利用电厂冷却系统换热的复合式热泵热源系统及方法
【专利摘要】利用电厂冷却系统换热的复合式热泵热源系统及方法，所述系统包括电厂双曲线钢筋混凝土冷却塔、钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器、冷却塔集水池、集水池换热器、地埋管换热器、增大管径冷却水管路、冷却水管蛇形管线换热管、热泵机组、系统控制器、切换阀门A1、切换阀门A2、切换阀门B1、切换阀门B2、切换阀门C1、切换阀门C2、地埋管分水器、地埋管集水器和换热系统循环泵。本发明包括利用电厂冷却系统换热的方法。本发明能有效利用电厂冷却水余热，可提高热泵机组和电厂冷却塔运行效率。
【专利说明】利用电厂冷却系统换热的复合式热泵热源系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用电厂冷却系统换热的复合式热泵热源系统及方法。
【背景技术】
[0002]热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出能用的高品位热能的设备。目前，我国主要利用三种热泵技术，分别是水源热泵、地源热泵、以及空气源热泵。
[0003]水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术，水源包括地下水热泵、地表水(江、河、湖、海)热泵、生活污水、工业用水等。地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的高效节能环保的新型空调技术。地源热泵是利用地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，通过深埋于建筑物周围或底板下的管路系统，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移，使地下岩土体与建筑物完成热交换的一种技术。
[0004]为提高水源和地源热泵的初投资和运行效率，一个重要的方法就是利用现有资源开发低成本高效的复合式热泵热源系统。
[0005]CN103363723A于2013年10月23日公开了一种使地埋管换热器排热和取热平衡的主动恢复系统与方法，该系统在地埋管换热器换热方面主要利用土壤内埋管和新风机组进行换热。
[0006]CN201803527U于2011年04月20日公开了一种地源热泵冷却水系统，包括集水器、分水器、连接于集水器和分水器之间的若干个地埋管、连接于集水器和分水器之间的地源热泵机组以及与该地源热泵机组串联的一循环水泵，还包括一闭式冷却塔，该闭式冷却塔的一端与所述的集水器相连，另一端与所述的分水器相连，该系统主要用于调节对地下散冷量和散热量的平衡，避免地下温度的上升。
[0007]然而，现有文献中从电厂冷却水系统提取余热作为复合式热泵系统热源的方法未见有关报道。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用电厂冷却系统换热的复合式热泵热源系统及方法。该系统利用尺寸巨大、换热条件良好的电厂冷却塔钢筋混凝土侧壁和集水池，以及电厂大流量、大管径的冷却水管路进行换热，能有效利用电厂冷却水余热，可提高热泵机组和电厂冷却塔运行效率。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
本发明之利用电厂冷却系统换热的复合式热泵热源系统，包括电厂双曲线钢筋混凝土冷却塔、钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器、冷却塔集水池、集水池换热器、地埋管换热器、增大管径冷却水管路、冷却水管蛇形管线换热管、热泵机组、系统控制器、切换阀门A1、切换阀门A2、切换阀门B1、切换阀门B2、切换阀门C1、切换阀门C2、地埋管分水器、地埋管集水器和换热系统循环泵；所述钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器的一端通过水管路与切换阀门A1相连，所述钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器的另一端通过管路与集水池换热器的一端相连，所述集水池换热器的另一端通过水管路与切换阀门A2相连，所述切换阀门A1通过水管路分别与换热系统循环泵、地埋管集水器相连，所述换热系统循环泵通过水管路与热泵机组相连，所述切换阀门A2通过水管路分别与地埋管分水器、热泵机组相连，所述地埋管分水器通过水管路与切换阀门B1相连，所述切换阀门B1通过水管路与地埋管换热器相连，所述地埋管换热器通过水管路与切换阀门B2相连，所述切换阀门B2通过水管路与地埋管集水器相连，所述地埋管分水器通过水管路与切换阀门C1相连，所述切换阀门C1