CN110186189A - 一种余热型复合高温热泵热水节能***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种余热型复合高温热泵热水节能***及其控制方法,通过采用3级余热分级回收装置，产生不同品位热能的热源，自动匹配两类蒸发器与单、双级压缩冷凝***，配套组合型节流装置及中间冷却器，采用不同温度传感器与电磁阀耦合控制方法，实现用户高效低成本制取高温热水的目的。本发明解决了当前热泵不能分级利用余热能高效制取80℃及以上热水问题，为用户制取高温热水提供了一种有效途径,同时显著提高高温热泵制热效率，大大降低用户高温热水的生产成本。可广泛应用于热水及能量回收节能领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种余热型复合高温热泵热水节能***及其控制方法，涉及到热水及能量回收节能领域。
背景技术
目前很多工厂有大量的生产废热产生，如烟气余热、废水余热等，大多被白白浪费，也有部分工厂进行了热能回收，但由于目前市场没有配套分级回收热能使用的设备及***，因此用户在回收热能时，一部分用户是按设定的某一温度进行定性回收热能，但是如果用户回收热能温度设定值较高时，则中低温品位的热能白白浪费；回收热能温度设定值较低时，则大大浪费了高品位热能的价值，出现本应免费获得的热能却需另外花费生产成本去生产获得，非常不经济；另一部分用户采用粗放式热能回收，余热能回收多少是多少，上述两种方式用户都大大浪费了宝贵热能。
另外很多工厂本身需要大量80℃及以上的工艺高温热水，而目前热泵蒸发温度无法适应综合热源情况，如热源温度偏高，则***排气压力高,出现***高压保护跳机情况;如热源温度偏低，则***不仅热效率低，并且只能提供45℃～50℃左右热水，不能满足用户高温热水的需求,因此目前用户在需要80℃及以上的高温工艺热水时，往往采用燃气或电驱动的热水锅炉或蒸汽锅炉换热得到，而上述设备的制热效率远不及热泵，非常不经济，大大增加用户的热能使用成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，提供了一种余热型复合高温热泵热水节能***及其控制方法统。通过采用3级余热分级回收装置，产生不同品位热源，自动匹配两类蒸发器与单、双级压缩冷凝***，配套组合型节流装置及中间冷却器，采用不同温度传感器与电磁阀耦合控制方法，实现用户高效低成本制取高温热水的目的。
本发明所采取的技术方案是：
一种余热型复合高温热泵热水节能***，包括蒸发器I14、蒸发器II16、节流阀I19、节流阀II20、压缩机I23、 集气器24、节流阀III25、压缩机II26、中间冷却器22；一种余热型复合高温热泵热水节能***控制元器件包括温度传感器I17、温度传感器II18、电磁阀I28、电磁阀II29、温度传感器III30、电动调节阀I1、电动调节阀II2、电动调节阀III3、高温出水温控器31、中温出水温控器32、常温出水温控器33。
所述电动调节阀I1、电动调节阀II2、电动调节阀III3、依次分设在换热器I4、换热器II5、换热器III6一次侧进水侧。
所述高温水箱10、中温水箱11、常温水箱12依次通过变频水泵I7、变频水泵II8、变频水泵III9与换热器I4、换热器II5、换热器III6二次侧相连通。
所述冷冻泵I13、冷冻泵II15分别将中温水箱11、常温水箱12的水源泵入蒸发器I14、蒸发器II16。
所述节流阀II20、节流阀I19、节流阀III25组成***节流降压装置。
所述制冷剂与电磁阀II29、节流阀II20、蒸发器I14、 集气器24、中间冷却器22、压缩机II26、水冷式冷凝器27、制冷剂储液罐21组成单级高温热泵工作回路。
