CN115773590A - 一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蒸汽热泵机组技术领域，尤其涉及一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组及其控制方法，实现储能、闪蒸于一体，利用率高、系统简单、节省空间；机组储能运行、储能蒸汽发生和直接蒸汽发生运行模式之间切换自如，储能热水用完后根据需要可自动切换至直接蒸汽发生模式，且便于蒸汽产量的调节，使用舒适、方便；长时间停机时储能闪蒸罐中已冷却的热水可以直接预热加热，且从进水口新进的水可经过第一换热器以及第二换热器进行逐级递进预热；采用制冷剂液体补水冷却大幅度提升了制冷剂的液体过冷度，各系统之间相辅相成，大幅度提升了热泵系统的能效比，提升运行可靠性的同时节省了能耗。

Description

一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及蒸汽热泵机组技术领域，尤其涉及一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组及其控制方法。

背景技术

目前已有一般的蓄热式热泵蒸汽机，可以用冷媒压缩循环制取高温热水储存于蓄热罐中，然后冷媒压缩及热泵系统停机，在需要应用时将蓄热罐中的高温热水取出至闪蒸罐用于蒸发产生水蒸汽。

但此类普通的蓄热式热泵蒸汽机，存在以下问题：1、蓄热罐和闪蒸罐双重设置成本高、系统复杂、浪费空间；2、蓄热运行与蒸汽发生使用无法同时进行，只能高温热水蓄热完成后，再取出蓄热热水用于产生蒸汽，在蓄热热水用完时，无法直接用冷媒压缩机直接补充产生蒸汽，蓄热、用储与直接供热切换不灵活且不方便蒸汽产量的调节；3、在停机时，闪蒸罐中已经冷却的存水，无法返回蓄热罐进行补充加热，导致停机后再启动时，闪蒸罐中的水温过低，难以沸腾产生蒸气；4、冷凝器出口的液体温度高，过冷度低，导致整机能效较低能耗高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组及其控制方法，其成本低，系统简单，节省空间，能进行蓄热、用储以及直接供热之间的自由切换，实现储能、闪蒸于一体，方便蒸汽产量调节，能对长时间停机时储能闪蒸罐中已冷却的热水直接预热加热，提升制冷剂液体过冷度，能效比高、可靠性高且能耗低。

本发明所采用的技术方案为：

一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组，包括冷媒循环系统、梯级预热系统、储能与蒸汽发生系统以及热水循环系统；

冷媒循环系统包括依次通过管道连接并形成闭环的冷媒压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器；

梯级预热系统包括依次通过管道连接的进水口、第一水泵和换热组件，换热组件连通于冷凝器与膨胀阀之间；

储能与蒸汽发生系统包括依次通过管道连接的储能闪蒸罐、第二调节阀、蒸汽压缩机以及蒸汽出口；

热水循环系统包括第二水泵和第一调节阀，第二水泵和第一调节阀均通过管道连通于储能闪蒸罐与冷凝器之间并形成闭环；

换热组件通过管道连通于第二水泵与储能闪蒸罐之间。

作为优选，换热组件包括相互连接的第一换热器和第二换热器，第一换热器连通于冷凝器与膨胀阀之间，第一水泵与第二换热器之间通过第一换热器连通，第二换热器通过管道连通于第二水泵与储能闪蒸罐之间，冷媒压缩机的油路出进口分别与第二换热器的油路进出口通过油管连通形成闭环。

作为优选，冷媒压缩机的出油管与冷媒压缩机的进油管之间连通有旁通阀。

作为优选，还包括电气控制系统，电气控制系统包括：

传感器组件，用于感应目标位置的温度、压强或液位高度；

传感器数据采集模块，与传感器组件连接，用于采集传感器组件感应的数据；

中央控制器，与传感器数据采集模块连接，用于对采集的数据进行处理分析并通过预设的控制参数对受控器件发送控制指令，受控器件包括控制第一水泵开度的水泵调速器，冷媒压缩机、第一水泵、第二水泵、第一调节阀以及第二调节阀均为受控器件；

显示操作模块，与中央控制器连接，用于设定预设的控制参数。

作为优选，传感器组件包括第三温度传感器、第五温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及液位传感器，第三温度传感器安装于第二调节阀与蒸汽压缩机之间的连接管道上，第五温度传感器安装于储能闪蒸罐的底部，第一压力传感器安装于冷凝器与第一调节阀之间的连接管道上，第二压力传感器安装于储能闪蒸罐与第二调节阀之间的连接管道上，第三压力传感器安装于第二调节阀与蒸汽压缩机之间的连接管道上，液位传感器安装于储能闪蒸罐的内部。

