CN101592416B - 带冷热源互补回路的制冷制热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带冷热源互补回路的制冷制热系统，系统由制热子系统、制冷子系统、冷热源互补回路和调温子系统四部分构成，具体讲就是制热子系统蒸发器供热流体和制冷子系统冷凝器供冷流体通过循环管路和循环泵形成一个回路，实现冷热互补；在回路上设置过冷补偿旁路和过热补偿旁路；过冷补偿旁路和过热补偿旁路通过系统控制器进行调控，实现平稳运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种带冷热源互补回路的制冷制热系统，系统由制热子系统、制冷子系统、冷热源互补回路和调温子系统四部分构成，具体讲就是制热子系统蒸发器供热流体和制冷子系统冷凝器供冷流体通过循环管路和循环泵形成一个回路，实现冷热互补；在回路上设置过冷补偿旁路和过热补偿旁路；过冷补偿旁路和过热补偿旁路通过系统控制器进行调控，实现平稳运行。
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系统排热。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系统比较多见，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)的机组或系统比较多见，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系统：
将制冷子系统(空调)水路与制热子系统(热泵)水路串联使用，将制冷子系统附产的热量供给制热子系统作为热源，将制热子系统附产的冷量供给制冷子系统作为冷源从而实现热泵深度制热，空调深度制冷。由此形成的系统变成一个热源、冷源互补的串联大系统。系统一端生产高热流体，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系统在市场上出现。
发明内容
本发明的目的是将功率相近的制冷子系统与制热子系统串联使用，将制冷子系统附产的热量供给制热子系统作为热源，将制热子系统附产的冷量供给制冷子系统作为冷源，从而实现制热子系统深度制热，制冷子系统深度制冷。由此形成的系统变成一个热源、冷源互补的串联大系统。系统一端生产高热流体，另一端生产深冷流体。
考虑制冷子系统产热和制热子系统吸热可能出现不平衡，在二者之间设置一个调温子系统，实现制冷子系统和制热子系统的平稳高效运行。
本发明的技术方案如下：
一种带冷热源互补回路的制冷制热系统，其特征是：由若干组(1-8组)压缩机、冷凝盘管、膨胀阀、蒸发盘管组成若干个(1-8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系统；由若干组(1-8组)压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成若干个(1-8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系统；由制冷子系统冷凝器壳程向制热子系统蒸发器壳程设置排热管路，入口前设置定向循环阀，以此构成排热循环管；由制热子系统蒸发器壳程向制冷子系统冷凝器壳程设置排冷管路，出口后设置泵，以此构成排冷循环管；排热循环管和排冷循环管组成冷热源互补回路；冷热源互补回路上分别带有冷流体导入旁路、偏热流体导出旁路和热流体导入旁路、偏冷流体导出旁路，各旁路上均设置电磁控制阀，各旁路电磁阀、泵的控制输入端与一个系统控制器输出端相连，以此组成一个调温子系统。
本发明的特征还在于：制热子系统设有分控器，制冷子系统也设有分控器，分控器的控制输入端都与系统控制器的输出端相连。
本发明的特征还在于：制热子系统和制冷子系统所用制热剂、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：所述冷凝盘管与蒸发盘管为金属盘管，根据传热强化要求，盘管外侧可以穿套金属导热翅片。
本发明的特征还在于：所述冷流体导入旁路和偏热流体导出旁路可以直接设置在制冷子系统冷凝器壳程；所述热流体导入旁路和偏冷流体导出旁路可以直接设置在制热子系统蒸发器壳程。
本发明的有益效果：
(1)、由于制热子系统蒸发器吸热和制冷子系统冷凝器放热的冷热互补，所以系统在节能的前提下，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，制热子系统和制冷子系统效率提高，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，系统简化，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)，系统小型化，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回路的制冷制热系统原理流程图
图2是双压缩回路带冷热源互补回路的制冷制热系统原理流程图
图3是四压缩回路带冷热源互补回路的制冷制热系统原理流程图
图中：
10、制热子系统 20、制冷子系统
