本發(fā)明涉及工業(yè)節(jié)能降碳，具體涉及一種二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
1、大批量的工業(yè)零部件通常利用流水產(chǎn)線完成生產(chǎn)加工過(guò)程。工件在流水產(chǎn)線上會(huì)經(jīng)過(guò)諸多工藝過(guò)程，其中高溫工序往往是必不可少的。工件經(jīng)過(guò)高溫工序后，自身攜帶大量熱容，通常利用車(chē)間環(huán)境進(jìn)行自然冷卻。然而，這一過(guò)程將來(lái)帶一些不利的影響。具體而言，在冷卻過(guò)程中，工件攜帶的大量余熱直接進(jìn)入車(chē)間環(huán)境，不僅造成熱能的浪費(fèi)，還導(dǎo)致車(chē)間溫度升高，工作環(huán)境惡化，影響工人的熱舒適性和工作效率。此外，由于工件溫度高、冷卻距離長(zhǎng)導(dǎo)致車(chē)間環(huán)境空氣在較大空間內(nèi)溫度分布不均，從而形成了較大溫跨條件，亟待采用節(jié)能高效的熱回收技術(shù)以減少能源浪費(fèi)。
2、目前，工業(yè)領(lǐng)域常用的熱回收系統(tǒng)是蒸汽壓縮式熱泵。熱泵通過(guò)壓縮機(jī)做功，從低溫?zé)嵩次諢崃坎⑾蚋邷責(zé)嵩瘁尫艧崃?，從而?shí)現(xiàn)熱能的回收和能源品質(zhì)的提升。但單一熱泵系統(tǒng)在面對(duì)較大溫跨條件的工業(yè)熱回收?qǐng)鼍皶r(shí)存在明顯局限性。一方面，較大溫跨條件導(dǎo)致熱泵壓比增大，系統(tǒng)能效降低；另一方面，單一熱泵回收熱量有限，能源浪費(fèi)問(wèn)題依然突出。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提出一種二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，以實(shí)現(xiàn)更加全面高效的熱回收效果。
2、申請(qǐng)人在構(gòu)思?xì)v程中認(rèn)為：大空間、大溫跨條件下的環(huán)境空氣自身創(chuàng)造了一個(gè)維度的熱回收條件，而針對(duì)其中每一級(jí)熱回收，可以采用多級(jí)梯級(jí)吸排氣熱泵循環(huán)，這創(chuàng)造了另一個(gè)維度的熱回收條件。所述二維梯級(jí)是指第一維度的空間溫度梯度（n+x級(jí)）和第二維度的熱泵能級(jí)梯度（m級(jí)）分級(jí)，其中n為≥1的整數(shù)，x為≥0的整數(shù)，m為≥1的整數(shù)。通過(guò)兩個(gè)維度的梯級(jí)熱回收，系統(tǒng)能夠大幅提升熱回收效率。
3、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
4、一方面，本發(fā)明提供了一種二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)，包括大空間溫度非均勻分布的環(huán)境空氣、n+x級(jí)熱回收系統(tǒng)和加熱流體。
5、所述的大空間溫度非均勻分布的環(huán)境空氣，其溫度沿某一方向逐漸降低，整體形成大溫跨條件。從該環(huán)境空氣中分支出了n+x級(jí)熱回收空氣流路，以實(shí)現(xiàn)第一個(gè)維度的梯級(jí)熱回收。
6、所述n+x級(jí)熱回收系統(tǒng)與n+x級(jí)熱回收空氣流路一一對(duì)應(yīng)，其中前n級(jí)為主動(dòng)熱回收系統(tǒng)，后x級(jí)為被動(dòng)熱回收系統(tǒng)。所述的主動(dòng)熱回收系統(tǒng)中，每一級(jí)熱回收系統(tǒng)可采用m級(jí)梯級(jí)吸排氣熱泵，即由m個(gè)熱泵循環(huán)組成，以實(shí)現(xiàn)第二個(gè)維度的梯級(jí)熱回收。所述的被動(dòng)熱回收系統(tǒng)中，每一級(jí)熱回收系統(tǒng)為一個(gè)熱回收換熱器。
7、所述的加熱流體，根據(jù)加熱介質(zhì)需求，一般為水或空氣，包括n+1條加熱流體流路。其中前n條加熱流體流路與前n級(jí)熱回收系統(tǒng)一一對(duì)應(yīng)，且前n條流路混合形成了第n+1條流路，第n+1條流路依次流經(jīng)x個(gè)熱回收換熱器與后x級(jí)熱回收空氣流路換熱，從而實(shí)現(xiàn)被動(dòng)熱回收。
8、進(jìn)一步地，所述的主動(dòng)熱回收系統(tǒng)中，每一級(jí)熱回收系統(tǒng)包括1~m個(gè)熱泵子循環(huán)，其中每個(gè)熱泵子循環(huán)由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器構(gòu)成閉合回路。
9、進(jìn)一步地，所述的主動(dòng)熱回收系統(tǒng)中，每一級(jí)熱回收系統(tǒng)的1~m個(gè)蒸發(fā)器布置在該級(jí)對(duì)應(yīng)的熱回收空氣流路上。每一級(jí)熱回收系統(tǒng)的1~m個(gè)冷凝器布置在該級(jí)對(duì)應(yīng)的加熱流體流路上。所述的被動(dòng)熱回收系統(tǒng)中，每一級(jí)熱回收系統(tǒng)的熱回收換熱器布置在該級(jí)對(duì)應(yīng)的熱回收空氣流路上。
10、另一方面，本發(fā)明還提供了一種如上所述的二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)的運(yùn)行方法，該系統(tǒng)可以根據(jù)大空間實(shí)際溫跨條件進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行。具體如下：
11、當(dāng)大空間產(chǎn)生大溫跨條件的環(huán)境空氣時(shí)（空氣溫差>40℃），所有系統(tǒng)全部運(yùn)行。此時(shí)從大溫跨條件的環(huán)境空氣中分支出n+x級(jí)熱回收空氣流路，前n級(jí)熱回收空氣均依次流經(jīng)該級(jí)熱回收系統(tǒng)的1~m個(gè)蒸發(fā)器，后x級(jí)熱回收空氣則流經(jīng)熱回收換熱器，從而實(shí)現(xiàn)二維梯級(jí)熱回收。
