CN110145888A - 一种采用高温热泵的冷热联供控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，包括：高温热泵机组、冷凝器、热回收换热器、换向装置一、换向装置二、冷库、气液分离器和冷库压缩机；高温热泵机组一侧通过冷凝器与热水管路相连，另一侧通过热回收换热器与循环管路相连；热回收换热器依次通过循环管路连接换向装置一、换向装置二、冷库、气液分离器、冷库压缩机，构成循环回路。本发明不仅实现冷热联供的各种运行状态，而且达到节能与提高能源利用的目的。
Description
技术领域
本发明属于高温热泵技术领域，更具体的说是涉及一种采用高温热泵的冷热联供控制系统。
背景技术
在工业生产中同时有用热用冷的工艺流程，例如在屠宰企业既需要冷库冷藏又需要高温热水脱毛、供流水线使用。常规冷库排热被浪费，热水又需要通过锅炉制备，发生大量能源浪费；随着燃煤锅炉取缔，燃料费用急剧上升，企业运营成本增加。
因此，如何提供一种采用高温热泵的冷热联供控制系统成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，不仅实现冷热联供的各种运行状态，而且达到节能与提高能源利用的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，包括：高温热泵机组、冷凝器、热回收换热器、换向装置一、换向装置二、冷库、气液分离器和冷库压缩机；所述高温热泵机组一侧通过所述冷凝器与热水管路相连，另一侧通过所述热回收换热器与循环管路相连；所述热回收换热器依次通过循环管路连接所述换向装置一、所述换向装置二、所述冷库、所述气液分离器、所述冷库压缩机，构成循环回路。
优选的，所述冷库压缩机与所述热回收换热器连通的管路上设置有油分离器。通过油分离器可将冷库压缩机排出的高压蒸汽中的润滑油进行分离，以保证装置安全高效地运行。
优选的，所述热水管路上设置有热水循环泵。通过热水循环泵可提供热水循环的动力，保证冷热交换效率。
优选的，所述换向装置一与所述换向装置二间设置有三条连接管路，分别为连接管路一、连接管路二和连接管路三，所述连接管路一上由所述换向装置一至所述换向装置二依次设置有高压储液器、电磁阀、节流阀；所述连接管路三上设置有蒸发式冷凝器。
优选的，在冷热联供运行模式时，所述换向装置一和所述换向装置二关闭，经冷库压缩机压缩的高温高压气态制冷剂，流入所述热回收换热器，所述高温热泵机组中工质吸热，制冷剂冷却，放热后制冷剂经所述换向装置一通过连接管路一流入所述换向装置二，再依次经所述冷库、所述气液分离器进入所述冷库压缩机，如此不断循环，达到同时制冷与制热的目的。
优选的，在制热为主模式运行时，所述换向装置一关闭，所述换向装置二开启，经所述冷库压缩机压缩的高温高压气态制冷剂，流入所述热回收换热器，所述高温热泵机组中工质吸热的同时制冷剂冷却，经放热后的制冷剂经所述换向装置一通过连接管路一流入所述换向装置二后，通过连接管路三流回所述换向装置一，再经连接管路二流入所述换向装置二，然后依次经所述冷库、所述气液分离器进入所述冷库压缩机，如此不断循环，达到较小冷负荷状态下，制取热水的目的。
优选的，在制冷为主模式运行时，所述换向装置一和所述换向装置二开启，经所述冷库压缩机压缩的高温高压气态制冷剂，流入所述热回收换热器，所述高温热泵机组中工质吸热的同时制冷剂冷却，经放热后的制冷剂经所述换向装置一通过连接管路三流入所述换向装置二后，通过连接管路二流回所述换向装置一，再经连接管路一流入所述换向装置二，然后依次经所述冷库、所述气液分离器进入所述冷库压缩机，如此不断循环，达到较小热负荷状态下，冷库正常运行的目的。
优选的，所述热水管路的入口处设置有热端入口温度计，所述热水管路的出口处设置有热端出口温度计和热端出口流量计。通过热端入口温度计和热端出口温度计可实现对高温热泵机组前后热水管路温度的采集，通过热端出口流量计可实现对热水管路内水流量的采集。
优选的，所述冷库入口设置有冷库入口温度计和冷库入口流量计，所述冷库出口设置有冷库出口温度计。通过冷库入口温度计和冷库出口温度计可实现对冷库入口、出口温度的采集，通过冷库入口流量计可实现制冷剂流量的采集。
