一种基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统及其运行方法，该系统包括蓄热型水源热泵系统和冷却水系统：蓄热型水源热泵系统包括制冷剂循环回路、热源循环回路和热汇循环回路，制冷剂循环回路包括压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、相变蓄热箱，热源循环回路包括制冷设备、冷却水水泵、蒸发器和调节阀，热汇循环回路包括冷凝器、保温水箱、循环水泵、相变蓄热箱和调节阀；冷却水系统包括制冷设备、冷却水水泵、冷却塔和调节阀。本发明专利技术通过增设蓄热型水源热泵系统既可以实现低品位空调余热的回收又可以解决生活热水的供给与需求在时间和空间上不匹配的难题，从而达到减轻城市“热岛效应”和提高系统运行效率和能源综合利用率的目的。

A regenerative heat pump system based on waste heat recovery of cooling water and its operation method

The invention discloses a regenerative heat pump system based on waste heat recovery of cooling water and its operation method. The system comprises a regenerative water source heat pump system and a cooling water system. The regenerative water source heat pump system comprises a refrigerant circulation loop, a heat source circulation loop and a heat sink circulation loop, and a refrigerant circulation loop includes a compressor and a cooling water system. Condenser, throttle device, evaporator, phase change regenerator, heat source circulation loop includes refrigeration equipment, cooling water pump, evaporator and regulating valve, heat sink circulation loop includes condenser, heat preservation tank, circulating water pump, phase change regenerator and regulating valve; cooling water system includes refrigeration equipment, cooling water pump, cooling tower And regulating valve. By adding a regenerative water source heat pump system, the invention can not only realize the recovery of waste heat from low-grade air conditioning, but also solve the problem that the supply and demand of domestic hot water do not match in time and space, thus achieving the purpose of reducing the urban \heat island effect\ and improving the operation efficiency of the system and the comprehensive utilization rate of energy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统及其运行方法
本专利技术涉及空调余热回收利用和相变蓄热
，具体涉及一种基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统及其运行方法。