所述制冷剂与电磁阀I28、节流阀I19、蒸发器II16、压缩机I23 、集气器中间冷却器22、压缩机II26、水冷式冷凝器27、制冷剂储液罐21组成双级高温热泵工作回路。
所述变频水泵I7、电动调节阀I1由温度传感器III30与高温出水温控器31提供的信号联合控制， 变频水泵II8、电动调节阀II2由温度传感器I17与中温出水温控器32提供的信号联合控制，变频水泵III9、电动调节阀III3由温度传感器II18与常温出水温控器33提供的信号联合控制。
所述冷冻泵I13与电磁阀II29、电磁阀I28、压缩机I23压缩机II26、冷冻泵II15为联锁控制关系，由温度传感器I17与自C处进入的水温提供的信号联合控制。
所述冷冻泵II15与电磁阀II29、电磁阀I28、压缩机I23、压缩机II26、冷冻泵I13为联锁控制关系，由温度传感器II18与自C处进入的水温提供的信号联合控制。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种余热型复合高温热泵热水节能***及其控制方法,***通过采用3级余热分级回收装置，产生不同品位热源，自动匹配两类蒸发器与单、双级压缩冷凝***，配套组合型节流装置及中间冷却器，采用不同温度传感器与电磁阀耦合控制方法，实现用户高效低成本制取高温热水的目的。本发明解决了当前热泵不能分级利用余热能高效制取80℃及以上热水问题，为用户制取高温热水提供了一种有效途径,同时显著提高高温热泵制热效率，大大降低用户高温热水的生产成本。可广泛应用于热水及能量回收节能领域。
附图说明
图1是本发明实施例的一种余热型复合高温热泵热水节能***原理示意图；
图中：电动调节阀I（1）电动调节阀II（2）电动调节阀III（3）换热器I（4）换热器II（5）换热器III（6）变频水泵I（7）变频水泵II（8）变频水泵III（9）高温水箱（10）中温水箱（11）常温水箱（12）冷冻泵I（13）蒸发器I（14）冷冻泵II（15）蒸发器II（16）温度传感器I（17）温度传感器II（18）节流阀I（19）节流阀II（20）制冷剂储液罐（21）中间冷却器（22）压缩机I（23） 集气器（24）节流阀III（25）压缩机II（26）水冷式冷凝器（27）电磁阀I（28）电磁阀II（29）温度传感器III（30）高温出水温控器（31）中温出水温控器（32）常温出水温控器（33）。
具体实施方式
如图1所示，本实施例一种余热型复合高温热泵热水节能***及其控制方法，具体实施方式如下:
余热分级回收工作过程：余热水源自A处经电动调节阀I1进入换热器I4一次侧,电动调节阀I1开度由高温水箱10所需的设定水源温度T1与高温出水温控器31联合控制，确保高温水箱10 水源经变频水泵I7泵入换热器I4二次侧后出水温度大于等于T1；然后从换热器I4一次侧降温出来的水与从其旁通管出来的水汇合进入换热器II5，经电动调节阀II2进入换热器II5一次侧,电动调节阀II2开度由中温水箱11所需的设定水源温度T2与中温出水温控器32联合控制，确保中温水箱11 水源经变频水泵II8泵入换热器II5二次侧后出水温度大于等于T2；再者，从换热器II5一次侧降温出来的水与从其旁通管出来的水汇合进入换热器III6，经电动调节阀III3进入换热器III6一次侧,电动调节阀III3开度由常温水箱12所需的设定水源温度T3与常温出水温控器33联合控制，确保常温水箱12 水源经变频水泵III9泵入换热器III6二次侧后出水温度大于等于T3；其中高温水箱10中的水温为用户所需成品水的温度，为用户免费所得的高品位热水，不需另外加热;中温水箱11 中水源为单级热泵蒸发提供热源，该水源比目前水源热泵蒸发侧水温高15℃及以上，从而大大提高热泵的制热效率，常温水箱12水源温度既保证最大限度回收余热能，又为双级热泵提供较目前水源热泵高5℃及以上蒸发热源，从而既保证制出高温热水，同时也提高热泵的制热效率;