作为优选，传感器组件还包括第一温度传感器、第二温度传感器、第四温度传感器、第六温度传感器以及第四压力传感器，第一温度传感器安装于第二水泵与冷凝器之间的连接管道上，第二温度传感器安装于冷凝器与第一调节阀之间的连接管道上，第四温度传感器安装于冷媒压缩机油路出口与第二换热器油接口的连接管道上，第六温度传感器安装于储能闪蒸罐的顶部，第四压力传感器安装于蒸汽压缩机与蒸汽出口之间的连接管道上。

本发明还提供了一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组的控制方法，显示操作模块上设有对应三种不同预设控制参数的运行模式，包括储能运行模式、用储能蒸汽发生模式以及直接蒸汽发生模式，三个运行模式之间自由切换。

作为优选，当选择储能运行模式时，中央控制器控制第二调节阀关闭，并控制冷媒压缩机、第一水泵和第二水泵开始工作；

液位传感器实际测试液位为H_实测液位，液位设定值为H_液位设定，控制精度为H_设定精度，在显示操作模块上设定H_液位设定和H_液位精度；

当H_液位设定-H_设定精度≤H_实测液位≤H_液位设定+H_设定精度时，水泵调速器保持原有状态；

当H_实测液位＞H_液位设定+H_设定精度时，中央控制器控制水泵调速器减小第一水泵的开度；

当H_实测液位＜H_液位设定-H_设定精度时，中央控制器控制水泵调速器加大第一水泵的开度；

第一压力传感器实际测试压力为P_{实测压力1}，压力设定值为P_{压力设定1}，控制精度为P_{设定精度1}，在显示操作模块上设定P_{压力设定1}和P_{设定精度1}；

当P_{压力设定1}-P_{设定精度1}≤P_{实测压力1}≤P_{压力设定1}+P_{设定精度1}时，第一调节阀保持原有状态；

当P_{实测压力1}＞P_{压力设定1}+P_{设定精度1}时，中央控制器控制第一调节阀加大开度；

当P_{实测压力1}＜P_{压力设定1}-P_{设定精度1}时，中央控制器控制第一调节阀减小开度；

第五温度传感器实际测试温度为T_{实测温度5}，温度设定值为T_{温度设定5}，控制精度为T_{设定精度5}，在显示操作模块上设定T_{温度设定5}和T_{设定精度5}；

当T_{温度设定5}-T_{设定精度5}≤T_{实测温度5}≤T_{温度设定5}+T_{设定精度5}时，冷媒压缩机保持原有状态；

当T_{实测温度5}＞T_{温度设定5}+T_{设定精度5}时，中央控制器控制冷媒压缩机御载；

当T_{实测温度5}＜T_{温度设定5}-T_{设定精度5}时，中央控制器控制冷媒压缩机加载。

作为优选，当选择用储能蒸汽发生模式时，中央控制器控制第二调节阀开启，并控制冷媒压缩机、第一水泵和第二水泵停机；

液位传感器实际测试液位为H_实测液位，液位停止用储能模式设定值为H_{液位停止用储能设定}，在显示操作模块上设定H_{液位停止用储能设定}；

当H_实测液位＞H_{液位停止用储能设定}时，继续运行用储能蒸汽发生模式；

当H_实测液位≤H_{液位停止用储能设定}时，控制机组转到直接蒸汽发生模式；

在显示操作模块上设定蒸汽以压力为控制目标或以温度为控制目标；

当设定蒸汽以压力为控制目标时；

第三压力传感器实际测试压力为P_{实测压力3}，压力设定值为P_{压力设定3}，控制精度为P_{设定精度3}，在显示操作模块上设定P_{压力设定3}和P_{设定精度3}；

当P_{压力设定3}-P_{设定精度3}≤P_{实测压力3}≤P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，第二调节阀保持原有状态；

当P_{实测压力3}＞P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，中央控制器控制第二调节阀减小开度；

当P_{实测压力3}＜P_{压力设定3}-P_{设定精度3}时，中央控制器控制第二调节阀加大开度；

当设定蒸汽以温度为控制目标时；

第三温度传感器实际测试温度为T_{实测温度3}，温度设定值为T_{温度设定3}，控制精度为T_{设定精度3}，在显示操作模块上设定T_{温度设定3}和T_{设定精度3}；

