一种基于水源热泵机组的余热利用系统装置的制作方法

1.本实用新型属于余热利用技术领域，涉及一种基于水源热泵机组的余热利用系统装置。


背景技术：

2.余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％-67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。玻璃、冶金、冶炼、石化、建材、陶瓷、轻纺等行业中具有280℃以上烟气的余热回收。即只要是排烟温度高于280℃的工业锅炉、流化床锅炉、导热油炉、冶炼炉、冶金炉、高炉热风炉、加热炉，以及化肥厂、造纸厂都可应用。
3.余热回收利用是提高经济性、节约燃料的一条重要途径。火电厂的生产过程中存在各种余热。譬如，锅炉排污热量、除氧器排气及汽封排汽等余热。这类余热属于携带工质的分热，通常在回收利用热量的同时。还将回收部分工质：另一类余热，它们只有热量可以利用，不存在工质的回收，譬如，发电机损失的热量、冷油器带走的热量以及锅炉排烟的余热等。这类余热属于纯热量回收利用。余热的可利用性和价值决定于它的产量和质量两个方面。余热的数量是指余热量的大小，余热的质量是指余热的品位高低，可以用它的温度、压力以及携带热量的介质进行表征。余热品位愈高，数量越大它的可利用性和价值也就愈大。余热的可利用性和价值不等于余热利用的效果。前者是指余热本身的品质和性质，它仅表示余热具有的可用性，但并不表示余热利用的有效性。后者不全由余热本身品质所决定，还决定于余热利用的场所、环境以及利用的方法,即决定于使用余热的对象和条件。譬如，余热作为热量利用就比作为功能利用的效果好。因为，热变功要付出冷源损失的代价。火电厂热系统由于存在各种能级，因而为选择余热利用的场所提供了较大的自由度。
4.热电厂余热利用技术已得到了广泛的利用，通过回收利用热电厂余热，可有效地降低电力企业生产能耗，提高电厂能源综合利用水平。随着热泵技术的日趋成熟和快速发展，其较多应用于我国北方地区，热电厂排出大量的蒸汽，蒸汽驱动水源热泵机组回收热电厂余热，将回收的余热用于供暖。但是，在我国南方地区，由于因气候条件影响，南方地区供热需求少、供冷需求大，但是由于南方地区热电厂大多没有富裕的蒸汽提供驱动热泵机组，因此，热泵技术未能在南方区域得到有效利用。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于水源热泵机组的余热利用系统装置，本实用新型利用水源热泵技术原理，将上游供水单元产生的剩余热量和低质能源进行回收，从而使低质能源温水变成高质能源热水，可直接用于企业的工业用水和工业锅炉用水，也可用于企业及住宅的采暖和洗浴系统，大大节约能源的同时减少二
氧化硫和温室气体的排放。
6.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.第一方面，本实用新型提供了一种基于水源热泵机组的余热利用系统装置，所述余热利用系统装置包括依次连接的上游供水单元、换热单元、水源热泵机组和下游用水单元；
8.所述换热单元的内部具有第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道内通入换热介质，所述上游供水单元接入所述第二换热通道的入口端，所述上游供水单元向所述第二换热通道内通入高温废水，所述换热介质和所述高温废水在所述换热单元内换热；
9.所述水源热泵机组包括蒸发器、压缩机和冷凝器，所述蒸发器内具有独立的第一制冷剂流道和高温废水流道，所述冷凝器内具有独立的第二制冷剂流道和换热介质流道，所述第一制冷剂流道、所述压缩机和所述第二制冷剂流道沿制冷剂流向循环连接，所述高温废水流道的入口端接入所述第二换热通道的出口端，所述高温废水流道的出口端接入所述上游供水单元，所述制冷剂在所述蒸发器内与所述高温废水换热升温后经压缩机送入所述冷凝器；
10.所述第一换热通道的出口端接入所述换热介质流道的入口端，所述换热介质流道的出口端接入所述下游用水单元，换热介质在所述冷凝器中与制冷剂换热升温后送入下游用水单元。
