CN101592417B - 带冷热源互补器的制冷制热*** - Google Patents

带冷热源互补器的制冷制热*** Download PDF

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Abstract

一种带冷热源互补器的制冷制热***，主要由制热子***、制冷子***、冷热源互补器和温度补偿器四部分构成。具体讲就是：在制热子***和制冷子***之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与制热子***蒸发器之间设置排冷循环管路，冷热源互补器与制冷子***冷凝器之间设置排热循环管路，以此实现冷热互补；在冷热源互补器上设置温度补偿器，包括过冷补偿旁路和过热补偿旁路。整个***通过***控制器进行调控，在制冷的同时同步实现制热。

Description

带冷热源互补器的制冷制热***
技术领域
本发明涉及一种带冷热源互补器的制冷制热***，主要由制热子***、制冷子***、冷热源互补器和温度补偿器四部分构成。具体讲就是：在制热子***和制冷子***之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与制热子***蒸发器之间设置排冷循环管路，冷热源互补器与制冷子***冷凝器之间设置排热循环管路，以此实现冷热互补；在冷热源互补器上设置温度补偿器，包括过冷补偿旁路和过热补偿旁路。整个***通过***控制器进行调控，在制冷的同时同步实现制热。 
背景技术
随着科技和经济的发展，空调和热泵应用越来越广，技术越来越成熟，但在市场应用当中，也存在出一些问题，比如： 
(1)空调往往只考虑制冷过程，冷凝器产生的热量要设置一套散热***排热。特别是中央空调，往往在室外附设一个巨大的冷却塔与之配套，不仅投入大，占用额外空间，而且运行费用高，夏季造成热污染，浪费水资源等。 
(2)热泵往往只考虑制热过程，附产冷量不易收集利用。水源热泵受环境条件限制大，空气源热泵在北方冬季效率低而且易结霜，多数情况下热源造价和排冷造价较高，既浪费冷量又不利推广。 
(3)现有的单级制冷或制热设备，如要实现深度制冷或制热，其能效比必然降低。 
(4)目前市场上已出现将空调废热回收，直接加热冷水的技术，但其回收效率低，未能实现能量充分利用。 
(5)在空调行业，为了深度制冷，采用多级(二级或二级以上)压缩机制冷的机组或***比较多见，但限于并联方式(即两个或两个以上制冷盘管置于同一台蒸发器内，实现多回路运行，深度制冷)。这种方式缺陷之一是未考虑废热的回收利用，缺陷之二是能效比提高有限，综合能耗指数仍然较高。 
(6)在热泵行业，为了深度制热，采用多级(二级或二级以上)的机组或***比较多见，但也限于并联方式(即两个或两个以上制热盘管置于同一台冷凝器内，实现多回路运行，深度制热)。这种方式缺陷之一是未考虑冷量的回收利用，缺陷之二是能效比提高有限，综合能耗指数仍然较高。 
根据上述情况，发明人构思如下一个新的***： 
在制热子***和制冷子***之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与制热子***蒸发器之间设置排冷循环管路，冷热源互补器与制冷子***冷凝器之间设置排热循环管路。将制冷子***附产的热流体和制热子***附产的冷流体在冷热源互补器中混合后循环，以此将制冷子***附产的热量供给制热子***作为热源，将制热子***附产的冷量供给制冷子***作为冷源，从而形成一个热源、冷源互补的串联大***。***一端生产高热流体，另一端生产深冷流体。 
根据申请人所知，目前还没有这样一种的设备或***在市场上出现。 
发明内容
本发明的目的是在制冷子***与制热子***之间串接一个冷热源互补器，冷热源互补器与制热子***蒸发器之间设置排冷循环管路，冷热源互补器与制冷子***冷凝器之间设置排热循环管路，将制冷子***附产的热流体和制热子***附产的冷流体在冷热源互补器中混合后循环，达到将制冷子***附产的热量供给制热子***作为热源，将制热子***附产的冷量供给制冷子***作为冷源的目的，从而实现制热子***深度制热，制冷子***深度制冷。***一端生产高热流体，另一端生产深冷流体。 