优选的，所述热水管路的出口温度为60～65℃，所述冷库的冷藏温度为-32～-18℃，以满足用户对于热水以及冷藏温度的需求。
本发明的有益效果在于：
本发明结构简单，使用方便，通过换向装置一与换向装置二的开关与闭合两种状态，能够改变系统中的制冷工质流通方向，从而控制系统运行的状态。进一步实现冷热联供的各种运行状态。系统在整个循环过程中，高温热泵机组利用其较高的COP值，消耗少量电能，从冷库冷凝排热中吸收热量，通过高温热泵机组转化为高温热水，减少了能源消耗，从而达到节能与提高能源利用的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例1的结构示意图。
图2附图为本发明实施例2的结构示意图。
图3附图为本发明实施例3的结构示意图。
图4附图为本发明电路控制原理图。
其中，图中，
1-高温热泵机组；2-冷凝器；3-热回收换热器；4-换向装置一；5-换向装置二；6-冷库；7-气液分离器；8-冷库压缩机；9-热水管路；10-循环管路；11-油分离器；12-热水循环泵；13-连接管路一；14-连接管路二；15-连接管路三；16-高压储液器；17-电磁阀；18-节流阀；19-蒸发式冷凝器；20-热端入口温度计；21-热端出口温度计；22-热端出口流量计；23-冷库入口温度计；24-冷库入口流量计；25-冷库出口温度计；26-控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1-4，本发明提供了一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，包括：高温热泵机组1、冷凝器2、热回收换热器3、换向装置一4、换向装置二5、冷库6、气液分离器7和冷库压缩机8；高温热泵机组1一侧通过冷凝器2与热水管路9相连，另一侧通过热回收换热器3与循环管路10相连；热回收换热器3依次通过循环管路10连接换向装置一4、换向装置二5、冷库6、气液分离器7、冷库压缩机8，构成循环回路。
在另一种实施例中，冷库压缩机8与热回收换热器3连通的管路上设置有油分离器11。通过油分离器11可将冷库压缩机8排出的高压蒸汽中的润滑油进行分离，以保证装置安全高效地运行。
在另一种实施例中，热水管路9上设置有热水循环泵12。通过热水循环泵12可提供热水循环的动力，保证冷热交换效率。
在另一种实施例中，换向装置一4与换向装置二5间设置有三条连接管路，分别为连接管路一13、连接管路二14和连接管路三15，连接管路一13上由换向装置一4至换向装置二5方向依次设置有高压储液器16、电磁阀17、节流阀18；连接管路三15上设置有蒸发式冷凝器19。
在冷热联供运行过程中，制冷与制热负荷并非是一直相匹配的，系统的功率和运行模式需要根据生产情况进行调节。可以通过对冷、热负荷比较，判断出制冷与制热匹配程度，因此可将系统的工作状态分为以制热为主、以制冷为主、制冷制热同时进行的三种状态。
参阅附图1，在冷热联供运行模式时，Q热＝Q冷，制冷与制热同时进行。换向装置一4和换向装置二5关闭，经冷库压缩机8压缩的高温高压气态制冷剂，经油分离器2流入热回收换热器3，高温热泵机组1中工质吸热，制冷剂冷却，放热后制冷剂经换向装置一4的B阀由连接管路一13流入节流阀18，绝热膨胀后处于低压低温状态的气液混合态制冷剂通过换向装置二5的B阀流入冷库6，低温低压的制冷剂在冷库6中吸热，吸热后的低温低压气态制冷剂经气液分离器7进入冷库压缩机8，如此不断循环，达到同时制冷与制热的目的。
参阅附图2，在制热为主模式运行时，Q热＞Q冷，换向装置一4关闭，换向装置二5开启，蒸发式冷凝器19向室外空气排放冷量，满足热水循环泵12输出热水。经冷库压缩机8压缩的高温高压气态制冷剂，经油分离器2流入热回收换热器3，高温热泵机组1中工质吸热的同时制冷剂冷却，经放热后的制冷剂经换向装置一4的B阀由连接管路一13流入节流阀18，绝热膨胀后处于低压低温状态的气液混合态制冷剂通过换向装置二5的A阀流入蒸发式冷凝器19，从室外空气吸收热量蒸发，吸热后的低温低压气液混合制冷剂通过换向装置一4的C阀、换向装置二5的D阀流入冷库6，蒸发后的低温低压气态制冷剂经气液分离器7进入冷库压缩机8，如此不断循环，达到较小冷负荷状态下，制取热水的目的。
