CN211451235U - 一种制冰制冷双工况热泵机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制冰制冷双工况热泵机组，属于建筑用制冷系统领域，其包括制冰蒸发器、制冷蒸发器、冷凝器、第一压缩机、第二压缩机、止回阀、第一膨胀阀和第二膨胀阀，本实用新型通过在制冰蒸发器出口设置第一压缩机，通过第一压缩机的运行，使第二压缩机在制冰工况运行时的进口流量和压力与制冷工况相近，从而提高热泵机组在制冰工况运行时的制冷功率和冷量；并在制冷蒸发器出口设置止回阀，在制冷工况时仅第二压缩机单独运行时，通过止回阀进气，使热泵机组在制冰工况和制冷工况时均能高效运行。

Description

一种制冰制冷双工况热泵机组

技术领域

本实用新型属于建筑用制冷系统领域，具体涉及一种制冰制冷双工况热泵机组。

背景技术

1、冰蓄冷

蓄冷空调是利用夜间谷价电制冷储存在蓄冷装置中，白天将所储存冷量释放出来，降低峰价电时段空调用电负荷和用电量，减少电费，减少空调机组的装机容量，它代表着当今世界中央空调的发展方向。

现有蓄冷方式分为水蓄冷和冰蓄冷两种，由于水的比热约为4.2KJ/kgK，冰水相变潜热约为335KJ/kg，若水蓄冷的蓄冷温差(与空调供回水温差相同)为8℃，其单位蓄冷量约33.6KJ/kg，仅为冰蓄冷方式的10％左右，在蓄冷量相同的前提下，水蓄冷水池容积约为冰蓄冷水池容积的8倍左右。尽管水蓄冷的制冷能效比较高，其热泵机组在蓄冷时的制冷功率发挥效率95％-100％，但鉴于建筑面积和工程造价等因素的限制，工程上常采用冰蓄冷方式蓄冷，以提高蓄冷量，降低运行成本。

现有技术的冰蓄冷均在谷价电时段制冰蓄冷，包含以下两种方式：

1)静态制冰蓄冷，采用制冰盘管+蓄冷水槽方式，当采用乙二醇溶液作为中间载冷剂时，为静态间接制冰，其热泵机组蒸发器的冷量通过乙二醇溶液传递给制冰盘管，制冰盘管浸没在水槽的水中制冰，所制冰蓄存在制冰盘管上，随着管外冰厚的逐渐增加(从0增加到25mm)，制冰盘管的传导热阻持续增大，导致制冰盘管的传热系数持续降低，在传热温差一定的情况下，制冰盘管传热功率将持续降低，此时段，热泵机组蒸发器的蒸发温度在-8℃--9℃左右，热泵机组在谷价电时段的平均制冷功率仅为其白天制冷功率的60％左右。当采用制冷剂直接制冰时，热泵机组蒸发器的蒸发温度在-4℃--5℃左右，热泵机组在谷价电时段的平均制冷功率仅为其白天制冷功率的70％左右。所以，在谷价电时段的有限时间内热泵机组制冷功率的下降幅度较大，因而，谷价电没有被充分利用。

2)动态制冰蓄冷，采用换热器制备冰水混合物，在采用制冷剂直接制备过冷水或冰水混合物时，其热泵机组蒸发器的蒸发温度约为-3℃--5℃，其热泵机组在谷价电时段的制冷功率为白天制冷功率的75％左右，在采用乙二醇溶液间接制备过冷水时，其热泵机组蒸发器的蒸发温度在-6℃--7℃左右，其热泵机组在谷价电时段的制冷功率为白天制冷功率的65％左右，其谷价电也没有被充分利用。

在白天制冷工况时，流经热泵机组蒸发器的冷冻水进出口温度通常为12℃/7℃，其蒸发温度约5℃左右。下面举例说明：在白天制冷功率1MW时，其与制冰工况的制冷功率和压比的比较详见表1、表2。

制冰工况与制冷工况的热泵机组制冷功率比较表(以制冷剂R134a为例)

表1

双工况热泵机组压缩机压比比较表(以制冷剂R134a为例)