11.本实用新型利用水源热泵技术原理，将上游供水单元产生的剩余热量和低质能源进行回收，从而使低质能源温水变成高质能源热水，可直接用于企业的工业用水和工业锅炉用水，也可用于企业及住宅的采暖和洗浴系统，大大节约能源的同时减少二氧化硫和温室气体的排放。由于冷凝器的换热介质的进口温度降低，可以最大限度地促使换热介质在冷凝器中进行热交换的热量全部回收再利用，实现节能减排，降低温室效应，为减缓全球气候变暖做出贡献。此外，通过换热单元和水源热泵机组可以实现梯级回收利用废水余热和梯级加热换热介质，并增加可再生清洁能源太阳能的利用率，大幅的降低一次能源的消耗。
12.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一换热通道的入口端外接进液管路，所述进液管路上设置有流量调节阀。
13.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第二制冷剂流道的出口端与所述第一制冷剂流道的入口端之间的连接管路上设置有节流阀。
14.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述高温废水流道的出口端通过回流管路接入所述上游供水单元。
15.所述第二换热通道的出口端分为两路，其中一路接入所述高温废水流道的入口端，另一路接入所述回流管路或接入所述上游供水单元。
16.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述冷凝器与所述下游用水单元之间通过加热主管连接，所述加热主管上设置有电磁总阀。
17.所述余热利用系统装置还包括加热单元，所述加热单元并联接入所述加热主管，所述加热单元的入口端接入所述换热介质流道的出口端，所述换热介质流道排出的换热介质进入所述加热单元或经所述加热主管进入所述下游用水单元。
18.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述加热主管上沿换热介质流向依次并联接入第一加热支管和第二加热支管，所述加热单元包括太阳能集热器和加热器，所述太阳
能集热器接入所述第一加热支管，所述加热器接入所述第二加热支管。
19.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述第一加热支管和第二加热支管上分别设置有第一电磁阀和第二电磁阀。
20.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述电磁总阀、第一电磁阀和第二电磁阀分别独立地电性连接控制器，通过所述控制器分别独立控制所述电磁总阀、第一电磁阀和第二电磁阀的开闭状态，从而调节换热介质进入加热器和/或太阳能集热器。
21.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述换热介质流道的出口端设置有温度传感器，所述温度传感器电性连接所述控制器，所述控制器反馈控制所述电磁总阀、第一电磁阀和第二电磁阀的开度。
22.换热介质依次进入换热单元、水源热泵机组的冷凝器和加热单元，被梯级加热升温，通过切换电磁总阀、第一电磁阀和第二电磁阀的开闭状态可以实现换热介质不同的梯度加热方式，具体包括：
23.方案一，采用换热单元和水源热泵机组形成的双梯度加热；此方案中，控制电磁总阀开启，第一电磁阀和第二电池阀关闭，水源热泵机组的冷凝器排出的换热介质直接由加热主管进入下游用水单元；
24.方案二，采用换热单元、水源热泵机组和太阳能集热器形成的三梯度加热；此方案中，电磁总阀和第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，水源热泵机组的冷凝器排出的换热介质经加热主管进入第一加热支管，经太阳能集热器二次加热后进入下游用水单元；
25.方案三，包括换热单元、水源热泵机组和加热器形成的三梯度加热；此方案中，电磁总阀和第二电磁阀开启，第一电磁阀关闭，水源热泵机组的冷凝器排出的换热介质经加热主管进入第二加热支管，经加热器二次加热后进入下游用水单元；
26.方案四，包括换热单元、水源热泵机组、太阳能集热器和加热器形成的四梯度加热；此方案中，电磁总阀、第一电磁阀和第二电磁阀开启，水源热泵机组的冷凝器排出的换热介质经加热主管进入第一加热支管，经太阳能集热器二次加热后进入第二加热支管，经加热器三次加热后进入下游用水单元。
