一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的热回收系统

文档序号:1934829 发布日期:2021-12-07 浏览:17次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的热回收系统 (Heat recovery system for carbon dioxide transcritical refrigeration system ) 是由 马进 李锋 司春强 张川 王建林 朱景明 冯刚 邵懿 陈煜� 于 2021-07-06 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的热回收系统,包括:高温热回收子系统和中温热回收子系统;高温热回收子系统包括高温换热器、第一蓄液箱、第二蓄液箱和第一换热器,中温热回收子系统包括中温换热器、第三蓄液箱和第二换热器。通该热回收系统能够回收制冷系统产生的高品质热量,且通过高温换热器和中温换热器依次进行多次换热,使得热量得到充分利用,提高了制冷系统的热量利用率,避免能源浪费,且回收的热量能够满足多种需求;通过第一换热器和第二换热器对供水系统提供的可用水进行多次加热,综合利用了高温热回收子系统和中温热回收子系统,可以提供温度更高更适合的可用水,进一步提高了能量利用率。(The invention provides a heat recovery system for a carbon dioxide transcritical refrigeration system, comprising: a high temperature heat recovery subsystem and a medium temperature heat recovery subsystem; the high-temperature heat recovery subsystem comprises a high-temperature heat exchanger, a first liquid storage tank, a second liquid storage tank and a first heat exchanger, and the medium-temperature heat recovery subsystem comprises a medium-temperature heat exchanger, a third liquid storage tank and a second heat exchanger. The heat recovery system can recover high-quality heat generated by the refrigeration system, and the high-temperature heat exchanger and the medium-temperature heat exchanger sequentially exchange heat for multiple times, so that the heat is fully utilized, the heat utilization rate of the refrigeration system is improved, energy waste is avoided, and the recovered heat can meet multiple requirements; available water provided by a water supply system is heated for multiple times through the first heat exchanger and the second heat exchanger, the high-temperature heat recovery subsystem and the medium-temperature heat recovery subsystem are comprehensively utilized, the available water with higher temperature and more suitable temperature can be provided, and the energy utilization rate is further improved.)

一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的热回收系统

技术领域

本发明涉及热回收系统技术领域,具体而言,涉及一种用于二 氧化碳跨临界制冷系统的热回收系统。

背景技术

国家速滑馆的制冰系统采用了二氧化碳跨临界制冰系统,从工质 热物性来看,CO2(二氧化碳)单位容积制冷量高,约为传统工质的5~8 倍。低温下运动粘度小,换热能力强。再者CO2化学稳定性好,无毒 无害,容易获取。而二氧化碳制冷系统会产生高品质的热源,对于这 些高品质热源,需要对其进行回收再利用,节约能源。

目前的部分制冷系统中(如冷库、远置式冷柜等)也存在热回收 系统,这些热回收多存在于氟制冷系统、氨制冷系统等,并且这些热 回收系统比较简单,用处也比较单一,例如简单的进行热回收用于系 统融霜、防冻等,也有的是单纯的提高制冷系统效率。而对于二氧化 碳系统,特别是用于室内大型冰场的二氧化碳跨临界制冷系统的热回 收系统,由于其系统复杂、用处多样,传统的热回收系统不能高效利 用该高品质热源,不适用于二氧化碳制冷系统。

发明内容

为解决上述问题,本发明实施例的目的在于提供一种用于二氧化 碳跨临界制冷系统的热回收系统。

本发明实施例提供了一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的热回 收系统,包括:高温热回收子系统和中温热回收子系统;所述高温热 回收子系统包括高温换热器、第一蓄液箱、第二蓄液箱和第一换热器, 所述中温热回收子系统包括中温换热器、第三蓄液箱和第二换热器;

所述高温换热器用于传输第一载热剂,所述高温换热器的第一输 入端用于与压缩机的输出端相连,所述高温换热器的第一输出端与所 述中温换热器的第一输入端相连,所述中温换热器的第一输出端经过 制冷循环与所述压缩机的输入端相连;

所述高温换热器的第二输出端与所述第一蓄液箱的输入端相连, 所述第一蓄液箱的输出端与所述第一换热器的第一输入端相连;所述 第一换热器的第一输出端与所述第二蓄液箱的输入端相连,所述第二 蓄液箱的输出端与所述高温换热器的第二输入端相连;所述第一蓄液 箱的输出端还用于接入高温用水系统的输入端,所述第二蓄液箱的输入端还用于接入所述高温用水系统的输出端;