1、制热子系统压缩机 11、制冷子系统压缩机
2、制热子系统冷凝器 12、制冷子系统冷凝器
3、制热子系统冷凝盘管 13、制冷子系统冷凝盘管
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、制热子系统膨胀阀 17、制冷子系统膨胀阀
8、制热子系统蒸发器 18、制冷子系统蒸发器
9、制热子系统蒸发盘管 19、制冷子系统蒸发盘管
21、排冷循环管 22、循环泵
23、排冷循环管 24、定向循环阀
30、系统控制器
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
具体实施方式
本发明涉及一种带冷热源互补回路的制冷制热系统，系统由制热子系统、制冷子系统、冷热源互补回路和调温子系统四部分构成，具体讲就是制热子系统蒸发器供热流体和制冷子系统冷凝器供冷流体通过循环管路和循环泵形成一个回路，实现冷热互补；在回路上设置过冷补偿系统和过热补偿系统，过冷补偿系统和过热补偿系统通过系统控制器进行调控。
制热子系统独自完成“压缩——冷凝——节流——蒸发——压缩”循环，在冷凝器放热生产热流体。制热子系统根据需要，可以是多组(1-8组)压缩回路并联的设备。
制冷子系统独自完成“压缩——冷凝——节流——蒸发——压缩”循环，在蒸发器吸热生产冷流体。制冷子系统根据需要，可以是多组(1-8组)压缩回路并联的设备。
制冷子系统冷凝器产生的热流体和制热子系统蒸发器产生的冷流体通过循环管路和循环泵互换流动，形成一个循环回路，实现冷热互补；考虑制冷子系
统产热和制热子系统吸热可能出现不平衡，在循环管路上设置过冷补偿旁路和过热补偿旁路，合并称之为调温子系统。调温子系统通过系统控制器进行调控。
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。
当制冷子系统冷凝器产热大于制热子系统蒸发器吸热时，会导致制冷子系统冷凝器温度升高，进而影响制冷子系统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)；当制冷子系统冷凝器产热小于制热子系统蒸发器吸热时，会导致制热子系统蒸发器温度降低，进而影响制热子系统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，所述冷流体导入旁路和偏热流体导出旁路可以直接设置在制冷子系统冷凝器壳程；所述热流体导入旁路和偏冷流体导出旁路可以直接设置在制热子系统蒸发器壳程。
附图中，所述制冷子系统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；制热子系统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回路的制冷制热系统。见图1。
在单压缩回路带冷热源互补回路的制冷制热系统中，制热子系统由一个压缩回路构成，制冷子系统由一个压缩回路构成。
制热子系统10、制冷子系统20和循环泵22通过系统控制器30同步启动。
制热子系统10的工作原理是：
制热子系统压缩机1将气态的制热剂加压并送入制热子系统冷凝器2。制热剂在制热子系统冷凝盘管3内变成液态并放出热量。中热流体从中热流体入口5进入制热子系统冷凝器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。热量的交换依靠制热子系统冷凝盘管3。冷凝降温后的制热剂经制热剂储罐6、制热子系统膨胀阀7进入制热子系统蒸发器8，并在制热子系统蒸发盘管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系统压缩机1进行下一个制热循环。
制冷子系统20的工作原理是：
制冷子系统压缩机11将气态的制冷剂加压并送入制冷子系统冷凝器12。制冷剂在制冷子系统冷凝盘管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、制冷子系统膨胀阀17进入制冷子系统蒸发器18，并在制冷子系统蒸发盘管19内蒸发汽化，汽化的同时要吸收大量的热量。中冷流体从中冷流体入口15进入制冷子系统蒸发器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。热量的交换依靠制冷子系统蒸发盘管19。
制热子系统10和制冷子系统20各自在不同的温度范围内工作。制热子系统和制冷子系统所用制热剂、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，从制热子系统蒸发器8到制冷子系统冷凝器12之间设置排冷循环管21、循环泵22；从制冷子系统冷凝器12到制热子系统蒸发器8之间设置排热循环管23、定向循环阀24，以此构成一个冷热源互补的流体循环系统。制热子系统蒸发器8产生的冷流体通过循环泵22送入制冷子系统冷凝器12，制冷子系统冷凝器12产生的热流体同时被顶入制热子系统蒸发器8，以此实现冷源、热源互补。
考虑系统运行时，制热子系统蒸发器8产生的冷量与制冷子系统冷凝器12产生的热量往往会失衡，本发明设置调温子系统，即：
