CN103574954B - 一种能量回馈型热交换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能量回馈型热交换系统通过在系统中多加一路与厂务流体进行热交换的换热器，当被控物体负载小于压缩机制冷量时，将剩余部分用于厂务流体冷却（回馈厂务流体），使之既控制了被控物体温度，又降低了总体能耗，节约了生产成本。
Description
【技术领域】
本发明涉及热交换领域，尤其涉及一种能量回馈型热交换系统。
【背景技术】
循环液体或气体温度控制中常利用已有的冷却水，一般是工厂设备用厂务水或冷却水塔制作的冷却水(二次冷却水)，以下称冷却水，这种冷却水温度大多是固定的(例如摄氏20度)，而需要被控制的物体(设备)往往需要另外一种温度或一个需要在一个可变的温度范围，例如摄氏20度至80度中的某个温度。对于使用厂务水做热量移除的压缩机系统，当被控物体的热负载小于压缩机系统的制冷量时，系统通常采用热媒旁通或辅助加热丝消除其多余的制冷量。但是这种方法会提高总体能耗，不利于节能环保。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种能量回馈型热交换系统，当被控物体热负载小于压缩机制冷量时，将剩余部分用于厂务流体冷却，以达到控温、节能的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供一种能量回馈型热交换系统，其包括循环流体通路、冷却流体回路和厂务流体通路，
所述循环流体通路包括第一换热器、循环流体入口和循环流体出口，循环流体与冷却流体在所述第一换热器处进行热交换，所述第一换热器包括第一输入端口、与第一输入端口连通的第一输出端口、第二输入端口和与第二输入端口连通的第二输出端口，
所述冷却流体回路包括压缩机、第二换热器、第三换热器、第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀，冷却流体与厂务流体在所述第二换热器、第三换热器处进行热交换，所述第二换热器包括第三输入端口、与第三输入端口连通的第三输出端口、第四输入端口和与第四输入端口连通的第四输出端口，所述第三换热器包括第五输入端口、与第五输入端口连通的第五输出端口、第六输入端口和与第六输入端口连通的第六输出端口，所述压缩机的输入端口与所述第一换热器的第二输出端口相连通，所述压缩机的输出端口与所述第二换热器的第三输入端口相连通，所述第一电子膨胀阀的输出端口与所述第一换热器的第二输入端口相连通，所述第一电子膨胀阀的输入端口与所述第二换热器的第三输出端口相连通，所述第二电子膨胀阀的输出端口与所述第三换热器的第五输入端口相连通，所述第二电子膨胀阀的输入端口与所述第二换热器的第三输出端口相连通，
所述厂务流体从所述第二换热器的第四输入端口流入，从所述第二换热器的第四输出端口流出或/和所述厂务流体从所述第三换热器的第六输入端口流入，从所述第三换热器的第六输出端口流出。
进一步的，所述循环流体通路还包括用于检测所述循环流体温度的第一温度传感器，所述厂务流体通路还包括用于检测所述厂务流体温度的第二温度传感器，基于所述第一温度传感器检测到的循环流体温度和第二温度传感器检测到的厂务流体温度来控制第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的开关比例。
进一步的，所述第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的开关比例是可控的。
进一步的，所述冷却流体回路有二条回路，第一条回路是：所述压缩机、所述第二换热器、所述第一电子膨胀阀和所述第一换热器形成的回路，
第二条回路是：所述压缩机、所述第二换热器、所述第二电子膨胀阀和所述第三换热器形成的回路。
进一步的，所述厂务流体通路有二条通路，第一条通路是：所述厂务流体入口、所述第二换热器和所述厂务流体出口形成的通路，
第二条通路是：所述厂务流体入口、所述第三换热器和所述厂务流体出口形成的通路。
进一步的，所述循环流体通路还包括用于增加所述循环流体循环动力的循环泵，所述循环泵的输入端口与所述第一换热器的第一输出端口连通，所述循环泵的输出端口与所述循环流体出口连通。
进一步的，所述冷却流体回路还包括设置于所述第二换热器的第三输出端口的干燥机，以减少冷却流体水份。
