CN106969538A - 一种实现多温区供水的制冷系统余热回收装置及控制方法 - Google Patents

一种实现多温区供水的制冷系统余热回收装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现多温区供水的制冷系统余热回收装置及控制方法。装置包括并联在制冷系统冷凝侧的热回收回路，还包括热泵系统、补水系统、第一出水口（100）和第二出水口（200）；补水系统与热回收回路相连接以对制冷系统进行冷却，同时热回收回路利用制冷系统的热量对水加热并由第一出水口（100）输出；热回收回路还与热泵系统相连接以实现热泵系统对热回收回路输出水的加热；并且，热回收回路所加热的水还为热泵系统供热和过冷。本发明利用了食品加工行业需要多温区供水的特点，将制冷系统、补水供水系统以及加热系统相结合，通过一次性供水，不仅实现了低、中、高温供水，而且还提升了制冷系统和热泵系统的效率。

Description

一种实现多温区供水的制冷系统余热回收装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种制冷系统余热回收装置，还涉及一种制冷系统余热回收的控制方法。
背景技术
近年来，食品冷冻加工行业快速发展，制冷系统节能应用研究取得显著的进步，其发展趋势已从单一的制冷系统的运行能效提升，转变为对冷热集成系统综合应用能效的提升。
经过实际调研发现，食品加工行业存在制冷与制热的双重需求，尤其是需要低、中、高不同温度的热水进行清洗、漂烫、蒸煮等工序，并且以上热水为一次性消耗用水，无法回收，需要连续补水。现有的解决方案为：制冷系统提供冷源，同时利用蒸汽加热满足不同温区供水的需求，其缺陷在于：制冷系统与制热系统独立运行，效率低下，能源未被充分地利用。
发明内容
本发明提出了一种实现多温区供水的制冷系统余热回收装置及控制方法，其目的是：（1）提高能源利用率；（2）提升制冷和制热的运行效率。
本发明技术方案如下：
一种实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，包括并联在制冷系统冷凝侧的热回收回路，还包括热泵系统、补水系统、第一出水口和第二出水口；
所述补水系统与热回收回路相连接以对制冷系统进行冷却，同时热回收回路利用制冷系统的热量对水加热并由第一出水口输出；
所述热回收回路还与热泵系统相连接以实现热泵系统对热回收回路输出水的加热，热泵系统加热后的水通过第二出水口输出；并且，热回收回路所加热的水还为热泵系统供热和过冷，然后再次回到热回收回路吸收制冷系统的排热、重新被加热。
进一步地：还包括与热泵系统相连接的蓄水装置以及安装在蓄水装置上的加热装置；所述蓄水装置连接有第三出水口。
本装置具体结构为：所述热回收回路上设有第一热回收器和第一过冷器，第一热回收器和第一过冷器的制冷剂侧相连接；
所述热泵系统包括换热器、压缩机、第二热回收器、第二过冷器和第三过冷器；所述换热器的制冷剂侧出口通过压缩机与第二热回收器制冷剂侧入口相连接，所述第二热回收器制冷剂侧出口与第二过冷器制冷剂侧入口相连接，所述第二过冷器制冷剂侧出口与第三过冷器制冷剂侧入口相连接，所述第三过冷器制冷剂侧出口与换热器制冷剂侧入口相连接；
所述补水系统包括常温补水口和第一膨胀水箱；
所述常温补水口与第一过冷器水侧入口相连接，第一过冷器水侧出口与第三过冷器水侧入口相连接，所述第三过冷器水侧出口通过第一水泵与第一热回收器的水侧入口相连接，所述第三过冷器水侧出口还与第一膨胀水箱相连接，所述第一热回收器的水侧出口与换热器水侧入口以及第一出水口分别相连接，还通过第三水泵与第二热回收器水侧入口相连接；所述换热器水侧出口与第二过冷器水侧入口相连接，第二过冷器水侧出口与第三过冷器水侧出口相连通；
所述第二热回收器的出口与第二出水口相连接。
作为上述结构的进一步改进：所述第三过冷器制冷剂侧出口通过节流阀与换热器制冷剂侧入口相连接。
作为上述结构的进一步改进：还包括第三出水口以及作为蓄水装置的蓄热水箱；所述蓄热水箱具有循环入口、循环出口以及与第三出水口相连接的供水出口，所述蓄热水箱上安装有加热装置；
所述第二热回收器水侧出口与蓄热水箱的循环入口相连接，所述循环出口通过止回阀以及第三水泵与第二热回收器的水侧入口相连接。