技术介绍
随着经济的发展和人民生活水平的提高，人民对环境活舒适性的要求逐步提升，为空调、供暖和热水供给设备及相关行业的快速发展提供了契机，但这也直接导致能源危机和环境污染问题日益严重。因此，节能减排的难题成为目前全球面临的最大的共同挑战之一。建筑行业能耗约占社会总能耗的30%，其中采暖空调和热水供给的能耗分别为65%和15%。因此，提高现有空调、供暖和热水供给设备的能源利用率是实现节能减排目标的有效途径之一。目前，制冷空调系统已广泛用于大型公共建筑中，但当其在制冷工况下运行时会产生大量的低温冷却水，这些低品质的余热往往通过冷却塔排入到大气中，造成了能源利用率低和严重的热污染。同时采用热泵技术实现生活热水供给是一种节能减排的有效手段，但其运行时需要从低温热源吸收热量。鉴于制冷空调和热泵系统的工作原理，通过改造现有制冷空调系统，可以解决制冷空调系统余热浪费的问题，实现制冷和热水联供。不同的用途和功能的建筑对生活热水的需求数量存在着显著的差异性，同时也存在着时间上的不均匀性，而在夏季或有制冷需求的季节，大型公共建筑的制冷在工作期间基本是不间断的，但非工作时间则会停止运行。这就导致生活热水的供给与需求在时间和空间上普遍存在严重不匹配的现状，这也是导致制冷和热水联供系统不能大规模推广的一个重要原因。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是生活热水的供给与需求在时间和空间上普遍存在严重不匹配，制冷和热水联供系统不能大规模推广，提供一种在现有制冷空调系统中通过增设蓄热型热泵系统，从而达到提高能源综合利用率目的的基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统及其运行方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案：一种基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统，包括蓄热型水源热泵系统和冷却水系统，所述的蓄热型水源热泵系统包括制冷剂循环回路、热源循环回路和热汇循环回路，所述的制冷剂循环回路一端通过蒸发器与热源循环回路相连，制冷剂循环回路另一端通过冷凝器和相变蓄热箱与热汇循环回路相连，所述的热源循环回路通过制冷设备与冷却水系统相连。所述的制冷剂循环回路包括压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、相变蓄热箱、第五调节阀、第九调节阀和第十调节阀，所述压缩机分别与第五调节阀和第九调节阀相连接，第五调节阀与冷凝器相连接，冷凝器分别与节流装置和第十调节阀相连接，节流装置与蒸发器相连接，蒸发器与压缩机相连接，第九调节阀与相变蓄热箱相连接，相变蓄热箱与第十调节阀相连接，第十调节阀分别与冷凝器和节流装置相连接；所述的热源循环回路包括制冷设备、冷却水水泵、蒸发器、第三调节阀和第四调节阀，制冷设备与冷却水水泵相连接，冷却水水泵与第三调节阀相连接，第三调节阀与蒸发器相连接，蒸发器与第四调节阀相连接，第四调节阀与制冷设备相连接。所述的热汇循环回路包括冷凝器、循环水泵、保温水箱、相变蓄热箱、第六调节阀、第十二调节阀、第十一调节阀，冷凝器与第六调节阀相连接，第六调节阀分别与保温水箱和第十二调节阀相连接，保温水箱与循环水泵相连接，循环水泵分别与冷凝器和第十一调节阀相连接，第十一调节阀与相变蓄热箱相连接，相变蓄热箱与第十二调节阀相连接，第十二调节阀分别与第六调节阀和保温水箱相连接；所述的冷却水系统包括制冷设备、冷却水水泵、冷却塔、第一调节阀和第二调节阀，制冷设备与冷却水水泵相连接，冷却水水泵与第一调节阀相连接，第一调节阀与冷却塔相连接，冷却塔与第二调节阀相连接，第二调节阀与制冷设备相连接。所述制冷剂循环回路的压缩机的排气口分别与第五调节阀的进口和第九调节阀的进口相连接，第五调节阀的出口与冷凝器的第一进口相连接，冷凝器的第一出口分别与节流装置的进口和第十调节阀的出口相连接，节流装置的出口与蒸发器的第一进口相连接，蒸发器的第一出口与压缩机的吸气口相连接，第九调节阀的出口与相变蓄热箱内第一换热器的进口相连接，第一换热器的出口与第十调节阀的进口相连接，第十调节阀的出口分别与冷凝器的第一出口和节流装置的进口相连接；所述热源循环回路的制冷设备的出口与冷却水水泵的进口相连接，冷却水水泵的出口与第三调节阀的进口相连接，第三调节阀的出口与蒸发器的第二进口相连接，蒸发器的第二出口与第四调节阀的进口相连接，第四调节阀的出口与制冷