所述中温换热器用于传输第二载热剂,所述中温换热器的第二输 出端与所述第二换热器的第一输入端相连,所述第二换热器的第一输 出端与所述中温换热器的第二输入端相连;所述中温换热器的第二输 出端还用于接入中温加热系统的输入端,所述中温换热器的第二输入 端还用于接入所述中温加热系统的输出端;所述第三蓄液箱的输出端 与所述中温换热器的第二输入端相连;

所述第二换热器的第二输入端用于接入供水系统,所述第二换热 器的第二输出端与所述第一换热器的第二输入端相连,所述第一换热 器的第二输出端用于接入磨冰用水系统。

在一种可能的实现方式中,所述高温换热器的第二输出端出设有 串接的第一温控阀,在所述高温换热器的第二输出端处的第一载热剂 的温度高于第一预设值时,所述第一温控阀导通;

所述中温换热器的第二输出端出设有串接的第二温控阀,在所述 中温换热器的第二输出端处的第二载热剂的温度高于第二预设值时, 所述第二温控阀导通。

在一种可能的实现方式中,所述第二蓄液箱设有补液口,所述第 二蓄液箱的补液口用于补入所述第一载热剂;

所述第三蓄液箱设有补液口,所述第三蓄液箱的补液口用于补入 所述第二载热剂。

在一种可能的实现方式中,所述高温热回收子系统还包括:第三 换热器;

所述第三换热器的第一输入端和第一输出端用于接入市政供热 系统;

所述第三换热器的第二输入端与所述第二蓄液箱的输出端相连, 所述第三换热器的第二输出端与所述第一蓄液箱的输入端相连。

在一种可能的实现方式中,所述第一载热剂包括水,所述第二载 热剂包括水和/或防冻液。

在一种可能的实现方式中,在所述第二载热剂包括防冻液的情况 下,所述中温热回收子系统还包括:第四换热器;

所述第四换热器的第一输入端与所述中温换热器的第二输出端 相连,所述第四换热器的第一输出端与所述中温换热器的第二输入端 相连;

所述第四换热器的第二输入端和第二输出端用于接入中温用水 系统。

在一种可能的实现方式中,所述高温换热器的数量为多个;

所述高温换热器的第一输出端与相邻的中温换热器的第一输入 端相连;多个所述高温换热器的第二输入端相连,且多个所述高温换 热器的第二输出端相连。

在一种可能的实现方式中,所述中温换热器的数量为多个;

所述中温换热器的第一输出端经过制冷循环与所述压缩机的输 入端相连;多个所述中温换热器的第二输入端相连,且多个所述中温 换热器的第二输出端相连。

在一种可能的实现方式中,热回收系统还包括加热器;

所述加热器用于串接所述高温用水系统和/或所述磨冰用水系统。

在一种可能的实现方式中,所述第一蓄液箱、所述第二蓄液箱、 所述第三蓄液箱中的一种或多种设有排液口。

本发明实施例上述提供的方案中,可以实现对二氧化碳跨临界制 冷系统的热回收。该热回收系统能够回收制冷系统产生的高品质热量, 且通过高温换热器和中温换热器依次进行多次换热,使得热量得到充 分利用,提高了制冷系统的热量利用率,避免能源浪费。并且,通过 多次换热可以供应对不同温度的热水,回收的热量能够满足多种需求; 且通过第一换热器和第二换热器对供水系统提供的可用水进行多次加 热,综合利用了高温热回收子系统和中温热回收子系统,可以提供温 度更高更适合的可用水,进一步提高了能量利用率,使得该热回收系 统可以应用到更多的需求中。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较 佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而 易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域 普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些 附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种用于二氧化碳跨临界制冷 系统的热回收系统的第一结构示意图;

图2示出了本发明实施例所提供的一种用于二氧化碳跨临界制冷 系统的热回收系统的第二结构示意图。

图标:

10-高温换热器、20-中温换热器、30-第一蓄液箱、40-第二蓄液箱、50-第一换热器、60-第三蓄液箱、70-第二换热器、80-第三换热器、90- 第四换热器、100-高温用水系统、200-磨冰用水系统、300-供水系统、 400-中温加热系统、500-中温用水系统、M-压缩机、H-加热器。

具体实施方式

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、 “竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等 指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了 便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本 发明的限制。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指 示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此, 限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更 多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上, 除非另有明确具体的限定。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、 “连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也 可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连 接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元 件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况 理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的热回 收系统,包括:高温热回收子系统和中温热回收子系统。参见图1所 示,高温热回收子系统包括高温换热器10、第一蓄液箱30、第二蓄液 箱40和第一换热器50,中温热回收子系统包括中温换热器20、第三 蓄液箱60和第二换热器70。

