CN108917228A - 一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，水源热泵冷热水机组包括水源侧换热器和使用侧换热器；低温工业循环冷却水进水管依次通过水泵单元、第一水处理单元和水源侧换热器的进水口连通，低温工业循环冷却水出水管和水源侧换热器的出水口连通；所述分水器和集水器均和末端装置连通，分水器和使用侧换热器的出水口连通，集水器依次通过第二水处理单元、循环泵单元和使用侧换热器的进水口连通。本发明在满足国家相关规范要求的前提下，通常水源热泵冷热水机组消耗1kW的能量，末端装置可以得到4kW以上的热量或冷量。
Description
技术领域
本发明涉及厂区制冷、加热***技术领域，特别是涉及一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***。
背景技术
工业企业为了维持正常生产或是为给员工提供舒适的工作生活环境，均需要根据室外气象条件和生产工艺要求为生产厂区的工艺建筑及生产附属辅助建筑或员工生活休息建筑供冷和(或)供热。有冷热需求的工艺设备指的是在运行中需要由冷热水进行冷却降温或加热保温的设备以及需要伴冷伴热的生产材料，如果不满足运行环境要求会造成设备损坏、不正常运转或材料变质等危害。
当工业厂区仅有供冷需求时，通常可选用风冷式或冷却塔式冷水机组及与其关联应用的末端装置为建筑或工艺设备供冷。对于风冷式冷水机组，夏季室外环境空气温度较高，冷凝温度升高，使得机组效率降低。对于冷却塔式冷水机组，需要设置相应的冷却塔及相关***，增加投资，占用建筑空间。
当工业厂区根据季节特点分别有供冷供热需求时，通常可选用空气源热泵冷热水机组及与其关联应用的末端装置为建筑或工艺设备供冷供热。但冬季室外环境空气温度较低，蒸发温度降低，能效比也降低，在某些室外环境下还会出现结霜情况，严重影响制热效果；夏季室外环境空气温度较高，冷凝温度升高，使得机组效率降低。当选用锅炉生产的热媒供热，由于锅炉能源利用率较低，节能效果远不如热泵供热***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，可以在夏季将建筑物或工艺设备中的余热转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量；而冬季，水源热泵冷热水机组则从水源中提取能量，根据热泵原理通过载冷剂提升温度后送到建筑物中或工艺设备上。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，包括分水器(1)、水泵单元(5)、第一水处理单元(6)、水源热泵冷热水机组(10)、第二水处理单元(19)、循环泵单元(20)和集水器(21)，
所述水源热泵冷热水机组(10)包括水源侧换热器(11)和使用侧换热器(12)；水源热泵冷热水机组作为能量传递的纽带，将低温工业循环冷却水循环和空调制冷加热循环整合在一起，消耗少量电能，实现热量在工艺设备中、建筑中、循环水中相互转移。
低温工业循环冷却水进水管(3)依次通过水泵单元(5)、第一水处理单元(6)和水源侧换热器(11)的进水口连通，低温工业循环冷却水出水管(2)和水源侧换热器(11)的出水口连通；低温工业循环冷却水通常为开式水***，水质较差，第一水处理单元的主要作用就是处理低温工业循环冷却水，保证进入水源侧换热器的水质满足水源热泵冷热水机组的要求，对机组起到保护作用。水源侧换热器是一种换热部件，实现低温工业循环冷却水和制冷剂之间的热量交换。
所述分水器(1)和集水器(21)均和末端装置(4)连通，分水器(1)和使用侧换热器(12)的出水口连通，集水器(21)依次通过第二水处理单元(19)、循环泵单元(20)和使用侧换热器(12)的进水口连通。分水器和集水器用于分配和收集末端装置所用的冷热媒，并起到一定的压力平衡作用。第二水处理单元的主要作用是处理冷热水，保证进入末端装置和使用侧换热器的冷热水水质满足末端装置和水源热泵冷热水机组的要求，对其起到保护作用。使用侧换热器是一种换热部件，实现冷热水和制冷剂之间的热量交换。
第一水处理单元和第二水处理单元应根据水质、***型式、设备型式的不同而选择相应的一套或多套装置构成。
