CN221279695U - 高温复叠式供热机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高温复叠式供热机组，包括：热供给端；热负荷端；低温侧回路，包括依次流体连通的低温侧蒸发器、低温侧压缩机、低温侧冷凝器以及低温侧膨胀阀；低温侧蒸发器与热供给端流体连通，以供低温侧制冷剂与热源用水进行热交换；低温侧回路还包括回热器，回热器具有可相互进行热交换的第一通道与第二通道，低温侧冷凝器、第一通道以及低温侧膨胀阀依次流体连通，低温侧蒸发器、第二通道以及低温侧压缩机依次流体连通；高温侧回路，包括高温侧压缩机、高温侧冷凝器与高温侧膨胀阀，低温侧冷凝器供低温侧制冷剂与高温侧制冷剂热交换；高温侧冷凝器与热负荷端流体连通，以供高温侧制冷剂与工业热水进行热交换。

Description

高温复叠式供热机组

技术领域

本实用新型涉及供热系统技术领域，尤其是一种高温复叠式供热机组。

背景技术

在一些工业领域中，工厂需要出水温度90至95℃的高温水源热泵进行生产作业（如对玻璃制品的杀菌用水）。但其工厂自身能提供的热源品位比较低，一般在30℃左右。如果直接使用单级压缩机运行，会导致系统运行压（供热系统中高压流体与低压流体的压力比，压力越大，所需的压缩机压缩比便越大）比过大，不能满足系统长期高效的运行。

实用新型内容

针对上述单级压缩机存在的不足之处，本实用新型的目的是提供一种高温复叠式供热机组。

为了达到上述的目的，本实用新型提供以下技术方案：一种高温复叠式供热机组，包括：热供给端，可提供热源用水；热负荷端，可对外提供工业热水；低温侧回路，包括依次流体连通的低温侧蒸发器、低温侧压缩机、低温侧冷凝器以及低温侧膨胀阀，所述的低温侧蒸发器、低温侧压缩机、低温侧冷凝器以及低温侧膨胀阀构成一条供低温侧制冷器循环流动的回路；所述的低温侧蒸发器与所述的热供给端流体连通，以供低温侧制冷剂与热源用水进行热交换；所述的低温侧回路还包括回热器，所述的回热器具有可相互进行热交换的第一通道与第二通道，所述的低温侧冷凝器、第一通道以及低温侧膨胀阀依次流体连通，所述的低温侧蒸发器、第二通道以及低温侧压缩机依次流体连通；高温侧回路，包括高温侧压缩机、高温侧冷凝器与高温侧膨胀阀，所述的高温侧压缩机、高温侧冷凝器、高温侧膨胀阀以及低温侧冷凝器依次流体并构成一条供高温侧制冷剂循环流动的回路，所述的低温侧冷凝器供低温侧制冷剂与高温侧制冷剂热交换；所述的高温侧冷凝器与所述的热负荷端流体连通，以供高温侧制冷剂与工业热水进行热交换；以及控制器，同时信号连接所述的低温侧压缩机与高温侧压缩机。

在上述的技术方案中，优选地，所述的低温侧回路还包括位于所述低温侧蒸发器与所述回热器之间的第一三通阀以及位于所述回热器与所述低温侧压缩机之间的第二三通阀，所述的第一三通阀与所述的第二三通阀之间形成一条供低温侧制冷剂绕过所述回热器的旁路。还可以进一步优选地，所述的低温侧回路还包括毗邻所述第二三通阀下游的第一温度计，所述的第一温度计与所述的控制器信号连接。

在上述的技术方案中，优选地，所述的低温侧回路还包括毗邻所述低温侧压缩机上游的低温侧气液分离器，所述的高温侧回路还包括毗邻所述高温侧压缩机上游的高温侧气液分离器。

在上述的技术方案中，优选地，所述的低温侧压缩机与所述的高温侧压缩机均为变频式压缩机。还可以进一步优选地，所述的低温侧膨胀阀与所述的高温侧膨胀阀均为电子膨胀阀，所述的控制器同时信号连接所述的低温侧膨胀阀与所述的高温侧膨胀阀。

在上述的技术方案中，优选地，所述的低温侧回路还包括位于所述低温侧冷凝器与所述的低温侧膨胀阀之间的低温侧储液罐。

在上述的技术方案中，优选地，所述的高温侧回路还包括位于所述高温侧冷凝器与所述的高温侧膨胀阀之间的高温侧储液罐。

在上述的技术方案中，优选地，所述的高温侧冷凝器具有分别供工业热水流入和流出的入口与出口，所述的高温侧回路还设置有毗邻所述出口的下游的第二温度计与流量计。还可以进一步优选地，所述的流量计为质量流量计。