27.需要说明的是，为了缩短换热介质的流动路径，本实用新型在第一加热支管对应的加热主管的部分管段上设置有第一截止阀，在第二加热支管对应的加热主管的部分管段上设置有第二截止阀，当开启第一电磁阀时，相应地，关闭第一截止阀，使得换热介质全部流入第一加热支管。同样地，当开启第二电磁阀时，相应地，关闭第二截止阀，使得换热介质全部流入第二加热支管。
28.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述上游供水单元为热电厂水冷却子系统。
29.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
30.本实用新型利用水源热泵技术原理，将上游供水单元产生的剩余热量和低质能源进行回收，从而使低质能源温水变成高质能源热水，可直接用于企业的工业用水和工业锅炉用水，也可用于企业及住宅的采暖和洗浴系统，大大节约能源的同时减少二氧化硫和温室气体的排放。由于冷凝器的换热介质的进口温度降低，可以最大限度地促使换热介质在冷凝器中进行热交换的热量全部回收再利用，实现节能减排，降低温室效应，为减缓全球气候变暖做出贡献。此外，通过换热单元和水源热泵机组可以实现梯级回收利用废水余热和
梯级加热换热介质，并增加可再生清洁能源太阳能的利用率，大幅的降低一次能源的消耗。
附图说明
31.图1为本实用新型一个具体实施方式提供的余热利用系统装置的结构示意图。
32.其中，1-上游供水单元；2-换热单元；3-第一换热通道；4-第二换热通道； 5-进液管路；6-流量调节阀；7-冷凝器；8-换热介质流道；9-第二制冷剂流道； 10-压缩机；11-蒸发器；12-第一制冷剂流道；13-高温废水流道；14-节流阀；15
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下游用水单元；16-加热器；17-太阳能集热器；18-第二加热支管；19-第二电磁阀；20-第一加热支管；21-第一电磁阀；22-第二截止阀；23-第一截止阀；24
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加热主管；25-电磁总阀。
具体实施方式
33.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
34.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.本领域技术人员理应了解的是，本实用新型中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本实用新型的主要创新点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本实用新型对此不做特殊要求和具体限定。
36.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
37.在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种基于水源热泵机组的余热利用系统装置，如图1所示，所述余热利用系统装置包括依次连接的上游供水单元1、换热单元2、水源热泵机组和下游用水单元15；
38.所述换热单元2的内部具有第一换热通道3和第二换热通道4，所述第一换热通道3内通入换热介质，所述上游供水单元1接入所述第二换热通道4的入口端，所述上游供水单元1向所述第二换热通道4内通入高温废水，所述换热介质和所述高温废水在所述换热单元2内换热；
39.所述水源热泵机组包括蒸发器11、压缩机10和冷凝器7，所述蒸发器11 内具有独立的第一制冷剂流道12和高温废水流道13，所述冷凝器7内具有独立的第二制冷剂流道9和换热介质流道8，所述第一制冷剂流道12、所述压缩机 10和所述第二制冷剂流道9沿制冷剂
流向循环连接，所述高温废水流道13的入口端接入所述第二换热通道4的出口端，所述高温废水流道13的出口端接入所述上游供水单元1，所述制冷剂在所述蒸发器11内与所述高温废水换热升温后经压缩机10送入所述冷凝器7；
40.所述第一换热通道3的出口端接入所述换热介质流道8的入口端，所述换热介质流道8的出口端接入所述下游用水单元15，换热介质在所述冷凝器7中与制冷剂换热升温后送入下游用水单元15。
