本發(fā)明屬于熱電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電動(dòng)熱泵和蓄熱裝置聯(lián)用的熱力站系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國城鎮(zhèn)化發(fā)展十分迅速，在我國北方地區(qū)供熱行業(yè)屬于民生行業(yè)，快速增長的城鎮(zhèn)供熱需求與日益飽和的供熱管網(wǎng)的矛盾日益突出，因此提升供熱管網(wǎng)的輸送能力成為重要研究課題。進(jìn)一步提高一次網(wǎng)供水溫度雖然能提升供回水的溫差，進(jìn)而增大熱網(wǎng)輸送熱量的能力，但是目前的城市熱網(wǎng)供水溫度大都達(dá)到供熱溫度上限，繼續(xù)提高供熱溫度會(huì)超出管道材料的耐溫極限。如果采用吸收式熱泵降低熱網(wǎng)回水溫度，吸收式熱泵的體積較大，而且初投資較高，很多熱力站設(shè)置在地下，缺少安裝吸收式熱泵的條件，在此背景之下，本發(fā)明采用在熱力站增加電動(dòng)熱泵和蓄熱系統(tǒng)來降低一次網(wǎng)回水溫度，可有效解決城市熱網(wǎng)輸送熱量能力受限的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電動(dòng)熱泵和蓄熱裝置聯(lián)用的熱力站系統(tǒng)，用以解決背景技術(shù)中提到的一種能夠大幅度提升一次供熱管網(wǎng)供熱能力的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，

電動(dòng)熱泵和蓄熱裝置聯(lián)用的熱力站系統(tǒng)包括水水換熱器1、電動(dòng)熱泵2和蓄熱罐3，其中，電動(dòng)熱泵2由壓縮機(jī)8、蒸發(fā)器11、冷凝器9和節(jié)流閥10組成，蓄熱系統(tǒng)由蓄熱罐3、蓄熱循環(huán)泵6、蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13和蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12組成。

一次網(wǎng)的連接方式為：一次網(wǎng)供水7首先進(jìn)入水水換熱器1進(jìn)行放熱降溫，然后與電動(dòng)熱泵2的蒸發(fā)器11的水路進(jìn)口和蓄熱系統(tǒng)3的熱水進(jìn)出口相連，通過控制蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13、蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12和電動(dòng)熱泵蒸發(fā)器水路閥門14的開關(guān)實(shí)現(xiàn)蓄熱模式和放熱模式切換。

二次網(wǎng)的連接方式為：二次網(wǎng)回水5首先進(jìn)入電動(dòng)熱泵2 的冷凝器9，然后再進(jìn)入水水換熱器1，升溫后作為二次網(wǎng)供水4送往熱用戶。

所述電動(dòng)熱泵2中，熱泵制冷劑管路為：壓縮機(jī)8出口與冷凝器9制冷劑進(jìn)口連接，冷凝器9制冷劑出口與節(jié)流閥10進(jìn)口連接，節(jié)流閥10出口與蒸發(fā)器11制冷劑進(jìn)口連接，蒸發(fā)器11制冷劑出口與壓縮機(jī)8進(jìn)口連接；

所述蓄熱系統(tǒng)中，水路連接方式為蓄熱罐3的熱水進(jìn)出口與蓄熱循環(huán)泵6相連，蓄熱循環(huán)泵6與蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13相連，蓄熱罐3的冷水進(jìn)出口與蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12相連。

蓄熱系統(tǒng)與一次網(wǎng)熱水連接方式為：蓄熱罐3的熱水進(jìn)出口通過蓄熱循環(huán)泵6及蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13與水水換熱器1的一次網(wǎng)熱水出口相連，蓄熱罐3的冷水進(jìn)出口通過蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12與一次網(wǎng)回水15相連。

蓄熱罐3連接在一次熱網(wǎng)熱水管路中的方式為，蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口與水水換熱器1的一次網(wǎng)熱水出口連接，蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口與一次網(wǎng)回水15連接。

