一种基于余热回收的制冷制热一体化系统的制作方法

1.本实用新型是一种基于余热回收的制冷制热一体化系统，具体涉及一种可实现余热回收、蓄热、制冷、供热为一体的工艺系统，属于能源综合利用技术领域。


背景技术：

2.我国地域广泛，人口众多，房屋建筑规模巨大，住宅建设正处于快速发展阶段；同时，我国能源紧缺，采暖用能十分巨大，目前的采暖用能约占全国商品能源总消耗的10％，采暖的高能耗不仅造成资源的消耗，而且还成为大气污染的一个重要因素。
3.空气源热泵主要是借助高位可以将能量从低位的热源空气流入高位热源的节能装置，为常见的热泵形式之一，从而将难以直接利用的低位热能，比如空气中包含的热量，转换成高位热能，这样就能将部分高位能节约，尤其是煤、燃气、油和电能等高位能的节约。然而当冬季室外环境温度低时，空气源热泵的效率下降，压缩机排气温度高，容易结霜，制热量降低，难以满足用户供暖需求，优化采暖方式迫在眉睫。
4.现有技术中，公开号为cn111141063a的发明专利公开了基于空气源热泵的蓄热式余热回收系统及其工艺，通过蓄冷回收装置和蓄热回收装置分别对现有制冷制热设备所产生的冷量或余热进行回收并储存，根据该技术方案，可将空气源热泵在夜间开启时产生的热源、冷源存储起来，待白天的时候进行释放，从而达到降低用电成本和充分利用夜间电能的目的。但在实际应用过程中，系统所产生的冷量或余热有限，特别是冬季室外环境温度低时，回收的热源并不能够充分满足用户供暖需求，因此，基于空气热源泵的余热回收系统还有待进一步的提升。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种基于余热回收的制冷制热一体化系统，利用余热回收换热器回收供冷循环回路中产生的余热，并对供热循环回路中的储热水罐进行供热，实现制冷制热的一体化，同时，在储热水罐上增加耦合的空气源热泵机组和太阳能集热机组对其供热，可以弥补空气源在低温环境下换热不足的缺点。
6.本实用新型通过下述技术方案实现：一种基于余热回收的制冷制热一体化系统，包括由蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀、闪蒸罐组成的供冷循环回路，以及由储热水罐、空气处理装置组成的供热循环回路，于压缩机和冷凝器之间设有与高温高压制冷剂换热的余热回收换热器，余热回收换热器通过管道与储热水罐连通形成回路，于储热水罐上设有对其供热的空气源热泵机组以及太阳能集热机组。
7.所述空气源热泵循环机组包括双热源复合换热设备、热泵压缩机和热泵节流阀，所述双热源复合换热设备、热泵压缩机、储热水罐、热泵节流阀依次连通并形成回路；所述太阳能集热机组包括太阳能集热器和蓄热水箱，所述太阳能集热器与蓄热水箱连通形成回路，双热源复合换热设备与蓄热水箱连通形成回路。
8.所述空气源热泵循环机组还包括四通换向阀和气液分离器，双热源复合换热设备
经四通换向阀连通气液分离器，气液分离器连通热泵压缩机，热泵压缩机经四通换向阀连通储热水罐。
9.所述蓄热水箱与储热水罐连通形成回路。
10.所述蒸发器包括低温蒸发器、中温蒸发器和余热负载蒸发器，所述压缩机包括低压压缩机和高压压缩机，所述闪蒸罐的液态制冷剂出口分别连通低温蒸发器、中温蒸发器和余热负载蒸发器，所述闪蒸罐、中温蒸发器和余热负载蒸发器的气态制冷剂出口连通高压压缩机，低温蒸发器的气态制冷剂出口经低压压缩机连通高压压缩机。
11.本实用新型与现有技术相比，主要具有以下优点及有益效果：
12.(1)本实用新型基于余热回收换热器回收所述的制冷部分(即供冷循环回路)产生的余热，再用于制热部分(即供热循环回路)供暖，以实现系统的制冷制热一体化。