进一步的，所述冷却流体回路还包括设置于所述干燥机出口端的观察孔。
更进一步的，所述循环流体为液体或气体，所述冷却流体为氟利昂制冷剂，所述厂务流体为冷却水。
与现有技术相比，本发明通过在系统中多加一路与厂务流体进行热交换的换热器，当被控物体负载小于压缩机制冷量时，将剩余部分用于厂务流体冷却(回馈厂务流体)，使之既控制了被控物体温度，又降低了总体能耗，节约了生产成本。
【附图说明】
图1为本发明中的能量回馈型热交换系统在一个实施例中的结构示意图。
其中：100为能量回馈型热交换系统，110为循环流体通路，111为循环流体出口，112为循环流体入口，113为第一换热器，114为循环泵，115为第一温度传感器，120为冷却流体回路，121为压缩机，122为第三换热器，123为第二换热器，124为干燥机，125为观察孔，126为第一电子膨胀阀，127为第二电子膨胀阀，130为厂务流体通路，131为厂务流体入口，132为厂务流体出口，133为第二温度传感器，140为被控物体。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。此外，表示一个或多个实施例的方法、流程图或功能框图中的模块顺序并非固定的指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。
图1为本发明中的能量回馈型热交换系统在一个实施例中的结构示意图。如图1所示，所述能量回馈型热交换系统100包括循环流体通路110、冷却流体回路120和厂务流体通路130。
所述循环流体通路110包括第一换热器113、循环流体入口112和循环流体出口111。循环流体与冷却流体在所述第一换热器113处进行热交换。
所述第一换热器113包括第一输入端口、与第一输入端口连通的第一输出端口、第二输入端口和与第二输入端口连通的第二输出端口。
所述循环流体从被控物体140流出后，经循环流体入口112由所述第一换热器113的第一输入端口流入第一换热器113，流体从第一换热器113的第一输出端口流出，并通过所述循环流体出口111流出，最终流向被控物体140。
所述厂务流体入口131与所述第二换热器123的第四输入端口相连通，所述厂务流体出口132与所述第二换热器123的第四输出端口相连通；所述厂务流体入口131与所述第三换热器122的第六输入端口相连通，所述厂务流体出口132与所述第三换热器122的第六输出端口相连通。
可以看出，所述厂务流体通路130有二条通路，第一条通路是：所述厂务流体入口131、第二换热器123和所述厂务流体出口132形成的通路，具体的，所述厂务流体从所述厂务流体入口131流入，流经所述第二换热器123，在所述第二换热器123处进行热交换，随后经所述厂务流体出口132流出。
第二条通路是：所述厂务流体入口131、第三换热器122和所述厂务流体出口132形成的通路，具体的，所述厂务流体从所述厂务流体入口131流入，流经所述第三换热器122，在所述第三换热器122处进行热交换，随后经所述厂务流体出口132流出。
所述冷却流体回路120包括压缩机121、第二换热器123、第三换热器122、第一电子膨胀阀126和第二电子膨胀阀127。冷却流体与厂务流体在所述第二换热器123、第三换热器122处进行热交换。
所述第二换热器123包括第三输入端口、与第三输入端口连通的第三输出端口、第四输入端口和与第四输入端口连通的第四输出端口，所述第三换热器122包括第五输入端口、与第五输入端口连通的第五输出端口、第六输入端口和与第六输入端口连通的第六输出端口，所述压缩机121的输入端口与所述第一换热器113的第二输出端口相连通，所述压缩机121的输出端口与所述第二换热器123的第三输入端口相连通，所述第一电子膨胀阀126的输出端口与所述第一换热器113的第二输入端口相连通，所述第一电子膨胀阀126的输入端口与所述第二换热器123的第三输出端口相连通，所述第二电子膨胀阀127的输出端口与所述第三换热器122的第五输入端口相连通，所述第二电子膨胀阀127的输入端口与所述第二换热器123的第三输出端口相连通。