在排冷循环管21和排热循环管23上面靠近制冷子系统冷凝器12一端设置过热补偿旁路(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)，通过系统控制器调控该旁路的开闭及开通情
况下偏热流体导出量；在热管23和冷管21上面靠近制热子系统蒸发器8一端设置过冷补偿旁路(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)，通过系统控制器调控该旁路的开闭及开通情况下偏冷流体导出量。
图中，虚线表示系统控制器对连接设备的控制关系。
调温子系统的工作状态分为下列三种情况：
(1)、制热子系统蒸发器8产生的冷量与制冷子系统冷凝器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，循环控制阀24全开，制热子系统10和制冷子系统20平稳运行。
(2)、制热子系统蒸发器8产生的冷量小于制冷子系统冷凝器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，从而控制制热子系统10和制冷子系统20平稳运行。
(3)、制热子系统蒸发器8产生的冷量大于制冷子系统冷凝器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开度控制偏冷流体导出流量，从而控制制热子系统10和制冷子系统20平稳运行。
定向循环阀24的作用是阻止热流体导入时逆向进入制冷子系统冷凝器12。
实施例2：双压缩回路带冷热源互补回路的制冷制热系统。见图2。
图2是双压缩回路带冷热源互补回路的制冷制热系统原理流程图，其制冷与制热工作原理、控制原理与单压缩回路带冷热源互补回路的制冷制热系统完全相同，这里就不赘述。所不同的是：制热子系统有两个压缩回路，与单压缩回路比具备更大的功率和更强的制热能力；制冷子系统有两个压缩回路，与单压缩回路比具备更大的功率和更强的制冷能力。整个系统的深冷流体和高热流体的温差加大。制热子系统的分控器对自有两个压缩回路工况都进行调控；制冷子系统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回路的制冷制热系统。见图3。
图3是四压缩回路带冷热源互补回路的制冷制热系统原理流程图，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回路的制冷制热系统完全相同，这里也不赘述。所不同的是：制热子系统有四个压缩回路，与双压缩回路比具备更大的功率和更强的制热能力；制冷子系统有四个压缩回路，与双压缩回路比具备更大的功率和更强的制冷能力。整个系统的深冷流体和高热流体的温差加大。制热子系统的分控器对自有的四个压缩回路工况都进行调控；制冷子系统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回路的制冷制热系统以此类推。
Claims (3)
1.一种带冷热源互补回路的制冷制热系统，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系统；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系统；由制冷子系统冷凝器壳程向制热子系统蒸发器壳程设置排热管路，入口前设置定向循环阀，以此构成排热循环管；由制热子系统蒸发器壳程向制冷子系统冷凝器壳程设置排冷管路，出口后设置泵，以此构成排冷循环管；排热循环管和排冷循环管组成冷热源互补回路；冷热源互补回路上分别带有冷流体导入旁路、偏热流体导出旁路和热流体导入旁路、偏冷流体导出旁路，各旁路上均设置电磁控制阀，各旁路电磁阀、泵的控制输入端与一个系统控制器输出端相连，以此组成一个调温子系统。
2.根据权利要求1所述的带冷热源互补回路的制冷制热系统，其特征是制热子系统设有分控器，制冷子系统也设有分控器，分控器的控制输入端都与系统控制器的输出端相连。
3.根据权利要求1所述的带冷热源互补回路的制冷制热系统，其特征是所述冷凝盘管与蒸发盘管为金属盘管，根据传热强化要求，盘管外侧可以穿套金属导热翅片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20091202 Assignee: Duowei Solar Energy Complete Set Engineering Co., Ltd., Huhehaote City Assignor: Lv Ruiqiang Contract record no.: 2014990000639 Denomination of invention: Cooling and heating system with cooling-heating source complementing loop Granted publication date: 20120523 License type: Exclusive License Record date: 20140811 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120523 Termination date: 20180528 |