参阅附图3，在制冷为主模式运行时，Q热＜Q冷，换向装置一4和换向装置二5开启，系统热水需求量小，热回收部分作用较小，系统主要通过换向装置一4和换向装置二5，将蒸发式冷凝器19与高温热泵机组1串联，制冷剂排热由蒸发式冷凝器19和热回收换热器3排出，保持冷库6的正常运行。经冷库压缩机8压缩的高温高压气态制冷剂，经油分离器2流入热回收换热器3，高温热泵机组1中工质吸热的同时制冷剂冷却，经放热后的制冷剂经换向装置一4的A阀流入蒸发式冷凝器19，对室外放热继续降温后，成为高压液态制冷剂，再经换向装置二的C阀、换向装置一的D阀，进入节流阀18，绝热膨胀后处于低压低温液态制冷剂通过换向装置二5的B阀流入冷库6，蒸发后的低温低压气态制冷剂经气液分离器7进入冷库压缩机8，如此不断循环，达到较小热负荷状态下，冷库正常运行的目的。
参阅附图4，热水管路的入口处设置有热端入口温度计20，热水管路的出口处设置有热端出口温度计21和热端出口流量计22。通过热端入口温度计20和热端出口温度计21可实现对高温热泵机组1前后热水管路温度的采集，通过热端出口流量计22可实现对热水管路内水流量的采集。
冷库入口设置有冷库入口温度计23和冷库入口流量计24，冷库出口设置有冷库出口温度计25。通过冷库入口温度计23和冷库出口温度计25可实现对冷库入口、出口温度的采集，通过冷库入口流量计24可实现制冷剂流量的采集。
本发明还包括控制器26，热端入口温度计20、热端出口温度计21、热端出口流量计22、冷库入口温度计23、冷库入口流量计24、冷库出口温度计25、换向装置一4、换向装置二5、电磁阀17以及蒸发式冷凝器19均与控制器电性连接。
在另一种实施例中，热水管路9的出口温度为60～65℃，冷库6的冷藏温度为-32～-18℃，以满足用户对于热水以及冷藏温度的需求。在运行过程中由控制程序经数据采集和精确计算，满足冷热联供时冷热负荷不匹配的各种运行工况，可以同时为用户提供温度在60～65℃的热水和-18～-32℃的冷库冷藏，降低用户在使用过程中的能源使用成本，提高能源的利用率。
根据热负荷计算公式Q＝cmΔt，可以计算出高温热泵端的用热负荷量Q热及冷库端的用冷负荷量Q冷。
式中，Q表示冷库工作的冷负荷或热端工作时的热负荷量；c表示工质的比热容；Δt表示工质流入、流出用户管网的温差；m表示工质质量流量。
通过对Q热、Q冷进行比较，可判断出制冷与制热匹配程度。当Q热＝Q冷时，热负荷与冷负荷相匹配，采用冷热联供运行方式；当Q热＞Q冷时，系统以制热运行模式为主；当Q热＜Q冷时，系统以制冷运行模式为主。蒸发式冷凝器通过阀门改变其串联的方式，达到补充排热、排冷的作用；其辅助排出的冷、热量，通过程序控制器风扇转速和装置9上冷却水流量阀完成。
在控制装置中基于上诉公式的控制算法，通过对高温热泵机组进出口工质温度Δt1、流量m1、冷库进出口工质温度Δt2、流量m2等控制参数及各类阀门信号进行采集，数据在控制器26中经PID控制程序运算，做出判断，将输出信号传送至换向装置一4、换向装置二5和蒸发式冷凝器9等执行端，使系统按负荷要求工作在不同运行模式，通过采集冷热用户主管网温度及流量，判断冷热负荷变化量，并计算获取冷热联供的匹配方式。冷热联供控制系统匹配方式以换向装置一4、换向装置二5的开度和冷热负荷的差值为判断量，决定蒸发式冷凝器19与高温热泵机组1的耦合关系。
系统热负荷由高温热泵热水换热器端的热水进出口控制阀13按用热量要求控制，冷负荷由制冷工质进入冷库的电磁阀6控制流量，最终实现对高温热泵与冷热联供系统运行状态的控制，能满足冷热负荷不平衡时的运行要求。