表2

2、双工况热泵机组的制冰制冷功率与效率

现有技术的制冰制冷双工况热泵机组，在制冰和制冷时均采用同一台压缩机从蒸发器中吸气工作，由于白天制冷时间较长，一般以白天制冷工况作为压缩机的设计工况，其压缩机叶轮在白天制冷时的效率较高，对于一个既定的压缩机叶轮，在转速和压比是一定情况下，对应其最佳效率的体积流量是一定的，在夜间制冰蓄冷时，由于蒸发温度低于白天制冷时的蒸发温度，吸气密度较小，在其吸气体积流量相同情况下，其制冷剂的循环质量流量将降低，造成其制冷功率下降。如果增加转速、增大电机功率，增加体积流量和压比，以提高制冰工况的制冷功率，将造成压缩机叶轮严重偏离设计工况，使效率大幅度下降，当达到压缩机叶轮的滞止流量(超过设计流量约15％-20％)时，将严重影响压缩机的正常运行，造成压缩机效率陡降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制冰制冷双工况热泵机组，大幅度提高谷价电时段的制冰功率，使之与白天制冷功率相同，同时提高在制冰工况时压缩机效率和机组能效比，使谷价电能够被充分利用，克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种制冰制冷双工况热泵机组，包括制冰蒸发器、制冷蒸发器、冷凝器、第一压缩机、第二压缩机、止回阀、第一膨胀阀和第二膨胀阀，所述制冰蒸发器上设有制冷剂第三进口、制冷剂第三出口、循环水进口E和循环水出口F，所述制冷蒸发器上设有制冷剂第二进口、制冷剂第二出口、冷冻水进口C和冷冻水出口D，所述冷凝器上设有制冷剂第一进口、制冷剂第一出口、冷却水进口A和冷却水出口B，所述制冷剂第三出口与第一压缩机的进口连接，所述制冷剂第二出口与止回阀的进口连接，所述第一压缩机出口与第二压缩机进口之间设置连通管道，所述止回阀的出口与连通管道相连通。

进一步的，所述制冷剂第三进口与第一膨胀阀出口相连接，所述制冷剂第二进口与第二膨胀阀的出口相连接，所述第二压缩机的出口与冷凝器的制冷剂第一进口相连接，所述冷凝器的制冷剂第一出口分别与第一膨胀阀和第二膨胀阀的进口相连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在制冰蒸发器出口设置第一压缩机，通过第一压缩机的运行，可使第二压缩机在制冰工况运行时的流量和压力与制冷工况相近，从而提高热泵机组在制冰工况运行时的制冷功率和制冷量；并在制冷蒸发器出口设置止回阀，在制冷工况时仅第二压缩机单独运行时，通过止回阀进气；使第一压缩机和第二压缩机在制冰和制冷工况时均能高效运行。

附图说明

图1为本实用新型双蒸发器制冰制冷双工况热泵机组的结构原理示意图；

图2为本实用新型单蒸发器制冰制冷双工况热泵机组的结构原理示意图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种制冰制冷双工况热泵机组，包括制冰蒸发器98、制冷蒸发器95、冷凝器91、第一压缩机94、第二压缩机92、止回阀93、第一膨胀阀97和第二膨胀阀96，制冰蒸发器98上设有制冷剂第三进口971、制冷剂第三出口981、循环水进口E和循环水出口F，制冷蒸发器95上设有制冷剂第二进口961、制冷剂第二出口951、冷冻水进口C和冷冻水出口D，冷凝器91上设有制冷剂第一进口911、制冷剂第一出口912、冷却水进口A和冷却水出口B，制冷剂第三出口981与第一压缩机94的进口连接，制冷剂第二出口951与止回阀93的进口连接，第一压缩机94出口与第二压缩机92进口之间设置连通管道，止回阀93的出口与连通管道相连通。

制冷剂第三进口971与第一膨胀阀97出口相连接，制冷剂第二进口961与第二膨胀阀96的出口相连接，第二压缩机92的出口与冷凝器91的制冷剂第一进口911相连接，冷凝器91的制冷剂第一出口912分别与第一膨胀阀97和第二膨胀阀98的进口相连通。

