高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統的製作方法

2023-10-10 00:07:54

專利名稱：：高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及廢水熱回收技術，特別涉及廢水熱回收的熱泵運行系統，具體地說是一種高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統。
背景技術：
：我國人口眾多，工業發展速度迅猛，民用洗浴廢熱水和工業生產廢熱水的排放量相當可觀。據不完全統計，僅大專院校每年在校大學生洗浴排放的廢熱水就高達9443萬噸；工廠排放的廢熱水量就更大，一些大型工廠，例如印染、化工、塑料、食品等行業排放的廢水溫度一般都在7(TC以上，高溫廢熱水的排放量日均可超過萬噸，可見我國的廢熱水資源是極其豐富的。面臨國內外高度強調節能、充分利用資源的能源政策的大環境下，近些年來，廢熱水回收技術也備受人們的關注。目前，廢熱水的回收設施主要有熱交換器、熱水源熱泵等。實踐證明，熱交換器的熱回收率較低、熱能回收不完全，而且回收的熱能是隨著自來水溫的變化時高時低地不穩定。而熱水源熱泵也只適用於低溫廢熱水的熱能回收，適用範圍較窄。現在還有一種尚處於實驗階段的、帶有熱交換器的熱水源熱泵設施，從實驗情況來看，這種熱能單路輸入，單路輸出的設施具有低溫廢熱水的熱回收率高、運行費用低、投入產出比高、對低溫廢熱水回收運行系統穩定等優點。但存在的明顯缺陷是不能對高溫廢熱水(7(TC以上)進行熱能回收。原因是進入這種設施的高溫廢熱水在流量正常狀態下，經熱交換器換熱後，自來水的溫度可升至6(TC，而60'C熱水再進入熱水源熱泵冷凝器後，熱泵將因過熱保護而停機；而若要避免過熱保護，只有人為調節，減少廢熱水進入熱交換器的流量。如要交換等量高溫7(TC廢熱水，則勢必需要將熱交換器的交換面積增加一倍左右，換熱後的水溫才能降至可以進入熱泵冷凝器最大允許溫度45。C上下，而熱泵的功率也要相應增加，設備投入和運行費用都將大幅度增加，故上述技術至今未能推向市場。導致目前高溫廢熱水僅作粗放式回收，回收未盡的熱能大量被排放，造成熱資源的浪費。另外，企業生產過程中，間斷性地排放高溫或低溫廢熱水是常有的事，如印染染色排放熱廢水溫度可高達7(TC以上、而漂洗排放廢水溫度卻不足40°C。現有技術不能採用一套熱泵系統兼顧回收高溫低溫廢熱水的熱能。
發明內容本發明提出了一種高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統，該系統設置高低溫廢水單路輸入，熱能雙路輸出的熱回收路徑，目的在於解決當前熱能的單路輸入系統不能對高溫廢水進行熱能回收的問題，以實現一套系統對所排放的高、低溫廢水均可進行有效的熱回收。本發明的技術解決方案-本發明所述的高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統，包括由熱交換器、熱水源熱泵組成的、溫度低於55"C的低溫廢水熱回收熱泵系統和系統的自動控制裝置，它還包括溫度高於7(TC的高溫廢水熱回收熱泵系統。所述的高溫廢熱水的熱能回收設置為廢熱水單路輸入、熱能雙路輸出。廢熱水單路輸入的路徑為高溫廢水進入熱交換器的換熱管的內壁，與進入熱交換器外壁的常溫下的自來水進行熱交換，降溫後的廢熱水再至熱水源熱泵的蒸發器，在蒸發器換熱銅管內與低溫製冷劑進行熱交換，廢熱水釋放熱量，再次降溫後被排放。其熱能雙路輸出路徑，一路為從熱交換器換熱銅管內所回收的、以自來水為載體的熱能輸出至儲熱水箱；另一路為從自熱水源熱泵的冷凝器的換熱銅內管所回收的、以自來水為載體的熱能輸出至儲熱水箱。本發明的進一步技術解決方案是所述的高溫廢水熱回收熱泵系統，在進入熱交換器前的廢水熱管道上設置第一溫度傳感器；在與熱交換器熱能輸出口連接的第一熱水管道上，設置有第一調節閥、第二溫度傳感器；在與儲熱水箱連接的第二熱水管道上設置有第二調節閥；在與熱泵冷凝器連接的低溫熱水管道上設置有第三調節閥。