[发明专利]一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统

说明书

本发明公开了一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统，将水‑水换热器、两个蒸发器、两个冷凝器呈三层垂直放置，且水‑水换热器、蒸发器、冷凝器等部件设计在一个不锈钢外壳内，大大缩小了设备的整体占地面积，方便运输，缩短了各部件之间连接的铜管长度，降低了热损，且蒸发温度、冷凝温度的温差更接近，热水系统工况更稳定，系统COP更高。

技术领域

本发明属于废热水热量回收与循环利用领域，具体涉及一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统。

背景技术

2020年我国能源消费总量49.8亿吨标准煤，比上年增长2.2%。其中，建筑能耗占我国总能耗的20%左右，热水供应占建筑能耗的15%左右；热水基本用于居民的洗浴，洗浴过程是热能需求和热能浪费同时并存。洗浴热水温度一般为40℃～45℃，经洗浴后的废热水一般在32℃～35℃，洗浴过程只消耗了约10℃左右的热能，但加热洗澡水却需要让自来水温升30℃～41℃，直接排放洗浴废水则浪费了2/3～3/4的能量。

因此，本领域的研究人员使用热泵技术对废热水进行回收，该技术在循环工作过程中没有额外的废水、废气等污染物排放，其性能评价指标COP通常大于1，较传统用能方式节约一次能源，是一种合理高效的节能技术。

目前，国内的江苏辛普森新能源有限公司、郑州精诚热力节能服务有限公司，研发了基于热泵技术的回收废水余热的热泵系统，通过换热器对自来水与洗浴废水进行一级换热，再通过水源热泵，二次换热，进一步加热自来水至43℃左右。国内的江苏恒信诺金科技股份有限公司所研制的水源热泵废热梯级利用热水机采用前置水-水换热器和一级蒸发器、二级蒸发器对洗浴废水进行三级热能梯级回收，自来水温度梯级上升，废水温度梯级下降，是目前国内最节能最省钱的制热水系统。但它是由一套水-水换热器、一级水源热泵、二级水源热泵三台设备串联而成，三台设备在地面沿水平方向前后布置，通过水管相连而工作，设备占地大，且第二级水源热泵的废水进水温度低、清水出水温度高，导致蒸发温度、冷凝温度的温差非常大，热泵处于较为不利工况下工作。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提出一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统，将水-水换热器、两个蒸发器、两个冷凝器呈三层垂直放置，且水-水换热器、蒸发器、冷凝器等部件设计在一个不锈钢外壳内，大大缩小了设备的整体占地面积，方便运输，缩短了各部件之间连接的铜管长度，降低了热损，且蒸发温度、冷凝温度的温差更接近，热水系统工况更稳定，系统COP更高。

本发明所提供的技术方案如下：

一种废水余热三层梯级利用的水源热泵热水系统，由下至上依次设置有水-水换热器、蒸发器Ⅰ以及冷凝器Ⅰ、蒸发器Ⅱ以及冷凝器Ⅱ，蒸发器Ⅰ与蒸发器Ⅱ串联，冷凝器Ⅰ与冷凝器Ⅱ串联，水-水换热器设置有废热水入口、废热水出口、清水入口和清水出口，废热水出口与蒸发器Ⅱ连接，清水出口与冷凝器Ⅰ连接，蒸发器Ⅰ上设有废水排放口，冷凝器Ⅱ上设有洁净热水出口；还设有压缩机Ⅰ、压缩机Ⅱ、气液分离器Ⅰ、气液分离器Ⅱ、节流阀Ⅰ、节流阀Ⅱ、储液罐Ⅰ、储液罐Ⅱ，压缩机Ⅰ、冷凝器Ⅰ、储液罐Ⅰ、节流阀Ⅰ、蒸发器Ⅰ、气液分离器Ⅰ按顺序形成一个制冷回路系统；压缩机Ⅱ、冷凝器Ⅱ、储液罐Ⅱ、节流阀Ⅱ、蒸发器Ⅱ、气液分离器Ⅱ按顺序形成一个制冷回路系统。

优选地，还包括干燥过滤器Ⅰ和干燥过滤器Ⅱ，干燥过滤器Ⅰ设置在节流阀Ⅰ和储液罐Ⅰ之间；干燥过滤器Ⅱ设置在节流阀Ⅱ和储液罐Ⅱ之间。

优选地，还包括降噪装置Ⅰ和降噪装置Ⅱ，降噪装置Ⅰ设置在冷凝器Ⅰ和压缩机Ⅰ之间；降噪装置Ⅱ设置在冷凝器Ⅱ和压缩机Ⅱ之间。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

（1）本发明将水-水换热器、两个蒸发器、两个冷凝器呈三层垂直放置，且将水-水换热器、蒸发器、冷凝器等部件设计在一个不锈钢外壳内，大大缩小了设备的整体占地面积（最小为1m³），方便运输；同时缩短了各部件之间连接的铜管长度，尤其是压缩机至冷凝器的连接铜管长度，即使该部分的温度最高，但其热损最小。