其中,高温换热器10用于传输第一载热剂,中温换热器20用于 传输第二载热剂。如图1所示,高温换热器10的第一输入端用于与压 缩机M的输出端相连,高温换热器10的第一输出端与中温换热器20 的第一输入端相连,中温换热器20的第一输出端经过制冷循环与压 缩机M的输入端相连。

高温换热器10的第二输出端与第一蓄液箱30的输入端相连,第 一蓄液箱30的输出端与第一换热器50的第一输入端相连;第一换热 器50的第一输出端与第二蓄液箱40的输入端相连,第二蓄液箱40的 输出端与高温换热器10的第二输入端相连;第一蓄液箱30的输出端 还用于接入高温用水系统100的输入端,第二蓄液箱40的输入端还 用于接入高温用水系统100的输出端。

中温换热器20的第二输出端与第二换热器70的第一输入端相连, 第二换热器70的第一输出端与中温换热器20的第二输入端相连;中 温换热器20的第二输出端还用于接入中温加热系统400的输入端, 中温换热器20的第二输入端还用于接入中温加热系统400的输出端; 第三蓄液箱60的输出端与中温换热器20的第二输入端相连,用于向 中温换热器20的第二输入端补充第二载热剂。

此外,第二换热器70的第二输入端用于接入供水系统300,第二 换热器70的第二输出端与第一换热器50的第二输入端相连,第一换 热器50的第二输出端用于接入磨冰用水系统200。

本发明实施例中,根据制冷系统的工作原理可知,压缩机M输出 高温的制冷剂,之后需要冷凝器或气冷器对高温的制冷剂进行降温, 以实现后续的制冷过程。本实施例在压缩机M的输出端之后依次接入 高温换热器10和中温换热器20,即高温换热器10距离压缩机M的 输出端更近,使得高温换热器10优先利用温度较高的制冷剂,之后中 温换热器10再利用经过换热后的制冷剂。可选地,该高温换热器10 和中温换热器20均设置在压缩机M与冷凝器或气冷器之间,从而能 够有效利用压缩机M输出的高温能量。需要说明的是,本发明实施例 中的“高温”和“中温”为相对的温度,即高温对应的温度大于中温 对应的温度,并不限定温度的具体数值。例如,高温换热器10所输出 的第一载热剂的温度高于中温换热器20所输出的第二载热剂的温度。 下述的“高温用水系统100”与“中温用水系统”相似,此处不做赘 述。

本发明实施例中,高温换热器10、中温换热器20、第一换热器 50、第二换热器70,以及下述的第三换热器80、第四换热器90,均 为原理相同的换热器;以图1中的高温换热器10为例,该换热器具有 第一输入端1、第一输出端2、第二输入端3和第二输出端4,其中, 该第一输入端1与第一输出端2内部连通,第二输入端3与第二输出 端4内部连通,从而形成两道管路,不同的管路用于传输具有不同温 度的溶剂,从而实现热交换。例如,高温换热器10的第一输入端1、 第一输出端2所对应的管路用于传输热流体,即制冷剂;其第二输入 端3、第二输出端4所对应的管路用于传输冷流体,即第一载热剂, 使得制冷剂可以将热量传递给第一载热剂。同理,中温换热器20的第 二输入端和第二输出端所对应的管路用于传输第二载热剂。可选地, 该第一载热剂包括水,第二载热剂包括水和/或防冻液,例如包含20%乙二醇水溶液的的防冻液。

本发明实施例中,由高温换热器10、中温换热器20分别加热的 第一载热剂、第二载热剂分别对相应的系统供热或直接提供热水,以 供相应的系统使用。具体地,该热回收系统的工作过程具体如下:

压缩机M输出的高温制冷剂流经高温换热器10的加热侧(即第 一输入端、第一输出端对应的一侧),从而可以加热被加热侧(即第二 输入端、第二输出端对应的一侧)的第一载热剂,使得第一载热剂能 够从第一温度升至第二温度,例如从40℃升至70℃。第二温度的第一 载热剂先存储在第一蓄液箱30中,在满足一定条件(如第一蓄液箱30 中的液位高于预设值)时允许向高温用水系统100提供具有较高温度 的第一载热剂,如70℃的热水等;并且,经过高温用水系统100使用 后温度降低的第一载热剂再存储到第二蓄液箱40中;其中,该高温用 水系统100具体可以为除湿机再生热源、生活热水等。此外,第一载 热剂也可流经第一换热器50的第一输入端、第一输出端,从而进行换 热,并流入至第二蓄液箱40;最后,第二蓄液箱40中第一温度的第 一载热剂(如40℃的温水)流入至高温换热器10的第二输入端,实 现第一载热剂的循环供热。

