CN102721226B - 复叠制冷循环式高温水源热泵机组及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组以及其控制方法，它能够把出水温度提升到85℃以上，从而可以使出水作为工业加热用水或者参与城市供暖使用，而且能够把工业废水冷却到10～25℃，可以作为工业冷却水使用。

Description

复叠制冷循环式高温水源热泵机组及其控制方法

技术领域：

本发明涉及一种废水处理及供热领域，具体讲是一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组及其控制方法。

背景技术：

为了替代以煤、燃料油、石油气和天然气为燃料的锅炉取暖方式，国内外正大力推广应用水源热泵供暖方式，这种供暖方式不消耗燃料，无废气排放，能效比较高，目前这种水源热泵机组一般利用的水资源主要有：地表水、浅层地下水、海水以及城市污水等，上述水源作为水源热泵的热源，在实际应用中有很多问题，例如：浅层地下水和地表水的资源有限，而且水温较低，东北地区7～12℃，华北地区10～15℃，长江中下游18～20;海水资源开发受腐蚀和输送的困扰，工程量和投资较大，而且海水水温也较低,比浅层地下水水温还低;城市污水的污水处理工艺和设备比较复杂，而且水温受地区影响较大，而且水温也较低,一般≤20℃。因此目前普通水源热泵机组所能达到的出水温度一般≤65℃，这种温度的热水只能供给家庭洗浴来使用，却无法供给到城市热力管网中参与城市供暖，或者供给到工业加热用水中。

而目前工业废水在排放和处理前的温度一般≥40℃，为了节约水资源,现有技术普遍采用冷却塔循环冷却方式，将≥35℃的循环水冷却为的28～32℃的循环水，这种措施虽然节约了水资源，但是却忽略了热能的综合利用。并且冷却塔只能将被冷却的工业废水冷却到28～32℃，且有2%～5%的损失，这个温度范围的冷却水只能作为循环水使用，用途太少。而如果是采用普通的高温水源热泵机组将工业废水作为热源来制热，则仍然无法使出水温度达到85℃以上，也就无法作为工业加热用水或者城市供暖用水来使用。

发明内容：

本发明要解决的一个技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能够把出水温度提升到85℃以上，从而可以使出水作为工业加热用水或者参与城市供暖使用，而且能够把工业废水冷却到10～25℃，可以作为工业冷却水使用的复叠制冷循环式高温水源热泵机组。

本发明提供的一个技术方案是：本发明提供一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组，它包括第一压缩机、第二压缩机、第一节流机构、第二节流机构、第一换热器、第二换热器、第三换热器及控制器，所述第一换热器的介质输出口通过第一压缩机与第二换热器的第一侧输入口连接，第二换热器的第一侧输出口通过第一节流机构与第一换热器的介质输入口连接，所述第三换热器的介质输出口通过第二节流机构与第二换热器的第二侧输入口连接，第二换热器的第二侧输出口通过第二压缩机与第三换热器的介质输入口连接，所述控制器分别与第一压缩机、第二压缩机、第一节流机构及第二节流机构连接。

第一换热器的进水口接热源水，出水口接排水装置，第三换热器的出水口通过管道与用水方的循环管道的进水口连接，第三换热器的进水口与用水方循环管道的出水口连接。采用这种装置，如果热水源采用工业余热水，则起到冷却塔的作用，将工业余热水冷却降温后通过第一换热器的出水口排出，第三换热器的出水口和入水口则可以连接城市供暖管道，或者工业加热用水的管道。

采用上述结构，本发明具有以下优点：

本发明提供一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组，热水源的水进入到第一换热器中，进行冷却，第一换热器中的介质采用低温制冷剂（即蒸发温度较低的制冷剂），低温制冷剂吸收热量并蒸发，然后通过循环在第二换热器中的第一侧冷凝，然后再循环到第一换热器中，第二换热器的第二侧中的介质采用高温制冷剂（即蒸发温度较高的制冷剂），高温制冷剂吸收低温制冷剂冷凝时的热量并蒸发，即，第二换热器即是高温制冷剂的蒸发器，也是低温制冷剂的冷凝器，然后高温制冷剂通过循环在第三换热器中冷凝，散发热量，则第三换热器中的热水吸收热量，提升温度后出水。本发明中，低温制冷剂在第一换热器中吸收水温较低的热量后，在第二换热器中将该热量传递给高温制冷剂，高温制冷剂吸收热量后，在第三换热器中便将温度较低的热量转换为温度较高的热量，将该热量传递给热水，从而能使热水加热到85℃以上，从而可以使出水作为工业加热用水或者参与城市供暖使用，本发明还可以将工业废水冷却到10～25℃，该冷却水将有更广泛的用途，例如作为工业冷却水来使用，且无损失。