13.(2)本实用新型所涉制冷部分采用co2跨临界双级压缩制冷循环(包括低压压缩和高压压缩)，可选用纯天然工质co2作为制冷剂无毒，不可燃，odp(臭氧破坏指数)为0，gwp(温室效应指数)极低，低温流动性，换热性能俱佳，采用co2跨临界双级压缩制冷循环可以大幅增加余热回收量，还可以有效降低循环的最优排气压力及相应排气温度，为系统的安全性提供了保障，适宜在较低环境温度下使用。
14.(3)本实用新型可以通过空气源热泵机组和太阳能集热机组分别对储热水罐进行供热，其中，太阳能供热部分可以直接通过太阳能供热，极大的节约供暖能耗，与直接供暖系统相比，在满足用户供热需求后，储热水罐可以将剩余的热量储存起来，避免造成能量的浪费。
15.(4)本实用新型在空气源热泵机组中采用双热源复合换热设备，可同时吸收室外环境空气中的热量及太阳能转变的热量，靠太阳能收集到的热量供系统所需，可以弥补空气源在低温环境下换热不足的缺点。
16.综上所述，本实用新型旨在提供一种带储热水罐的余热回收耦合太阳能空气源热泵供热的制冷制热一体化系统，能解决较低环境温度下空气源热泵换热不足的缺点，同时，还能实现制冷部分的余热回收，具有节能降耗的目的。
附图说明
17.图1为本实用新型的系统流程示意图。
18.其中，1—低温蒸发器，2—低压压缩机，3—中温蒸发器，4—余热负载蒸发器，5—气体阀，6—高压压缩机，7—第一三通阀，8—余热回收换热器，9—第二三通阀，10—冷凝器，11—膨胀阀，12—闪蒸罐，13—第一节流装置，14—第二节流装置，15—第三节流装置，16—第一水泵，17—储热水罐，18—双热源复合换热设备，19—四通换向阀，20—气液分离器，21—热泵压缩机，22—热泵节流阀，23—第二水泵，24—第三水泵，25—蓄热水箱，26—第四水泵，27—太阳能集热器，28—第五水泵，29—空气处理装置。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
20.实施例：
21.本实用新型是一种基于余热回收的制冷制热一体化系统，具体涉及一种带储热水罐的余热回收耦合太阳能空气源热泵供热的制冷制热一体化系统。如图1所示，该系统主要由制冷部分和制热部分两部分组成。
22.制冷部分中，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器10、余热回收换热器8、膨胀阀11、闪蒸罐12组成供冷循环回路，其中，蒸发器包括了低温蒸发器1、中温蒸发器3和余热负载蒸发器4，压缩机包括了低压压缩机2和高压压缩机6。使用时，制冷剂在低温蒸发器1中吸热蒸发用于给冷藏环境制冷，然后气态制冷剂进入到低压压缩机2中被压缩到中温压力；同时中温蒸发器3的制冷剂吸热蒸发用于给冷藏环境制冷，制冷剂变为气态制冷剂；余热负载蒸发器4中的制冷剂吸热蒸发变为气态制冷剂以增加蒸发器的负荷，从而增加系统高压部分的制冷剂质量流量，并在余热回收换热器8中产生更多的热量。如图1所示，由低温蒸发器1的气态制冷剂出口送出的气态制冷剂经过低压压缩机2后，与中温蒸发器3和余热负载蒸发器4的气态制冷剂出口送出的气态制冷剂，(还包括闪蒸罐12的气态制冷剂出口送出的经气体阀5调节后的气体制冷剂)混合后进入高压压缩机6被压缩为高温高压的气态制冷剂，高温高压的制冷剂经过第一三通阀7到达余热回收换热器8与余热回收换热器8内的循环水换热以加热循环水，离开余热回收换热器8的制冷剂又经过第二三通阀9进入冷凝器10放热液化，将热量排放到室外环境大气中，然后制冷剂进入膨胀阀11降压变为气液混合物，气液混合物在闪蒸罐12中分离，液态制冷剂从闪蒸罐12中分别流入第一节流装置13，第二节流装置14，第三节流装置15进行降压，降压后的制冷剂返回到低温蒸发器1，中温蒸发器3和余热负载蒸发器4中，进入下一次循环。在本实施例中，第一节流装置13，第二节流装置14，第三节流装置15均可采用电子膨胀阀。
