CN104374117B - 冷水机组及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷水机组,包括压缩机、热回收器、风冷冷凝器、板式换热器、节流装置、蒸发器、变频水泵和热回收水箱，压缩机、热回收器、风冷冷凝器、板式换热器、节流装置和蒸发器依次连接形成制冷剂循环回路，板式换热器在所述制冷剂循环回路中并联电子阀门；热回收水箱、变频水泵、板式换热器和热回收器依次连接形成水循环回路。还涉及一种冷水机组的控制方法。本发明的冷水机组及控制方法，通过热回收器促进制冷剂的冷凝，提高制冷机组的制冷效率；热回收进水先经板式换热器再进入热回收器进行换热，提高用于蒸发换热的制冷剂过冷度，确保进入热回收器的进水温度不至于过低而造成制冷剂在热回收器中冷凝，提高机组能效、增强机组的可靠性。

Description

冷水机组及控制方法

技术领域

本发明涉及制冷领域，尤其涉及一种冷水机组及控制方法。

背景技术

在风冷冷水机组运行制冷时，产生的大量冷凝热均是直接排放到大气中，这不仅浪费能源，同时也造成环境中热污染。因此人们提出了一种利用冷凝器冷凝热的机组，将冷凝热用于加热生活热水，这样就出现的带余热回收功能的风冷冷水机组。

传统的带余热回收功能的风冷冷水机组，均是在压缩机和冷凝器之前串联一个热回收器，通过热回收器吸收并利用部分冷凝显热，从而达到利用冷凝热目的。

余热回收机组在实际应用中，因热回收进水温度不是恒定，无法控制热回收量。在热回收进水温度较低时，热回收器中换热效果好，制冷剂在热回收器中已经冷凝成制冷剂液体。所以出现制冷剂液体在风冷冷凝器中蒸发，从风冷冷凝器出来后的制冷剂为气液两相状态且无过冷度。从而会出现膨胀阀开度无法满足机组需求，制冷剂在蒸发器中进行二次蒸发，机组蒸发压力降低，蒸发量减小，这样不仅仅影响机组制冷能力，同时也降低机组和压缩机的运行可靠性。

发明内容

鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种冷水机组及控制方法，通过热回收器促进制冷剂的冷凝，提高制冷机组的制冷效率；热回收进水先经板式换热器再进入热回收器进行换热，提高用于蒸发换热的制冷剂过冷度，确保进入热回收器的进水温度不至于过低而造成制冷剂在热回收器中冷凝，提高了机组的能效和可靠性。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种冷水机组,包括压缩机、热回收器、风冷冷凝器、板式换热器、节流装置、蒸发器、变频水泵和热回收水箱，所述压缩机、所述热回收器、所述风冷冷凝器、所述板式换热器、所述节流装置和所述蒸发器依次连接形成制冷剂循环回路，所述板式换热器在所述制冷剂循环回路中并联电子阀门；所述热回收水箱、所述变频水泵、所述板式换热器和所述热回收器依次连接形成水循环回路。

在其中一个实施例中，所述热回收器为壳管式换热器、板式换热器或套管式换热器中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述蒸发器还设有冷冻水进口和冷冻水出口，所述蒸发器与冷冻水之间进行热交换。