单级热泵制高温热水工作过程：
液态制冷剂经节流阀II20节流降压后进入蒸发器I14二次侧，此时冷冻泵I13运行，中温水箱11内的中温水源泵入蒸发器I14一次侧，液态制冷剂在蒸发器I14内充分吸热后变成气态制冷剂，经集气器24进入中间冷却器22，在此处进行降温后，再进入压缩机II26进行压缩，然后进入水冷式冷凝器27充分放热，将高温热能充分交换给自C进D出的水源，产生用户所需的高温热水，降温后的制冷剂冷凝为液态制冷剂，一部分经节流阀III25节能降压制冷供中间冷却器冷量，另一部分经中间冷却器过冷至制冷剂储液罐21，再经电磁阀II29后进入节流阀II20，如此进行工作循环;
双级热泵制高温热水工作过程：液态制冷剂经节流阀I19节流降压后进入蒸发器II16二次侧，此时冷冻泵II15运行，常温水箱12内的常温水源泵入蒸发器II16一次侧，液态制冷剂在蒸发器II16内充分吸热后变成气态制冷剂，进入压缩机I23，再经集气器24进入中间冷却器22，在此处进行降温后，再进入压缩机II26进行压缩，然后进入水冷式冷凝器27充分放热，将高温热能充分交换给自C进D出的水源，产生用户所需的高温热水，降温后的制冷剂冷凝为液态制冷剂，一部分经节流阀III25节能降压制冷供中间冷却器冷量，另一部分经中间冷却器过冷至制冷剂储液罐21，再经电磁阀I28后进入节流阀I19，如此进行工作循环;
***控制方法：
余热分级回收控制方法:
1、高温余热回收：先预设定高温水箱10中水源所需温度为Th,，该温度与高温出水温控器31实测温度的差值为ΔT1,此差值作为变频水泵I7调节水流量的控制信号，同时作为电动调节阀I1调节进入换热器I4的水流量，上述调节两种水流量的的结果是确保进入高温水箱10中水源温度不低于设定温度Th;
2、中温余热回收：先预设定中温水箱11中水源所需温度为Tm,，该温度与中温出水温控器32实测温度的差值为ΔT2,此差值作为变频水泵II8调节水流量的控制信号，同时作为电动调节阀II2调节进入换热器II5一次侧的水流量，上述调节两种水流量的结果是确保进入中温水箱11中水源温度不低于设定温度Tm;
3、常温余热回收：先预设定常温水箱12中水源所需温度为TC，该温度与常温出水温控器33实测温度的差值为ΔT3,此差值作为变频水泵III9调节水流量的控制信号，同时作为电动调节阀III3调节进入换热器III6一次侧的水流量，上述两种水流量的调节结果是确保进入常温水箱12中水源温度不低于温度TC;
单级热泵循环控制方法：先程序设定一基准温度为ＴS，温度传感器I17所测定的水温与ＴＥ差值为ΔＲ１，此差值ΔＲ１≥ａ（ａ值可修改），时，单级热泵循环开始工作，此时，电磁阀I28关闭，电磁阀II29打开，冷冻泵I13运行，冷冻泵II15停止，压缩机I23停止，压缩机II26运行，直至从C处进水温度达到用户要求时，整个控制***停止运行，其它工作过程见上述单级热泵制高温热水工作过程;
双级热泵循环控制方法：先程序设定一基准温度为ＴD，温度传感器II18所测定的水温与ＴD差值为ΔＲ2，此差值ΔＲ2≥b（b值可修改），时，双级热泵循环开始工作，此时，电磁阀I28打开，电磁阀II29关闭，冷冻泵II15运行，冷冻泵I13停止，压缩机I23运行，压缩机II26同时运行，直至从C处进水温度达到用户要求时，整个控制***停止运行，其它工作过程见上述双级热泵制高温热水工作过程。
本发明通过上述实施方式，创造性通过采用3级余热分级回收装置，产生不同品位热能的热源，自动匹配两类蒸发器，对应单、双级压缩冷凝***，配套组合型节流装置及中间冷却器，采用不同温度传感器与电磁阀耦合控制方法，实现用户高效低成本制取高温热水的目的。本发明解决了当前热泵不能分级利用余热能高效制取80℃及以上热水问题，为用户制取高温热水提供了一种有效途径,同时提高高温热泵制热效率，大大降低用户高温热水的生产成本。可广泛应用于热水及能量回收节能领域。