本发明要解决的另一个技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能够把出水温度提升到85℃以上，从而可以使出水作为工业加热用水或者参与城市供暖使用的复叠制冷循环式高温水源热泵机组的控制方法。

本发明提供的一个技术方案是：本发明提供一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组的控制方法，它包括以下步骤：

步骤1、控制器检测第一压缩机的冷凝压力，从而根据低温制冷剂的性能参数得到冷凝温度；

步骤2、控制器检测第二压缩机的蒸发压力，从而根据高温制冷剂的性能参数得到蒸发温度；

步骤3、控制器根据冷凝温度得到低温制冷剂释放能量，并根据蒸发温度得到高温制冷剂吸收的能量，然后调节第一压缩机、第二压缩机、第一节流机构和第二节流机构使两者保持一致。

作为优选，所述步骤3中，调节第二压缩机和第二节流机构，从而调节高温制冷剂吸收的能量和低温制冷剂释放的能量保持一致。采用这种方法，最大化了低温制冷剂的工作能力，这样尽量减少浪费现象发生，提高能效比。

所述第二压缩机的蒸发温度在30～40℃，所述第一压缩机的冷凝温度在35～45℃。采用这种数据，在此数据下，复叠制冷循环式高温水源热泵机组的能效比较高。

所述高温制冷剂的环境性能参数为ODP（破坏臭氧潜能值）为0，GWP（全球变暖系数值）＜1000，临界温度≥110℃。采用这种参数的制冷剂效果最好。

采用上述方法后，本发明具有以下优点：

本发明提供一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组的控制方法，它通过控制器采集第一压缩机的冷凝压力以及第二压缩机的蒸发压力，从而通过调节第一压缩机、第二压缩机、第一节流机构和第二节流机构，使该机组中，低温制冷剂释放的能量和高温制冷剂吸收的能量保持一致，保证了系统的稳定性，本发明中，低温制冷剂在第一换热器中吸收水温较低的热量后，在第二换热器中将该热量传递给高温制冷剂，高温制冷剂吸收热量后，在第三换热器中便将温度较低的热量转换为温度较高的热量，将该热量传递给热水，从而能使热水加热到85℃以上，从而可以使出水作为工业加热用水或者参与城市供暖使用。本发明还可以将工业废水冷却到10～25℃，该冷却水将有更广泛的用途，例如作为工业冷却水来使用，且无损失。

附图说明：

附图为本发明复叠制冷循环式高温水源热泵机组的原理图；

如图所示：1、第一换热器，2、第二换热器，3、第三换热器，4、第一压缩机，5、第二压缩机，6、第一节流机构，7、第二节流机构，8、控制器，9、热源水，10、排水装置，11、循环管道的进水口，12、循环管道的出水口。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明：

本发明提供的一个技术方案是：本发明提供一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组，它包括第一压缩机4、第二压缩机5、第一节流机构6、第二节流机构7、第一换热器1、第二换热器2、第三换热器3及控制器8组成，所述第一换热器1的介质输出口通过第一压缩机4与第二换热器2的第一侧输入口连接，第二换热器2的第一侧输出口通过第一节流机构6与第一换热器1的介质输入口连接，所述第三换热器3的介质输出口通过第二节流机构7与第二换热器2的第二侧输入口连接，第二换热器2的第二侧输出口通过第二压缩机5与第三换热器3的介质输入口连接，所述控制器8分别与第一压缩机4、第二压缩机5、第一节流机构6及第二节流机构7连接。

第一换热器1，第一压缩机4、第二换热器2的第一侧及第一节流机构6构成低温循环，低温制冷剂为该循环的介质，第三换热器3，第二压缩机5、第二换热器2的第二侧及第二节流机构7构成高温循环，高温制冷剂为该循环的介质。所述低温制冷剂采用普通的制冷剂，所述高温制冷剂采用蒸发温度较高的制冷剂，所述第一换热器1即为低温制冷剂的蒸发器，第二换热器2既是高温制冷剂的蒸发器，也是低温制冷剂的冷凝器，第三换热器3为高温制冷剂的冷凝器，所述第一节流机构6和第二节流机构7均可采用电子膨胀阀。

第一换热器1的进水口接热源水9，出水口接排水装置10，第三换热器3的出水口通过管道与用水方的循环管道的进水口11连接，第三换热器3的进水口与用水方循环管道的出水口12连接。采用这种装置，如果热水源采用工业余热水，则起到冷却塔的作用，将工业余热水冷却降温后通过第一换热器的出水口排出后，作为冷源水可以冷却需要冷却的任何介质。第三换热器的出水口和入水口则可以连接城市供暖管道，或者工业加热用水的管道。