12、當(dāng)大空間產(chǎn)生中溫跨條件的環(huán)境空氣時(shí)（空氣溫差20~40℃），系統(tǒng)視具體情況靈活運(yùn)行。例如關(guān)閉后x級(jí)熱回收空氣流路，系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)主動(dòng)熱回收。或針對(duì)前n級(jí)主動(dòng)熱回收系統(tǒng)，各級(jí)系統(tǒng)視情況減少熱泵子循環(huán)的運(yùn)行數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)降負(fù)荷的二維梯級(jí)熱回收。
13、當(dāng)大空間產(chǎn)生小溫跨條件的環(huán)境空氣時(shí)（空氣溫差<20℃），系統(tǒng)可以按照僅實(shí)現(xiàn)一個(gè)維度的熱回收運(yùn)行。例如僅在第一個(gè)維度進(jìn)行熱回收，此時(shí)從小溫跨條件的環(huán)境空氣中分支出n級(jí)熱回收空氣流路，其對(duì)應(yīng)于n級(jí)熱回收系統(tǒng)，而每一級(jí)熱回收系統(tǒng)僅第一個(gè)熱泵子循環(huán)運(yùn)行。例如僅在第二個(gè)維度進(jìn)行熱回收，此時(shí)從小溫跨條件的環(huán)境空氣中僅分支出第n級(jí)熱回收空氣流路，其對(duì)應(yīng)于第n級(jí)熱回收系統(tǒng)，僅該級(jí)熱回收系統(tǒng)的1~m個(gè)熱泵子循環(huán)運(yùn)行。
14、本發(fā)明公開(kāi)了一種二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，與傳統(tǒng)一維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)相比，二維系統(tǒng)可以有效改善車(chē)間環(huán)境，產(chǎn)生溫度分布較均勻的環(huán)境空氣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：
15、1、全面高效的熱回收效果。通過(guò)二維梯級(jí)熱回收，系統(tǒng)能夠在多溫跨條件下實(shí)現(xiàn)全面的熱回收。第一個(gè)維度的熱回收針對(duì)大空間環(huán)境空氣的不同溫度段進(jìn)行分級(jí)處理，第二個(gè)維度的熱回收則是采用多級(jí)梯級(jí)吸排氣系統(tǒng)進(jìn)一步提升每一級(jí)的熱回收效果，從而大幅提高了整體熱回收效率。
16、2、靈活的運(yùn)行方式。系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際溫跨條件進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行。在大溫跨、中溫跨和小溫跨條件下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行模式，確保在不同工況下都能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的熱回收效果，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性。
17、3、顯著的節(jié)能效益。通過(guò)有效回收和利用工業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的余熱，減少了能源浪費(fèi)，改善了車(chē)間工作環(huán)境。同時(shí)，熱回收系統(tǒng)的冷凝熱可以根據(jù)實(shí)際需求產(chǎn)生高溫?zé)犸L(fēng)或熱水，滿足了不同工藝過(guò)程對(duì)高品質(zhì)熱能的需求。
1.一種二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)，其特征在于，包括：大空間溫度非均勻分布的環(huán)境空氣，n+x級(jí)熱回收系統(tǒng)和加熱流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵子循環(huán)包括依次連接的壓縮機(jī)（a）、冷凝器（b）、膨脹閥（c）和蒸發(fā)器（d）組成的閉合回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)，其特征在于，每級(jí)主動(dòng)熱回收系統(tǒng)（1~m個(gè)熱泵子循環(huán)）的1~m個(gè)蒸發(fā)器（d）依次布置在該級(jí)對(duì)應(yīng)的熱回收空氣流路上，1~m個(gè)冷凝器（b）依次布置在該級(jí)對(duì)應(yīng)的加熱流體流路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述被動(dòng)熱回收系統(tǒng)每級(jí)的熱回收換熱器（e）布置在該級(jí)對(duì)應(yīng)的熱回收空氣流路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱泵子循環(huán)數(shù)量m在不同級(jí)主動(dòng)熱回收系統(tǒng)中可以相同或不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述的加熱流體可以根據(jù)實(shí)際加熱需求選擇空氣或水，通過(guò)回收熱量進(jìn)行梯級(jí)加熱產(chǎn)生工藝過(guò)程所需的高溫?zé)犸L(fēng)或高溫?zé)崴?/p>
7.一種如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的二維梯級(jí)熱回收系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際溫跨條件進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行，具體包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的運(yùn)行方法，其特征在于，所述僅在第一維度進(jìn)行熱回收，選擇僅運(yùn)行前n級(jí)主動(dòng)熱回收系統(tǒng)時(shí)，利用分支形成的n級(jí)熱回收空氣流路（1至n），每級(jí)熱回收系統(tǒng)僅運(yùn)行第一個(gè)熱泵子循環(huán)。