通过水管路与冷却水管蛇形管线换热管相连,所述冷却水管蛇形管线换热管通过水管路与切换阀门C2相连，所述切换阀门C2通过水管路与地埋管集水器，所述冷却水管蛇形管线换热管安装在增大管径冷却水管路中，所述增大管径冷却水管路通过水管路接至电厂双曲线钢筋混凝土冷却塔上；所述钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器与切换阀门A1相连的管路、集水池换热器与切换阀门A2相连的管路上分别设有冷却塔换热器温度传感器，所述冷却水管蛇形管线换热管与切换阀门C1、切换阀门C2相连的管路上分别设有冷却水管换热器温度传感器，所述地埋管换热器与切换阀门B1、切换阀门B2相连的管路上分别设有地埋管换热器温度传感器，所述系统控制器通过控制线路分别与各个温度传感器、换热系统循环泵以及热泵机组相连。
[0010]本发明之利用电厂冷却系统换热的方法，是利用电厂冷却塔侧壁、集水池以及电厂冷却水管路换热，具体步骤如下:
在热泵机组工作时，通过地埋管换热器温度传感器测量地埋管换热器供回水温度，并使用冷却塔换热器温度传感器测量钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器与集水池换热器供回水温度；
热泵机组供热时，当冷却塔换热器温度传感器测得的温度在适宜的范围，即供水温度大于15°C且回水温度大于9°C时，系统控制器可发出指令打开切换阀门A1、切换阀门A2，关闭切换阀门B1、切换阀门B2、切换阀门C1、切换阀门C2，并开启换热系统循环泵，电厂冷却塔侧壁暗埋换热器与集水池换热器的循环水进入热泵机组换热，热泵机组高效供热；当冷却塔换热器温度传感器测得的温度超出适宜的范围时，即供水温度小于15°C且回水温度小于9°C时，系统控制器可发出指令打开切换阀门B1、切换阀门B2、切换阀门C1、切换阀门C2，关闭切换阀门A1、切换阀门A2，并开启换热系统循环泵，地埋管换热器内的循环水进入热泵机组换热，热泵机组高效供热；
热泵机组供冷时，当地埋管换热器温度传感器测得的温度在适宜的范围，即供水温度小于33°C且回水温度小于38°C时，系统控制器可发出指令打开切换阀门B1、切换阀门B2，关闭切换阀门A1、切换阀门A2、切换阀门C1、切换阀门C，并开启换热系统循环泵，地埋管换热器内的循环水进入热泵机组换热，热泵机组高效供冷。
[0011]进一步，系统可以通过系统控制器采集冷却塔换热器温度传感器和地埋管换热器温度传感器的温度信号，当冷却塔换热器温度传感器的回水温度低于9°c或地埋管换热器温度传感器的回水温度超出38°C时，可控制系统停机保护。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下优势:
1、初期投资低:本发明主体结构可利用现有的电厂冷却塔系统和冷水管系统进行改造，直接从电厂冷却水当中提取余热，并从电厂冷却塔壁面吸热，在供热为主的地区可显著减少地埋管换热器的容量，减少地埋管或地下水源热泵打井的成本，从而可显著减少系统的初投资；
2、提高系统运行效率，节约能耗:本发明可在供热为主的地区供应采暖热水或生活热水，从电厂冷却水当中提取余热(电厂冷却水的回水温度可达25 V左右，高于地下土壤温度)，可显著提高热泵机组冷蒸发器进水温度，从而有效提高地源热泵机组和系统的运行效率，获得很好的节能效果；
3、可从电厂冷却塔循环水中提取废热，降低电厂冷却水的水温，提高电厂冷却塔的运行效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明之利用电厂冷却系统换热的复合式热泵热源系统实施例的结构示意图；
图中:1-电厂双曲线钢筋混凝土冷却塔，2-钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器，3-冷却塔集水池，4-集水池换热器，5-地埋管换热器，6-增大管径冷却水管路，7-冷却水管蛇形管线换热管，8-热泵机组，9-系统控制器，10-1-切换阀门A1,10-2-切换阀门A2,11-1-切换阀门B1,11-2-切换阀门B2,12-1-切换阀门C1,12-2-切换阀门C2,13-冷却塔换热器温度传感器，14-冷却水管换热器温度传感器，15-地埋管换热器温度传感器，16-地埋管分水器，17-地埋管集水器，18-换热系统循环泵。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0015]参照附图，本实施例之利用电厂冷却系统换热的复合式热泵热源系统，包括电厂双曲线钢筋混凝土冷却塔1、钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器2、冷却塔集水池3、集水池换热器4、地埋管换热器5、增大管径冷却水管路6、冷却水管蛇形管线换热管7、热泵机组
