降低了热损，且蒸发温度、冷凝温度的温差更接近，热水系统工况更稳定，系统COP更高。
本实用新型所提供的技术方案如下：
一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统，由下至上依次设置有水-水换热器、蒸发器Ⅰ以及冷凝器Ⅰ、蒸发器Ⅱ以及冷凝器Ⅱ，蒸发器Ⅰ与蒸发器Ⅱ串联，冷凝器Ⅰ与冷凝器Ⅱ串联，水-水换热器设置有废热水入口、废热水出口、清水入口和清水出口，废热水出口与蒸发器Ⅱ连接，清水出口与冷凝器Ⅰ连接，蒸发器Ⅰ上设有废水排放口，冷凝器Ⅱ上设有洁净热水出口；还设有压缩机Ⅰ、压缩机Ⅱ、气液分离器Ⅰ、气液分离器Ⅱ、节流阀Ⅰ、节流阀Ⅱ、储液罐Ⅰ、储液罐Ⅱ，压缩机Ⅰ、冷凝器Ⅰ、储液罐Ⅰ、节流阀Ⅰ、蒸发器Ⅰ、气液分离器Ⅰ按顺序形成一个制冷回路系统；压缩机Ⅱ、冷凝器Ⅱ、储液罐Ⅱ、节流阀Ⅱ、蒸发器Ⅱ、气液分离器Ⅱ按顺序形成一个制冷回路系统。
优选地，还包括干燥过滤器Ⅰ和干燥过滤器Ⅱ，干燥过滤器Ⅰ设置在节流阀Ⅰ和储液罐Ⅰ之间；干燥过滤器Ⅱ设置在节流阀Ⅱ和储液罐Ⅱ之间。
优选地，还包括降噪装置Ⅰ和降噪装置Ⅱ，降噪装置Ⅰ设置在冷凝器Ⅰ和压缩机Ⅰ之间；降噪装置Ⅱ设置在冷凝器Ⅱ和压缩机Ⅱ之间。
与现有技术相比，本实用新型具有以下技术优势：
（1）本实用新型将水-水换热器、两个蒸发器、两个冷凝器呈三层垂直放置，且将水-水换热器、蒸发器、冷凝器等部件设计在一个不锈钢外壳内，大大缩小了设备的整体占地面积（最小为1m3），方便运输；同时缩短了各部件之间连接的铜管长度，尤其是压缩机至冷凝器的连接铜管长度，即使该部分的温度最高，但其热损最小。
（2）本实用新型中的蒸发器Ⅰ、蒸发器Ⅱ、冷凝器Ⅰ、冷凝器Ⅱ之间交叉设置，使得第1级水源热泵和第2级水源热泵的蒸发温度、冷凝温度的温差更接近，热水系统工况更稳定，系统COP更高，额定工况下可达6以上。
（3）本实用新型中的压缩机至蒸发器的连接铜管相对较长，易产生震动，在压缩机至蒸发器之间的铜管上安装降噪装置，改变了管道的固有频率，从而有效避免了共振发生，热水机运行稳定，废水中的废热得到了充分的回收。
附图说明
图1为本实用新型的主视图
图2为本实用新型的左视图
图3为本实用新型的俯视图
其中：1、水-水换热器 2、蒸发器Ⅰ 3、冷凝器Ⅰ 4、蒸发器Ⅱ 5、冷凝器Ⅱ 6、压缩机Ⅰ 7、压缩机Ⅱ 8、气液分离器Ⅰ 9、气液分离器Ⅱ 10、节流阀Ⅰ 11、节流阀Ⅱ 12、储液罐Ⅰ13、储液罐Ⅱ 14、干燥过滤器Ⅰ 15、干燥过滤器Ⅱ 16、降噪装置Ⅰ 17、降噪装置Ⅱ 18、清水入口 19、废热水入口 20、废热水排放口 21、洁净热水出口 22、外壳。
具体实施方式
现结合具体实施例和附图对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，本实用新型公开了一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统，由下至上依次设置有水-水换热器1、蒸发器Ⅰ2以及冷凝器Ⅰ3、蒸发器Ⅱ4以及冷凝器Ⅱ5，蒸发器Ⅰ2与蒸发器Ⅱ4串联形成蒸发器组，位于热水系统的一侧，冷凝器Ⅰ3与冷凝器Ⅱ5串联形成冷凝器组，位于热水系统的另一侧。还设有压缩机Ⅰ6、压缩机Ⅱ7、气液分离器Ⅰ8、气液分离器Ⅱ9、节流阀Ⅰ10、节流阀Ⅱ11、储液罐Ⅰ12、储液罐Ⅱ13，从图1的主视图来看，压缩机Ⅰ6、压缩机Ⅱ7、气液分离器Ⅰ8、气液分离器Ⅱ9设置在蒸发器组以及冷凝器组的后方，被遮挡未看出，不过从图2的左视图也清楚看到。另外，从图1和图2可看出，节流阀Ⅰ10和节流阀Ⅱ11设置在蒸发器组的上方，从图3可看出，储液罐Ⅰ12设置在冷凝器组的内部，储液罐Ⅱ13设置在蒸发器组的内部。压缩机Ⅰ6、冷凝器Ⅰ3、储液罐Ⅰ12、节流阀Ⅰ10、蒸发器Ⅰ2、气液分离器Ⅰ8按顺序形成一个制冷回路系统；压缩机Ⅱ7、冷凝器Ⅱ5、储液罐Ⅱ13、节流阀Ⅱ11、蒸发器Ⅱ4、气液分离器Ⅱ9按顺序形成一个制冷回路系统。