在石油化工、电力、钢铁、冶金等行业，由于生产工艺特点，往往都存在循环冷却水，当有低温工业循环冷却水作为水源可供利用时，可选用水冷冷水机组或水源热泵冷热水机组为厂区供冷或供热。冬季低温工业循环冷却水比环境空气温度高，使得蒸发温度提高，能效比提高；夏季低温工业循环冷却水比环境空气温度低，使得冷凝温度降低，机组效率提高；而且冬季水源热泵冷热水机组使用低温工业循环冷却水供热，一定程度地回收利用了将要排放掉的工业废热，提高能源利用效率，起到高效节能的效果。同时水源热泵冷热水机组可以一机多用，既可制冷又可供热，特定环境下省去了其他供热***。再有，低温工业循环冷却水温度、流量相对稳定，热容量巨大，保证了***的高效性和经济性，不存在冬季除霜和夏季主机高温的工作环境恶劣问题。
进一步的，集水器(21)和第二水处理单元(19)之间的管道设置有补水定压装置(15)。通常采用成套的补水定压装置，也可按设计要求分别设置补给水泵、补给水箱、气压罐等，以实现补水定压功能。补水定压装置可以实现***运行前的充水，对运行中的***补充***少量的失水，维持循环泵单元入口的压力稳定，避免水泵入口压力过低造成气蚀，保障末端装置不出现汽化、倒空、超压。
更进一步的，补水定压装置(15)包括气压罐(22)、补给水泵组(16)和补给水箱(14)，气压罐(22)和补给水泵组(16)均通过补水管(24)与集水器(21)和第二水处理单元(19)之间的管道连通，气压罐(22)和补给水泵组(16)均和补给水箱(14)连通。
更进一步的，补给水箱(14)内设有浮球阀(13)，浮球阀(13)接有补水水源管，补水水源管上设有关断阀门；补水管(24)上设有快速充水接口(23)。
进一步的，所述第一水处理单元(6)包括依次连通的第一过滤装置(7)、第一水处理装置(8)和胶球清洗装置(9)；胶球清洗装置(9)连通低温工业循环冷却水进水管(3)和低温工业循环冷却水出水管(2)进行收发胶球，完成水源侧换热器(11)清洁工作。
进一步的，所述第二水处理单元(19)包括依次连通的第二过滤装置(17)和第二水处理装置(18)。
所述第一过滤装置(7)和第二过滤装置(17)具体为Y型过滤器、篮式过滤器、反冲洗式过滤器、电动刷式过滤器等中的任意一种；第一水处理装置(8)和第二水处理装置(18)具体为旁流综合水处理器或激光智能水处理器等。
各管道、阀门、附件主要包括用于连接各个单元的管道、用于调节和关断***的各种手动和电动阀门、用于显示温度和压力的温度计和压力表、用于分配和收集冷热媒的分水器和集水器、用于实现各末端装置和工艺设备环路水力平衡的数字锁定平衡阀等。分、集水器之间宜通过管道连接并设置压差控制阀。
进一步的，所述水源侧换热器(11)和使用侧换热器(12)之间设有膨胀装置(也称为节流装置、膨胀阀)和压缩机，压缩机通过四通换向阀分别和水源侧换热器(11)、使用侧换热器(12)连接。
制冷剂在机组中的流动关系原理如下：制冷剂从压缩机出来经管道进入四通换向阀然后经管道进入使用侧换热器(12)，经膨胀装置进入水源侧换热器(11)，经管道进入四通换向阀再经管道进入压缩机。
或制冷剂在机组中的流动关系原理如下，制冷剂从压缩机出来经管道进入四通换向阀然后经管道进入水源侧换热器(11)，经膨胀装置进入使用侧换热器(12)，经管道进入四通换向阀再经管道进入压缩机。
进一步的，所述水泵单元(5)和循环泵单元(20)分别由若干套冷却水泵和冷热水循环泵并联而成，每套分支由冷却水泵或冷热水循环泵、可曲挠软连接、止回阀、关断阀门连接而成，水泵单元(5)为低温工业循环冷却水提供动力克服本***的阻力，循环泵单元(20)为冷、热媒水提供动力克服本***的阻力。
冷却水泵、冷热水循环泵的台数和流量宜与机组的台数和流量相对应。除冷水循环泵的流量及扬程、台数、允许使用温度满足冬季设计工况及部分负荷工况的使用要求外，冷水和热水循环泵应分别设置。
进一步的，所述末端装置(4)设置为应用冷热水作为冷热媒的空调设备，指组合空调、风机盘管、新风机组或空气处理机组中的任意一种或几种。
本发明的有益效果为：
与现有技术相比，本发明可以在夏季将建筑物或工艺设备中的余热转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量；而冬季，水源热泵冷热水机组则从水源中提取能量，根据热泵原理通过载冷剂提升温度后送到建筑物中或工艺设备上。在满足国家相关规范要求的前提下，通常水源热泵冷热水机组消耗1kW的能量，末端装置可以得到4kW以上的热量或冷量。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图。