所述蓄熱罐3的罐體為密封承壓罐，罐體上部的連接口為蓄熱罐3熱水進(jìn)出口、罐體下部的連接口為蓄熱罐3冷水進(jìn)出口，罐體內(nèi)部可選擇填充相變材料或不填充相變材料；蓄熱罐工作原理為：如果填充相變材料，熱水從蓄熱罐3熱水進(jìn)出口進(jìn)入蓄熱罐3，熱水溫度高于相變溫度時(shí)，相變材料變成熱態(tài)，其中填充的相變材料被加熱產(chǎn)生相變，吸收熱水的熱量，熱水溫度降低變成冷水從蓄熱罐3冷水進(jìn)出口流出，完成蓄熱過程；當(dāng)冷水從蓄熱罐3冷水進(jìn)出口進(jìn)入蓄熱罐3，冷水溫度低于相變溫度時(shí)，相變材料變成冷態(tài)，相變材料產(chǎn)生相變釋放熱量，冷水被加熱成熱水后從蓄熱罐3熱水進(jìn)出口流出，完成放熱過程。相變材料為石蠟型或熔融鹽型的蓄熱材料，或者為水和鹽類組合類型的蓄熱材料。如果不采用相變材料蓄熱，則利用熱水和冷水的密度差實(shí)現(xiàn)自然分層，熱水從蓄熱罐3上部的蓄熱罐3熱水進(jìn)出口進(jìn)出，冷水從蓄熱罐3下部的蓄熱罐3冷水進(jìn)出口進(jìn)出。

電動(dòng)熱泵和蓄熱裝置聯(lián)用的熱力站的基本構(gòu)成包括水水換熱器、電動(dòng)熱泵和蓄熱裝置。運(yùn)行模式根據(jù)城市電網(wǎng)的峰谷電價(jià)進(jìn)行蓄熱模式和放熱模式切換，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)熱泵的間歇式運(yùn)行。

該系統(tǒng)相比只采用水水換熱器的熱力站而言，大幅度的提升了現(xiàn)有一次網(wǎng)的輸送能力，同時(shí)保證用戶的供熱需求。舉例說明：當(dāng)熱用戶家中采用暖氣片時(shí)，常規(guī)熱力站一次網(wǎng)熱水設(shè)計(jì)供水溫度120℃，設(shè)計(jì)一次網(wǎng)回水溫度60℃，二次網(wǎng)設(shè)計(jì)供水溫度60℃，二次網(wǎng)設(shè)計(jì)回水溫度45℃，一次網(wǎng)的供回水溫差是60℃，采用本系統(tǒng)后，一次網(wǎng)回水可以在電動(dòng)熱泵的蒸發(fā)器繼續(xù)降溫到更低的溫度，假如一次網(wǎng)回水在電動(dòng)熱泵出口溫度為10℃，則一次網(wǎng)的供回水溫差為110℃，相比常規(guī)熱力站的一次網(wǎng)熱量輸送能力提升了83%，進(jìn)而原有的一次管網(wǎng)可以承擔(dān)更多的供熱需求，在不增加供熱管網(wǎng)情況下，解決了城市供熱管網(wǎng)輸送能力不足的難題。

該系統(tǒng)相比在熱力站只增加電動(dòng)熱泵的系統(tǒng)而言，流程設(shè)計(jì)與運(yùn)行效果均有顯著區(qū)別和優(yōu)越性。如果只采用電動(dòng)熱泵，該熱泵需要全天運(yùn)行，而城市電網(wǎng)存在峰谷電價(jià)。白天是城市用電的高峰期，用電單價(jià)普遍高于夜間，部分城市白天的用電價(jià)格甚至高出夜間電價(jià)3倍以上，因此白天開啟電動(dòng)熱泵運(yùn)行費(fèi)用較高，導(dǎo)致系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性變差。該發(fā)明通過電動(dòng)熱泵和蓄熱系統(tǒng)的巧妙組合，在保證降低一網(wǎng)回水溫度的前提下，只在夜間電價(jià)較低時(shí)開啟電熱泵，白天關(guān)閉電熱泵，大幅降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，依靠蓄熱罐中存儲的冷水維持一次網(wǎng)回水溫度仍然在較低的水平，同時(shí)保證供熱在白天和夜間都能正常運(yùn)行。。