当T_{温度设定3}-T_{设定精度3}≤T_{实测温度3}≤T_温度设定3+T_{设定精度3}时，第二调节阀保持原有状态；

当T_{实测温度3}＞T_{温度设定3}+T_{设定精度3}时，中央控制器控制第二调节阀减小开度；

当T_{实测温度3}＜T_{温度设定3}-T_{设定精度3}时，中央控制器控制第二调节阀加大开度。

作为优选，当设定直接蒸汽发生模式时，中央控制器控制第二调节阀开启，并控制冷媒压缩机、第一水泵和第二水泵开启；

液位传感器实际测试液位为H_实测液位，液位设定值为H_液位设定，控制精度为H_设定精度，在显示操作模块上设定H_液位设定和H_液位精度；

当H_液位设定-H_设定精度≤H_实测液位≤H_液位设定+H_设定精度时，水泵调速器保持原有状态；

当H_实测液位＞H_液位设定+H_设定精度时，中央控制器控制水泵调速器减小第一水泵的开度；

当H_实测液位＜H_液位设定-H_设定精度时，中央控制器控制水泵调速器加大第一水泵的开度；

在显示操作模块上设定蒸汽以压力为控制目标或以温度为控制目标；

当设定蒸汽以压力为控制目标时；

第三压力传感器实际测试压力为P_{实测压力3}，压力设定值为P_{压力设定3}，控制精度为P_{设定精度3}，在显示操作模块上设定P_{压力设定3}和P_{设定精度3}；

当P_{压力设定3}-P_{设定精度3}≤P_{实测压力3}≤P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，冷媒压缩机保持原有状态；

当P_{实测压力3}＞P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，中央控制器控制冷媒压缩机御载；

当P_{实测压力3}＜P_{压力设定3}-P_{设定精度3}时，中央控制器控制冷媒压缩机加载；

当设定蒸汽以温度为控制目标时；

第三温度传感器实际测试温度为T_{实测温度3}，温度设定值为T_{温度设定3}，控制精度为T_{设定精度3}，在显示操作模块上设定T_{温度设定3}和T_{设定精度3}；

当T_{温度设定3}-T_{设定精度3}≤T_{实测温度3}≤T_{温度设定3}+T_{设定精度3}时，冷媒压缩机保持原有状态；

当T_{实测温度3}＞T_{温度设定3}+T_{设定精度3}时，中央控制器控制冷媒压缩机御载；

当T_{实测温度3}＜T_{温度设定3}-T_{设定精度3}时，中央控制器控制冷媒压缩机加载。

本发明的有益效果在于：

该梯级预热储能式蒸汽热泵机组实现储能、闪蒸于一体，利用率高、系统简单、节省空间；机组储能运行、储能蒸汽发生和直接蒸汽发生运行模式之间切换自如，储能热水用完后根据需要可自动切换至直接蒸汽发生模式，且便于蒸汽产量的调节，使用舒适、方便；长时间停机时储能闪蒸罐中已冷却的热水可以直接预热加热，且从进水口新进的水可经过第一换热器以及第二换热器进行逐级递进预热；制冷剂液体经过第一换热器冷却大幅度提升了制冷剂的液体过冷度；各系统之间相辅相成，大幅度提升了热泵系统的能效比，提升运行可靠性的同时节省了能耗。

附图说明

图1为本发明的总系统结构示意图。

图2为电气控制系统的连接框架图。

图3为冷媒循环系统的结构示意图。

图4为梯级预热系统的结构示意图。

图5为储能与蒸汽发生系统的结构示意图。

图6为热水循环系统的结构示意图。

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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组，包括冷媒循环系统1、梯级预热系统2、储能与蒸汽发生系统3以及热水循环系统4；

冷媒循环系统1包括依次通过管道连接并形成闭环的冷媒压缩机11、冷凝器12、膨胀阀13和蒸发器14；

梯级预热系统2包括依次通过管道连接的进水口21、第一水泵22和换热组件，换热组件连通于冷凝器12与膨胀阀13之间；

储能与蒸汽发生系统3包括依次通过管道连接的储能闪蒸罐31、第二调节阀32、蒸汽压缩机33以及蒸汽出口34；

热水循环系统4包括第二水泵41和第一调节阀42，第二水泵41和第一调节阀42均通过管道连通于储能闪蒸罐31与冷凝器12之间并形成闭环；

换热组件通过管道连通于第二水泵41与储能闪蒸罐31之间。

为了方便逐级预热，提高能源利用率，本实施例中，优选的，换热组件包括相互连接的第一换热器23和第二换热器24，第一换热器23连通于冷凝器12与膨胀阀13之间，第一水泵22与第二换热器24之间通过第一换热器23连通，第二换热器24通过管道连通于第二水泵41与储能闪蒸罐31之间，冷媒压缩机11的油路出进口分别与第二换热器24的油路进出口通过油管连通形成闭环，目的是冷媒压缩机11所用的润滑油需要有一定的黏度，而冷媒压缩机11工作后分离出来的润滑油温度较高，无法保证润滑油的黏度，因此需要进行冷却，通过第二换热器24对润滑油换热冷却，同时增加水的温度，达到进一步预热的效果。