考虑制冷子***产热和制热子***吸热可能出现不平衡，冷热源互补器上设置一个温度补偿器，实现制冷子***和制热子***的平稳高效运行。 
本发明的技术方案如下： 
一种带冷热源互补器的制冷制热***，其特征是：由若干组压缩机、冷凝盘管、膨胀阀、蒸发盘管组成若干个压缩回路，压缩回路的冷凝盘管共有一个壳程构成冷凝器，压缩回路的蒸发盘管共有一个壳程构成蒸发器，以此组成一个制热子***；由若干组压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成若干个压缩回路，压缩回路的冷凝盘管共有一个壳程构成冷凝器，压缩回路的蒸发盘管共有一个壳程构成蒸发器，以此组成一个制冷子***；在制热子***和制冷子***之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与制热子***蒸发器之间设置排冷循环管路，排冷循环管路上设有排冷循环泵；冷热源互补器与制冷子***冷凝 器之间设置排热循环管路，排热循环管路上设有排热循环泵；冷热源互补器上分别带有冷流体导入管、偏热流体导出管和热流体导入管、偏冷流体导出管，各管路上均设置电磁控制阀；各进出管路的电磁阀输入信号线与***控制器输出端相联，以此组成一个温度补偿器。 
本发明的特征还在于：所述的带冷热源互补器的制冷制热***其特征是冷热源互补器内部设置盘管换热器，外设盘管入口旁路和盘管出口旁路，旁路上设置开关切换阀。 
本发明的特征还在于：所述的带冷热源互补器的制冷制热***其特征是制热子***设有分控器，制冷子***也设有分控器，制冷、制热子***分控器和循环泵控制开关输入信号线与***控制器输出端相联。 
本发明的特征还在于：所述的带冷热源互补器的制冷制热***其特征是制热子***和制冷子***所用制热剂、制冷剂，根据工况要求，可以是同一种制剂，也可以是不同制剂。 
本发明的特征还在于：所述的带冷热源互补器的制冷制热***其特征是所述冷凝盘管、蒸发盘管和盘管换热器为金属盘管，根据传热强化要求，盘管外侧可以穿套金属导热翅片。 
本发明的有益效果： 
(1)、由于制热子***蒸发器吸热和制冷子***冷凝器放热的冷热互补，所以***在节能的前提下，实现深度制冷和同步深度制热。热能和冷能都能得到有效利用。 
(2)、压缩机工作温度范围窄，制热子***和制冷子***效率提高，制冷、制热功耗降低。 
(3)、与单纯热泵比，不需要依赖环境热源条件，***简化，投资降低，能效比提高。 
(4)、与单纯空调比，可不附带室外冷却设备(冷却塔)，***小型化，节约附属设备投资，节省建筑空间。 
(5)、如选择合适的制冷剂(制热剂)，在保证制冷制热功效的前提下能实现压缩机低压力工作，从而降低能耗。 
(6)、设备工作环境可以全部室内化，操作维修费用降低。设备使用寿命加长。 
附图说明
图1是单压缩回路带冷热源互补器的制冷制热***原理流程图 
图2是双压缩回路带冷热源互补器的制冷制热***原理流程图 
图3是四压缩回路带冷热源互补器的制冷制热***原理流程图 
图中： 
10、制热子***           20、制冷子*** 
1、制热子***压缩机      11、制冷子***压缩机 
2、制热子***冷凝器      12、制冷子***冷凝器 
3、制热子***冷凝盘管    13、制冷子***冷凝盘管 
4、高热流体出口          14、深冷流体出口 
5、中热流体入口          15、中冷流体入口 
6、制热剂储罐            16、制冷剂储罐 
7、制热子***膨胀阀      17、制冷子***膨胀阀 
8、制热子***蒸发器      18、制冷子***蒸发器 
9、制热子***蒸发盘管    19、制冷子***蒸发盘管 
