CN101504190A - 废热水余热回收型热泵热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用生活、生产废热水余热的废热水余热回收型热泵热水系统，本发明包括废水回收池、热水箱、过滤器、水源循环水泵、水源热泵、补充水管道、保温水箱、复合源热泵、循环水泵、补充水水源热泵、废水换热器、废热水循环水泵；其中水源热泵、补充水水源热泵和复合源热泵三组模块化机组，可联合运行，也可独立使用，组合灵活、操作方便。本发明的复合源热泵中的室外换热器和第二换热器可分别利用空气和废热水的热能，除霜时室外换热器作为冷凝器，第二换热器利用废热水为热源，作为蒸发器，融霜效果好，并且不影响热水温度。本发明中废热水被收集后，余热被梯级利用，回收充分，节能降耗。

Description

废热水余热回收型热泵热水系统

技术领域

本发明涉及热泵热水系统和节能技术领域，尤其是可利用生活、生产废热水余热的复合源热泵热水系统。

背景技术

目前，我国大部分城镇的洗浴中心、酒店、宾馆、工厂、学校，除少部分采用城市热网供热外，大部分均采用燃料锅炉或电锅炉供热。燃料锅炉供热装置依靠直接燃烧煤、油或天然气来获得热量，不仅效率低，造成能源浪费，而且产生的二氧化碳温室气体及烟尘严重污染环境；电锅炉则直接把高品位的电能转化为热能，有效能利用率很低。随着全球性的能源危机和人们的节能环保意识不断增强，开发新型节能环保供热装置已成当务之急。

热泵热水系统是利用制冷循环，通过制冷剂从低温环境吸热，经压缩机压缩成高温高压气体，然后在冷凝器中凝结放热，加热热水的装置，具有较高的能效比，节能潜力巨大。目前的热泵热水系统主要是以空气为热源的空气源热泵和以水为热源的水源热泵。空气源热泵系统简单，应用方便，但是在低温环境下使用时，其制热能力和性能系数均大大降低，压缩机的排温超高，易结霜、系统起闭频繁，无法正常工作，难以满足寒冷地区冬季供热要求。为使空气源热泵能够在低温环境下稳定、可靠、高效率的运行，国内外进行了许多研究和改进，如采用变频调速和喷液系统，采用燃油加热和电辅助加热，利用涡旋压缩机内压缩的特性，在涡旋压缩机工作腔增设补气口，在低温工况时喷射制冷剂气体形成准双级循环，或采用复迭式热泵来解决低温环境下制热量不足的问题。但这些技术措施仍存在融霜困难、系统复杂、匹配不合理等问题。水源热泵则是以温度较为稳定的土壤表层水、地下水为热源，地表水源热泵对水质要求较高，并且仍然受环境影响较大，而对于地下水源热泵目前还存在着水井费用高及地下水回灌问题。

洗浴中心、酒店宾馆、工厂、学校等有较多生活、生产热水，一般使用后还具有较高温度，因此如果将其收集起来作为热泵热水系统的热源，可提高热泵能效比，改善冬季运行性能。例如：空气源热泵热水器加板式换热器回收废热水装置(ZL 200720200650.6)是用回收的废热水预热补充水；带废热回收装置的空气源热泵热水器(ZL 200620024573.9)在空气源热泵热水器的基础上，与空气换热蒸发器并联一放置在废热水承水盘内的废热水换热蒸发器来回收余热；废热回收热泵热水器(ZL 200520074064.2)则利用废热水预热补充水后再与蒸发器进行二次换热，温度降至约15℃排掉。这些装置虽然都对废热水的余热进行了不同程度的回收利用，但仍然不够充分，另外在很多情况下，仅靠使用热泵回收废热水的余热来对补充水加热以及对热水保温是不够的。