为了使设备在故障或需要更换与维修时能有备用管道，本实施例中，优选的，冷媒压缩机11的出油管与冷媒压缩机11的进油管之间连通有旁通阀15，旁通管道作为一个备用管道，作用是当设备故障时或需要更换与维修时，将它们隔离出来，或是把主管道关闭，打开旁通管道可以让设备继续运行。

为了方便提高智能化控制程度，本实施例中，优选的，还包括电气控制系统5，电气控制系统5包括：

传感器组件，用于感应目标位置的温度、压强或液位高度；

传感器数据采集模块51，与传感器组件连接，用于采集传感器组件感应的数据；

中央控制器52，与传感器数据采集模模块51连接，用于对采集的数据进行处理分析并通过预设的控制参数对受控器件发送控制指令，受控器件包括冷媒压缩机11、第一水泵22、第二水泵41、第一调节阀42、第二调节阀32、旁通阀15、蒸汽压缩机33以及控制第一水泵22开度的水泵调速器53；

显示操作模块54，与中央控制器52连接，用于设定预设的控制参数。

为了方便监测机组中各个位置的温度、压强或液位，本实施例中，优选的，传感器组件包括第三温度传感器501、第五温度传感器502、第一压力传感器503、第二压力传感器504、第三压力传感器505以及液位传感器506，第三温度传感器501安装于第二调节阀32与蒸汽压缩机33之间的连接管道上，第五温度传感器502安装于储能闪蒸罐31的底部，第一压力传感器503安装于冷凝器12与第一调节阀42之间的连接管道上，第二压力传感器504安装于储能闪蒸罐31与第二调节阀32之间的连接管道上，第三压力传感器505安装于第二调节阀32与蒸汽压缩机33之间的连接管道上，液位传感器506安装于储能闪蒸罐31的内部。

为了方便进一步监测机组中各个位置的温度或压强，本实施例中，优选的，传感器组件还包括第一温度传感器507、第二温度传感器508、第四温度传感器509、第六温度传感器510以及第四压力传感器511，第一温度传感器507安装于第二水泵41与冷凝器12之间的连接管道上，第二温度传感器508安装于冷凝器12与第一调节阀42之间的连接管道上，第四温度传感器509安装于冷媒压缩机11油路出口与第二换热器24油接口的连接管道上，第六温度传感器510安装于储能闪蒸罐31的顶部，第四压力传感器511安装于蒸汽压缩机33与蒸汽出口34之间的连接管道上；传感器组件还可包括设置于冷媒压缩机11上的冷媒压缩机过载保护器512、设置于第一水泵41上的第一水泵过载保护器513以及设置于第二水泵41上的第二水泵过载保护器514，目的是防止线路因过载导致元器件过热损坏。

本发明还提供了一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组的控制方法；

为了能进行蓄热、用储以及直接供热之间的自由切换，本实施例中，优选的，显示操作模块54上设有对应三种不同预设控制参数的运行模式，包括对储能闪蒸罐31内进热水以及对储能闪蒸罐31内的热水进行循环加热的储能运行模式、使用储能闪蒸罐31内部热水进行蒸发的用储能蒸汽发生模式以及直接蒸汽发生模式，三个运行模式之间自由切换。

为了方便对储能闪蒸罐31内部热水进行储能，本实施例中，优选的，当选择储能运行模式时，中央控制器52控制第二调节阀32关闭，并控制冷媒压缩机11、第一水泵22和第二水泵41开始工作；

液位传感器506实际测试液位为H_实测液位，液位设定值为H_液位设定，控制精度为H_设定精度，在显示操作模块54上设定H_液位设定和H_液位精度；

当H_液位设定-H_设定精度≤H_实测液位≤H_液位设定+H_设定精度时，水泵调速器53保持原有状态；

当H_实测液位＞H_液位设定+H_设定精度时，中央控制器52控制水泵调速器53减小第一水泵22的开度；

当H_实测液位＜H_液位设定-H_设定精度时，中央控制器52控制水泵调速器53加大第一水泵22的开度；

第一压力传感器503实际测试压力为P_{实测压力1}，压力设定值为P_{压力设定1}，控制精度为P_{设定精度1}，在显示操作模块54上设定P_{压力设定1}和P_{设定精度1}；

当P_{压力设定1}-P_{设定精度1}≤P_{实测压力1}≤P_{压力设定1}+P_{设定精度1}时，第一调节阀42保持原有状态；

当P_{实测压力1}＞P_{压力设定1}+P_{设定精度1}时，中央控制器52控制第一调节阀42加大开度；

当P_{实测压力1}＜P_{压力设定1}-P_{设定精度1}时，中央控制器52控制第一调节阀42减小开度；

第五温度传感器502实际测试温度为T_{实测温度5}，温度设定值为T_{温度设定5}，控制精度为T_{设定精度5}，在显示操作模块54上设定T_{温度设定5}和T_{设定精度5}；