以上所述，并非是对本发明的限制，本发明也并不局限于上述实施方式，只要在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，从而达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种余热型复合高温热泵热水节能***其特征在于：包括蒸发器I（14）、蒸发器II（16）、节流阀I（19）、节流阀II（20）、压缩机I（23）、 集气器（24）、节流阀III（25）、压缩机II（26）、中间冷却器（22）。
2.一种余热型复合高温热泵热水节能***控制方法其特征在于：控制元器件包括温度传感器I（17）、温度传感器II（18）、电磁阀I（28）、电磁阀II（29）、温度传感器III（30）、电动调节阀I（1）、电动调节阀II（2）、电动调节阀III（3）、高温出水温控器（31）、中温出水温控器（32）、常温出水温控器（33）。
3.根据权利要求1所述的一种余热型复合高温热泵热水节能***其特征在于：电动调节阀I（1）、电动调节阀II（2）、电动调节阀III（3）、依次分设在换热器I（4）、换热器II（5）、换热器III（6）一次侧进水侧。
4.根据权利要求1所述的一种余热型复合高温热泵热水节能***其特征在于：高温水箱（10）、中温水箱（11）、常温水箱（12）依次通过变频水泵I（7）、变频水泵II（8）、变频水泵III（9）与换热器I（4）、换热器II（5）、换热器III（6）二次侧相连通。
5.根据权利要求1所述的一种余热型复合高温热泵热水节能***其特征在于：冷冻泵I（13）、冷冻泵II（15）分别将中温水箱（11）、常温水箱（12）的水源泵入蒸发器I（14）、蒸发器II（16）。
6.根据权利要求1所述的一种余热型复合高温热泵热水节能***其特征在于：节流阀II（20）、节流阀I（19）、节流阀III（25）组成***节流降压装置。
7.根据权利要求1所述的一种余热型复合高温热泵热水节能***其特征在于：制冷剂与电磁阀II（29）、节流阀II（20）、蒸发器I（14）、 集气器（24）、中间冷却器（22）、压缩机II（26）、水冷式冷凝器（27）、制冷剂储液罐（21）组成单级高温热泵工作回路。
8.根据权利要求1所述的一种余热型复合高温热泵热水节能***其特征在于：制冷剂与电磁阀I（28）、节流阀I（19）、蒸发器II（16）、压缩机I（23） 、集气器（24）、中间冷却器（22）、压缩机II（26）、水冷式冷凝器（27）、制冷剂储液罐（21）组成双级高温热泵工作回路。
9.根据权利要求2所述一种余热型复合高温热泵热水节能***控制方法其特征在于：变频水泵I（7）、电动调节阀I（1）由温度传感器III（30）与高温出水温控器（31）提供的信号联合控制， 变频水泵II（8）、电动调节阀II（2）由温度传感器I（17）与中温出水温控器（32）提供的信号联合控制，变频水泵III（9）、电动调节阀III（3）由温度传感器II（18）与常温出水温控器（33）提供的信号联合控制。
10.根据权利要求2所述一种余热型复合高温热泵热水节能***控制方法其特征在于：冷冻泵I（13）与电磁阀II（29）、电磁阀I（28）、压缩机I（23）压缩机II（26）、冷冻泵II（15）为联锁控制关系，由温度传感器I（17）与自C处进入的水温提供的信号联合控制。
11.根据权利要求2所述一种余热型复合高温热泵热水节能***控制方法其特征在于：冷冻泵II（15）与电磁阀II（29）、电磁阀I（28）、压缩机I（23）、压缩机II（26）、冷冻泵I（13）为联锁控制关系，由温度传感器II（18）与自C处进入的水温提供的信号联合控制。
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