本实用新型技术方案提供了一种高温复叠式供热机组，通过该高温复叠式供热机组的低温侧回路与高温侧回路将热供给端的热量二级转化，最终传递至工业热水上以将工业热水加热至所需的温度。上述复叠式系统可有效地减小低温侧回路与高温侧回路的压比，提高所使用的压缩机的容积效和制冷系数并降低压缩机排气温度，有利于供热系统的长期运行。

附图说明

图1为本实用新型所提供的高温复叠式供热机组的系统图；

图2为图1所示的高温复叠式供热机组的各部件的信号连接示意图。

其中：10、热供给端；20、热负荷端；11、低温侧蒸发器；12、低温侧压缩机；13、低温侧冷凝器；14、低温侧膨胀阀；15、低温侧气液分离器；16、低温侧储液罐；17、回热器；18、第一三通阀；19、第二三通阀；21、高温侧压缩机；22、高温侧冷凝器；23、高温侧膨胀阀；24、高温侧气液分离器；25、高温侧储液罐；

3、控制器；31、第一温度计；32、第二温度计；33、流量计。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对本实用新型的各种示例性实施例或实施模式的详细说明。然而，各种示例性实施例也可以在没有这些具体细节或者在一个或更多个等同布置的情况下实施。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排他的。例如，在不脱离实用新型构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实现示例性实施例的具体形状、构造和特性。

在本申请中，术语“工业热水”意指工厂中用于满足一定作业需求（如对瓶子杀菌用的杀菌热水）的作业用热水；术语“热源用水”意指用于相热泵系统提供热量的水。

在本申请无特别说明的情况下，术语“上游”与“下游”分别意指就当前流体的流动方向而言，一部件位于另一部件的上游和下游。

在本申请中，就制冷剂的“高温高压”、“高温低压”、“低温低压”、“低温高压”等状态，意指就该制冷剂在自身所属的循环回路中相应的状态。

图1-2示出了本实用新型所提供的高温复叠式供热机组，该高温复叠式供热机组可通过二级热量传递有效地利用低品位热源将工业热水加热至90-95℃。如图所示，高温复叠式供热机组包括可提供热源用水的热供给端10、可对外输送工业热水的热负荷端20、靠近热供给端10的低温侧回路、靠近热负荷端20的高温侧回路以及作为控制中枢的控制器3。

低温侧回路包括低温侧蒸发器11、低温侧压缩机12、低温侧冷凝器13以及低温侧膨胀阀14，低温侧蒸发器11、低温侧压缩机12、低温侧冷凝器13以及低温侧膨胀阀14依次流体连通并构成一条供低温侧制冷剂流动的循环回路。其中，低温侧蒸发器11上还开设有分别供热源用水进入与流出的热源用水入口（图中未标示出）与热源用水出口（图中未标示出）。控制器3信号连接低温侧压缩机12并可控制该低温侧压缩机12自动运行。

低温侧蒸发器11供低温侧制冷剂与热源用水进行热交换，使得热源用水将低温低压的低温侧制冷剂加热至高温低压（一般为气态）的状态；低温侧压缩机12用于将高温低压的低温侧制冷剂流体压缩成高温高压（一般为气态）的状态；低温侧冷凝器13供低温侧制冷剂对外放出热量，并使得高温高压的低温侧制冷剂转化为低温高压（一般为液态）的状态；低温侧膨胀阀14用以将低温高压的低温侧制冷剂节流成低温低压（一般为气态）的状态。

本实施例所采用的低温侧制冷剂为R513A型制冷剂，其GWP为631，临界温度为96.5℃，临界压力为3.766MPa。该制冷剂还具有无平流层臭氧影响，无毒不易燃等诸多优点。

进一步地，为避免进入低温侧压缩机12的流体中含有液体而造成低温侧压缩机12发生液击现象（液态制冷剂或润滑油随气体吸入压缩机时对压缩机内部的损坏吸气阀片、压缩部件（活塞、叶片或螺杆）等造成冲击的现象，以及进入压缩腔后没有在排气过程迅速排出而对尾部或处于上止点的压缩部件造成冲击的现象），低温侧回路还设置有位于低温侧蒸发器11与低温侧压缩机12之间的低温侧气液分离器15，以避免液体进入低温侧压缩机12内。

进一步地，为适配高温侧回路的负荷变化与热供给端10的供热量变化，本实施例所提供的低温侧压缩机12为一变频压缩机。相适应地，本实施例所提供的低温侧膨胀阀14为一电子膨胀阀，以基于低温侧制冷剂压力的变化适应性地调整自身的开度，即控制节流后的低温侧制冷剂的压力。其中，控制器3信号连接低温侧膨胀阀14并可基于流体状态自动控制该阀门的开度。