当T_{温度设定5}-T_{设定精度5}≤T_{实测温度5}≤T_{温度设定5}+T_{设定精度5}时，冷媒压缩机11保持原有状态；

当T_{实测温度5}＞T_{温度设定5}+T_{设定精度5}时，中央控制器52控制冷媒压缩机11御载；

当T_{实测温度5}＜T_{温度设定5}-T_{设定精度5}时，中央控制器52控制冷媒压缩机11加载。

为了方便使用储能闪蒸罐31内部热水进行蒸发，本实施例中，优选的，

当选择用储能蒸汽发生模式时，中央控制器52控制第二调节阀32开启，并控制冷媒压缩机11、第一水泵22和第二水泵41停机；

液位传感器506实际测试液位为H_实测液位，液位停止用储能模式设定值为H_{液位停止用储能设定}，在显示操作模块54上设定H_{液位停止用储能设定}；

当H_实测液位＞H_{液位停止用储能设定}时，继续运行用储能蒸汽发生模式；

当H_实测液位≤H_{液位停止用储能设定}时，控制机组转到直接蒸汽发生模式；

在显示操作模块54上设定蒸汽以压力为控制目标或以温度为控制目标；

当设定蒸汽以压力为控制目标时；

第三压力传感器505实际测试压力为P_{实测压力3}，压力设定值为P_{压力设定3}，控制精度为P_{设定精度3}，在显示操作模块54上设定P_{压力设定3}和P_{设定精度3}；

当P_{压力设定3}-P_{设定精度3}≤P_{实测压力3}≤P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，第二调节阀32保持原有状态；

当P_{实测压力3}＞P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，中央控制器52控制第二调节阀32减小开度；

当P_{实测压力3}＜P_{压力设定3}-P_{设定精度3}时，中央控制器52控制第二调节阀32加大开度；

当设定蒸汽以温度为控制目标时；

第三温度传感器501实际测试温度为T_{实测温度3}，温度设定值为T_{温度设定3}，控制精度为T_{设定精度3}，在显示操作模块54上设定T_{温度设定3}和T_{设定精度3}；

当T_{温度设定3}-T_{设定精度3}≤T_{实测温度3}≤T_温度设定3+T_{设定精度3}时，第二调节阀32保持原有状态；

当T_{实测温度3}＞T_{温度设定3}+T_{设定精度3}时，中央控制器52控制第二调节阀32减小开度；

当T_{实测温度3}＜T_{温度设定3}-T_{设定精度3}时，中央控制器52控制第二调节阀32加大开度。

为了方便在储能闪蒸罐31内部热水用完后直接产生蒸汽，本实施例中，优选的，

当设定直接蒸汽发生模式时，中央控制器52控制第二调节阀32开启，并控制冷媒压缩机11、第一水泵22和第二水泵41开启；

液位传感器506实际测试液位为H_实测液位，液位设定值为H_液位设定，控制精度为H_设定精度，在显示操作模块54上设定H_液位设定和H_液位精度；

当H_液位设定-H_设定精度≤H_实测液位≤H_液位设定+H_设定精度时，水泵调速器53保持原有状态；

当H_实测液位＞H_液位设定+H_设定精度时，中央控制器52控制水泵调速器53减小第一水泵22的开度；

当H_实测液位＜H_液位设定-H_设定精度时，中央控制器52控制水泵调速器53加大第一水泵22的开度；

在显示操作模块54上设定蒸汽以压力为控制目标或以温度为控制目标；

当设定蒸汽以压力为控制目标时；

第三压力传感器505实际测试压力为P_{实测压力3}，压力设定值为P_{压力设定3}，控制精度为P_{设定精度3}，在显示操作模块54上设定P_{压力设定3}和P_{设定精度3}；

当P_{压力设定3}-P_{设定精度3}≤P_{实测压力3}≤P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，冷媒压缩机11保持原有状态；

当P_{实测压力3}＞P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，中央控制器52控制冷媒压缩机11御载；

当P_{实测压力3}＜P_{压力设定3}-P_{设定精度3}时，中央控制器52控制冷媒压缩机11加载；

当设定蒸汽以温度为控制目标时；

第三温度传感器501实际测试温度为T_{实测温度3}，温度设定值为T_{温度设定3}，控制精度为T_{设定精度3}，在显示操作模块54上设定T_{温度设定3}和T_{设定精度3}；