此外，由于本系統(tǒng)具有蓄熱模式和放熱模式兩種運(yùn)行模式，因此該系統(tǒng)可以在一天當(dāng)中的不同時(shí)間段進(jìn)行運(yùn)行模式的不同組合，實(shí)現(xiàn)一天當(dāng)中多次運(yùn)行模式的切換，以匹配當(dāng)?shù)夭煌瑫r(shí)間段的峰谷電價(jià)，進(jìn)一步的降低該系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。

本發(fā)明把一次網(wǎng)回水溫度降低到顯著低于二次網(wǎng)回水溫度的水平，這是常規(guī)熱力站所無法實(shí)現(xiàn)的，一次網(wǎng)回水溫度的大幅度降低不僅增加的管網(wǎng)的輸送能力，同時(shí)減少了熱力站處換熱過程的不可逆損失。

電動(dòng)熱泵和蓄熱裝置聯(lián)用的熱力站系統(tǒng)運(yùn)行方法為：

A.蓄熱模式運(yùn)行：

電動(dòng)熱泵2關(guān)閉，蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13和蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12打開，電動(dòng)熱泵蒸發(fā)器水路閥門14關(guān)閉，蓄熱循環(huán)泵6關(guān)閉，一次網(wǎng)供水7首先進(jìn)入水水換熱器1，然后一次網(wǎng)水再通過蓄熱罐3的熱水進(jìn)出口進(jìn)入蓄熱罐3，蓄熱罐3中存儲的冷水通過蓄熱罐3的冷水進(jìn)出口流出后進(jìn)入一次網(wǎng)回水15管路，蓄熱罐3中冷水變成熱水，實(shí)現(xiàn)蓄熱過程；

B. 放熱模式運(yùn)行：

電動(dòng)熱泵2開啟，蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13和蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12打開，電動(dòng)熱泵蒸發(fā)器水路閥門14打開，蓄熱循環(huán)泵6打開，一次網(wǎng)供水7首先進(jìn)入水水換熱器1，一次網(wǎng)水釋放熱量后與蓄熱罐3的熱水進(jìn)出口流出的熱水進(jìn)行混合，混合后的熱水進(jìn)入電動(dòng)熱泵2的蒸發(fā)器11進(jìn)行降溫，降溫后的熱水分成兩路，一路返回一次水回水15管路，一路通過蓄熱罐3的冷水進(jìn)出口進(jìn)入蓄熱罐3，蓄熱罐3中熱水變成冷水，實(shí)現(xiàn)放熱過程。

此外，如果該系統(tǒng)的蓄熱罐3發(fā)生故障，可以關(guān)閉蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12和蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13，打開電動(dòng)熱泵蒸發(fā)器水路閥門14，關(guān)閉電動(dòng)熱泵2，該系統(tǒng)可以變?yōu)槌Ｒ?guī)熱力站系統(tǒng)繼續(xù)供熱。

本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明通過電動(dòng)熱泵和蓄熱裝置聯(lián)用，進(jìn)行蓄熱模式和放熱模式切換，實(shí)現(xiàn)了保證供熱同時(shí)大幅度的提升一次網(wǎng)的供熱能力，同時(shí)通過合理的增加蓄熱裝置，顯著降低該系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

附圖說明

圖1電動(dòng)熱泵和蓄熱裝置聯(lián)用的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組示意圖；

圖2該系統(tǒng)的放熱模式示意圖；

圖3該系統(tǒng)的蓄熱模式示意圖；

圖中，1—水水換熱器，2—電動(dòng)熱泵，3—蓄熱罐，4—二次網(wǎng)供水，5—二次網(wǎng)回水，6—蓄熱循環(huán)泵，7—一次網(wǎng)供水，8—壓縮機(jī)，9—冷凝器，10—節(jié)流閥，11—蒸發(fā)器，12--蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門，13--蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門，14--電動(dòng)熱泵蒸發(fā)器水路閥門，15—一次網(wǎng)回水。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：如圖1所示的電動(dòng)熱泵和蓄熱裝置聯(lián)用的熱力站系統(tǒng)

電動(dòng)熱泵和蓄熱裝置聯(lián)用的熱力站系統(tǒng)包括水水換熱器1、電動(dòng)熱泵2和蓄熱罐3組成，其中，電動(dòng)熱泵2由壓縮機(jī)8、蒸發(fā)器11、冷凝器9和節(jié)流閥10組成，蓄熱系統(tǒng)由蓄熱罐3、蓄熱循環(huán)泵6、蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13和蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12組成。