21、排冷循环管           22、排冷循环泵 
23、排热循环管           24、排热循环泵 
25、直通入口阀           26、直通出口阀 
27、盘管入口阀           28、盘管出口阀 
29、盘管换热器 
30、冷热源互补器 
31、热流体导入管         32、热流体导入控制阀 
33、偏冷流体导出管       34、偏冷流体导出控制阀 
35、冷流体导入管         36、冷流体导入控制阀 
37、偏热流体导出管       38、偏热流体导出控制阀 
40、***控制器 
具体实施方式
本发明涉及一种带冷热源互补器的制冷制热***，***由制热子***、制 冷子***冷热源互补器和温度补偿器四部分构成。具体讲就是：在制热子***和制冷子***之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与制热子***蒸发器之间设置排冷循环管路，冷热源互补器与制冷子***冷凝器之间设置排热循环管路。制冷子***冷凝器产生的热流体通过排热循环管路进入冷热源互补器；制热子***蒸发器产生的冷流体通过排冷循环管路进入冷热源互补器；二者在冷热源互补器内换热后返回循环，以此实现冷热互补。当制热子***蒸发器产生的冷量和制冷子***冷凝器产生的热量不相等时，***控制器通过温度补偿器对冷热源互补器温度进行调控。 
制热子***独自完成“压缩——冷凝——节流——蒸发——压缩”循环，在冷凝器放热生产热流体。制热子***根据需要，可以是多组(1-20组)压缩回路并联的设备。 
制冷子***独自完成“压缩——冷凝——节流——蒸发——压缩”循环，在蒸发器吸热生产冷流体。制冷子***根据需要，可以是多组(1-20组)压缩回路并联的设备。 
制冷子***冷凝器产生的热流体通过排热循环管路进入冷热源互补器，制热子***蒸发器产生的冷流体通过排冷循环管路进入冷热源互补器，二者混合换热后返回各自壳程，实现冷热互补。 
考虑制冷子***产热和制热子***吸热可能出现不平衡，在冷热源互补器上设置过冷补偿旁路和过热补偿旁路，合并称之为温度补偿器。温度补偿器通过***控制器进行调控。 
过冷补偿旁路由热流体导入管、热流体导入控制阀、偏冷流体导出管、偏冷流体导出控制阀组成；过热补偿旁路由冷流体导入管、冷流体导入控制阀、偏热流体导出管、偏热流体导出控制阀组成。 
当制冷子***冷凝器产热大于制热子***蒸发器吸热时，会导致制冷子***冷凝器温度升高，进而影响制冷子***的制冷效果和运行工况，此时自动起动过热补偿旁路，导入冷流体导出偏热流体(此时过冷补偿旁路处于关闭状态)；当制冷子***冷凝器产热小于制热子***蒸发器吸热时，会导致制热子***蒸发器温度降低，进而影响制热子***的制热效果和运行工况，此时自动起动过冷补偿旁路，导入热流体导出偏冷流体(此时过热补偿旁路处于关闭状态)。 
附图中，当各种载热流体为同一种物质时，所述冷流体导入旁路、偏热流体导出旁路与冷热源互补器直通，冷流体与冷热源互补器内流体混合取热后导出；所述热流体导入旁路、偏冷流体导出旁路与冷热源互补器直通，热流体与冷热源互补器内流体混合放热后导出。当各种载热流体不是同一种物质时，则不能直通混合换热。此时过冷补偿旁路和过热补偿旁路要通过盘管换热器换热。 
附图中，所述制冷子***蒸发器输入中冷流体可以是常温新流体，也可以是部分深冷流体换热升温后的循环流体；制热子***冷凝器输入中热流体可以是常温新流体，也可以是高热流体换热降温后的循环流体；冷流体导入旁路的“冷流体”可以是常温新流体，也可以是部分深冷流体换热升温后的循环流体或偏热流体换热降温后的循环流体；热流体导入旁路的“热流体”可以是常温新流体，也可以是部分高热流体换热降温后的循环流体或偏冷流体换热升温后的循环流体。 
附图中，所述冷流体、中冷流体、偏冷流体、深冷流体、热流体、中热流体、偏热流体、高热流体等根据工艺要求，可以是水、空气、或者其它汽、液态物质。 