所述冷却流体一部分经由压缩机121的输出端流出经第二换热器123的第三输入端口流入第二换热器123，冷却流体从第二换热器123的第三输出口端流出，经第一电子膨胀阀126流向第一换热器113的第二输入端口，然后冷却流体从第一换热器113的第二输出端口流出，由压缩机121的输入端回到压缩机121中；另一部分经由压缩机121的输出端流出经第二换热器123的第三输入端口流入第二换热器123，冷却流体从第二换热器123的第三输出口端流出，经第二电子膨胀阀127流向第三换热器122的第五输入端口，然后冷却流体从第三换热器122的第五输出端口流出，由压缩机121的输入端回到压缩机121中。
其中第一电子膨胀阀126和第二电子膨胀阀127的开关比例是可调的，比如100％开启至0％开启，每5％一个调整等级，那么则有0％，5％，10％，…——95％，100％这么多的开关比例等级，这样相对于整体控制系统流量口径来讲，可以非常精确的调整流量，从而可以精确的控制热交换的功率，进而精确的控制循环流体的温度。每个电子膨胀阀带有控制开关比例的步进电机或直流电机，通过控制所述步进电机或直流电机来控制所述电子膨胀阀的开关比例。高温时，如循环流体80摄氏度，需降至20摄氏度，则让第一电子膨胀阀126开启调大，第二电子膨胀阀127开启调小或关闭，增加冷却流体与循环流体的热交换量，减小冷却流体与厂务流体的热交换量，以达到高幅度降低循环流体温度的目的；低温时，如循环流体25摄氏度，需降至20摄氏度，则让第一电子膨胀阀126开启调小，第二电子膨胀阀127开启调大，减小冷却流体与循环流体的热交换量，增加冷却流体与厂务流体的热交换量，以达到低幅度降低循环流体温度的目的。
可以看出，所述冷却流体回路120有二条回路，第一条回路是：所述压缩机121、所述第二换热器123、所述第一电子膨胀阀126和所述第一换热器113形成的回路，具体的，所述冷却流体从所述压缩机121流出，流经所述第二换热器123、第一电子膨胀阀126和所述第一换热器113，在所述第二换热器123和第一换热器113处进行热交换，随后回到所述压缩机121。
第二条回路是：所述压缩机121、所述第二换热器123、所述第二电子膨胀阀127和所述第三换热器122形成的回路，具体的，所述冷却流体从所述压缩机121流出，流经所述第二换热器123、第二电子膨胀阀127和所述第三换热器122，在所述第二换热器123和所述第三换热器122处进行热交换，随后回到所述压缩机121。
在本实施例中，所述循环流体通路110还包括用于增加所述循环流体循环动力的循环泵114，所述循环泵114的输入端口与所述第一换热器113的第一输出端口连通，所述循环泵114的输出端口与所述循环流体出口111连通。在所述循环流体通路110上还包括第一温度传感器115，其用于检测所述循环流体的温度。所述第一温度传感器115的输入端口与所述循环泵114的输出端口连通，所述第一温度传感器115的输出端口与所述循环流体出口111相连通。所述循环流体从所述第一换热器113的第一输出端口流出，经循环泵114和第一温度传感器115，到达循环流体出口111。
所述厂务流体通路130还包括第二温度传感器133，其用于检测所述厂务流体的温度。所述第二温度传感器133的输入端口与所述厂务流体的入口131连通，所述第二温度传感器133的输出端口与所述厂务流体的出口132相连通。所述厂务流体从所述厂务流体入口131流入，经所述温度传感器133和第二换热器123，到达厂务流体出口132。
基于所述第一温度传感器115检测到的循环流体温度和第二温度传感器133检测到的厂务流体温度来控制第一电子膨胀阀126和第二电子膨胀阀127的开关比例，从而实现对能量回馈型热交换系统100中对冷却流体的控制，进而实现被控对象的精确温度控制。
在本实施例中，所述冷却流体回路120还包括设置于所述第二换热器123的第三输出端口的干燥机124，以减少冷却流体水份，以及设置于所述干燥机124出口端的观察孔125，以观察冷却流体的情况。
在本实施例中，所述循环流体为液体或气体，所述冷却流体为氟利昂制冷剂，所述厂务流体为冷却水。
综上所述，本发明的能量回馈型热交换系统100在所述第二换热器123的第三输出端口和所述第一换热器113的第二输入端口之间设置第一电子膨胀阀126；在所述第二换热器123的第三输出端口和所述第三换热器122的第五输入端口之间设置第二电子膨胀阀127。所述能量回馈型热交换系统100还包括设置于所述循环流体通路110上的用于检测所述循环流体温度的第一温度传感器115和设置于所述厂务流体通路130上的用于检测所述厂务流体温度的第二温度传感器133，基于所述第一温度传感器115检测到的循环流体温度和所述第二温度传感器133检测到的厂务流体温度来控制各个电子膨胀阀的开关比例，调节一部分冷却流体与循环流体和厂务流体的热交换量。利用1个或2个以上的电子膨胀阀比例调节达到宽温度域控制目的，从而有效地做到循环液体在一个较宽的温度范围的精确控温。