设备的进口相连接；所述热汇循环回路的冷凝器的第二出口与第六调节阀的进口相连接，第六调节阀的出口分别与保温水箱的第一进口和第十二调节阀的出口相连接，保温水箱的第一出口与循环水泵的进口相连接，循环水泵的出口分别与冷凝器的第二进口和第十一调节阀的进口相连接，第十一调节阀的出口与相变蓄热箱内第二换热器的进口相连接，第二换热器的出口与第十二调节阀的进口相连接，第十二调节阀的出口分别与第六调节阀的出口和保温水箱的第一进口相连接；所述冷却水系统的制冷设备的出口与冷却水水泵的进口相连接，冷却水水泵的出口与第一调节阀的进口相连接，第一调节阀的出口与冷却塔的进口相连接，冷却塔的出口和与第二调节阀的进口相连接，第二调节阀的出口与制冷设备的进口相连接。所述相变蓄热箱内的蓄热材料相变温度范围为45~80℃的有机类、无机类或混合类相变蓄热材料，蓄热材料外部依次设有真空层和保温层。所述的保温水箱内设有第一温度传感器和液位传感器；所述相变蓄热箱内设有第二温度传感器；第一温度传感器和第二温度传感器均为热敏电阻、铂电阻或热电偶的温度传感器；液位传感器为浮球式、浮筒式或静压式液位传感器；所述蒸发器和冷凝器为沉浸式、喷淋式、列管式、套管式或板式换热器；所述节流装置为毛细管、手动节流阀或自动节流阀；所述第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀、第五调节阀、第六调节阀、第七调节阀、第八调节阀、第九调节阀、第十调节阀、第十一调节阀和第十二调节阀均为自动调节阀。所述制冷设备是电制冷机或直燃型制冷机。一种基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统的运行方法，当制冷设备正在运行时，运行相变蓄热模式或直接制取热水模式；当制冷设备停止运行时，运行蓄热制取热水模式；当保温水箱内液位传感器测得的液面高度低于其设定值下限时，运行补水模式；所述补水模式为：当保温水箱内液位传感器测得的液面高度低于其设定值下限时，打开第七调节阀，自来水经第七调节阀进入保温水箱进行补水；当保温水箱内液位传感器测得的液面高度达到其设定值上限时，补水模式结束；在补水的同时，当制冷设备正在运行时采取直接制取热水模式，反之则采取蓄热制取热水模式。所述的相变蓄热模式为：当制冷设备正在运行，保温水箱内第一温度传感器和液位传感器测得的温度和液面高度均高于其设定值下限，且相变蓄热箱内第二温度传感器测得的温度低于其设定值下限时，打开第三调节阀、第四调节阀、第九调节阀和第十调节阀；制冷剂侧：由压缩机排出的高温高压的气态制冷剂经第九调节阀进入相变蓄热箱内的第一换热器，在第一换热器中冷凝放热后，再流经第十调节阀，然后经节流装置绝热膨胀成为低温低压的气液两相制冷剂进入蒸发器，并在蒸发器中吸收热源冷却水中的热量后，被吸入压缩机的吸气口；热源侧：由制冷设备排出的冷却水经冷却水水泵升压后，再经第三调节阀进入蒸发器，在蒸发器中与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统，其特征在于 ：包括蓄热型水源热泵系统和冷却水系统，所述的蓄热型水源热泵系统包括制冷剂循环回路、热源循环回路和热汇循环回路，所述的制冷剂循环回路一端通过蒸发器（7）与热源循环回路相连，制冷剂循环回路另一端通过冷凝器（11）和相变蓄热箱（25）与热汇循环回路相连，所述的热源循环回路通过制冷设备（1）与冷却水系统相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统，其特征在于：包括蓄热型水源热泵系统和冷却水系统，所述的蓄热型水源热泵系统包括制冷剂循环回路、热源循环回路和热汇循环回路，所述的制冷剂循环回路一端通过蒸发器（7）与热源循环回路相连，制冷剂循环回路另一端通过冷凝器（11）和相变蓄热箱（25）与热汇循环回路相连，所述的热源循环回路通过制冷设备（1）与冷却水系统相连。2.