此外,制冷剂流经高温换热器10之后温度降低,之后再流入中温 换热器20,此时也可以加热中温换热器20被加热侧的第二载热剂, 例如从第三温度加热至第四温度,只是温度不如第一载热剂的温度高, 例如可以将第二载热剂从15℃升至35℃;之后第四温度的第二载热 剂可应用于不需要特别高温度的系统,如中温加热系统400等。若该 第二载热剂与第一载热剂均主要为水,则应用第二载热剂的过程与应 用第一载热剂的过程相似。或者,若第二载热剂中包含乙二醇等防冻 剂,则用户不能直接使用第二载热剂,此时第二载热剂可只用于加热, 例如加热中温加热系统400中的设备,或者通过换热器为用户所用的水进行加热。

本发明实施例中,如图1所示,中温换热器20的第二载热剂可以 加热第二换热器70,若第二换热器70的第二输入端接入供水系统300, 则供水系统300提供的可用水(例如纯净水等)可以流经该第二换热 器70的第二输入端、第二输出端,实现对可用水的一次加热;之后该 可用水可以再次流经第一换热器50的第二输入端、第二输出端,实现 对可用水的二次加热。本实施例通过第一换热器50和第二换热器70 对供水系统300提供的可用水进行多次加热,综合利用了高温热回收 子系统和中温热回收子系统,可以提供温度更高的可用水,使得该热 回收系统可以应用到更多的需求中;并且,供水系统300对应的管路 为独立的管路,可以保证管路中可用水的质量。此外可选地,该热回 收系统还包括串接于高温用水系统100和/或磨冰用水系统200的加 热器H。如图1所示,在磨冰用水系统200中串接加热器H,可以对 经过二次加热的可用水再次加热,在有效利用制冷系统产生热量的同 时,还能够向用户提供所需的高温用水。

本发明实施例提供的一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的热回 收系统,可以实现对二氧化碳跨临界制冷系统的热回收。该热回收系 统能够回收制冷系统产生的高品质热量,且通过高温换热器10和中 温换热器20依次进行多次换热,使得热量得到充分利用,提高了制冷 系统的热量利用率,避免能源浪费。并且,通过多次换热可以供应对 不同温度的热水,回收的热量能够满足多种需求;且通过第一换热器 50和第二换热器70对供水系统300提供的可用水进行多次加热,综 合利用了高温热回收子系统和中温热回收子系统,可以提供温度更高 更适合的可用水,进一步提高了能量利用率,使得该热回收系统可以 应用到更多的需求中。

在上述实施例的基础上,该高温换热器10的第二输出端出设有 串接的第一温控阀,在高温换热器10的第二输出端处的第一载热剂 的温度高于第一预设值时,第一温控阀导通。中温换热器20的第二输 出端出设有串接的第二温控阀,在中温换热器20的第二输出端处的 第二载热剂的温度高于第二预设值时,第二温控阀导通。

本发明实施例中,在高温换热器10、中温换热器20处设有相应 的温控阀,即第一温控阀和第二温控阀,只有在温度达到一定值之后 才可打开温控阀,从而可以保证载热剂达到相应温度才会进入所需的 系统,从而可以保证加热效果。例如,第一温控阀的第一预设值为70℃, 即高温换热器10只有将第一载热剂加热到70℃以上,才可以流至第 一蓄液箱30内,从而实现对载热剂的温度控制。

可选地,参见图1所示,第二蓄液箱40设有补液口In,第二蓄 液箱40的补液口用于补入第一载热剂;相应地,第三蓄液箱60设有 补液口In,第三蓄液箱60的补液口用于补入第二载热剂。

本发明实施例中,第二蓄液箱40和第三蓄液箱60均设有补液口, 从而在载热剂不足时可以进行补充,以保证热回收系统内循环有足够 量的载热剂;并且,第三蓄液箱60除了能够补液蓄液,还可以起到给 系统定压的作用。其中,若第二载热剂包含乙二醇等防冻剂,则第二 载热剂主要用于换热,其在中温热回收子系统中的含量基本不变,故 不需要进行连续补液;此时,该第三蓄液箱60只需要输出端接入中温 换热器20中即可,在中温换热器20所在管路中的第二载热剂含量降 低时及时补充第二载热剂。