现有的制冷剂中，由于产品质量、运输等问题，当中可能会混入一些水分，因而会影响热水系统的热交换效率。因此，本实用新型分别在节流阀Ⅰ10和储液罐Ⅰ12之间设置了干燥过滤器Ⅰ；在节流阀Ⅱ11和储液罐Ⅱ13之间设置了干燥过滤器Ⅱ。
另外，在热水机运行过程中，压缩机的机械振动会传递至与其连接的管道。若压缩机的振动频率接近于管道的固有频率，便会引发管道发生共振，导致管道出现显著振动，噪声大，管件易产生机械性损伤，产品使用寿命下降。为此，本实用新型在冷凝器Ⅰ3和压缩机Ⅰ6之间设置了降噪装置Ⅰ16，在冷凝器Ⅱ5和压缩机Ⅱ7之间设置了降噪装置Ⅱ17，有效避免了共振发生，热水机运行稳定，废水中的废热得到了充分的回收。水-水换热器1、蒸发器Ⅰ2、冷凝器Ⅰ3、蒸发器Ⅱ4、冷凝器Ⅱ5等所有的部件，全部设计在一个不锈钢外壳22内，大大缩小了设备的整体占地面积。
在实际使用时，水-水换热器1的清水入口18与清水供应管道相连，废热水入口19与废水供应管道相连，清水出口接冷凝器Ⅰ3的清水进口，废水出口接蒸发器Ⅱ4的废水进口；冷凝器Ⅰ3的清水出口接冷凝器Ⅱ5的清水进口；蒸发器Ⅰ2的废水进口接蒸发器Ⅱ4的废水出口；冷凝器Ⅱ5的洁净热水出口21接热水箱，为用户供应热水，蒸发器Ⅰ2的废热水排放口20接废水排放管道。
废热水（43℃左右）和清水（13℃左右）在水-水换热器1内完成第一级热交换后，废水进入蒸发器组中，清水进入冷凝器组中，分别进行二级、三级热交换，最终，废水排放温度在5℃左右，清水温度在45℃左右。
本实用新型中的热水系统于2020年12月31日，通过合肥通用机电产品检测院有限公司检验，实测工况1：使用侧，进水温度10.25℃，出水温度44.8℃；热源侧，进水温度34.04℃，水流量1.46m3/h；制热性能系数（COP）6.89KW/KW。实测工况2：使用侧，进水温度14.83℃，出水温度55.13℃；热源侧，进水温度34.02℃，水流量2.1m3/h；制热性能系数（COP）5.72KW/KW。实测工况3：使用侧，进水温度15.03℃，出水温度60.13℃；热源侧，进水温度34.01℃，水流量1.93m3/h；制热性能系数（COP）4.95KW/KW。
Claims (3)
1.一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统，其特征在于：由下至上依次设置有水-水换热器、蒸发器Ⅰ以及冷凝器Ⅰ、蒸发器Ⅱ以及冷凝器Ⅱ，蒸发器Ⅰ与蒸发器Ⅱ串联，冷凝器Ⅰ与冷凝器Ⅱ串联，水-水换热器设置有废热水入口、废热水出口、清水入口和清水出口，废热水出口与蒸发器Ⅱ连接，清水出口与冷凝器Ⅰ连接，蒸发器Ⅰ上设有废水排放口，冷凝器Ⅱ上设有洁净热水出口；还设有压缩机Ⅰ、压缩机Ⅱ、气液分离器Ⅰ、气液分离器Ⅱ、节流阀Ⅰ、节流阀Ⅱ、储液罐Ⅰ、储液罐Ⅱ，压缩机Ⅰ、冷凝器Ⅰ、储液罐Ⅰ、节流阀Ⅰ、蒸发器Ⅰ、气液分离器Ⅰ按顺序形成一个制冷回路系统；压缩机Ⅱ、冷凝器Ⅱ、储液罐Ⅱ、节流阀Ⅱ、蒸发器Ⅱ、气液分离器Ⅱ按顺序形成一个制冷回路系统。
2.根据权利要求1所述的一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统，其特征在于：还包括干燥过滤器Ⅰ和干燥过滤器Ⅱ，干燥过滤器Ⅰ设置在节流阀Ⅰ和储液罐Ⅰ之间；干燥过滤器Ⅱ设置在节流阀Ⅱ和储液罐Ⅱ之间。
3.根据权利要求1所述的一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统，其特征在于：还包括降噪装置Ⅰ和降噪装置Ⅱ，降噪装置Ⅰ设置在冷凝器Ⅰ和压缩机Ⅰ之间；降噪装置Ⅱ设置在冷凝器Ⅱ和压缩机Ⅱ之间。
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