其具体工作原理为：所述冷却流体从压缩机121流出，经第二换热器123后，一部分经第一电子膨胀阀126和第一换热器113，所述冷却流体在第一换热器113处与循环流体进行热交换后回到压缩机121；另一部分经第二电子膨胀阀127和第三换热器122，所述冷却流体在第二换热器123和第三换热器122处与厂务流体进行热交换后回到压缩机121。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种能量回馈型热交换系统，其包括循环流体通路、冷却流体回路和厂务流体通路，
所述循环流体通路包括第一换热器、循环流体入口和循环流体出口，循环流体与冷却流体在所述第一换热器处进行热交换，所述第一换热器包括第一输入端口、与第一输入端口连通的第一输出端口、第二输入端口和与第二输入端口连通的第二输出端口，其特征在于，
所述冷却流体回路包括压缩机、第二换热器、第三换热器、第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀，冷却流体与厂务流体在所述第二换热器、第三换热器处进行热交换，所述第二换热器包括第三输入端口、与第三输入端口连通的第三输出端口、第四输入端口和与第四输入端口连通的第四输出端口，所述第三换热器包括第五输入端口、与第五输入端口连通的第五输出端口、第六输入端口和与第六输入端口连通的第六输出端口，所述压缩机的输入端口与所述第一换热器的第二输出端口相连通，所述压缩机的输出端口与所述第二换热器的第三输入端口相连通，所述第一电子膨胀阀的输出端口与所述第一换热器的第二输入端口相连通，所述第一电子膨胀阀的输入端口与所述第二换热器的第三输出端口相连通，所述第二电子膨胀阀的输出端口与所述第三换热器的第五输入端口相连通，所述第二电子膨胀阀的输入端口与所述第二换热器的第三输出端口相连通，
所述厂务流体从所述第二换热器的第四输入端口流入，从所述第二换热器的第四输出端口流出或/和所述厂务流体从所述第三换热器的第六输入端口流入，从所述第三换热器的第六输出端口流出。
2.如权利要求1所述的能量回馈型热交换系统，其特征在于：所述循环流体通路还包括用于检测所述循环流体温度的第一温度传感器，所述厂务流体通路还包括用于检测所述厂务流体温度的第二温度传感器，基于所述第一温度传感器检测到的循环流体温度和第二温度传感器检测到的厂务流体温度来控制第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的开关比例。
3.如权利要求2所述的能量回馈型热交换系统，其特征在于：所述第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的开关比例是可控的。
4.如权利要求1所述的能量回馈型热交换系统，其特征在于：所述冷却流体回路有二条回路，第一条回路是：所述压缩机、所述第二换热器、所述第一电子膨胀阀和所述第一换热器形成的回路，
第二条回路是：所述压缩机、所述第二换热器、所述第二电子膨胀阀和所述第三换热器形成的回路。
5.如权利要求1所述的能量回馈型热交换系统，其特征在于：所述厂务流体通路有二条通路，第一条通路是：所述厂务流体入口、所述第二换热器和所述厂务流体出口形成的通路，
第二条通路是：所述厂务流体入口、所述第三换热器和所述厂务流体出口形成的通路。
6.如权利要求1所述的能量回馈型热交换系统，其特征在于：所述循环流体通路还包括用于增加所述循环流体循环动力的循环泵，所述循环泵的输入端口与所述第一换热器的第一输出端口连通，所述循环泵的输出端口与所述循环流体出口连通。
7.如权利要求1所述的能量回馈型热交换系统，其特征在于：所述冷却流体回路还包括设置于所述第二换热器的第三输出端口的干燥机，以减少冷却流体水份。
8.如权利要求7所述的能量回馈型热交换系统，其特征在于：所述冷却流体回路还包括设置于所述干燥机出口端的观察孔。
9.如权利要求1所述的能量回馈型热交换系统，其特征在于：所述循环流体为液体或气体，所述冷却流体为氟利昂制冷剂，所述厂务流体为冷却水。
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