在其中一个实施例中，所述冷水机组还包括油分离器，所述油分离器串联在所述压缩机与所述热回收器之间。

还涉及一种冷水机组的控制方法，所述冷水机组为上述任一技术方案的冷水机组，所述控制方法包括以下步骤：

1)在制冷+热回收模式下：

a)变频水泵逐步开启至初始设定频率；

b)当热回收水箱的水温≤风冷冷凝器的出液温度-T1时，电子阀门关闭；

c)当风冷冷凝器的出液温度-T1＜热回收水箱的水温＜风冷冷凝器的出液温度+T2时，电子阀门仍然处于关闭状态；

d)当风冷冷凝器的出液温度+T2≤热回收水箱的水温时，电子阀门开启；

其中，T1、T2为整数，且T1≥0，T2≥0；

2)在制冷模式下，所述变频水泵关闭，所述电子阀门开启。

在其中一个实施例中，0≤T1≤5，0≤T2≤5。

在其中一个实施例中，步骤d)中，当风冷冷凝器的出液温度+T2≤热回收水箱的水温时，所述变频水泵逐步降频至关闭状态。

在其中一个实施例中，在制冷+热回收模式下，还包括如下步骤：

检测热回收器的制冷剂出口处的制冷剂压力和制冷剂温度Tb，根据所述制冷剂压力所对应的饱和温度Ta以及所述制冷剂温度Tb来调节所述变频水泵；

当Ta+T3≤Tb时，所述变频水泵升频1％的步幅；

当Ta+T4＜Tb＜Ta+T3时，所述变频水泵不动作，仍然以初始设定频率运行；

当Tb≤Ta+T4时，所述变频水泵降频1％的步幅；

其中，T3、T4为整数，T3＞T4，T3≥0，T4≥0。

在其中一个实施例中，0≤T3≤10，0≤T4≤10。

本发明的有益效果是：

本发明的冷水机组及控制方法，通过热回收器促进制冷剂的冷凝，增大换热面积，提高制冷机组的制冷效率，减少冷凝风机开启数量，减少用电量，降低噪音；热回收进水先经板式换热器再进入热回收器进行换热，提高用于蒸发换热的制冷剂过冷度，同时确保进入热回收器的进水温度不至于过低而造成制冷剂在热回收器中冷凝，提高冷水机组能效、增强冷水机组的可靠性。通过检测热回收水箱温度及热回收器出水温度，控制变频水泵频率，达到根据机组运行状态及水箱实际温度控制热回收器工作的目的。通过板式换热器和热回收器分段控制热回收，减少制冷运行时冷凝热量向大气排放，达到最大限度的回收冷凝热的目的，既节约能源又减少环境的污染，实现机组热量利用最大化。彻底解决了传统余热回收风冷冷水机组在制冷热回收过程因热回收进水温度过低而出现的制冷系统二次蒸发问题。

附图说明

图1为本发明的冷水机组一实施例的原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的冷水机组及控制方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明一实施例的冷水机组,包括压缩机1、油分离器2、热回收器3、风冷冷凝器4、板式换热器6、节流装置7、蒸发器8、变频水泵11和热回收水箱10，压缩机1、油分离器2、热回收器3、风冷冷凝器4、板式换热器6、节流装置7和蒸发器8依次连接形成制冷剂循环回路，在制冷剂循环回路中，板式换热器6与电子阀门9并联。制冷剂流程可为：制冷剂流经压缩机1、油分离器2、热回收器3、风冷冷凝器4、电子阀门9、节流装置7、蒸发器8，最后回到压缩机1，完成一个制冷循环流程。制冷剂流程还可为：制冷剂流经压缩机1、油分离器2、热回收器3、风冷冷凝器4、板式换热器6、节流装置7、蒸发器8，最后回到压缩机1，完成一个制冷循环流程。

热回收水箱10、变频水泵11、板式换热器6和热回收器3依次连接形成水循环回路。其中，热回收器3为壳管式换热器、板式换热器或套管式换热器中的任意一种。

风冷冷凝器4通过风机5进行散热。节流装置7为电子膨胀阀或毛细管，节流装置7优选电子膨胀阀。电子阀门9为电磁阀或电动阀。

电子膨胀阀和电子阀门9与控制器12电连接，由控制器12控制电子膨胀阀的开度和电子阀门9的开启、关闭。

优选地，蒸发器8还设有冷冻水进口和冷冻水出口，蒸发器8与冷冻水之间进行热交换，进步提高了蒸发器8的换热效率。

以上实施例的冷水机组拥有制冷和制冷+热回收两种运行模式，根据客户不同的需求可以切换不同的模式，冷水机组在工作过程中，包括以下步骤：

1)在制冷+热回收模式下：

a)变频水泵11逐步开启至初始设定频率(初始步数)；

b)当热回收水箱10的水温≤风冷冷凝器4的出液温度-T1时，电子阀门9关闭，冷水机组进入分段热回收方式；

c)当风冷冷凝器4的出液温度-T1＜热回收水箱(10)的水温＜风冷冷凝器4的出液温度+T2时，电子阀门9不动作，仍然处于关闭状态；

d)当风冷冷凝器4的出液温度+T2≤热回收水箱10的水温时，电子阀门9开启，制冷机组退出分段热回收方式。

其中，T1、T2为整数，且T1≥0、T2≥0。优选地，0≤T1≤5，0≤T2≤5。

优选地，在步骤d)中，当风冷冷凝器4的出液温度+T2≤热回收水箱10的水温时，变频水泵11逐步降频至关闭状态。

2)在制冷模式下，变频水泵11关闭，电子阀门9开启。其中，变频水泵11变频(降频)逐渐关小至关闭状态，电子阀门9开启，制冷剂回路和水循环回路不进行热交换，制冷剂的流程为：制冷剂流经压缩机1、油分离器2、热回收器3、风冷冷凝器4、电子阀门9、节流装置7和蒸发器8，最后回到压缩机1。完成一个制冷循环流程。

