技术领域
[0001] 本实用新型涉及中继加压泵站余热回收利用领域，具体为一种中继加压泵站变频器柜排风余热的回收利用装置。
背景技术
[0002] 随着城市供热工程的蓬勃发展，长距离大口径的供
热管线被大量建设用来为城镇和新建城区供热，同时随着供热管线的增长，为供热管线加压的中继泵站的建设数量也逐渐增多。中继泵站均通过高压变频器对加压
水泵进行变频拖动，以满足供热负荷变化的要求。提供变频拖动的高压变频器运行时发热量巨大，变频器的效率一般为97%～98%，即大约有2%～3%的
电能转化为热量，远远大于一般的
开关、交流
接触器等电器设备的产热量。并且变频器对运行环境
温度有较高要求，其故障率随温度的升高而成指数级上升，使用寿命随温度升高而成指数级下降，
环境温度升高10℃，变频器使用寿命就会减半。因此，为保证变频器安全可靠运行，必须设置机械排风系统对变频器柜进行强制
通风冷却，通常情况下这些热量均以机械排风方式直接排放掉，同时采暖季运行的泵站及辅助办公建筑也需要采暖，大量热量的排放和采暖需求不可避免地产生了热量浪费和供暖需求的矛盾，因此对泵站余热合理加以利用是解决这一矛盾的可行手段。
[0003] 近些年来，空气源
热泵作为一种安装方便、布置灵活、整体性能好的设备大量用于
建筑物的冬季采暖。其利用逆卡诺循环原理，通过制冷剂物理状态的变化在
蒸发器处提取室外低温空气的热量，在
冷凝器处释放用于建筑室内采暖。通
过热力学基本原理可知，
空气源热泵COP值（制热系数）随
蒸发器处空气侧温度升高而显著增大，因此提高空气侧温度有利于提高热泵制热性能。同时，空气源热泵冬季运行时，蒸发器处吸热后极易导致结霜，造成热泵启动困难、性能下降，且除霜需消耗额外的电量，造成
能量浪费。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种中继加压泵站变频器柜排风余热的回收利用装置。该装置能够回收高压变频器高温排风余热作为空气源热泵冬季供暖可利用热源，是解决采暖季中继加压泵站变频器大量排热，而建筑物本身需要采暖这一矛盾的技术手段。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种中继加压泵站变频器柜排风余热的回收利用装置，包括变频器柜与空气源热泵；其特征在于：还包括排风集箱与混风集箱；变频器柜排风出口通过出风管连接于排风集箱，排风集箱通过排风管连接于混风集箱，混风集箱通过进风管与空气源热泵的蒸发器连接。
[0006] 排风管上安装有管道风机；排风集箱与管道风机之间的排风管上安装有常开防火防烟
阀，混风集箱与管道风机之间的排风管上安装有止回阀；进风管上安装有风量调节阀。混风集箱设有直通大气的排（进）风口。
[0007] 研究表明：中继泵站变频器柜排风余热量约占据中继泵站余热总
排放量的90%，充分利用变频器柜排风余热意味着利用了中继泵站余热排放量的绝大部分。同时，当进入热泵蒸发器的排风温度为40℃时的COP值比标准工况时增大50%，极大的提高了热泵供热效率，利用余热的同时还节省了空气源热泵机组停机除霜的能耗，具有优异的节能效益。
[0008] 该实用新型的实质是在现有的变频器柜与空气源热泵之间加设了排风集箱与混风集箱，从而对变频器柜不仅可以有效提高空气源热泵冬季运行的COP（制热系数）值，优化空气源热泵供热性能，能够有效回收利用高压变频器的排风热量，降低排风温度，减少废热排放，提高了能量利用效率，延长高压变频器的使用寿命。
[0009] 空气源热泵COP值随蒸发器处空气侧温度升高而显著增大，因此提高空气侧温度有利于提高热泵制热性能。同
时空气源热泵冬季运行时，蒸发器处吸热后极易导致结霜，造成热泵启动困难、性能下降，且除霜需消耗额外的电量，造成能量浪费。该实用新型空气源热泵充分利用了变频器柜高温排风的余热，减少了中继泵站废热的排放，既避免了空气源热泵冬季停机除霜带来的能量浪费，也解决了中继泵站辅助建筑的冬季采暖需求。
附图说明
[0010] 图1是本实用新型结构示意图；
[0011] 图2是位于室外部分的排风管等与空气源热泵的结构关系图；
[0012] 图3设置在变频器室内的本实用新型部件示意图；
[0013] 图4空气源热泵工作原理图；
[0015] 图6变频器停运状态下系统流程图。
[0016] 图中：1—变频器柜；2—排风集箱；3—排风管；4—管道风机；5—混风集箱；6—空气源热泵；7—常开防火防烟阀；8—止回阀；9—风量调节阀；10—蒸发器；11—
压缩机；12—冷凝器；13—节流装置；14—
四通阀；15—热泵风机；16—风口；17—出风管；18—进风管；19—采暖供水管；20—采暖回水管，21—变频器室，22—
单层百叶进风口。