在廢熱水池內設有水位傳感器，在廢熱水池至熱交換器的廢熱水管道上，設置有過濾裝置、副壓罐、自吸泵。在儲熱水箱內設有水位及溫度傳感裝置。系統的自動控制裝置由上述水位傳感器、溫度傳感器發出的信號對各調節閥進行調節控制。本發明的有益效果(一)本發明系統的廢熱水單路輸入、熱能雙路輸出的高溫廢熱水的熱能回收從根本上解決了現有技術所沒有解決的高溫廢熱水熱能充分回收利用的難題，且僅用一套裝備系統，便可對排放溫度低於100度以下的高、低溫廢水進行熱能回收，系統均可正常運行；(二)本發明的廢熱水單路輸入、熱能雙路輸出的熱回收系統，在進行高溫廢熱水回收時、比現有廢熱水單路輸入、熱能單路輸出的其它熱回收技術的回收率、熱回收效率均高出40%以上。(三)本發明新建廢熱水單路輸入，熱能雙路輸出的熱回收系統，在回收等量高溫廢熱水，獲得等量熱能時，其設備投入僅是熱能單路輸出設備的60%左右；系統運行費用卻下降40%左右，具有結構合理，高效節能，投入產出比高，運行費用低，經濟效益明顯的優點。(四)本發明對現有的單路輸入、單路輸出的熱回收設施，幾乎不需要另增加多少投入，稍加簡單改造即可用於高溫廢熱水熱能回收，達到單路輸入、雙路輸出，有益於推廣應用，可獲得良好環境效益。附圖為本發明系統的結構示意圖。具體實施方式如圖所示本發明的廢熱水單路輸入路徑是，廢熱水從廢水收集池1中經過濾裝置11、負壓罐12,通過自吸水泵13送至熱交換器2，廢熱水從熱交換器廢水進口21進入，因廢熱水在熱交換器內壁與冷態自來水所在的換熱銅管外壁存在溫差，廢熱水放出熱量，從而實現了熱能的第一次輸入，降溫後的廢熱水從熱交換器出口22出來，通過廢水管道13進入到熱水源熱泵3的蒸發器31廢水進口，在蒸發器換熱銅管內與管壁外的低溫製冷劑進行熱交換，從而實現了熱能第二次輸入，兩次降溫後的廢水從蒸發器31廢水出水口排出。由此廢熱水在熱能回收系統中完成了熱能單路輸入全過程。又如圖所示當本發明所收集的廢熱水溫度由第一測溫傳感器61測得高於55'C時，熱能回收雙路輸出路徑是，所述熱能回收雙路輸出路徑，一路是常溫自來水通過總冷水管道4及三通接頭41從第一冷水管42進入熱交換器2，通過熱交換器內廢熱水與冷態自來水所在的換熱銅管外壁的溫差進行熱交換，升溫後的自來水經過流量第一調節閥51和電磁閥52進入第一熱水管道71，當第二溫度傳感器62測得升溫後的自來水溫度達到或者超過設定溫度時(通常設定45"C)，升溫後的自來水從第二調節閥53開啟的左位閥芯通道，進入第二熱水管道72，同時第二調節閥53關閉通往第三調節閥54的閥門，使升溫後的自來水由第二熱水管道72輸出至儲熱水箱8備用。與此同時，第二路熱能輸出與第一路的同步進行，第二路的熱能輸出路徑是常溫自來水通過總冷水管道4及三通接頭41進入第二冷水管道43，從第三調節閥右位閥晶片通道，進入低溫熱水管道74，從冷凝器32進水口進入，在冷凝器內，常溫自來水進入冷凝器的換熱銅管內壁，與換熱銅管外壁的高溫高壓製冷劑氣體進行熱交換，吸熱升溫後的自來水，從冷凝器32的出水口，進入熱水管道73輸入儲熱水箱8備用。當本發明所收集的廢熱水溫度由第一測溫傳感器61測得低於55'C時，系統此時運行狀態表現為熱能單路輸入，單路輸出。其熱能單路輸出路徑是常溫自來水通過總冷水管道4及三通接頭41從第一冷水管42進入熱交換器2內，通過換熱銅管內壁廢熱水與換熱銅管外壁的自來水的溫差進行熱交換，升溫後的自來水經過流量第一調節閥51和電磁閥52進入第一熱水管道71，當第二溫度傳感器62測得升溫後的自來水溫度低於45'C時，升溫後的自來水則經第二調節閥53開啟的右位閥芯通道和第三調節閥54開啟的左位閥芯通道進入通向冷凝器的低溫熱水管道74，從冷凝器32進水口進入冷凝器進行二次加溫，溫度升高的熱水從熱水源熱泵冷凝器出口輸出至儲熱水箱8備用。所述的儲熱水箱，除有兩個熱水進水口外，還有一個以上熱水出口通至供熱水管道82。由上可見當廢熱水溫度高於55'C，自來水經過熱交換器後溫升至45'C以上，熱能為雙路輸出；當廢熱水溫度低於55'C，自來水經過熱交換器後溫至45r以下，熱能為單路輸出；當廢熱水有時高於55t:或有時低於55'C，經過熱交換器後的自來水由第二溫度傳感器62測得溫度至45。