附图标记：1-分水器，2-低温工业循环冷却水出水管，3-低温工业循环冷却水进水管，4-末端装置，5-水泵单元，6-第一水处理单元，7-第一过滤装置，8-第一水处理装置，9-胶球清洗装置，10-水源热泵冷热水机组，11-水源侧换热器，12-使用侧换热器，13-浮球阀，14-补给水箱，15-补水定压装置，16-补给水泵组，17-第二过滤装置，18-第二水处理装置，19-第二水处理单元，20-循环泵单元，21-集水器，22-气压罐，23-快速充水接口，24-补水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1：
如图1所示，一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，其特征在于，包括水源热泵冷热水机组10，水源热泵冷热水机组10包括水源侧换热器11和使用侧换热器12，水源侧换热器11和使用侧换热器12之间设有膨胀装置(也称为节流装置、膨胀阀)和压缩机，压缩机通过四通换向阀分别和水源侧换热器11、使用侧换热器12连接；水源侧换热器11的进水口连通低温工业循环冷却水进水管3，水源侧换热器11的出水口连通低温工业循环冷却水出水管2；低温工业循环冷却水进水管3上设有水泵单元5和第一水处理单元6；使用侧换热器12的出水口和分水器1连通，使用侧换热器12的进水口和集水器21连通，分水器1和集水器21均和末端装置4连通，集水器21和使用侧换热器12之间设有循环泵单元20和第二水处理单元19。
实施例2：
在实施例1的基础上，不同于实施例1，如图1所示，集水器21和第二水处理单元19之间的管道接有补水定压装置15。补水定压装置15包括气压罐22、补给水泵组16和补给水箱14，气压罐22和补给水泵组16均通过补水管24与集水器21和第二水处理单元19之间的管道连通，气压罐22和补给水泵组16均和补给水箱14连通。补给水箱14内设有浮球阀13，浮球阀13接有补水水源管，补水水源管上设有关断阀门；补水管24上设有快速充水接口23。
实施例3：
在实施例1和2的基础上，不同于实施例1和2，如图1所示，第一水处理单元6包括依次连通的第一过滤装置7、第一水处理装置8和胶球清洗装置9；胶球清洗装置9连通低温工业循环冷却水进水管3和低温工业循环冷却水出水管2进行收发胶球，完成水源侧换热器11清洁工作。第二水处理单元19包括依次连通的第二过滤装置17和第二水处理装置18。
本发明的实施例3的第一种的工作原理：***共包括两个循环过程，一个是低温工业循环冷却水的循环，另一个是***用于供热的热媒水的循环。这两个循环过程都在集中控制***的监控、调节、切换下完成。
低温工业循环冷却水的循环：低温工业循环冷却水进水管3连接厂区的低温工业循环冷却水回水管，***从低温工业循环冷却水回水管(低温工业循环冷却水高温状态)取得低温工业循环冷却水，低温工业循环冷却水在***管道中依次流经水泵单元5，水泵单元5为低温工业循环冷却水提供动力来克服本***的阻力；第一水处理单元6，第一水处理单元6保证进入机组的水质满足机组要求；水源热泵冷热水机组10(机组蒸发器)，水源热泵冷热水机组10提取回收低温工业循环冷却水中的工业废热，根据热泵原理将废热提供给供热热媒；之后低温工业循环冷却水回到低温工业循环冷却水循环水池(低温工业循环冷却水低温状态)完成其自身循环。
供热热媒水的循环：供热后的热媒水温度降低，从各末端装置4和工艺设备流出进入集水器21，之后依次流经第二水处理单元19，保证进入机组的水质满足机组要求；循环泵单元20，循环泵单元20为热媒水提供动力来克服本***的阻力；水源热泵冷热水机组10(机组冷凝器)，水源热泵冷热水机组10释放回收的工业废热，使热媒水温度升高；之后热媒水进入分水器1，被分配到各末端装置4和工艺设备处用于供热。同时还配有补水定压装置15，保证热媒水循环***的压力满足运行要求并补充***的失水。
本发明的实施例3的第二种的工作原理：***共包括两个循环过程，一个是低温工业循环冷却水的循环，另一个是***用于制冷的冷媒水的循环。这两个循环过程都在集中控制***的监控、调节、切换下完成。
低温工业循环冷却水的循环：***从厂区低温工业循环冷却水供水管(低温工业循环冷却水低温状态)取得低温工业循环冷却水，低温工业循环冷却水在***管道中依次流经水泵单元5，水泵单元5为低温工业循环冷却水提供动力来克服本***的阻力；第一水处理单元6，第一水处理单元6保证进入机组的水质满足机组要求；水源热泵冷热水机组10(机组冷凝器)，水源热泵冷热水机组10将冷媒水吸收的建筑物或工艺设备中的余热转移到低温工业循环冷却水中；温度升高之后的低温工业循环冷却水回到低温工业循环冷却水回水管(低温工业循环冷却水高温状态)完成其自身循环。