本发明结构简单，使用方便，通过换向装置一4与换向装置二5的开关与闭合两种状态，能够改变系统中的制冷工质流通方向，从而控制系统运行的状态。进一步实现冷热联供的各种运行状态。系统在整个循环过程中，高温热泵机组1利用其较高的COP值，消耗少量电能，从冷库6冷凝排热中吸收热量，通过高温热泵机组1转化为高温热水，减少了能源消耗，从而达到节能与提高能源利用的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，其特征在于，包括：高温热泵机组、冷凝器、热回收换热器、换向装置一、换向装置二、冷库、气液分离器和冷库压缩机；所述高温热泵机组一侧通过所述冷凝器与热水管路相连，另一侧通过所述热回收换热器与循环管路相连；所述热回收换热器依次通过循环管路连接所述换向装置一、所述换向装置二、所述冷库、所述气液分离器、所述冷库压缩机，构成循环回路。
2.根据权利要求1所述的一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，其特征在于，所述冷库压缩机与所述热回收换热器连通的管路上设置有油分离器。
3.根据权利要求1或2所述的一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，其特征在于，所述热水管路上设置有热水循环泵。
4.根据权利要求3所述的一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，其特征在于，所述换向装置一与所述换向装置二间设置有三条连接管路，分别为连接管路一、连接管路二和连接管路三，所述连接管路一上由所述换向装置一至所述换向装置二依次设置有高压储液器、电磁阀、节流阀；所述连接管路三上设置有蒸发式冷凝器。
5.根据权利要求4所述的一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，其特征在于，在冷热联供运行模式时，所述换向装置一和所述换向装置二关闭，经冷库压缩机压缩的高温高压气态制冷剂，流入所述热回收换热器，所述高温热泵机组中工质吸热，制冷剂冷却，放热后制冷剂经所述换向装置一通过连接管路一流入所述换向装置二，再依次经所述冷库、所述气液分离器进入所述冷库压缩机，如此不断循环。
6.根据权利要求4所述的一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，其特征在于，在制热为主模式运行时，所述换向装置一关闭，所述换向装置二开启，经所述冷库压缩机压缩的高温高压气态制冷剂，流入所述热回收换热器，所述高温热泵机组中工质吸热的同时制冷剂冷却，经放热后的制冷剂经所述换向装置一通过连接管路一流入所述换向装置二后，通过连接管路三流回所述换向装置一，再经连接管路二流入所述换向装置二，然后依次经所述冷库、所述气液分离器进入所述冷库压缩机，如此不断循环。
7.根据权利要求4所述的一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，其特征在于，在制冷为主模式运行时，所述换向装置一和所述换向装置二开启，经所述冷库压缩机压缩的高温高压气态制冷剂，流入所述热回收换热器，所述高温热泵机组中工质吸热的同时制冷剂冷却，经放热后的制冷剂经所述换向装置一通过连接管路三流入所述换向装置二后，通过连接管路二流回所述换向装置一，再经连接管路一流入所述换向装置二，然后依次经所述冷库、所述气液分离器进入所述冷库压缩机，如此不断循环。
8.根据权利要求1所述的一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，其特征在于，所述热水管路的入口处设置有热端入口温度计，所述热水管路的出口处设置有热端出口温度计和热端出口流量计。
9.根据权利要求8所述的一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，其特征在于，所述冷库入口设置有冷库入口温度计和冷库入口流量计，所述冷库出口设置有冷库出口温度计。
10.根据权利要求9所述的一种采用高温热泵的冷热联供控制系统，其特征在于，所述热水管路的出口温度为60～65℃，所述冷库的冷藏温度为-32～-18℃。
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