在分段热回收方式下，冷水机组的水循环流路和制冷剂流路如下：

水循环流路为：从热回收水箱10出来的热回收进水进入板式换热器6中和冷凝后的中温制冷剂换热，换热后热回收进水温度升高后进入热回收器3内换热，吸热升温后回到热回收水箱10。

制冷剂流路为：经压缩机1压缩后的高温高压制冷剂气体进入油分离器2后进行油气分离，然后进入热回收器3,在热回收器3内进行显热换热，将热回收进水加热，同时高温高压制冷剂气体冷却为中温高压的饱和制冷剂气体。饱和制冷剂气体进入风冷冷凝器4内换热冷凝成中温高压的制冷剂液体。中温高压的制冷剂液体进入板式换热器6后和热回收进水换热，中温高压制冷剂液体被热回收进水冷却成过冷制冷剂液体进入节流装置7节流，经节流装置7节流后的低温中压的制冷剂气液两相混合物进热蒸发器8进行蒸发吸热，变成低温低压制冷剂气体回到压缩机1。

在退出分段热回收方式后，冷水机组的水循环流路和制冷剂流路如下：

水循环流路为：从热回收水箱10出来的热回收进水经过板式换热器6进入热回收器3，在热回收器3内吸热升温回到热回收水箱10。

制冷剂流路为：经压缩机1压缩后的高温高压制冷剂气体进入油分离器2后进行油气分离，然后进入热回收器3,在热回收器3内进行显热换热，将热回收进水加热，同时高温高压制冷剂气体冷却为中温高压的饱和制冷剂气体。饱和制冷剂气体进入风冷冷凝器4内换热冷凝成中温高压的制冷剂液体。中温高压的制冷剂液体分两路进入节流装置7，其中一路的中温高压的制冷剂液体进入板式换热器6和热回收进水换热，之后进入节流装置7节流，另一路的中温高压制冷剂液体经电子阀门9进入节流装置7节流，经节流装置7节流后的低温中压的制冷剂气液两相混合物进热蒸发器8进行蒸发吸热，变成低温低压制冷剂气体回到压缩机1。

作为一种可实施方式，在制冷+热回收模式下，还包括如下步骤：

检测热回收器3的制冷剂出口处的制冷剂压力和制冷剂温度Tb，根据所述制冷剂压力所对应的饱和温度Ta以及制冷剂温度Tb来调节变频水泵11。

当Ta+T3≤Tb时，变频水泵11升频1％的步幅，即变频水泵11较初始设定频率升频1％的步幅。

当Ta+T4＜Tb＜Ta+T3时，变频水泵11不动作，仍然以初始设定频率运行。

当Tb≤Ta+T4时，变频水泵11降频1％的步幅，即变频水泵11较初始设定频率降频1％的步幅。

其中，T3、T4为整数，T3＞T4，T3≥0，T4≥0。优选地，0≤T3≤10，0≤T4≤10。

冷水机组通过变频水泵11调节控制热回收水流量来控制热回收量，进而保证制冷剂在热回收器3内完全进行显热换热，保证经过热回收后回到压缩机1的制冷剂为气态，使得运行制冷机组稳定可靠，机组性能发挥最佳。

进行热回收时，变频水泵11调节至初始设定频率(初始步数)，变频水泵11调通过检测热回收器3出制冷剂压力对应的温度Ta和热回收器3出制冷剂温度Tb来调节。

例如，当用户需要生活热水时，开启制冷机组的制冷+热回收模式，热回收功能开启，变频水泵11开启，控制器12根据热回收进水温度(热回收水箱10的水温)和制冷系统的冷凝温度综合控制变频水泵11调频，通过变频水泵11控制热回收水流量，来控制热回收量，进而保证制冷剂在热回收器内完全进行显热换热，保证经过热回收出来后的制冷剂为气态，使得运行稳定可靠，机组性能发挥最佳。

当热回收水温较低时，电子阀门9关闭，在板式换热器6内冷凝后的制冷剂加热热回收器3的进水温度，从而提高制冷系统节流前过冷度和提高热回收性能。实现分段热回收功能，充分利用冷凝热提升机组性能、热回收量和运行可靠性。

当用户无需生活热水时，热回收功能关闭，变频水泵11关闭，热回收水不和制冷系统换热，热回收功能关闭。电子阀门9开启，避免因板式换热器6压降影响机组制冷性能，实现了机组高效运行。