制冷冷媒水的循环：制冷后的冷媒水温度升高，从各末端装置4和工艺设备处流出进入集水器21，之后依次流经第二水处理单元19，保证进入机组的水质满足机组要求；循环泵单元20，循环泵单元20为冷媒水提供动力来克服本***的阻力；水源热泵冷热水机组10(机组蒸发器)，水源热泵冷热水机组10吸收冷媒水携带的建筑物或工艺设备中的余热，使冷媒水温度降低；之后冷媒水进入分水器，被分配到各末端装置4和工艺设备处用于制冷。同时还配有补水定压装置15，保证冷媒水循环***的压力满足运行要求并补充***的失水。
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，其特征在于，包括分水器(1)、水泵单元(5)、第一水处理单元(6)、水源热泵冷热水机组(10)、第二水处理单元(19)、循环泵单元(20)和集水器(21)，
所述水源热泵冷热水机组(10)包括水源侧换热器(11)和使用侧换热器(12)；
低温工业循环冷却水进水管(3)依次通过水泵单元(5)、第一水处理单元(6)和水源侧换热器(11)的进水口连通，低温工业循环冷却水出水管(2)和水源侧换热器(11)的出水口连通；
所述分水器(1)和集水器(21)均和末端装置(4)连通，分水器(1)和使用侧换热器(12)的出水口连通，集水器(21)依次通过第二水处理单元(19)、循环泵单元(20)和使用侧换热器(12)的进水口连通。
2.根据权利要求1所述的一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，其特征在于，集水器(21)和第二水处理单元(19)之间的管道设置有补水定压装置(15)。
3.根据权利要求2所述的一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，其特征在于，补水定压装置(15)包括气压罐(22)、补给水泵组(16)和补给水箱(14)，气压罐(22)和补给水泵组(16)均通过补水管(24)与集水器(21)和第二水处理单元(19)之间的管道连通，气压罐(22)和补给水泵组(16)均和补给水箱(14)连通。
4.根据权利要求3所述的一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，其特征在于，补给水箱(14)内设有浮球阀(13)，浮球阀(13)接有补水水源管，补水水源管上设有关断阀门；补水管(24)上设有快速充水接口(23)。
5.根据权利要求1所述的一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，其特征在于，所述第一水处理单元(6)包括依次连通的第一过滤装置(7)、第一水处理装置(8)和胶球清洗装置(9)；胶球清洗装置(9)连通低温工业循环冷却水进水管(3)和低温工业循环冷却水出水管(2)进行收发胶球，完成水源侧换热器(11)清洁工作。
6.根据权利要求1所述的一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，其特征在于，所述第二水处理单元(19)包括依次连通的第二过滤装置(17)和第二水处理装置(18)。
7.根据权利要求1所述的一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，其特征在于，所述水源侧换热器(11)和使用侧换热器(12)之间设有膨胀装置和压缩机，压缩机通过四通换向阀分别和水源侧换热器(11)、使用侧换热器(12)连接。
8.根据权利要求1所述的一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，其特征在于，所述水泵单元(5)和循环泵单元(20)分别由若干套冷却水泵和冷热水循环泵并联而成，每套分支由冷却水泵或冷热水循环泵、可曲挠软连接、止回阀、关断阀门连接而成，水泵单元(5)为低温工业循环冷却水提供动力克服本***的阻力，循环泵单元(20)为冷、热媒水提供动力克服本***的阻力。
9.根据权利要求1所述的一种利用低温工业循环冷却水的制冷加热***，其特征在于，所述末端装置(4)设置为应用冷热水作为冷热媒的空调设备，指组合空调、风机盘管、新风机组或空气处理机组中的任意一种或几种。
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