8、系统控制器9、切换阀门A1 10-1、切换阀门A2 10-2、切换阀门B1 11_1、切换阀门B2 11-2,切换阀门C1 12-1、切换阀门C2 12-2、地埋管分水器16、地埋管集水器17和换热系统循环泵18 ;所述钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器2的一端通过水管路与切换阀门A1 10-1相连，所述钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器2的另一端通过管路与集水池换热器4的一端相连，所述集水池换热器4的另一端通过水管路与切换阀门A2 10-2相连，所述切换阀门A1
10-1通过水管路分别与换热系统循环泵18、地埋管集水器17相连，所述换热系统循环泵18通过水管路与热泵机组8相连，所述切换阀门A2 10-2通过水管路分别与地埋管分水器16、热泵机组8相连，所述地埋管分水器16通过水管路与切换阀门B1 11-1相连，所述切换阀门B1 11-1通过水管路与地埋管换热器5相连，所述地埋管换热器5通过水管路与切换阀门B2
11-2相连，所述切换阀门B211-2通过水管路与地埋管集水器17相连，所述地埋管分水器16通过水管路与切换阀门C1 12-1相连，所述切换阀门C1 12-1通过水管路与冷却水管蛇形管线换热管7相连,所述冷却水管蛇形管线换热管7通过水管路与切换阀门C2 12-2相连，所述切换阀门C2 12-2通过水管路与地埋管集水器17，所述冷却水管蛇形管线换热管7安装在增大管径冷却水管路6中，所述增大管径冷却水管路6通过水管路接至电厂双曲线钢筋混凝土冷却塔I上；所述钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器2与切换阀门A1 10-1相连的管路、集水池换热器4与切换阀门A2 10-2相连的管路上分别设有冷却塔换热器温度传感器13，所述冷却水管蛇形管线换热管7与切换阀门C1 12-1、切换阀门C2 12-2相连的管路上分别设有冷却水管换热器温度传感器14，所述地埋管换热器5与切换阀门B1 11-1、切换阀门B2 11-2相连的管路上分别设有地埋管换热器温度传感器15，所述系统控制器9通过控制线路分别与各个温度传感器、换热系统循环泵18以及热泵机组8相连。
[0016]钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器，是在电厂双曲线钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热管道，将换热管道沿着双曲线冷却塔的曲线螺旋缠绕布置，固定于侧壁钢筋上，然后合模浇筑混凝土，形成钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器，该换热器与集水池换热器串联。换热管道沿着双曲线冷却塔的曲线布置的方法为:冷却塔钢筋按照双曲线逐步绑扎完成后，分步将换热管道沿着双曲线冷却塔的曲线螺旋缠绕(沿着内层钢筋周长绕圈)布置，换热管道位于双曲线冷却塔侧壁内外层钢筋之间，相邻换热管道竖向间距大于200mm。
[0017]冷却水管蛇形管线换热管，是将正常管径的冷却水管路增大管径(比如原来DN400的管路在放置换热管的局部管段(此管段长度可取100米)增加到DN600)，在增大管径后的管路内置换热蛇形管线，形成冷却水管蛇形管线换热管。内置的换热蛇形管线可采用不锈钢蛇形管，使用现有技术加工制造。
[0018]本实施例之利用电厂冷却系统换热的方法，是利用电厂冷却塔侧壁、集水池以及电厂冷却水管路换热，具体步骤如下:
在热泵机组工作时，通过地埋管换热器温度传感器测量地埋管换热器供回水温度，并使用冷却塔换热器温度传感器测量钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器与集水池换热器供回水温度；
热泵机组供热时，当冷却塔换热器温度传感器测得的温度在适宜的范围，即供水温度大于15°C且回水温度大于9°C时，系统控制器可发出指令打开切换阀门A1、切换阀门A2，关闭切换阀门B1、切换阀门B2、切换阀门C1、切换阀门C2，并开启换热系统循环泵，电厂冷却塔侧壁暗埋换热器与集水池换热器的循环水进入热泵机组换热，热泵机组高效供热；当冷却塔换热器温度传感器测得的温度超出适宜的范围时，即供水温度小于15°C且回水温度小于9°C时，系统控制器可发出指令打开切换阀门B1、切换阀门B2、切换阀门C1、切换阀门C2，关闭切换阀门A1、切换阀门A2，并开启换热系统循环泵，地埋管换热器内的循环水进入热泵机组换热(放热过程)，热泵机组高效供热；