一次網(wǎng)的連接方式為：一次網(wǎng)供水7首先進(jìn)入水水換熱器1進(jìn)行放熱降溫，然后與電動(dòng)熱泵2的蒸發(fā)器11的水路進(jìn)口和蓄熱系統(tǒng)3的熱水進(jìn)出口相連，該系統(tǒng)通過控制蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13、蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12和電動(dòng)熱泵蒸發(fā)器水路閥門14的開關(guān)組合實(shí)現(xiàn)蓄熱模式和放熱模式切換。

二次網(wǎng)的連接方式為：二次網(wǎng)回水5首先進(jìn)入電動(dòng)熱泵2 的冷凝器9，然后再進(jìn)入水水換熱器1，升溫后成為二次網(wǎng)供水4送往熱用戶。

所述電動(dòng)熱泵2中，熱泵制冷劑管路為：壓縮機(jī)8出口與冷凝器9制冷劑進(jìn)口連接，冷凝器9制冷劑出口與節(jié)流閥10進(jìn)口連接，節(jié)流閥10出口與蒸發(fā)器11制冷劑進(jìn)口連接，蒸發(fā)器11制冷劑出口與壓縮機(jī)8進(jìn)口連接；

所述蓄熱系統(tǒng)中，水路連接方式為蓄熱罐3的熱水進(jìn)出口與蓄熱循環(huán)泵6相連，蓄熱循環(huán)泵6與蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13相連，蓄熱罐3的冷水進(jìn)出口與蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12相連。

蓄熱系統(tǒng)與一次網(wǎng)熱水連接方式為：蓄熱罐3的熱水進(jìn)出口通過蓄熱循環(huán)泵6及蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13與水水換熱器1的一次網(wǎng)熱水出口相連，蓄熱罐3的冷水進(jìn)出口通過蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12與一次網(wǎng)回水15相連。

蓄熱罐3的罐體為由密封承壓罐，罐體上部的連接口為蓄熱罐3熱水進(jìn)出口、罐體下部的連接口為蓄熱罐3冷水進(jìn)出口，罐體內(nèi)部填充石蠟型相變材料。

該機(jī)組在白天采用蓄熱模式運(yùn)行，夜間采用放熱模式運(yùn)行，該系統(tǒng)的運(yùn)行模式為：

A.蓄熱模式運(yùn)行（8點(diǎn)-20點(diǎn)）：

電動(dòng)熱泵2關(guān)閉，蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13和蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12打開，電動(dòng)熱泵蒸發(fā)器水路閥門14關(guān)閉，蓄熱循環(huán)泵6關(guān)閉，一次網(wǎng)供水7首先進(jìn)入水水換熱器1，然后一次網(wǎng)水再通過蓄熱罐3的熱水進(jìn)出口進(jìn)入蓄熱罐3，蓄熱罐3中存儲的冷水通過蓄熱罐3的冷水進(jìn)出口流出后進(jìn)入一次網(wǎng)回水15管路，蓄熱罐3中冷水變成熱水，實(shí)現(xiàn)蓄熱過程；

B. 放熱模式運(yùn)行（20點(diǎn)-次日8點(diǎn)）：

電動(dòng)熱泵2開啟，蓄熱系統(tǒng)熱水進(jìn)出口閥門13和蓄熱系統(tǒng)冷水進(jìn)出口閥門12打開，電動(dòng)熱泵蒸發(fā)器水路閥門14打開，蓄熱循環(huán)泵6打開，一次網(wǎng)供水7首先進(jìn)入水水換熱器1，一次網(wǎng)水釋放熱量后與蓄熱罐3的熱水進(jìn)出口流出的熱水進(jìn)行混合，混合后的熱水進(jìn)入電動(dòng)熱泵2的蒸發(fā)器11進(jìn)行降溫，降溫后的熱水分成兩路，一路返回一次水回水15管路，一路通過蓄熱罐3的冷水進(jìn)出口進(jìn)入蓄熱罐3，蓄熱罐3中熱水變成冷水，實(shí)現(xiàn)放熱過程。

本發(fā)明適用于集中供熱或者分散供熱的熱力站系統(tǒng)。

以上所述，僅為本發(fā)明一種較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。