进一步地，管道泄露、负荷波动等原因可能造成低温侧回路中的制冷剂流量在短时间内大幅下降，继而造成低温侧压缩机12喘振等严重损坏设备寿命与危害系统安全的情况。为解决上述问题，低温侧回路还设置有位于低温侧冷凝器13与低温侧膨胀阀之间的低温侧储液罐16，以缓冲可能发生的流量波动。

进一步地，对于低温蒸发器11而言，若换热温差越大，则换热过程中所产生的不可逆损失越大。此外，过大的换热温差还可能使得低温蒸发器11内部件因发生较大的形变，从而发生流体泄露。为解决上述问题，该低温侧回路还配置有回热器17。

回热器17具有可进行热交换的第一通道（图中未标示出）与第二通道（图中未标示出）。低温侧储液罐16、第一通道以及低温侧膨胀阀14依次流体连通，低温侧蒸发器11、第二通道以及低温侧气液分离器15依次流体连通。可以理解地，回热器17将低温侧蒸发器11出口处的制冷剂的部分热量转移至低温侧膨胀阀14入口前的制冷剂上，继而提高了低温侧蒸发器11的制冷剂入口温度并减小了传热误差。

考虑到自低温侧蒸发器11出来的低温侧制冷剂经过回热器17后温度降低，可能有小部分制冷剂液化而造成低温侧压缩机12发生液击现象。低温侧回路还配置有毗邻回热器17上游与下游的第一三通阀18与第二三通阀19，以调整低温侧制冷剂的出口温度。

具体地，第一三通阀18包括流体连通低温侧膨胀阀14的第一入口（图中未标示出）、流体连通回热器17的第一出口（图中未标示出）以及第二出口，第一、第二出口均开度可调。第二三通阀19包括流体连通回热器17的第二入口（图中未标示出）、流体连通低温侧气液分离器15的第三出口（图中未标示出）以及第四出口，第三、第四出口均开度可调。其中，第一三通阀18的第二出口与第二三通阀19的第四出口流体连通，以形成一条供低温侧制冷剂绕过回热器17的旁路。可以理解地，在总流量不变的情况下，流经上述旁路的低温侧制冷剂越多，则低温侧气液分离器15的入口流体温度越高，即低温制冷剂携带液体的可能性越低。

进一步地，低温侧回路还设置有毗邻第二三通阀19下游（即毗邻第三出口下游）的第一温度计31，以基于低温侧气液分离器15的入口流体温度调整第二、第四出口的开度。

高温侧回路包括高温侧压缩机21、高温侧冷凝器22以及高温侧膨胀阀23，低温侧冷凝器13、高温侧压缩机21、高温侧冷凝器22以及高温侧膨胀阀23依次流体连通并构成一条供高温侧制冷剂流动的循环回路。其中，高温侧冷凝器22上还开设有分别工业热水进入与流出的工业热水入口（图中未标示出）与工业热水出口（图中未标示出）。

低温侧冷凝器13供低温制冷剂与高温侧制冷剂进行热交换，使得低温制冷剂将低温低压的高温侧制冷剂加热至高温低压（一般为气态）的状态；高温侧压缩机21用于将高温低压的高温侧制冷剂流体压缩成高温高压（一般为气态）的状态；高温侧冷凝器22供高温侧制冷剂与工业热水进行热交换，以将工业热水加热至所需的温度并使得高温高压的高温侧制冷剂转化为低温高压（一般为液态）的状态；高温侧膨胀阀23用以将低温高压的高温侧制冷剂节流成低温低压（一般为液态）的状态。

本实施例所采用的高温侧制冷剂为R515B型制冷剂，其GWP为293。

进一步地，为避免进入高温侧压缩机21的流体中含有液体而造成高温侧压缩机21发生液击现象，高温侧回路还设置有位于低温侧冷凝器13与高温侧压缩机21之间的高温侧气液分离器24，以避免液体进入高温侧压缩机21内。

进一步地，为适配热负荷端20的负荷变化与低温侧回路的供热量变化，本实施例所提供的高温侧压缩机21为一变频压缩机。相适应地，本实施例所提供的高温侧膨胀阀23为一电子膨胀阀，以基于高温侧制冷剂压力的变化适应性地调整自身的开度，即控制节流后的高温侧制冷剂的压力。控制器3同时信号连接高温侧压缩机21与高温侧膨胀阀23，以实现高位侧回路的自动运行。