本发明提供一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组，热水源的水进入到第一换热器中，进行冷却，第一换热器中的介质采用低温制冷剂（即蒸发温度较低的制冷剂），低温制冷剂吸收热量并蒸发，然后通过循环在第二换热器中的第一侧冷凝，然后再循环到第一换热器中，第二换热器的第二侧中的介质采用高温制冷剂（即蒸发温度较高的制冷剂），高温制冷剂吸收低温制冷剂冷凝时的热量并蒸发，即，第二换热器即是高温制冷剂的蒸发器，也是低温制冷剂的冷凝器，然后高温制冷剂通过循环在第三换热器中冷凝，散发热量，则第三换热器中的热水吸收热量，提升温度后出水。

本发明中，低温制冷剂在第一换热器中吸收水温较低的热量后，在第二换热器中将该热量传递给高温制冷剂，高温制冷剂吸收热量后，在第三换热器中便将温度较低的热量转换为温度较高的热量，将该热量传递给热水，从而能使热水加热到85℃以上，从而可以使出水作为工业加热用水或者参与城市供暖使用。

本发明要解决的另一个技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能够把出水温度提升到85℃以上，从而可以使出水作为工业加热用水或者参与城市供暖使用的复叠制冷循环式高温水源热泵机组的控制方法。

本发明提供的一个技术方案是：本发明提供一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组的控制方法，它包括以下步骤：

步骤1、控制器检测第一压缩机的冷凝压力，从而根据低温制冷剂的性能参数得到冷凝温度；控制器通过在第一压缩机的出口处设置压力传感器通过检测第一压缩机的排气压力，经过修正后得到第一压缩机的冷凝压力，低温制冷剂的性能参数由生产方提供。所述第一压缩机的冷凝压力即是指第一压缩机所在的低温循环的冷凝压力。

步骤2、控制器检测第二压缩机的蒸发压力，从而根据高温制冷剂的性能参数得到蒸发温度；控制器通过在第二压缩机的出口处设置压力传感器通过检测第二压缩机的排气压力，经过修正后得到第二压缩机的蒸发压力，高温制冷剂的性能参数由生产方提供。所述第二压缩机的蒸发压力即是指第二压缩机所在的高温循环的蒸发压力。

步骤3、控制器根据冷凝温度得到低温制冷剂释放能量，并根据蒸发温度得到高温制冷剂吸收的能量，然后调节第一压缩机、第二压缩机、第一节流机构和第二节流机构使两者保持一致。根据冷凝温度得到低温制冷剂释放能量和根据蒸发温度得到高温制冷剂吸收的能量均为现有技术，故不详述。

作为优选，所述步骤3中，调节第二压缩机和第二节流机构，从而调节高温制冷剂吸收的能量和低温制冷剂释放的能量保持一致。采用这种方法，最大化了低温制冷剂的工作能力，这样尽量减少浪费现象发生，提高能效比。

所述第二压缩机的蒸发温度在30～40℃，所述第一压缩机的冷凝温度在35～45℃。采用这种数据，在此数据下，复叠制冷循环式高温水源热泵机组的能效比较高。

所述高温制冷剂的参数为ODP为0，GWP＜1000，临界温度≥110℃。采用这种参数的制冷剂效果最好。本实施例中采用德瑞中节能科技有限公司提供的ZHR01或ZHR03型号的制冷剂。

本发明提供一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组的控制方法，它通过控制器采集第一压缩机的冷凝压力以及第二压缩机的蒸发压力，从而通过调节第一压缩机、第二压缩机、第一节流机构和第二节流机构，使该机组中，低温制冷剂释放的能量和高温制冷剂吸收的能量保持一致，保证了系统的稳定性，本发明中，低温制冷剂在第一换热器中吸收水温较低的热量后，在第二换热器中将该热量传递给高温制冷剂，高温制冷剂吸收热量后，在第三换热器中便将温度较低的热量转换为温度较高的热量，将该热量传递给热水，从而能使热水加热到85℃以上，从而可以使出水作为工业加热用水或者参与城市供暖使用。

Claims (2)

1.一种复叠制冷循环式高温水源热泵机组的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1、控制器(8)检测第一压缩机(4)的冷凝压力，从而根据低温制冷剂的性能参数得到冷凝温度；

步骤2、控制器(8)检测第二压缩机(5)的蒸发压力，从而根据高温制冷剂的性能参数得到蒸发温度；

步骤3、控制器(8)根据冷凝温度得到低温制冷剂释放能量，并根据蒸发温度得到高温制冷剂吸收的能量，然后调节第二压缩机(5)和第二节流机构(7)使高温制冷剂吸收的能量和低温制冷剂释放的能量两者保持一致，所述第二压缩机(5)的蒸发温度在30～40℃，所述第一压缩机(4)的冷凝温度在35～45℃。

2.根据权利要求1所述的复叠制冷循环式高温水源热泵机组的控制方法，其特征在于：所述高温制冷剂的性能参数为ODP为0，GWP＜1000，临界温度≥110℃。