发明内容

为了能够在低温下使热泵热水系统仍能够有较高的性能，并且能充分回收利用废热水的余热，本发明提供一种废热水余热回收型热泵热水系统。

本发明采用的技术方案如下：

废热水余热回收型热泵热水系统包括复合热源泵8、补充水水源热泵10、水源热泵5、废水回收池1、热水箱2、保温水箱7和废水换热器11；

所述复合热源泵包括压缩机8.1、室外换热器8.7、第二换热器8.3和水冷换热器8.13；

压缩机8.1的排气端连接着三通电磁阀C8.14的入口，三通电磁阀C8.14的另两个出口分别连接室外换热器8.7和水冷换热器8.13的制冷剂入口端；室外换热器8.7的制冷剂出口端连接着三通电磁阀A8.6的入口端，三通电磁阀A8.6的两个出口分别连接气液分离器8.2和单向阀8.5的入口端；膨胀阀8.4的出口端和与第二换热器8.3的制冷剂侧入口端连接；第二换热器8.3的制冷剂侧出口端连接气液分离器8.2入口端；气液分离器8.2出口端连接着压缩机8.1的进气端；水冷换热器8.13的制冷剂出口端通过串联储液器(8.12)和过滤器8.11连接着三通电磁阀B8.10的入口，三通电磁阀B8.10的一个出口端连接着膨胀阀8.9的入口端，另一个出口连接着单向阀8.5的出口端和膨胀阀8.4的入口端；第二换热器8.3上分别设有A端口和B端口；水冷换热器8.13上分别设有C端口和D端口；

所述补充水水源热泵包括补水压缩机10.2，补水压缩机10.2的排气端连接着补水冷凝器10.1的制冷剂入口端，补水冷凝器10.1的制冷剂出口端与补水蒸发器10.3的制冷剂入口端之间依次串联着补水储液器10.6、补水过滤器10.5和补水膨胀阀10.4，补水蒸发器10.3的制冷剂出口端连接着补水压缩机10.2的进气端；补水蒸发器10.3上分别设有I端口和J端口，补水冷凝器10.1上分别设有K端口和L端口；

所述水源热泵包括水源压缩机5.2，水源压缩机5.2的排气端连接着水源冷凝器5.1的制冷剂入口端，水源压缩机5.2的进气端连接着水源气液分离器5.5的制冷剂出口端，水源气液分离器5.5的制冷剂入口端连接着水源蒸发器5.3的制冷剂出口端，水源蒸发器5.3的制冷剂入口端与水源冷凝器5.1的制冷剂出口端之间串联着水源膨胀阀5.4、水源过滤器5.6和水源储液器5.7；水源冷凝器5.1上分别设有H端口和G端口，水源蒸发器5.3上分别设有E端口和F端口；

所述废水回收池1的出口通过废水过滤器12、废热水循环水泵13与废水换热器11的废热水入口连接，废水换热器11的废热水出口与补充水水源热泵10中的废热水入口I端口连接，废水换热器11的补充水入口端与补充水管道6的一路连接，废热水换热器11的补充水出口端与补充水水源热泵10中的热水入口K端口连接，补充水水源热泵10中的补水冷凝器10.1的热水出口L端口与保温水箱7的补充水入口连接，补充水水源热泵10中的补水蒸发器10.3的废热水出口J端口与水源热泵5中的废热水入口E端口连接，水源热泵5中的水源蒸发器5.3的废热水出口F端口与复合源热泵8的废热水入口A端口相连；复合源热泵8中的第二换热器8.3的废热水出口B端口连接排水管道，复合源热泵8中的热水入口C端口与保温水箱7的热水出水管相连，另一热水入口D端口与保温水箱7的热水回水管相连，水源热泵5中的水源冷凝器5.1水侧换热管接口中的热水入口G端口通过水源循环水泵4和过滤器3连接着热水箱2，水源热泵5中的热水出口H端口与热水箱2的热水回水管相连；补充水管道6的另一路直接与保温水箱7连接。

本发明的复合源热泵8中的室外换热器8.7和第二换热器8.3可分别利用空气和废热水的热能，除霜时室外换热器8.7作为冷凝器，第二换热器8.3利用废热水为热源，作为蒸发器，融霜效果好，并且不影响热水温度。本发明中废热水被收集后，余热被梯级利用，回收充分。本发明中的三组热泵热水机组采用模块化结构，可灵活组合、匹配，也可独立使用，操作方便，节能降耗。

附图说明

图1为本发明热泵热水系统示意图；

图2为本发明热泵热水系统中的复合源热泵8的结构示意图；

图3为本发明热泵热水系统中的补充水水源热泵10的结构示意图；

图4为本发明热泵热水系统中的水源热泵5的结构示意图。

上述图1-图4中，废水回收池1，热水箱2，过滤器3，水源循环水泵4，水源热泵5，补充水管道6，保温水箱7，复合源热泵8，循环水泵9，补充水水源热泵10，废水换热器11，过滤器12，废热水循环水泵13，控制系统14，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L分别为水源热泵5、复合源热泵8和补充水水源热泵10的水路连接接口。