下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式进行说明： 
实施例1：单压缩回路带冷热源互补器的制冷制热***。见图1。 
在可控制单压缩回路冷热互补制冷制热***中，制热子***由一个压缩回路构成，制冷子***由一个压缩回路构成。 
制热子***10、制冷子***20和排冷循环泵22、排热循环泵24通过***控制器40同步启动。 
制热子***10的工作原理是： 
制热子***压缩机1将气态的制热剂加压并送入制热子***冷凝器2。制热剂在制热子***冷凝盘管3内变成液态并放出热量。中热流体从制热子***中热流体入口5进入制热子***冷凝器2，被制热剂放出热量加热制成高热流体并从高热流体出口4输出。热量的交换依靠冷凝盘管3。冷凝降温后的制热剂经制热剂储罐6、制热子***膨胀阀7进入制热子***蒸发器8，并在制热子***蒸发盘管9内蒸发汽化，吸热后变成气态。汽化后的制热剂被吸入制热子***压缩机1进行下一个制热循环。 
制冷子***20的工作原理是： 
制冷子***压缩机11将气态的制冷剂加压并送入制冷子***冷凝器12。制冷剂在制冷子***冷凝盘管13内变成液态并放热。冷凝降温后的制冷剂经制冷剂储罐16、制冷子***膨胀阀17进入制冷子***蒸发器18，并在制冷子***蒸发盘管19内蒸发汽化，汽化的同时要吸收大量的热量。中冷流体从制冷子***中冷流体入口15进入制冷子***蒸发器18，被吸收大量热量后冷却制成深冷流体并从深冷流体出口14输出。热量的交换依靠蒸发盘管19。 
制热子***10和制冷子***20各自在不同的温度范围内工作。制热子***和制冷子***所用制热剂、制冷剂，根据工况要求，可以是同一种制剂，也可以是不同制剂 
本发明中，从制热子***蒸发器8到冷热源互补器30之间设置排冷循环管21、排冷循环泵22；从制冷子***冷凝器12到冷热源互补器30之间设置排热循环管23、排热循环泵24，以此构成一个冷热流体混合循环***。制热子***蒸发器8产生的冷流体进入冷热源互补器30，制冷子***冷凝器12产生的热流体进入冷热源互补器30，两者混合分别由排冷循环泵22、排热循环泵24送回各自壳程。 
考虑***运行时，制热子***蒸发器8产生的冷量与制冷子***冷凝器12产生的热量往往会失衡，本发明在冷热源互补器上设置温度补偿器，即： 
在冷热源互补器30上设置过热补偿旁路(包括：冷流体导入管35和偏热流体导出管37，冷流体导入控制阀36和偏热流体导出控制阀38)，通过***控制器调控该旁路的开闭及开通情况下偏热流体导出量；在冷热源互补器上设置过冷补偿旁路(包括热流体导入管31和偏冷流体导出管33，热流体导入控制阀32和偏冷流体导出控制阀34)，通过***控制器调控该旁路的开闭及开通情况下偏冷流体导出量。 
图1中，热流体导入管31和冷流体导入管35在冷热源互补器30上使用同一个入口(称之为直通入口)，二者依靠热流体导入控制阀32和冷流体导入控制阀36切换使用；偏冷流体导出管33和偏热流体导出管37在冷热源互补器30上使用同一个出口(称之为直通出口)，二者依靠偏冷流体导出控制阀34和偏热流体导出控制阀38切换使用。所述冷流体、热流体与冷热源互补器中流体为同一种物质时，使用直通入口和直通出口。 
直通入口旁列有盘管入口，直通出口旁列有盘管出口。盘管入口和盘管出口与盘管换热器29相连。盘管换热器29设置在冷热源互补器30内部靠下位置。当所述冷流体、热流体与冷热源互补器中流体为两种或两种以上流体时使用盘管入口和盘管出口，这种情况下过热补偿旁路或过冷补偿旁路与冷热源互补器中流体的换热依靠盘管换热器29。 
使用直通入口和直通出口时，直通入口阀25和直通出口阀26开，盘管入口阀27和盘管出口阀28关。 
使用盘管入口和盘管出口时，直通入口阀25和直通出口阀26关，盘管入口阀27和盘管出口阀28开。 
图中，虚线表示***控制器对连接设备的控制关系。 
温度补偿器的工作状态分为下列三种情况： 