23.制热部分中，主要由储热水罐17、空气处理装置29组成供热循环回路，供冷循环回路中的余热回收换热器8通过管道与储热水罐17连通形成回路，实现制冷余热回收的同时，实现制冷制热一体化。余热回收时，余热回收换热器8、第一水泵16、储热水罐17依次连接形成制冷余热回收循环回路，循环水在余热回收换热器8中吸收来自制冷部分中制冷剂的热量，通过第一水泵16进入储热水罐17中放热，以加热储热水罐17中储存的水，放热后的循环水回到余热回收换热器8中，进入下一次循环。同时，储热水罐17、第五水泵28、空气处理装置29连接组成供热循环回路。当用户有供暖需求时，打开第五水泵28，储存在储热水罐17中的储热水将经过第五水泵28流入空气处理装置29中的换热装置，将热量传递给空气，空气处理装置29将吸热后的空气送给用户，以提高用户的热舒适性，空气处理装置29中换热装置内的储热水将流回储热水罐17中，进入下一次循环。
24.当余热回收系统回收的热量不足时，为保证用户供暖需求，本实施例在储热水罐17上还设有空气源热泵机组以及太阳能集热机组。空气源热泵循环机组可利用空气源热泵辅助供热，采用双热源复合换热设备18、四通换向阀19、气液分离器20、热泵压缩机21和热泵节流阀22(可采用膨胀阀、节流阀或毛细管)连接储热水罐17形成空气源热泵循环回路。其中，双双热源复合换热设备19中的制冷剂吸收室外环境空气中的热量蒸发，变为气态制冷剂，然后气态制冷剂通过四通换向阀19进入气液分离器20分离出气态制冷剂中的液体，防止在热泵压缩机21中造成液击，然后气态制冷剂进入热泵压缩机21中被压缩为高温高压的制冷剂，然后高温高压的制冷剂从四通换向阀19到达储热水罐17，高温高压的制冷剂放热液化，将热量传递给储热水罐17中储存的水，使储热水罐17中的水温升高，液化后的制冷
剂经过热泵节流阀22的降压后进入双热源复合换热设备19中，进入下一次循环。
25.太阳能集热机组包括太阳能集热器27和蓄热水箱25，当室外环境温度低时，单纯的空气源热泵效率低，难以满足供热的需求，需要用太阳能对空气源热泵的热源进行补热，形成太阳能耦合空气源热泵系统，以使吸热量增加，降低能耗，提高热泵系统效率。将蓄热水箱25、第四水泵26、太阳能集热器27依次连接形成太阳能集热回路。当室外太阳能充足时，打开第四水泵26，蓄热水箱25中的水将通过第四水泵26进入太阳能集热器27中吸收由太阳能转变的热能，然后吸收了热量的水将流入蓄热水箱25中，将来自太阳能的热能储存起来，以备需要时取用。由于储热水罐17、第三水泵24、蓄热水箱25连接形成太阳能直接供热循环回路，可通过太阳能直接对储热水罐17进行供热。打开第三水泵24，蓄热水箱25中储存着热量的水将经过第三水泵24到达储热水罐17并放热，将热量传递给储热水罐17中的水，换热后的蓄热水将流入蓄热水箱25中，进入下一次循环。
26.进一步的，双热源复合换热设备19、第二水泵23、蓄热水箱25连接形成太阳能耦合空气源热泵补热循环回路。打开第二水泵23，蓄热水箱25中储存着热量的水将经过第二水泵23到达双热源复合换热设备19，蓄热水与热泵回路中的制冷剂换热，此时热泵回路中的制冷剂将同时吸收蓄热水中来自太阳能的热量及室外环境空气中的热量，换热后的蓄热水将进入蓄热水箱25中，进入下一次循环。
27.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。