图2中，压缩机8.1，气液分离器8.2，第二换热器8.3，膨胀阀8.4，单向阀8.5，三通电磁阀A8.6，室外换热器8.7，风机8.8，膨胀阀8.9，三通电磁阀B8.10，过滤器8.11，储液器8.12，水冷换热器8.13，三通电磁阀C8.14，热水箱循环水泵8.15，A为从废热水入口，B为废热水出口，C为热水入口，D为热水出口。

图3中，补水冷凝器10-1，补水压缩机10.2，补水蒸发器10.3，补水膨胀阀10.4，补水过滤器10.5，补水储液器10.6，补水气液分离器10.7，I为废热水入口，J为废热水出口，K为热水入口，L为热水出口。

图4中，水源冷凝器5.1，水源压缩机5.2，水源蒸发器5.3，水源膨胀阀5.4，水源气液分离器5.5，水源过滤器5.6，水源储液器5.7，E为废热水入口，F为废热水出口，G为热水入口，H为热水出口。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例：

参见图1，废热水余热回收型热泵热水系统包括废水回收池1，热水箱2，过滤器3，水源循环水泵4，水源热泵5，补充水管道6，保温水箱7，复合源热泵8，循环水泵9，补充水水源热泵10，废水换热器11，过滤器12，废热水循环水泵13，控制系统14，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L分别为水源热泵5、复合源热泵8和补充水水源热泵10的水路连接接口。其中水源热泵5、补充水水源热泵10和复合源热泵8三组模块化机组可独立或者联合运行。

参见图2，复合热源泵包括压缩机8.1、室外换热器8.7、第二换热器8.3和水冷换热器8.13；

压缩机8.1的排气端连接着三通电磁阀C8.14的入口，三通电磁阀C8.14的另两个出口分别连接室外换热器8.7和水冷换热器8.13的制冷剂入口端；室外换热器8.7外侧设有风机8.8，室外换热器8.7的制冷剂出口端连接着三通电磁阀A8.6的入口端，三通电磁阀A8.6的两个出口分别连接气液分离器8.2和单向阀8.5的入口端；膨胀阀8.4的出口端和与第二换热器8.3的制冷剂侧入口端连接；第二换热器8.3的制冷剂侧出口端连接气液分离器8.2入口端；气液分离器8.2出口端连接着压缩机8.1的进气端；水冷换热器8.13的制冷剂出口端通过串联储液器8.12和过滤器8.11连接着三通电磁阀B8.10的入口，三通电磁阀B8.10的一个出口端连接着膨胀阀8.9的入口端，另一个出口连接着单向阀8.5的出口端和膨胀阀8.4的入口端；第二换热器8.3上分别设有A端口和B端口；水冷换热器8.13上分别设有C端口和D端口，C端口上设有热水箱循环水泵8.15；

参见图3，补充水水源热泵机构包括补水压缩机10.2，补水压缩机10.2的排气端连接着补水冷凝器10.1的制冷剂入口端，补水冷凝器10.1的制冷剂出口端与补水蒸发器10.3的制冷剂入口端之间依次串联着补水储液器10.6、补水过滤器10.5和补水膨胀阀10.4，补水蒸发器10.3的制冷剂出口端连接着补水压缩机10.2的进气端；补水蒸发器10.3上分别设有I端口和J端口，补水冷凝器10.1上分别设有K端口和L端口；

参见图4，水源热泵包括水源压缩机5.2，水源压缩机5.2的排气端连接着水源冷凝器5.1的制冷剂入口端，水源压缩机5.2的进气端连接着水源气液分离器5.5的制冷剂出口端，水源气液分离器5.5的制冷剂入口端连接着水源蒸发器5.3的制冷剂出口端，水源蒸发器5.3的制冷剂入口端与水源冷凝器5.1的制冷剂出口端之间串联着水源膨胀阀5.4、水源过滤器5.6和水源储液器5.7；水源冷凝器5.1上分别设有H端口和G端口，水源蒸发器5.3上分别设有E端口和F端口；