可选地,第一蓄液箱30、第二蓄液箱40、第三蓄液箱60中的一 种或多种设有排液口。本发明实施例中,为了避免蓄液箱中的液态的 载热剂过多,可以在底部设置排液口,从而可以及时排出过多的载热 剂。本实施例中,第一蓄液箱30和第二蓄液箱40设有排液口;若第 三蓄液箱60只有输出端接入中温换热器20,则可以基于实际需求来 确定是否需要为第三蓄液箱60设置排液口。

在上述实施例的基础上,参见图2所示,该高温热回收子系统还 包括:第三换热器80;该第三换热器80的第一输入端和第一输出端 用于接入市政供热系统(图2中未示出);第三换热器80的第二输入 端与第二蓄液箱40的输出端相连,第三换热器80的第二输出端与第 一蓄液箱30的输入端相连。

本发明实施例中,通过该第三换热器80为高温热回收子系统接 入其他供热系统,基于该其他供热系统可以对第二蓄液箱40输出的 部分第一载热剂进行加热,从而在压缩机M输出的制冷剂温度不够的 情况下,可以基于该其他供热系统额外进行加热,可以避免高温换热 器10的热量不够,能够实现热量补充;并且,通过该第三换热器80 也能够更快速的提供符合温度标准的第一载热剂,且第二蓄液箱40可 以实现补水,使得在第一载热剂需求较大时也能正常实现供给。

可选地,在第二载热剂包括乙二醇等防冻剂的情况下,参见图2 所示,该中温热回收子系统还包括:第四换热器90。

该第四换热器90的第一输入端与中温换热器20的第二输出端相 连,第四换热器90的第一输出端与中温换热器20的第二输入端相连; 第四换热器90的第二输入端和第二输出端用于接入中温用水系统500。

本发明实施例中,若第二载热剂包括乙二醇等防冻剂,则利用中 温的第二载热剂可以直接对需要加热的中温加热系统400提供热量, 例如该中温加热系统400具体可以为融冰池、地面防冻层等。并且, 可以通过第四换热器90为中温用水系统500中的液体进行加热;例 如,该中温用水系统可以为厨房用水等,即通过包含乙二醇等防冻剂 的第二载热剂来加热厨房用水,从而可以向用户提供中温的厨房用水。

可选地,参见图2所示,该高温换热器10的数量可以为多个;高 温换热器10的第一输出端与相邻的中温换热器20的第一输入端相连; 多个高温换热器10的第二输入端相连,且多个高温换热器10的第二 输出端相连。

同样地,中温换热器20的数量也可以为多个;中温换热器20的 第一输出端经过制冷循环与所述压缩机的输入端相连;多个中温换热 器20的第二输入端相连,且多个中温换热器20的第二输出端相连。

本发明实施例中,为提高对压缩机M输出的制冷剂的热量的利用 效果,压缩机M的输出端依次接入多个高温换热器10、多个中温换 热器20,从而能够充分地实现热交换。并且,高温换热器10、中温换 热器20的被加热侧采用并联的方式,即多个第二输入端相连,多个第 二输出端也相连,方便载热剂混合。

本发明实施例提供的一种用于二氧化碳跨临界制冷系统的热回 收系统,可以实现对二氧化碳跨临界制冷系统的热回收。该热回收系 统能够回收制冷系统产生的高品质热量,且通过高温换热器10和中 温换热器20依次进行多次换热,使得热量得到充分利用,提高了制冷 系统的热量利用率,避免能源浪费。并且,通过多次换热可以供应对 不同温度的热水,回收的热量能够满足多种需求;且通过第一换热器 50和第二换热器70对供水系统300提供的可用水进行多次加热,综 合利用了高温热回收子系统和中温热回收子系统,可以提供温度更高 更适合的可用水,进一步提高了能量利用率,使得该热回收系统可以 应用到更多的需求中。蓄水箱设有补液口,可以保证载热剂的含量足 够;基于第三换热器80接入市政供热系统,能够在高温换热器10热 量不够时实现热量补充;基于第四换热器90可以对中温用水系统500 中的可用水等液体进行加热,方便用户直接使用中温用水系统500中 可用水。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并 不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内,可轻易想到变化或替换的实施方式,都应涵盖在本发明的保护 范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为 准。

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