具体实施方式
[0017] 如图1所示：一种中继加压泵站变频器柜排风余热的回收利用装置，包括变频器柜1与空气源热泵6；还包括排风集箱2与混风集箱5；变频器柜1排风出口通过出风管17连接于排风集箱2，排风集箱2通过排风管3连接于混风集箱5，混风集箱5通过进风管18与空气源热泵6的蒸发器10连接。
[0018] 排风管3上安装有管道风机4；排风集箱2与管道风机4之间的排风管3上安装有常开防火防烟阀7，混风集箱5与管道风机4之间的排风管3上安装有止回阀8；进风管18上安装有风量调节阀9，对进入蒸发器的变频器高温排风的风压与风速进行控制调节，使之处于合理工况。混风集箱5设有直通大气的风口16。
[0019] 变频器柜1与空气源热泵6为
现有技术；空气源热泵6包括蒸发器10、压缩机11、冷凝器12、节流装置13、四通阀14与热泵风机15；冷凝器12与采暖供水管19、采暖回水管20连接。
[0020] 参见图3；变频器柜1、排风集箱2与防火防烟阀7设置在变频器室21内；参见图2；管道风机4、混风集箱5与空气源热泵6的蒸发器10设置在室外。
[0021] 本实用新型采暖的第一种实施工况可参见图1与图3：当中继泵站水泵处于运行状态，水泵变频器启动，随着水泵的运行，变频器柜1内部开始大量产生废热，同时变频器柜自带的风扇启动向柜外排风对变频器进行强制通风冷却。变频器产生的热量沿出风管17聚集至排风集箱2处，管道风机4在变频器启动的同时同步启动，聚集在排风集箱内的热空气经过排风管3在管道风机的抽吸作用下经过止回阀8送至混风集箱5，排风管3穿越变频器室21的墙体或屋面处设置常开防火防烟阀7，防止火灾时烟气和火焰对相邻房间和设备造成影响。如图2和图5所示；当采暖季中继泵站变频器运行时，排风量充足，混风集箱内部处于
正压状态，连通空气源热泵6的风量调节阀9处于开启状态，热空气经过风量调节阀9进入空气源热泵，蒸发器可以充分利用排风余热。
[0022] 如图4所示；进入空气源热泵的热空气与蒸发器10内部的液态冷媒进行热交换，液态冷媒在蒸发器内吸收排风热量，冷媒变成低温低压
蒸汽，蒸汽经压缩机11压缩成为高温高压气体，在冷凝器12内与
冷却水（采暖回水）换热释放热量，冷凝后的液态冷媒经膨胀阀13减压降温后重新进入蒸发器继续吸收排风热量，依次循环。采暖回水经冷凝器加热至所需供水温度，满足建筑内用户采暖需求。变频器高温排风经此热量交换过程温度大为降低，降温后的排风经热泵风机15排至室外大气。
[0023] 如图5所示；为保证变频器正常的
工作温度，及时将热量排走，不造成热空气积压阻塞，本装置将混风集箱设置为两个出口，除去被空气源热泵6所利用的热空气，多余的热空气将从混风集箱连通大气的风口16排出（此时，风口16作为出风口）。中继泵站变频器柜1排风余热量约占据中继泵站余热总排放量的90%，经计算当进入空气源热泵的蒸发器10的排风温度为40℃时的COP值比标准工况时增大50%，由于进入蒸发器的空气温度远大于0℃，因此不存在结霜的可能性，利用余热的同时还节省了空气源热泵停机除霜的能耗。
[0024] 本实用新型采暖的第二种实施工况可参见图6；当中继泵站内水泵因故障或检修需要正常停运时，水泵所配套的变频器同时也停止运行，此时没有热量从变频器柜内部排出，空气源热泵6无法利用变频器排风热量。此时与变频器联动的管道风机4停止运行，为保证中继泵辅助建筑的采暖需求，空气源热泵需要继续运行为房间提供采暖热水，此工况下空气源热泵通过将室外空气作为低温热源为建筑提供采暖。此时混风集箱5内部无热空气存在，在空气源热泵开启时，通过热泵风机15的抽吸作用，混风集箱5内部处于
负压状态，室外空气在压力梯度的作用下通过风口16（此时，风口16作为进风口）进入混风集箱5，此时止回阀8关闭，阻止室外空气通过排风管3倒流入变频器室21。混风集箱5内空气在热泵风机抽吸作用下经过风量调节阀9进入空气源热泵6。进入空气源热泵的室外空气与蒸发器10内部的液态冷媒进行热交换，此时空气源热泵将室外空气作为低温热源，空气源热泵制热循环流程如图4所示：液态冷媒在蒸发器10内吸收室外空气的热量Q，冷媒变成低温低压蒸汽，蒸汽经压缩机11压缩成为高温高压气体，在冷凝器12内与冷却水（采暖回水）换热释放热量Q，冷凝后的液态冷媒经膨胀阀13减压降温后重新进入蒸发器10继续吸取室外空气热量。当室外空气温度较低时，空气源热泵6启动加热除霜。
[0025] 夏季运行模式：当中继泵站内各个功能用房有夏季供冷需求时，空气源热泵6启动制冷工况，四通阀14自动换向，将蒸发器10与冷凝器12的功能进行调换，采暖供回水管道作为夏季冷冻水管道供至末端设备为房间提供冷量。此工况可独立运行，变频器排风余热回收系统装置对空气源热泵6的夏季运行不造成任何影响。