废水回收池1的出口通过废水过滤器12、废热水循环水泵13与废水换热器11的废热水入口连接，废水换热器11的废热水出口与补充水水源热泵10中的废热水入口I端口连接，进入补水蒸发器10.3，废水换热器11的补充水入口端与补充水管道6的一路及连接，废热水换热器11的补充水出口端与补充水水源热泵10中的热水入口K端口连接，使预热后的补充水进入补水冷凝器10.1，补水冷凝器10.1的出水通过热水出口L端口与保温水箱7的补充水入口连接，补水蒸发器10.3的废热水出水通过废热水出口J端口与水源热泵5中的废热水入口E端口连接，使废热水进入水源蒸发器5.3，水源蒸发器5.3的废热水出水通过废热水出口F端口与复合源热泵8的废热水入口A端口相连，使废热水进入第二换热器8.3，第二换热器8.3的废热水出水通过废热水出口B端口排入排水管道，复合源热泵8中的热水入口C端口与保温水箱7的热水出水管相连，热水入口D端口与保温水箱7的热水回水管相连，水源热泵5中的水源冷凝器5.1水侧换热管接口中的热水入口G端口通过水源循环水泵4和过滤器3连接着热水箱2，水源热泵5中的热水出口H端口与热水箱2的热水回水管相连；补充水管道6的另一路直接与保温水箱7连接。

补充水管道6分成两路，一路经废热换热器11吸收废水热量进入补充水水源热泵10吸取机组冷凝热后进入保温水箱7，另一路补充水在第一路补充水不够时直接进入保温水箱7。

热水箱2的加热恒温循环：热水箱2中的水温度降低时由过滤器3经水源循环水泵4进入水源热泵5吸收冷凝热后送回热水箱2保持热水恒温。

废热水余热回收利用循环：废热水回收池1回收日常生活、生产用废热水，收集的废热水经过滤器12、废热水循环水泵13至废水换热器11与补充水换热，经换热后的废热水再依次进入补充水水源热泵10、水源热泵5、复合源热泵8吸收各机组蒸发热后排到下水道。

本发明系统的内部循环可分为3种模式：

(1)当室外环境温度≥5℃时，循环流程为：压缩机8.1→三通电磁阀C8.14→水冷换热器8.13→储液器8.12→过滤器8.11→三通电磁阀B8.10→膨胀阀8.9→室外换热器8.7→三通电磁阀A8.6→气液分离器8.2→压缩机8.1；此时室外换热器8.7为蒸发器吸收空气中的热量，水冷换热器8.13为冷凝器对保温水箱7的水加热。

(2)当环境温度在<5℃时，循环流程为：压缩机8.1→三通电磁阀C8.14→水冷换热器8.13→储液器8.12→过滤器8.11→三通电磁阀B8.10→膨胀阀8.4→第二换热器8.3→气液分离器8.2→压缩机8.1；此时第二换热器8.3为蒸发器，吸收废热水中的热量，水冷换热器8.13为冷凝器对保温水箱7的水加热。

(3)复合源热泵8的室外换热器8.7除霜时的循环流程为：压缩机8.1→三通电磁阀C8.14→室外换热器8.7→三通电磁阀A8.6→单向阀8.5→膨胀阀8.4→第二换热器8.3→气液分离器8.2→压缩机8.1；这种除霜方式不吸收保温水箱7的热量，对水温无影响。

补充水水源热泵10内循环：利用与废水换热器11热交换后的废热水作为低温热源，与补水蒸发器10.3换热，补水冷凝器10.1释放的冷凝热加热被废热水预热后的补充水，加热后的补充水进入保温水箱7。

水源热泵5内循环：工作原理与补充水水源热泵10相同，利用被补充水水源热泵10的补水蒸发器10.3吸热后的废热水作低温热源，与水源蒸发器5.3换热，水源冷凝器5.1释放的冷凝热对热水箱2内降温的热水进行加热恒温。

本发明废热回收型热泵热水机组整体运行时，所收集的废热水按所述的废热水余热回收利用循环运行；当保温水箱7缺水时，启动所述的补充水管道6循环和补充水水源热泵10内循环；当保温水箱7内热水温度降低至温度设定值下限时，启动所述的复合源热泵8内循环，并根据运行工况切换复合源热泵8内循环模式；当热水箱2内热水温度降低至温度设定值下限时，启动所述的水源热泵5内循环。上述各循环可独立运行，也可联合运行。

此实施方案用于洗浴中心时，热水箱2可为浴池，保温水箱7可作为淋浴用热水箱；也可用于酒店宾馆等处。

Claims (1)