(1)、制热子***蒸发器8产生的冷量与制冷子***冷凝器12产生的热量刚好相等。此时，冷流体导入控制阀36、偏热流体导出控制阀38、热流体导入控制阀32、偏冷流体导出控制阀34全部关闭，制热子***10和制冷子***20平稳运行。 
(2)、制热子***蒸发器8产生的冷量小于制冷子***冷凝器12产生的热量。此时，冷流体导入控制阀36、偏热流体导出控制阀38打开，热流体导入控制阀32、偏冷流体导出控制阀34关闭，冷流体导入，偏热流体导出。通过调节冷流体导入控制阀36和偏热流体导出控制阀38开度控制偏热流体导出流量(或热量导出量)，从而控制制热子***10和制冷子***20平稳运行。 
(3)、制热子***蒸发器8产生的冷量大于制冷子***冷凝器12产生的热量。此时，冷流体导入控制阀36、偏热流体导出控制阀38关闭，热流体导入控制阀32、偏冷流体导出控制阀34打开，热流体导入，偏冷流体导出。通过调节热流体导入控制阀32和偏冷流体导出控制阀34开度控制偏冷流体导出流量(或热量导出量)，从而控制制热子***10和制冷子***20平稳运行。 
实施例2：双压缩回路带冷热源互补器的制冷制热***。见图2。 
图2是双压缩回路带冷热源互补器的制冷制热***原理流程图，其制冷与制热工作原理、控制原理与可控制单压缩回路带冷热源互补器的制冷制热*** 完全相同，这里就不赘述。所不同的是：制热子***有两个压缩回路，与单压缩回路比具备更大的功率和更强的制热能力；制冷子***有两个压缩回路，与单压缩回路比具备更大的功率和更强的制冷能力。整个***的深冷流体和高热流体的温差加大。制热子***的分控器对自有两个压缩回路工况都进行调控；制冷子***的分控器对自有两个压缩回路工况都进行调控。 
实施例3：四压缩回路带冷热源互补器的制冷制热***。见图3。 
图3是四压缩回路带冷热源互补器的制冷制热***原理流程图，其制冷与制热工作原理、控制原理与双压缩回路带冷热源互补器的制冷制热***完全相同，这里也不赘述。所不同的是：制热子***有四个压缩回路，与双压缩回路比具备更大的功率和更强的制热能力；制冷子***有四个压缩回路，与双压缩回路比具备更大的功率和更强的制冷能力。整个***的深冷流体和高热流体的温差加大。制热子***的分控器对自有的四个压缩回路工况都进行调控；制冷子***的分控器对自有的四个压缩回路工况都进行调控。 
更多个压缩回路的带冷热源互补器的制冷制热***以此类推。 

Claims (3)

1.一种带冷热源互补器的制冷制热***，其特征是：由若干组压缩机、冷凝盘管、膨胀阀、蒸发盘管组成若干个压缩回路，压缩回路的冷凝盘管共有一个壳程构成冷凝器，压缩回路的蒸发盘管共有一个壳程构成蒸发器，以此组成一个制热子***；由若干组压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成若干个压缩回路，压缩回路的冷凝盘管共有一个壳程构成冷凝器，压缩回路的蒸发盘管共有一个壳程构成蒸发器，以此组成一个制冷子***；在制热子***和制冷子***之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与制热子***蒸发器之间设置排冷循环管路，排冷循环管路上设有排冷循环泵；冷热源互补器与制冷子***冷凝器之间设置排热循环管路，排热循环管路上设有排热循环泵；冷热源互补器上分别带有冷流体导入管、偏热流体导出管和热流体导入管、偏冷流体导出管，各管路上均设置电磁控制阀；各进出管路的电磁阀输入信号线与***控制器输出端相联，以此组成一个温度补偿器。
2.根据权利要求1所述的带冷热源互补器的制冷制热***，其特征是冷热源互补器内部设置盘管换热器，外设盘管入口旁路和盘管出口旁路，旁路上设置开关切换阀。
3.根据权利要求1所述的带冷热源互补器的制冷制热***，其特征是制热子***设有分控器，制冷子***也设有分控器，制冷、制热子***分控器和循环泵控制开关输入信号线与***控制器输出端相联。
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