C或45X:以上，熱能作雙路輸出；測得溫度至低於45t:時，則系統自動切換為熱能單路輸出。本系統可以根據溫度傳感器的測溫情況，實現雙路輸出與單路輸出相互自動切換。本發明的系統設置有信號採集與自動控制裝置。該裝置可採集包括設置在廢水收集池1的水位計14、設置在儲水箱中的水位計81，和設置在輸入或輸出路徑管道上的多個測溫傳感器和多個調節閥的信號。所採集信號與自動控制裝置實現對系統下達工作與待機命令，以及對熱能輸出的載體——自來水的流量、溫度和單路和雙路熱能輸出系統之間的相互切換進行控制。(1)、系統工作與待機命令當廢水收集池1中的水位處於高水位、儲熱水箱中的水位在非高水位時，控制系統通過水位計採集的信號而下達機組系統啟動的指令，機組開始工作。當廢水收集池1中的水處於低水位或者儲熱水箱中的水位處於高水位時，只要滿足其中一個條件，自動控制系統通過採集的水位信號即下達機組停機的命令，機組系統處於待機狀態。(2)、對於熱能輸出系統的自動控制(1)機組壓縮機100啟動2分鐘後自動控制系統通過第一溫度傳感器61測得的廢熱水溫度或根據使用者的實際需求，下達調節閥開、關和調節流量大小的指令，溫度傳感器61測得的溫度愈高，流量第一調節閥51開啟的程度就愈大。(2)機組壓縮機33啟動前十秒左右，自吸水泵12與第一調節閥51和電磁閥52開啟，製冷壓縮機的啟動1分鐘後，當第二溫度傳感器62測得從熱交換器流出的升溫後的自來水溫度高於或等於45t:時，自動控制系統下達打開第二調節閥53左位閥芯通道的指令，熱水從第二調節閥53左位閥芯通道輸出至儲熱水箱8備用。與此同時，自動控制系統還同步下達打開第三調節閥54右位閥芯通道，常溫自來水從第三調節閥54右位閥芯通道進入熱水源熱泵冷凝器32，在冷凝器8內，通過換熱銅管外壁的高溫高壓製冷劑氣體對已進入管內自來水加熱。加熱後的熱水輸出至儲熱水箱8備用。當壓縮機啟動l分鐘後，溫度傳感器62測得的升溫後的自來水溫度小於45"C時，自動控制系統下達打開第二調節閥53右位閥芯通道和第三調節閥54左位閥芯通道的指令，溫度不足45。C的熱水進入熱水源熱泵的冷凝器32進水口，在冷凝器內通過換熱銅管外壁的高溫高壓製冷劑氣體對內管已升溫的自來水進行再加熱，加熱後，升溫後自來水從第四熱水管道73再輸入儲熱水箱8備用。另外機組系統有高溫、高壓保護，壓縮機停機後有3分鐘的延時保護等。此外，在準備實施期間，申請人於冬夏兩季各取一日，在不公開本
發明內容的特定場所，將螺旋套管式熱交換器，帶熱交換器熱泵熱能單輸入、單輸出回收系統，與本發明雙路熱回收熱泵系統，在相同檢測條件下，進行運行實例以下給出上述三者所得檢測結果的相關指標一覽表-tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11由表可見:兩組實例檢測、三種熱回收設施的廢熱水排放溫度、廢水進設備的壓力、初始自來水溫度、設備輸入功率、自吸泵輸入功率等檢測條件基本相同的情況下，本發明熱回收後的廢水溫度卻大幅降低，夏季為28.8。C、冬季為25.6'C;比另外兩種熱回收設備，回收後廢水溫度低31%以上(以均值計)熱能回收量高出53°/。以上、熱能回收率遠遠高出35個百分點。儘管設備系統造價螺旋套管式比熱交換器高出30%，也略高出帶熱交換器熱泵熱能單輸入、單輸出回收系統，但投資回收期僅156-165天，又低於其它兩種熱回收設施。尤其本發明運行穩定，不管是冬季還是夏季都具有很高的熱回收效率。綜上，本發明達到了預期的發明目的。權利要求1、高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統，包括由熱交換器、熱水源熱泵組成的低溫廢水熱回收熱泵系統和系統的自動控制裝置，其特徵在於；它還包括高溫廢水熱回收熱泵系統，所述高溫廢熱水的熱能回收設置為單路輸入、雙路輸出，單路輸入的路徑為高溫廢水進入熱交換器與常溫下的自來水進行熱交換，降溫後的廢熱水再至熱水源熱泵的蒸發器與低溫製冷劑進行熱交換，再降溫後排出；其雙路輸出路徑的一路為，常溫自來水與廢熱水進行熱交換，升溫後的自來水將熱能輸出至儲熱水箱或送至供熱水管道；雙路輸出路徑另一路為進入熱水源熱泵冷凝器的常溫自來水，與製冷劑氣體進行熱交換，升溫的自來水將熱能輸出至儲熱水箱或送至供熱水管道。