1、废热水余热回收型热泵热水系统，其特征在于：包括复合热源泵(8)、补充水水源热泵(10)、水源热泵(5)、废水回收池(1)、热水箱(2)、保温水箱(7)和废水换热器(11)；

所述复合热源泵包括压缩机(8.1)、室外换热器(8.7)、第二换热器(8.3)和水冷换热器(8.13)；

压缩机(8.1)的排气端连接着三通电磁阀C(8.14)的入口，三通电磁阀C(8.14)的另两个出口分别连接室外换热器(8.7)和水冷换热器(8.13)的制冷剂入口端；室外换热器(8.7)的制冷剂出口端连接着三通电磁阀A(8.6)的入口端，三通电磁阀A(8.6)的两个出口分别连接气液分离器(8.2)和单向阀(8.5)的入口端；膨胀阀(8.4)的出口端和与第二换热器(8.3)的制冷剂侧入口端连接；第二换热器(8.3)的制冷剂侧出口端连接气液分离器(8.2)入口端；气液分离器(8.2)出口端连接着压缩机(8.1)的进气端；水冷换热器(8.13)的制冷剂出口端通过串联储液器(8.12)和过滤器(8.11)连接着三通电磁阀B(8.10)的入口，三通电磁阀B(8.10)的一个出口端连接着膨胀阀(8.9)的入口端，另一个出口连接着单向阀(8.5)的出口端和膨胀阀(8.4)的入口端；第二换热器(8.3)上分别设有A端口和B端口；水冷换热器(8.13)上分别设有C端口和D端口；

所述补充水水源热泵包括补水压缩机(10.2)，补水压缩机(10.2)的排气端连接着补水冷凝器(10.1)的制冷剂入口端，补水冷凝器(10.1)的制冷剂出口端与补水蒸发器(10.3)的制冷剂入口端之间依次串联着补水储液器(10.6)、补水过滤器(10.5)和补水膨胀阀(10.4)，补水蒸发器(10.3)的制冷剂出口端连接着补水压缩机(10.2)的进气端；补水蒸发器(10.3)上分别设有I端口和J端口，补水冷凝器(10.1)上分别设有K端口和L端口；

所述水源热泵包括水源压缩机(5.2)，水源压缩机(5.2)的排气端连接着水源冷凝器(5.1)的制冷剂入口端，水源压缩机(5.2)的进气端连接着水源气液分离器(5.5)的制冷剂出口端，水源气液分离器(5.5)的制冷剂入口端连接着水源蒸发器(5.3)的制冷剂出口端，水源蒸发器(5.3)的制冷剂入口端与水源冷凝器(5.1)的制冷剂出口端之间串联着水源膨胀阀(5.4)、水源过滤器(5.6)和水源储液器(5.7)；水源冷凝器(5.1)上分别设有H端口和G端口，水源蒸发器(5.3)上分别设有E端口和F端口；

所述废水回收池(1)的出口通过废水过滤器(12)、废热水循环水泵(13)与废水换热器(11)的废热水入口连接，废水换热器(11)的废热水出口与补充水水源热泵(10)中的废热水入口I端口连接，废水换热器(11)的补充水入口端与补充水管道(6)的一路连接，废热水换热器(11)的补充水出口端与补充水水源热泵(10)中的热水入口K端口连接，补充水水源热泵(10)中的补水冷凝器(10.1)的热水出口L端口与保温水箱(7)的补充水入口连接，补充水水源热泵(10)中的补水蒸发器(10.3)的废热水出口J端口与水源热泵(5)中的废热水入口E端口连接，水源热泵(5)中的水源蒸发器(5.3)的废热水出口F端口与复合源热泵(8)的废热水入口A端口相连；复合源热泵(8)中的第二换热器(8.3)的废热水出口B端口连接排水管道，复合源热泵(8)中的热水入口C端口与保温水箱(7)的热水出水管相连，另一热水入口D端口与保温水箱(7)的热水回水管相连，水源热泵(5)中的水源冷凝器(5.1)水侧换热管接口中的热水入口G端口通过水源循环水泵(4)和过滤器(3)连接着热水箱(2)，水源热泵(5)中的热水出口H端口与热水箱(2)的热水回水管相连；补充水管道(6)的另一路直接与保温水箱(7)连接。

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