根据权利要求1所述的基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统，其特征在于：所述的制冷剂循环回路包括压缩机（9）、冷凝器（11）、节流装置（12）、蒸发器（7）、相变蓄热箱（25）、第五调节阀（10）、第九调节阀（20）和第十调节阀（22），所述压缩机（9）分别与第五调节阀（10）和第九调节阀（20）相连接，第五调节阀（10）与冷凝器（11）相连接，冷凝器（11）分别与节流装置（12）和第十调节阀（22）相连接，节流装置（12）与蒸发器（7）相连接，蒸发器（7）与压缩机（9）相连接，第九调节阀（20）与相变蓄热箱（25）相连接，相变蓄热箱（25）与第十调节阀（22）相连接，第十调节阀（22）分别与冷凝器（11）和节流装置（12）相连接；根据权利要求1或2所述的基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统，其特征在于：所述的热源循环回路包括制冷设备（1）、冷却水水泵（2）、蒸发器（7）、第三调节阀（6）和第四调节阀（8），制冷设备（1）与冷却水水泵（2）相连接，冷却水水泵（2）与第三调节阀（6）相连接，第三调节阀（6）与蒸发器（7）相连接，蒸发器（7）与第四调节阀（8）相连接，第四调节阀（8）与制冷设备（1）相连接；所述的热汇循环回路包括冷凝器（11）、循环水泵（13）、保温水箱（15）、相变蓄热箱（25）、第六调节阀（14）、第十二调节阀（26）、第十一调节阀（23），冷凝器（11）与第六调节阀（14）相连接，第六调节阀（14）分别与保温水箱（15）和第十二调节阀（26）相连接，保温水箱（15）与循环水泵（13）相连接，循环水泵（13）分别与冷凝器（11）和第十一调节阀（23）相连接，第十一调节阀（23）与相变蓄热箱（25）相连接，相变蓄热箱（25）与第十二调节阀（26）相连接，第十二调节阀（26）分别与第六调节阀（14）和保温水箱（15）相连接；所述的冷却水系统包括制冷设备（1）、冷却水水泵（2）、冷却塔（4）、第一调节阀（3）和第二调节阀（5），制冷设备（1）与冷却水水泵（2）相连接，冷却水水泵（2）与第一调节阀（3）相连接，第一调节阀（3）与冷却塔（4）相连接，冷却塔（4）与第二调节阀（5）相连接，第二调节阀（5）与制冷设备（1）相连接。3.根据权利要求3所述的基于冷却水余热回收的蓄热型热泵系统，其特征在于：所述制冷剂循环回路的压缩机（9）的排气口（9a）分别与第五调节阀（10）的进口（10a）和第九调节阀（20）的进口（20a）相连接，第五调节阀（10）的出口（10b）与冷凝器（11）的第一进口（11c）相连接，冷凝器（11）的第一出口（11d）分别与节流装置（12）的进口（12a）和第十调节阀（22）的出口（22b）相连接，节流装置（12）的出口（12b）与蒸发器（7）的第一进口（7a）相连接，蒸发器（7）的第一出口（7b）与压缩机（9）的吸气口（9b）相连接，第九调节阀（20）的出口（20b）与相变蓄热箱（25）内第一换热器（21）的进口（21a）相连接，第一换热器（21）的出口（21b）与第十调节阀（22）的进口（22a）相连接，第十调节阀（22）的出口（22b）分别与冷凝器（11）的第一出口（11d）和节流装置（12）的进口（12a）相连接；所述热源循环回路的制冷设备（1）的出口（1a）与冷却水水泵（2）的进口（2a）相连接，冷却水水泵（2）的出口（2b）与第三调节阀（6）的进口（6a）相连接，第三调节阀（6）的出口（6b）与蒸发器（7）的第二进口（7c）相连接，蒸发器（7）的第二出口（7d）与第四调节阀（8）的进口（8a）相连接，第四调节阀（8）的出口（8b）与制冷设备（1）的进口（1b）相连接；所述热汇循环回路的冷凝器（11）的第二出口（11b）与第六调节阀（14）的进口（14a）相连接，第六调节阀（14）的出口（14b）分别与保温水箱（15）的第一进口（15c）和第十二调节阀（26）的出口（26b）相连接，保温水箱（15）的第一出口（15d）与循环水泵（13）的进口（13a）相连接，循环水泵（13）的出口（13b）分别与冷凝器（11）的第二进口（11a）和第十一调节阀（23）的进口（23a）相连接，第十一调节阀（23）的出口（23b）与相变蓄热箱（25）内第二换热器（24）的进口（24a）相连接，第二换热器（24）的出口（24b）与第十二调节阀（26）的进口（26a）相连接，第十二调节阀（26）的出口（26b）分别与第六调节阀（14）的出口（14a）和保温水箱（15）的第一进口（15c）相连接；所述冷却水系统的制冷设备（1）的出口（1a）与冷却水水泵（2）的进口（2a）相连接，冷却水水泵（2）的出口（2b）与第一调节阀（3）的进口（3a）相连接，第一调节阀（3）的出口（3b）与冷却塔（4）的进口（4a）相连接，冷却塔（4）的出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：巨福军，范晓伟，王方，郑慧凡，邝阿敏，欧阳怀瀑，马胜飞，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41