以上实施例的冷水机组及控制方法，通过热回收器促进制冷剂的冷凝，增大换热面积，提高制冷机组的制冷效率，减少冷凝风机开启数量，减少用电量，降低噪音；热回收进水先经板式换热器再进入热回收器进行换热，提高用于蒸发换热的制冷剂过冷度，同时确保进入热回收器的进水温度不至于过低而造成制冷剂在热回收器中冷凝，提高冷水机组能效、增强冷水机组的可靠性。通过检测热回收水箱温度及热回收器出水温度，控制变频水泵频率，达到根据机组运行状态及水箱实际温度控制热回收器工作的目的。通过板式换热器和热回收器分段控制热回收，减少制冷运行时冷凝热量向大气排放，达到最大限度的回收冷凝热的目的，既节约能源又减少环境的污染，实现机组热量利用最大化。彻底解决了传统余热回收风冷冷水机组在制冷热回收过程因热回收进水温度过低而出现的制冷系统二次蒸发问题。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种冷水机组,其特征在于：

包括压缩机(1)、热回收器(3)、风冷冷凝器(4)、板式换热器(6)、节流装置(7)、蒸发器(8)、变频水泵(11)和热回收水箱(10)，所述压缩机(1)、所述热回收器(3)、所述风冷冷凝器(4)、所述板式换热器(6)、所述节流装置(7)和所述蒸发器(8)依次连接形成制冷剂循环回路，所述板式换热器(6)在所述制冷剂循环回路中并联电子阀门(9)；所述热回收水箱(10)、所述变频水泵(11)、所述板式换热器(6)和所述热回收器(3)依次连接形成水循环回路；

还包括：控制器(12)，所述控制器(12)与所述电子阀门(9)和节流装置(7)电连接，由所述控制器(12)控制所述节流装置(7)的开度和电子阀门(9)的开启、关闭。

2.根据权利要求1所述的冷水机组，其特征在于：

所述热回收器(3)为壳管式换热器、板式换热器或套管式换热器中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的冷水机组，其特征在于：

所述蒸发器(8)还设有冷冻水进口和冷冻水出口，所述蒸发器(8)与冷冻水之间进行热交换。

4.根据权利要求1-3任一项所述的冷水机组，其特征在于：

还包括油分离器(2)，所述油分离器(2)串联在所述压缩机(1)与所述热回收器(3)之间。

5.一种冷水机组的控制方法，所述冷水机组为权利要求1-4任一项所述的冷水机组，其特征在于，包括以下步骤：

1)在制冷+热回收模式下：

a)变频水泵(11)逐步开启至初始设定频率；

b)当热回收水箱(10)的水温≤风冷冷凝器(4)的出液温度-T1时，电子阀门(9)关闭；

c)当风冷冷凝器(4)的出液温度-T1＜热回收水箱(10)的水温＜风冷冷凝器(4)的出液温度+T2时，电子阀门(9)仍然处于关闭状态；

d)当风冷冷凝器(4)的出液温度+T2≤热回收水箱(10)的水温时，电子阀门(9)开启；

其中，T1、T2为整数，且T1≥0，T2≥0；

2)在制冷模式下，所述变频水泵(11)关闭，所述电子阀门(9)开启。

6.根据权利要求5所述的冷水机组的控制方法，其特征在于：

0≤T1≤5，0≤T2≤5。

7.根据权利要求5所述的冷水机组的控制方法，其特征在于：

步骤d)中，当风冷冷凝器(4)的出液温度+T2≤热回收水箱(10)的水温时，所述变频水泵(11)逐步降频至关闭状态。

8.根据权利要求5所述的冷水机组的控制方法，其特征在于，在制冷+热回收模式下，还包括如下步骤：

检测热回收器(3)的制冷剂出口处的制冷剂压力和制冷剂温度Tb，根据所述制冷剂压力所对应的饱和温度Ta以及所述制冷剂温度Tb来调节所述变频水泵(11)；

当Ta+T3≤Tb时，所述变频水泵(11)升频1％的步幅；

当Ta+T4＜Tb＜Ta+T3时，所述变频水泵(11)不动作，仍然以初始设定频率运行；

当Tb≤Ta+T4时，所述变频水泵(11)降频1％的步幅；

其中，T3、T4为整数，T3＞T4，T3≥0，T4≥0。

9.根据权利要求8所述的冷水机组的控制方法，其特征在于：

0≤T3≤10，0≤T4≤10。