高温侧回路还设置有毗邻工业热水出口下游的第二温度计32与流量计33。控制器3同时信号连接第二温度计32与流量计33，以获取热负荷端20实时所需的热负荷并给予该实时热负荷适应性地调整各个压缩机的出力与各个膨胀阀的开度。考虑到工业热水会被加热至90-95℃，可能存在部分热水气化的情况，因此流量计33宜配置成质量流量计，以提高测量准确度。

进一步地，管道泄露、负荷波动等原因可能造成高温侧回路中的制冷剂流量在短时间内大幅下降，继而造成高温侧冷凝器22干烧、高温侧压缩机21喘振等严重损坏设备寿命与危害系统安全的情况。为解决上述问题，高温侧回路还设置有位于高温侧冷凝器22与高温侧膨胀阀23之间的高温侧储液罐25，以缓冲可能发生的流量波动。

通过本技术方案所提供的高温复叠式供热机组，可将品质较低的热源（即热供给端10）的热量通过二级传热的方式传递给工业热水，以将工业热水加热至所需温度。该高温复叠式供热机组可有效地减小低温侧回路与高温侧回路的压比，提高低温侧压缩机12与高温侧压缩机21的容积效和制冷系数并降低其排气温度，有利于供热系统的长期运行。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高温复叠式供热机组，其特征在于，包括：

热供给端，可提供热源用水；

热负荷端，可对外提供工业热水；

低温侧回路，包括依次流体连通的低温侧蒸发器、低温侧压缩机、低温侧冷凝器以及低温侧膨胀阀，所述的低温侧蒸发器、低温侧压缩机、低温侧冷凝器以及低温侧膨胀阀构成一条供低温侧制冷器循环流动的回路；所述的低温侧蒸发器与所述的热供给端流体连通，以供低温侧制冷剂与热源用水进行热交换；所述的低温侧回路还包括回热器，所述的回热器具有可相互进行热交换的第一通道与第二通道，所述的低温侧冷凝器、第一通道以及低温侧膨胀阀依次流体连通，所述的低温侧蒸发器、第二通道以及低温侧压缩机依次流体连通；

高温侧回路，包括高温侧压缩机、高温侧冷凝器与高温侧膨胀阀，所述的高温侧压缩机、高温侧冷凝器、高温侧膨胀阀以及低温侧冷凝器依次流体并构成一条供高温侧制冷剂循环流动的回路，所述的低温侧冷凝器供低温侧制冷剂与高温侧制冷剂热交换；所述的高温侧冷凝器与所述的热负荷端流体连通，以供高温侧制冷剂与工业热水进行热交换；以及

控制器，同时信号连接所述的低温侧压缩机与高温侧压缩机。

2.根据权利要求1所述的高温复叠式供热机组，其特征在于，所述的低温侧回路还包括位于所述低温侧蒸发器与所述回热器之间的第一三通阀以及位于所述回热器与所述低温侧压缩机之间的第二三通阀，所述的第一三通阀与所述的第二三通阀之间形成一条供低温侧制冷剂绕过所述回热器的旁路。

3.根据权利要求2所述的高温复叠式供热机组，其特征在于，所述的低温侧回路还包括毗邻所述第二三通阀下游的第一温度计，所述的第一温度计与所述的控制器信号连接。

4.根据权利要求1或2所述的高温复叠式供热机组，其特征在于，所述的低温侧回路还包括毗邻所述低温侧压缩机上游的低温侧气液分离器，所述的高温侧回路还包括毗邻所述高温侧压缩机上游的高温侧气液分离器。

5.根据权利要求1所述的高温复叠式供热机组，其特征在于，所述的低温侧压缩机与所述的高温侧压缩机均为变频式压缩机。

6.根据权利要求5所述的高温复叠式供热机组，其特征在于，所述的低温侧膨胀阀与所述的高温侧膨胀阀均为电子膨胀阀，所述的控制器同时信号连接所述的低温侧膨胀阀与所述的高温侧膨胀阀。

7.根据权利要求1所述的高温复叠式供热机组，其特征在于，所述的低温侧回路还包括位于所述低温侧冷凝器与所述的低温侧膨胀阀之间的低温侧储液罐。

8.根据权利要求1所述的高温复叠式供热机组，其特征在于，所述的高温侧回路还包括位于所述高温侧冷凝器与所述的高温侧膨胀阀之间的高温侧储液罐。

9.根据权利要求1所述的高温复叠式供热机组，其特征在于，所述的高温侧冷凝器具有分别供工业热水流入和流出的入口与出口，所述的高温侧回路还设置有毗邻所述出口的下游的第二温度计与流量计。

10.根据权利要求9所述的高温复叠式供热机组，其特征在于，所述的流量计为质量流量计。