41.本实用新型利用水源热泵技术原理，将上游供水单元1产生的剩余热量和低质能源进行回收，从而使低质能源温水变成高质能源热水，可直接用于企业的工业用水和工业锅炉用水，也可用于企业及住宅的采暖和洗浴系统，大大节约能源的同时减少二氧化硫和温室气体的排放。由于冷凝器7的换热介质的进口温度降低，可以最大限度地促使换热介质在冷凝器7中进行热交换的热量全部回收再利用，实现节能减排，降低温室效应，为减缓全球气候变暖做出贡献。此外，通过换热单元2和水源热泵机组可以实现梯级回收利用废水余热和梯级加热换热介质，并增加可再生清洁能源太阳能的利用率，大幅的降低一次能源的消耗。
42.进一步地，所述第一换热通道3的入口端外接进液管路5，所述进液管路5 上设置有流量调节阀6。
43.进一步地，所述第二制冷剂流道9的出口端与所述第一制冷剂流道12的入口端之间的连接管路上设置有节流阀14。
44.进一步地，所述高温废水流道13的出口端通过回流管路接入所述上游供水单元1。
45.所述第二换热通道4的出口端分为两路，其中一路接入所述高温废水流道 13的入口端，另一路接入所述回流管路或接入所述上游供水单元1。
46.进一步地，所述冷凝器7与所述下游用水单元15之间通过加热主管24连接，所述加热主管24上设置有电磁总阀25。
47.所述余热利用系统装置还包括加热单元，所述加热单元并联接入所述加热主管24，所述加热单元的入口端接入所述换热介质流道8的出口端，所述换热介质流道8排出的换热介质进入所述加热单元或经所述加热主管24进入所述下游用水单元15。
48.进一步地，所述加热主管24上沿换热介质流向依次并联接入第一加热支管 20和第二加热支管18，所述加热单元包括太阳能集热器17和加热器16，所述太阳能集热器17接入所述第一加热支管20，所述加热器16接入所述第二加热支管18。
49.进一步地，所述第一加热支管20和第二加热支管18上分别设置有第一电磁阀21和第二电磁阀19。
50.进一步地，所述电磁总阀25、第一电磁阀21和第二电磁阀19分别独立地电性连接控制器，通过所述控制器分别独立控制所述电磁总阀25、第一电磁阀 21和第二电磁阀19的开闭状态，从而调节换热介质进入加热器16和/或太阳能集热器17。
51.进一步地，所述换热介质流道8的出口端设置有温度传感器，所述温度传感器电性连接所述控制器，所述控制器反馈控制所述电磁总阀25、第一电磁阀 21和第二电磁阀19的开度。
52.换热介质依次进入换热单元2、水源热泵机组的冷凝器7和加热单元，被梯级加热升温，通过切换电磁总阀25、第一电磁阀21和第二电磁阀19的开闭状态可以实现换热介质
不同的梯度加热方式，具体包括：
53.方案一，采用换热单元2和水源热泵机组形成的双梯度加热；此方案中，控制电磁总阀25开启，第一电磁阀21和第二电池阀关闭，水源热泵机组的冷凝器7排出的换热介质直接由加热主管24进入下游用水单元15；
54.方案二，采用换热单元2、水源热泵机组和太阳能集热器17形成的三梯度加热；此方案中，电磁总阀25和第一电磁阀21开启，第二电磁阀19关闭，水源热泵机组的冷凝器7排出的换热介质经加热主管24进入第一加热支管20，经太阳能集热器17二次加热后进入下游用水单元15；
55.方案三，包括换热单元2、水源热泵机组和加热器16形成的三梯度加热；此方案中，电磁总阀25和第二电磁阀19开启，第一电磁阀21关闭，水源热泵机组的冷凝器7排出的换热介质经加热主管24进入第二加热支管18，经加热器 16二次加热后进入下游用水单元15；
56.方案四，包括换热单元2、水源热泵机组、太阳能集热器17和加热器16形成的四梯度加热；此方案中，电磁总阀25、第一电磁阀21和第二电磁阀19开启，水源热泵机组的冷凝器7排出的换热介质经加热主管24进入第一加热支管20，经太阳能集热器17二次加热后进入第二加热支管18，经加热器16三次加热后进入下游用水单元15。
57.需要说明的是，为了缩短换热介质的流动路径，本实用新型在第一加热支管20对应的加热主管24的部分管段上设置有第一截止阀23，在第二加热支管 18对应的加热主管24的部分管段上设置有第二截止阀22，当开启第一电磁阀 21时，相应地，关闭第一截止阀23，使得换热介质全部流入第一加热支管20。同样地，当开启第二电磁阀19时，相应地，关闭第二截止阀22，使得换热介质全部流入第二加热支管18。
58.进一步地，所述上游供水单元1为热电厂水冷却子系统。
59.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。