优选地：所述循环入口与循环出口之间还连接有旁通阀。
优选地：所述加热装置为谷电加热器。
本发明还公开了一种控制所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置的方法：由补水系统引入常温水进入热回收回路为制冷系统冷却，同时热回收回路利用制冷系统的热量对水加热并由第一出水口输出；
热回收回路所加热的水一部分引入热泵系统被加热，再由第二出水口输出，另一部分引入热泵系统为热泵系统供热和过冷，而后再引回至热回收回路吸收制冷系统的排热、重新被加热。
作为对本装置具体结构方案的控制方法：由常温补水口引入常温水进入第一过冷器为制冷系统冷却，然后引入至第三过冷器中为热泵系统过冷；
利用第一水泵将第一膨胀水箱以及第三过冷器输出的水引入第一热回收器进行加热；
将第一热回收器输出的水一部分通过第一出水口输出，一部分引入第二热回收器中作为补水被加热，再由第二出水口输出，另一部分引入热泵系统的换热器中为制冷剂加热，加热后的制冷剂经过压缩机到达第二热回收器中为水侧的水加热，经过换热器冷却的水进入第二过冷器中对第二热回收器输出的制冷剂冷却，而后由第一水泵引回至第一热回收器中重新被加热；
第二过冷器中输出的制冷剂进入第三过冷器中，由第一过冷器输出的水进行进一步冷却，然后进入换热器中。
作为对本装置优选方案的控制方法：利用循环入口和循环出口对蓄热水箱中的水进行循环，从而利用第二热回收器提升蓄热水箱的水温，并利用加热装置对蓄热水箱中的水加热。
相对于现有技术，本发明利用了食品加工行业需要多温区供水的特点，将制冷系统、补水供水系统以及加热系统相结合，充分利用一次性补水，不仅实现了低、中、高温供水，而且还提升了制冷系统和热泵系统的效率，具体的积极效果如下：（1）利用常温水、第一热回收器和第一过冷器实现了制冷系统的冷却，提升了制冷系统的运行效率，提高了能源利用率；（2）充分利用了制冷系统的热量实现了低温水的加热，并为中、高温水的加热奠定了基础；（3）对低温水进行了重复利用，先利用低温水和换热器提升了压缩机前制冷剂的温度，为第二热回收器的加热奠定了基础，然后再利用换热后的水和第二过冷器对热泵系统中的制冷剂进行冷却，不仅提升了热泵系统的加热效果，而且提升了其运行效率，同时上述经过热泵系统的水依然可通过第一热回收器加热重复利用或作为低温水输出；（4）利用第一过冷器所输出的水对热泵系统的第三过冷器进行过冷，进一步提升了热泵系统的效率；（5）由一次性补水实现多温区供水，符合冷冻加工行业生产实际需要。
另一方面，本发明还将热泵系统与谷电加热装置相结合，使蓄热效率大幅提高，实现了高温水的稳定输出，并节约了能源的消耗，具有成本低廉、经济效益高的优点。
再次，通过旁通阀还可对进入蓄热水箱的流量进行控制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案：
如图1，一种实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，包括并联在制冷系统冷凝侧的热回收回路，还包括热泵系统、补水系统、第一出水口100和第二出水口200；
所述补水系统与热回收回路相连接以对制冷系统进行冷却，同时热回收回路利用制冷系统的热量对水加热并由第一出水口100输出；
所述热回收回路还与热泵系统相连接以实现热泵系统对热回收回路输出水的加热，热泵系统加热后的水通过第二出水口200输出；并且，热回收回路所加热的水还为热泵系统供热和过冷，然后再次回到热回收回路吸收制冷系统的排热、重新被加热。
所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，还包括与热泵系统相连接的蓄水装置以及安装在蓄水装置上的加热装置；所述蓄水装置连接有第三出水口300。
本装置的具体结构为：所述热回收回路上设有第一热回收器1和第一过冷器16，第一热回收器1和第一过冷器16的制冷剂侧相连接；
所述热泵系统包括换热器2、压缩机3、第二热回收器4、第二过冷器11和第三过冷器13；所述换热器2的制冷剂侧出口通过压缩机3与第二热回收器4制冷剂侧入口相连接，所述第二热回收器4制冷剂侧出口与第二过冷器11制冷剂侧入口相连接，所述第二过冷器11制冷剂侧出口与第三过冷器13制冷剂侧入口相连接，所述第三过冷器13制冷剂侧出口通过节流阀12与换热器2制冷剂侧入口相连接；