制冰制冷双工况热泵机组，在制冰蓄冷时，将第一压缩机94和第二压缩机92同时开启，第一膨胀阀97开启，第二膨胀阀96关闭，止回阀93自动关闭；在制冷时，将第二压缩机92开启，第一压缩机94关闭，第一膨胀阀97关闭，第二膨胀阀96开启，止回阀93自动开启。

制冰制冷双工况热泵机组的参数选择包含：第一压缩机94在制冰蓄冷时的制冷剂设计流量，可与第二压缩机92在白天制冷工况下的制冷剂质量流量相同；第一压缩机94在制冰蓄冷时的出口压力，可与白天制冷工况下的制冷蒸发压力相同。

本实用新型通过在制冰蒸发器98出口设置第一压缩机94，通过第一压缩机94的运行，可使第二压缩机92在制冰工况运行时的流量和压力与制冷工况运行时的相近，从而提高热泵机组在制冰工况运行时的制冷功率、制冷量和效率；并在制冷蒸发器95出口设置止回阀93，在制冷工况时仅第二压缩机92运行时，通过止回阀93进气；使第一压缩机94和第二压缩机92在制冰和制冷工况时均能高效运行。表3、表4是以制冷功率1MW的制冰制冷双工况热泵机组的实施例计算结果，并与表1和表2同等制冷功率的现有技术的制冰制冷双工况热泵机组进行对比，表明本实用新型的双工况热泵机组在夜间制冰功率和制冷量，比现有技术提升了34％-65％。

本实用新型1MW例中制冰工况与制冷工况制冷功率表(以制冷剂R134a为例)

表3

本实用新型1MW例中压缩机压比表(以制冷剂R134a为例)

表4

本实用新型涵盖下列方式及其组合：

1)第一压缩机94和第二压缩机92分别由各自电机驱动，可通过控制各自电机的启闭，实现两个压缩机同时工作或第二压缩机92单独工作。

2)第一压缩机94和第二压缩机92由一个电机驱动，则需要在两个压缩机之间设置离合器，通过控制离合器的启闭，实现两个压缩机同时工作或第二压缩机92单独工作。

3)制冰工况和制冷工况合用一个蒸发器，如图2所示为本实用新型单蒸发器制冰制冷双工况热泵机组的结构原理示意图，制冷剂第三出口981和制冷剂第二出口951均设置在蒸发器上，在蒸发器上设置一个制冷剂第二进口961及第二膨胀阀96。

4)本实用新型的双工况热泵机组，为了适应冬季供热工况的需要，其第一压缩机94的进出口的设计压比可适当提高，可成为制冰制冷制热三工况热泵机组。

5)在本实用新型的双工况热泵机组中第二压缩机92，泛指除第一压缩机94之外的所有压缩机及其组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种制冰制冷双工况热泵机组，其特征在于：包括制冰蒸发器(98)、制冷蒸发器(95)、冷凝器(91)、第一压缩机(94)、第二压缩机(92)、止回阀(93)、第一膨胀阀(97)和第二膨胀阀(96)，所述制冰蒸发器(98)上设有制冷剂第三进口(971)、制冷剂第三出口(981)、循环水进口E和循环水出口F，所述制冷蒸发器(95)上设有制冷剂第二进口(961)、制冷剂第二出口(951)、冷冻水进口C和冷冻水出口D，所述冷凝器(91)上设有制冷剂第一进口(911)、制冷剂第一出口(912)、冷却水进口A和冷却水出口B，所述制冷剂第三出口(981)与第一压缩机(94)的进口连接，所述制冷剂第二出口(951)与止回阀(93)的进口连接，所述第一压缩机(94)出口与第二压缩机(92)进口之间设置连通管道，所述止回阀(93)的出口与连通管道相连通。

2.根据权利要求1所述的一种制冰制冷双工况热泵机组，其特征在于：所述制冷剂第三进口(971)与第一膨胀阀(97)出口相连接，所述制冷剂第二进口(961)与第二膨胀阀(96)的出口相连接，所述第二压缩机(92)的出口与冷凝器(91)的制冷剂第一进口(911)相连接，所述冷凝器(91)的制冷剂第一出口(912)分别与第一膨胀阀(97)和第二膨胀阀(96)的进口相连通。

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