当T_{温度设定3}-T_{设定精度3}≤T_{实测温度3}≤T_{温度设定3}+T_{设定精度3}时，冷媒压缩机11保持原有状态；

当T_{实测温度3}＞T_{温度设定3}+T_{设定精度3}时，中央控制器52控制冷媒压缩机11御载；

当T_{实测温度3}＜T_{温度设定3}-T_{设定精度3}时，中央控制器52控制冷媒压缩机11加载。

本发明的工作原理及使用流程：请参阅图3，在冷媒循环系统1中，冷媒压缩机11将低温低压的气体工质压缩成高温高压气体，再经过冷凝器12，在冷凝器12中放热冷凝成高温高压的液体，经膨胀阀13节流后，则成为低温低压的液体，低温低压的液态工质送入蒸发器14，在蒸发器14中吸热蒸发而成为低温低压的气体，气体工质再重新进入冷媒压缩机11内从而完成冷媒循环。

请参阅图4，在梯级预热系统2中，第一水泵22驱动进水口21进水，使液态水依次流经第一换热器23以及第二换热器24进行逐级预热，液态水经过第一换热器23后，由低温转为中温，经过第二换热器24后转为中高温，再经第二水泵41驱动使液态水流经冷凝器12吸热转为高温，其中，冷媒压缩机11所用的润滑油需要有一定的黏度，而冷媒压缩机11工作后分离出来的润滑油温度较高，无法保证润滑油的黏度，因此需要进行冷却，所以通过第二换热器24对润滑油进行换热冷却，而通过第二换热器24对润滑油换热冷却的同时可增加液态水的预热温度，通过第一换热器23增加液态水的预热温度的同时可提升工质液体的过冷度，提升了能源利用率，各系统之间相辅相成，大幅度提升了热泵系统的能效比，提升运行可靠性的同时节省了能耗。

请参阅图6，在热水循环系统4中，第二水泵41驱动使第二换热器24中的液态水进入冷凝器12加热后经第一调节阀42流进储能闪蒸罐31内，同时驱动长时间停机时储能闪蒸罐31中已冷却的热水进入冷凝器12补充加热，最后经过第一调节阀42回流到储能闪蒸罐31内，防止停机后再启动时，储能闪蒸罐31内的水温过低，难以沸腾产生蒸汽。

请参阅图5，在储能与蒸汽发生系统3中，储能闪蒸罐31内的热水通过第二调节阀32进入蒸汽压缩机33内最后从蒸汽出口34喷出。

通过传感器监测机组中各个位置的温度、压强以及液位，继而控制受控器件进行调节，保持系统平衡，提高系统的可靠性，请参阅图2，在电气控制系统5中，通过显示操作模块54设定预设的控制参数，通过传感器组件感应目标位置的温度、压强或液位高度，通过传感器数据采集模块51采集传感器组件感应的数据，并发送到中央控制器52，由中央控制器52对采集的数据进行处理分析并通过预设的控制参数对受控器件发送控制指令，进而驱动水泵调速器53、冷媒压缩机11、第一水泵22、第二水泵41、第一调节阀42以及第二调节阀32作出相应的调节动作，最后达到实测值与设定值相对平衡的状态，智能化程度更高。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组，其特征在于：包括冷媒循环系统(1)、梯级预热系统(2)、储能与蒸汽发生系统(3)以及热水循环系统(4)；

所述冷媒循环系统(1)包括依次通过管道连接并形成闭环的冷媒压缩机(11)、冷凝器(12)、膨胀阀(13)和蒸发器(14)；

所述梯级预热系统(2)包括依次通过管道连接的进水口(21)、第一水泵(22)和换热组件，所述换热组件连通于冷凝器(12)与膨胀阀(13)之间；

所述储能与蒸汽发生系统(3)包括依次通过管道连接的储能闪蒸罐(31)、第二调节阀(32)、蒸汽压缩机(33)以及蒸汽出口(34)；

所述热水循环系统(4)包括第二水泵(41)和第一调节阀(42)，所述第二水泵(41)和第一调节阀(42)均通过管道连通于储能闪蒸罐(31)与冷凝器(12)之间并形成闭环；

所述换热组件通过管道连通于第二水泵(41)与储能闪蒸罐(31)之间。

2.根据权利要求1所述的一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组，其特征在于：所述换热组件包括相互连接的第一换热器(23)和第二换热器(24)，所述第一换热器(23)连通于冷凝器(12)与膨胀阀(13)之间，所述第一水泵(22)与第二换热器(24)之间通过第一换热器(23)连通，所述第二换热器(24)通过管道连通于第二水泵(41)与储能闪蒸罐(31)之间，所述冷媒压缩机(11)的油路出进口分别与第二换热器(24)的油路进出口通过油管连通形成闭环。

3.根据权利要求2所述的一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组，其特征在于：所述冷媒压缩机(11)的出油管与冷媒压缩机(11)的进油管之间连通有旁通阀(15)。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组，其特征在于：还包括电气控制系统(5)，所述电气控制系统(5)包括：