2、根據權利要求1所述的高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統，其特徵在於所述的高溫廢水熱回收熱泵系統是在與熱交換器熱能輸出口連接的第一熱水管道上設置有第一調節閥和第二溫度傳感器；在與儲熱水箱連接的第二熱水管道上設置有第二調節閥；在與熱泵冷凝器連接的第三低溫熱水管道上設置有第三調節閥；調節閥之間由自動控制裝置調節控制相通流量。3、根據權利要求1或2所述的高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統，其特徵在於所述熱能回收雙路輸出路徑的一路是常溫自來水通過總冷水管道及三通接頭從第一冷水管進入熱交換器，升溫後的自來水經過流量第一調節閥和電磁閥進入自來水第一熱水管道，當自來水溫度達到或者超過某設定溫度時，第二調節閥開啟左位閥芯通道，進入第二熱水管道，同時第二調節閥關閉通往第三調節閥的閥門，升溫後的自來水由第二熱水管道輸出至儲熱水箱；另一路是常溫自來水通過管道及三通接頭進入換熱器1，吸熱升溫後的自來水經過流量第一調節閥和電磁閥52進入自來水第一熱水管道，其中當第一熱水管道的水溫度低於某設定溫度時，則經第二調節閥開啟右位閥芯通道和第三調節閥開啟的左位閥芯通道進入通向冷凝器的管道，進入冷凝器進行二次加溫，溫度升高的熱水從熱水源熱泵冷凝器出口輸出至儲熱水箱；當第一熱水管道的水溫度到達或者大於設定溫度時，則第一熱水管道的水經過第二調節閥至第二熱水管道直接輸出至儲水箱；而與此同步，冷態自來水從總冷水管道及三通接頭，通過開啟第三調節閥的左位閥芯通道，自來水由第二冷水管道經第三低溫熱水管道，進入熱水源熱泵冷凝器進水加熱，溫度升高的熱水從冷凝器出口由第四熱水管道輸出至儲水箱。4、根據權利要求2所述的高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統，其特徵在於所述的第一熱水管道上還設置有第二溫度傳感器。5、根據權利要求1所述的高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統，其特徵在於-所述高溫廢水進入熱交換器的管道上設置有第一溫度傳感器。6、根據權利要求5所述的高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統，其特徵在於所述高溫廢水流出熱交換器的管道上設置有第三溫度傳感器。7、根據權利要求1、所述的高低溫廢熱水雙路熱回收熱泵系統，其特徵在於所述的儲熱水箱，除有兩個熱水進水口外，還有一個以上熱水出水口。8、根據權利要求7所述的高低溫廢熱水雙路熱回收熱泵系統，其特徵在於所述的儲熱水箱內，還設有水位傳感器和水溫傳感器。全文摘要本發明涉及一種高低溫廢水雙路熱回收熱泵系統。該系統的高溫廢水熱回收設計為廢熱水單路輸入、熱能雙路輸出。通過運行調節，其中，熱能雙路輸出路徑的一路為，自來水從熱交換器與廢熱水進行熱交換，升溫後自來水，將回收的熱能輸出至儲熱水箱；同時，另一路通過系統自動控制，加入部分自來水進入熱水源熱泵的冷凝器，與製冷劑氣體進行熱交換，將回收的熱能輸出至儲熱水箱。本發明從根本上解決了高溫廢熱水熱不能充分回收利用的難題，僅一套系統裝備對排放的高、低溫廢水均可進行熱能回收，熱泵不會發生過熱保護，保持系統正常運行，適用範圍廣；且熱回收後的廢水溫度大幅降低，本發明其熱能回收量、回收率比其它熱回收方式高出40％以上；具有高效節能，投入產出比高，運行費用低，經濟效益明顯等優點。文檔編號F24H4/04GK101520257SQ20091003009公開日2009年9月2日申請日期2009年3月31日優先權日2009年3月31日發明者亞劉,張太標,卉朱,朱加年,朱延文申請人:淮安恆信水務科技有限公司