所述补水系统包括常温补水口400和第一膨胀水箱14；
所述常温补水口400与第一过冷器16水侧入口相连接，第一过冷器16水侧出口与第三过冷器13水侧入口相连接，所述第三过冷器13水侧出口通过第一水泵15与第一热回收器1的水侧入口相连接，所述第三过冷器13水侧出口还与第一膨胀水箱14相连接，所述第一热回收器1的水侧出口与换热器2水侧入口以及第一出水口100分别相连接，还通过第三水泵10与第二热回收器4水侧入口相连接；所述换热器2水侧出口与第二过冷器11水侧入口相连接，第二过冷器11水侧出口与第三过冷器13水侧出口相连通；
所述第二热回收器4的出口与第二出水口200相连接。
所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，还包括第三出水口300以及作为蓄水装置的蓄热水箱6；所述蓄热水箱6具有循环入口、循环出口、水入口以及与第三出水口300相连接的供水出口，所述蓄热水箱6上安装有谷电加热器9；
所述第二热回收器4水侧出口与蓄热水箱6的循环入口相连接，所述循环出口通过止回阀以及第三水泵10与第二热回收器4的水侧入口相连接；所述的补水系统还包括通过第二水泵8与蓄热水箱6水入口相连接的第二膨胀水箱7，所述水入口还通过阀门与供水出口相连接，形成闭式循环。
所述循环入口与循环出口之间还连接有旁通阀5，用于调整第二热回收器4与蓄热水箱6之间的循环流量。
本装置的控制方法为：
由常温补水口400引入常温水进入第一过冷器16为制冷系统冷却，然后引入至第三过冷器13中进一步冷却热泵系统；
利用第一水泵15将第一膨胀水箱14以及第三过冷器13输出的水引入第一热回收器1进行加热得到30至40℃的低温热水；
将第一热回收器1输出的水一部分通过第一出水口100输出，一部分引入第二热回收器4中被加热得到80至90℃的中温热水，再由第二出水口200输出，另一部分引入热泵系统的换热器2中为制冷剂加热，加热后的制冷剂经过压缩机3到达第二热回收器4中为水侧的水加热，经过换热器2冷却的水进入第二过冷器11中对第二热回收器4输出的制冷剂过冷，而后由第一水泵15引回至第一热回收器1中吸收制冷系统的排热、重新被加热成低温热水；
第二过冷器11中输出的制冷剂进入第三过冷器13中，由第一过冷器16输出的水进行进一步冷却，然后进入换热器2中。
利用循环入口和循环出口对蓄热水箱6中的水进行循环，从而利用第二热回收器4提升蓄热水箱6的水温，实现初级蓄热，并利用加热装置对蓄热水箱6中的水二次蓄热，得到的高温热水最终由第三出水口（300）输出。

Claims (10)

1.一种实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，其特征在于：包括并联在制冷系统冷凝侧的热回收回路，还包括热泵系统、补水系统、第一出水口（100）和第二出水口（200）；
所述补水系统与热回收回路相连接以对制冷系统进行冷却，同时热回收回路利用制冷系统的热量对水加热并由第一出水口（100）输出；
所述热回收回路还与热泵系统相连接以实现热泵系统对热回收回路输出水的加热，热泵系统加热后的水通过第二出水口（200）输出；并且，热回收回路所加热的水还为热泵系统供热和过冷，然后再次回到热回收回路吸收制冷系统的排热、重新被加热。
2.如权利要求1所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，其特征在于：还包括与热泵系统相连接的蓄水装置以及安装在蓄水装置上的加热装置；所述蓄水装置连接有第三出水口（300）。
3.如权利要求1或2所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，其特征在于：所述热回收回路上设有第一热回收器（1）和第一过冷器（16），第一热回收器（1）和第一过冷器（16）的制冷剂侧相连接；
所述热泵系统包括换热器（2）、压缩机（3）、第二热回收器（4）、第二过冷器（11）和第三过冷器（13）；所述换热器（2）的制冷剂侧出口通过压缩机（3）与第二热回收器（4）制冷剂侧入口相连接，所述第二热回收器（4）制冷剂侧出口与第二过冷器（11）制冷剂侧入口相连接，所述第二过冷器（11）制冷剂侧出口与第三过冷器（13）制冷剂侧入口相连接，所述第三过冷器（13）制冷剂侧出口与换热器（2）制冷剂侧入口相连接；