传感器组件，用于感应目标位置的温度、压强或液位高度；

传感器数据采集模块(51)，与传感器组件连接，用于采集传感器组件感应的数据；

中央控制器(52)，与传感器数据采集模块(51)连接，用于对采集的数据进行处理分析并通过预设的控制参数对受控器件发送控制指令，所述受控器件包括控制第一水泵(22)开度的水泵调速器(53)，所述冷媒压缩机(11)、第一水泵(22)、第二水泵(41)、第一调节阀(42)以及第二调节阀(32)均为受控器件；

显示操作模块(54)，与中央控制器(52)连接，用于设定预设的控制参数。

5.根据权利要求4所述的一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组，其特征在于：所述传感器组件包括第三温度传感器(501)、第五温度传感器(502)、第一压力传感器(503)、第二压力传感器(504)、第三压力传感器(505)以及液位传感器(506)，所述第三温度传感器(501)安装于第二调节阀(32)与蒸汽压缩机(33)之间的连接管道上，所述第五温度传感器(502)安装于储能闪蒸罐(31)的底部，所述第一压力传感器(503)安装于冷凝器(12)与第一调节阀(42)之间的连接管道上，所述第二压力传感器(504)安装于储能闪蒸罐(31)与第二调节阀(32)之间的连接管道上，所述第三压力传感器(505)安装于第二调节阀(32)与蒸汽压缩机(33)之间的连接管道上，所述液位传感器(506)安装于储能闪蒸罐(31)的内部。

6.根据权利要求5所述的一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组，其特征在于：所述传感器组件还包括第一温度传感器(507)、第二温度传感器(508)、第四温度传感器(509)、第六温度传感器(510)以及第四压力传感器(511)，所述第一温度传感器(507)安装于第二水泵(41)与冷凝器(12)之间的连接管道上，所述第二温度传感器(508)安装于冷凝器(12)与第一调节阀(42)之间的连接管道上，所述第四温度传感器(509)安装于冷媒压缩机(11)油路出口与第二换热器(24)油接口的连接管道上，所述第六温度传感器(510)安装于储能闪蒸罐(31)的顶部，所述第四压力传感器(511)安装于蒸汽压缩机(33)与蒸汽出口(34)之间的连接管道上。

7.一种基于权利要求5所述的一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组的控制方法，其特征在于：所述显示操作模块(54)上设有对应三种不同预设控制参数的运行模式，包括储能运行模式、用储能蒸汽发生模式以及直接蒸汽发生模式，三个运行模式之间自由切换。

8.根据权利要求7所述的一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组的控制方法，其特征在于：

当选择储能运行模式时，中央控制器(52)控制第二调节阀(32)关闭，并控制冷媒压缩机(11)、第一水泵(22)和第二水泵(41)开始工作；

液位传感器(506)实际测试液位为H_实测液位，液位设定值为H_液位设定，控制精度为H_设定精度，在显示操作模块(54)上设定H_液位设定和H_液位精度；

当H_液位设定-H_设定精度≤H_实测液位≤H_液位设定+H_设定精度时，水泵调速器(53)保持原有状态；

当H_实测液位＞H_液位设定+H_设定精度时，中央控制器(52)控制水泵调速器(53)减小第一水泵(22)的开度；

当H_实测液位＜H_液位设定-H_设定精度时，中央控制器(52)控制水泵调速器(53)加大第一水泵(22)的开度；

第一压力传感器(503)实际测试压力为P_{实测压力1}，压力设定值为P_{压力设定1}，控制精度为P_{设定精度1}，在显示操作模块(54)上设定P_{压力设定1}和P_{设定精度1}；

当P_{压力设定1}-P_{设定精度1}≤P_{实测压力1}≤P_{压力设定1}+P_{设定精度1}时，第一调节阀(42)保持原有状态；

当P_{实测压力1}＞P_{压力设定1}+P_{设定精度1}时，中央控制器(52)控制第一调节阀(42)加大开度；

当P_{实测压力1}＜P_{压力设定1}-P_{设定精度1}时，中央控制器(52)控制第一调节阀(42)减小开度；

第五温度传感器(502)实际测试温度为T_{实测温度5}，温度设定值为T_{温度设定5}，控制精度为T_{设定精度5}，在显示操作模块(54)上设定T_{温度设定5}和T_{设定精度5}；