热泵机组供冷时，当地埋管换热器温度传感器测得的温度在适宜的范围，即供水温度小于33°C且回水温度小于38°C时，系统控制器可发出指令打开切换阀门B1、切换阀门B2，关闭切换阀门A1、切换阀门A2、切换阀门C1、切换阀门C，并开启换热系统循环泵，地埋管换热器内的循环水进入热泵机组换热(取热过程)，热泵机组高效供冷。
[0019]系统可以通过系统控制器采集冷却塔换热器温度传感器和地埋管换热器温度传感器的温度信号，当冷却塔换热器温度传感器的回水温度低于9°C或地埋管换热器温度传感器的回水温度超出38°C时，可控制系统停机保护。
【权利要求】
1.一种利用电厂冷却系统换热的复合式热泵热源系统，其特征在于:包括电厂双曲线钢筋混凝土冷却塔、钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器、冷却塔集水池、集水池换热器、地埋管换热器、增大管径冷却水管路、冷却水管蛇形管线换热管、热泵机组、系统控制器、切换阀门A1、切换阀门A2、切换阀门B1、切换阀门B2、切换阀门C1、切换阀门C2、地埋管分水器、地埋管集水器和换热系统循环泵；所述钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器的一端通过水管路与切换阀门A1相连，所述钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器的另一端通过管路与集水池换热器的一端相连，所述集水池换热器的另一端通过水管路与切换阀门A2相连，所述切换阀门A1通过水管路分别与换热系统循环泵、地埋管集水器相连，所述换热系统循环泵通过水管路与热泵机组相连，所述切换阀门A2通过水管路分别与地埋管分水器、热泵机组相连，所述地埋管分水器通过水管路与切换阀门B1相连，所述切换阀门B1通过水管路与地埋管换热器相连，所述地埋管换热器通过水管路与切换阀门B2相连，所述切换阀门B2通过水管路与地埋管集水器相连，所述地埋管分水器通过水管路与切换阀门C1相连，所述切换阀门C1通过水管路与冷却水管蛇形管线换热管相连，所述冷却水管蛇形管线换热管通过水管路与切换阀门C2相连，所述切换阀门C2通过水管路与地埋管集水器，所述冷却水管蛇形管线换热管安装在增大管径冷却水管路中，所述增大管径冷却水管路通过水管路接至电厂双曲线钢筋混凝土冷却塔上；所述钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器与切换阀门A1相连的管路、集水池换热器与切换阀门A2相连的管路上分别设有冷却塔换热器温度传感器，所述冷却水管蛇形管线换热管与切换阀门C1、切换阀门C2相连的管路上分别设有冷却水管换热器温度传感器，所述地埋管换热器与切换阀门B1、切换阀门B2相连的管路上分别设有地埋管换热器温度传感器，所述系统控制器通过控制线路分别与各个温度传感器、换热系统循环泵以及热泵机组相连。
2.一种利用电厂冷却系统换热的方法，其特征在于，是利用电厂冷却塔侧壁、集水池以及电厂冷却水管路换热，具体步骤如下: 在热泵机组工作时，通过地埋管换热器温度传感器测量地埋管换热器供回水温度，并使用冷却塔换热器温度传感器测量钢筋混凝土冷却塔侧壁暗埋换热器与集水池换热器供回水温度； 热泵机组供热时，当冷却塔换热器温度传感器测得的温度在适宜的范围，即供水温度大于15°C且回水温度大于9°C时，系统控制器可发出指令打开切换阀门A1、切换阀门A2，关闭切换阀门B1、切换阀门B2、切换阀门C1、切换阀门C2，并开启换热系统循环泵，电厂冷却塔侧壁暗埋换热器与集水池换热器的循环水进入热泵机组换热，热泵机组高效供热；当冷却塔换热器温度传感器测得的温度超出适宜的范围时，即供水温度小于15°C且回水温度小于9°C时，系统控制器可发出指令打开切换阀门B1、切换阀门B2、切换阀门C1、切换阀门C2，关闭切换阀门A1、切换阀门A2，并开启换热系统循环泵，地埋管换热器内的循环水进入热泵机组换热，热泵机组高效供热； 热泵机组供冷时，当地埋管换热器温度传感器测得的温度在适宜的范围，即供水温度小于33°C且回水温度小于38°C时，系统控制器可发出指令打开切换阀门B1、切换阀门B2，关闭切换阀门A1、切换阀门A2、切换阀门C1、切换阀门C，并开启换热系统循环泵，地埋管换热器内的循环水进入热泵机组换热，热泵机组高效供冷。
3.根据权利要求2所述的利用电厂冷却系统换热的方法，其特征在于，系统通过系统控制器采集冷却塔换热器温度传感器和地埋管换热器温度传感器的温度信号，当冷却塔换热器温度传感器的回水温度低于9°C或地埋管换热器温度传感器的回水温度超出38°C时，控制系统停机保护。
【文档编号】F25B30/06GK104197585SQ201410440704
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】李振来, 王宽, 李慧, 胡乐元, 宋伟 申请人:湖南省工业设备安装有限公司