所述补水系统包括常温补水口（400）和第一膨胀水箱（14）；
所述常温补水口（400）与第一过冷器（16）水侧入口相连接，第一过冷器（16）水侧出口与第三过冷器（13）水侧入口相连接，所述第三过冷器（13）水侧出口通过第一水泵（15）与第一热回收器（1）的水侧入口相连接，所述第三过冷器（13）水侧出口还与第一膨胀水箱（14）相连接，所述第一热回收器（1）的水侧出口与换热器（2）水侧入口以及第一出水口（100）分别相连接，还通过第三水泵（10）与第二热回收器（4）水侧入口相连接；所述换热器（2）水侧出口与第二过冷器（11）水侧入口相连接，第二过冷器（11）水侧出口与第三过冷器（13）水侧出口相连通；
所述第二热回收器（4）的出口与第二出水口（200）相连接。
4.如权利要求3所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，其特征在于：所述第三过冷器（13）制冷剂侧出口通过节流阀（12）与换热器（2）制冷剂侧入口相连接。
5.如权利要求3所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，其特征在于：还包括第三出水口（300）以及作为蓄水装置的蓄热水箱（6）；所述蓄热水箱（6）具有循环入口、循环出口以及与第三出水口（300）相连接的供水出口，所述蓄热水箱（6）上安装有加热装置；
所述第二热回收器（4）水侧出口与蓄热水箱（6）的循环入口相连接，所述循环出口通过止回阀以及第三水泵（10）与第二热回收器（4）的水侧入口相连接。
6.如权利要求5所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，其特征在于：所述循环入口与循环出口之间还连接有旁通阀（5）。
7.如权利要求5或6所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置，其特征在于：所述加热装置为谷电加热器（9）。
8.一种控制如权利要求1所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置的方法，其特征在于：由补水系统引入常温水进入热回收回路为制冷系统冷却，同时热回收回路利用制冷系统的热量对水加热并由第一出水口（100）输出；
热回收回路所加热的水一部分引入热泵系统被加热，再由第二出水口（200）输出，另一部分引入热泵系统为热泵系统供热和过冷，而后再引回至热回收回路吸收制冷系统的排热、重新被加热。
9.一种控制如权利要求3所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置的方法，其特征在于：由常温补水口（400）引入常温水进入第一过冷器（16）为制冷系统冷却，然后引入至第三过冷器（13）中为热泵系统提供过冷；
利用第一水泵（15）将第一膨胀水箱（14）以及第三过冷器（13）输出的水引入第一热回收器（1）进行加热；
将第一热回收器（1）输出的水一部分通过第一出水口（100）输出，一部分引入第二热回收器（4）中作为补水被加热，再由第二出水口（200）输出，另一部分引入热泵系统的换热器（2）中为制冷剂加热，加热后的制冷剂经过压缩机（3）到达第二热回收器（4）中为水侧的水加热，经过换热器（2）冷却的水进入第二过冷器（11）中对第二热回收器（4）输出的制冷剂冷却，而后由第一水泵（15）引回至第一热回收器（1）中重新被加热；
第二过冷器（11）中输出的制冷剂进入第三过冷器（13）中，由第一过冷器（16）输出的水进行进一步冷却，然后进入换热器（2）中。
10.一种控制如权利要求5所述的实现多温区供水的制冷系统余热回收装置的方法，其特征在于：利用循环入口和循环出口对蓄热水箱（6）中的水进行循环，从而利用第二热回收器（4）提升蓄热水箱（6）的水温，并利用加热装置对蓄热水箱（6）中的水加热。
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