当T_{温度设定5}-T_{设定精度5}≤T_{实测温度5}≤T_{温度设定5}+T_{设定精度5}时，冷媒压缩机(11)保持原有状态；

当T_{实测温度5}＞T_{温度设定5}+T_{设定精度5}时，中央控制器(52)控制冷媒压缩机(11)御载；

当T_{实测温度5}＜T_{温度设定5}-T_{设定精度5}时，中央控制器(52)控制冷媒压缩机(11)加载。

9.根据权利要求7所述的一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组的控制方法，其特征在于：

当选择用储能蒸汽发生模式时，中央控制器(52)控制第二调节阀(32)开启，并控制冷媒压缩机(11)、第一水泵(22)和第二水泵(41)停机；

液位传感器(506)实际测试液位为H_实测液位，液位停止用储能模式设定值为H_{液位停止用储能设定}，在显示操作模块(54)上设定H_{液位停止用储能设定}；

当H_实测液位＞H_{液位停止用储能设定}时，继续运行用储能蒸汽发生模式；

当H_实测液位≤H_{液位停止用储能设定}时，控制机组转到直接蒸汽发生模式；

在显示操作模块(54)上设定蒸汽以压力为控制目标或以温度为控制目标；

当设定蒸汽以压力为控制目标时；

第三压力传感器(505)实际测试压力为P_{实测压力3}，压力设定值为P_{压力设定3}，控制精度为P_{设定精度3}，在显示操作模块(54)上设定P_{压力设定3}和P_{设定精度3}；

当P_{压力设定3}-P_{设定精度3}≤P_{实测压力3}≤P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，第二调节阀(32)保持原有状态；

当P_{实测压力3}＞P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，中央控制器(52)控制第二调节阀(32)减小开度；

当P_{实测压力3}＜P_{压力设定3}-P_{设定精度3}时，中央控制器(52)控制第二调节阀(32)加大开度；

当设定蒸汽以温度为控制目标时；

第三温度传感器(501)实际测试温度为T_{实测温度3}，温度设定值为T_{温度设定3}，控制精度为T_{设定精度3}，在显示操作模块(54)上设定T_{温度设定3}和T_{设定精度3}；

当T_{温度设定3}-T_{设定精度3}≤T_{实测温度3}≤T_温度设定3+T_{设定精度3}时，第二调节阀(32)保持原有状态；

当T_{实测温度3}＞T_{温度设定3}+T_{设定精度3}时，中央控制器(52)控制第二调节阀(32)减小开度；

当T_{实测温度3}＜T_{温度设定3}-T_{设定精度3}时，中央控制器(52)控制第二调节阀(32)加大开度。

10.根据权利要求7所述的一种梯级预热储能式蒸汽热泵机组的控制方法，其特征在于：

当设定直接蒸汽发生模式时，中央控制器(52)控制第二调节阀(32)开启，并控制冷媒压缩机(11)、第一水泵(22)和第二水泵(41)开启；

液位传感器(506)实际测试液位为H_实测液位，液位设定值为H_液位设定，控制精度为H_设定精度，在显示操作模块(54)上设定H_液位设定和H_液位精度；

当H_液位设定-H_设定精度≤H_实测液位≤H_液位设定+H_设定精度时，水泵调速器(53)保持原有状态；

当H_实测液位＞H_液位设定+H_设定精度时，中央控制器(52)控制水泵调速器(53)减小第一水泵(22)的开度；

当H_实测液位＜H_液位设定-H_设定精度时，中央控制器(52)控制水泵调速器(53)加大第一水泵(22)的开度；

在显示操作模块(54)上设定蒸汽以压力为控制目标或以温度为控制目标；

当设定蒸汽以压力为控制目标时；

第三压力传感器(505)实际测试压力为P_{实测压力3}，压力设定值为P_{压力设定3}，控制精度为P_{设定精度3}，在显示操作模块(54)上设定P_{压力设定3}和P_{设定精度3}；

当P_{压力设定3}-P_{设定精度3}≤P_{实测压力3}≤P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，冷媒压缩机(11)保持原有状态；

当P_{实测压力3}＞P_{压力设定3}+P_{设定精度3}时，中央控制器(52)控制冷媒压缩机(11)御载；

当P_{实测压力3}＜P_{压力设定3}-P_{设定精度3}时，中央控制器(52)控制冷媒压缩机(11)加载；

当设定蒸汽以温度为控制目标时；

第三温度传感器(501)实际测试温度为T_{实测温度3}，温度设定值为T_{温度设定3}，控制精度为T_{设定精度3}，在显示操作模块(54)上设定T_{温度设定3}和T_{设定精度3}；

当T_{温度设定3}-T_{设定精度3}≤T_{实测温度3}≤T_{温度设定3}+T_{设定精度3}时，冷媒压缩机(11)保持原有状态；

当T_{实测温度3}＞T_{温度设定3}+T_{设定精度3}时，中央控制器(52)控制冷媒压缩机(11)御载；

当T_{实测温度3}＜T_{温度设定3}-T_{设定精度3}时，中央控制器(52)控制冷媒压缩机(11)加载。

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