專利名稱：復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種廢水處理及供熱領域，具體講是一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組及其控制方法。
背景技術：
為了替代以煤、燃料油、石油氣和天然氣為燃料的鍋爐取暖方式，國內外正大力推廣應用水源熱泵供暖方式，這種供暖方式不消耗燃料，無廢氣排放，能效比較高，目前這種水源熱泵機組一般利用的水資源主要有地表水、淺層地下水、海水以及城市污水等，上述水源作為水源熱泵的熱源，在實際應用中有很多問題，例如淺層地下水和地表水的資 源有限，而且水溫較低，東北地區7 12°C，華北地區10 15°C，長江中下游18 20;海水資源開發受腐蝕和輸送的困擾，工程量和投資較大，而且海水水溫也較低，比淺層地下水水溫還低；城市污水的污水處理工藝和設備比較復雜，而且水溫受地區影響較大，而且水溫也較低，一般<20°C。因此目前普通水源熱泵機組所能達到的出水溫度一般<65°C，這種溫度的熱水只能供給家庭洗浴來使用，卻無法供給到城市熱力管網中參與城市供暖，或者供給到工業加熱用水中。而目前工業廢水在排放和處理前的溫度一般彡40°C，為了節約水資源，現有技術普遍采用冷卻塔循環冷卻方式，將> 35°C的循環水冷卻為的28 32°C的循環水，這種措施雖然節約了水資源，但是卻忽略了熱能的綜合利用。并且冷卻塔只能將被冷卻的工業廢水冷卻到28 32°C，且有2% 5%的損失，這個溫度范圍的冷卻水只能作為循環水使用，用途太少。而如果是采用普通的高溫水源熱泵機組將工業廢水作為熱源來制熱，則仍然無法使出水溫度達到85°C以上，也就無法作為工業加熱用水或者城市供暖用水來使用。
發明內容
本發明要解決的一個技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種能夠把出水溫度提升到85°C以上，從而可以使出水作為工業加熱用水或者參與城市供暖使用，而且能夠把工業廢水冷卻到10 25°C，可以作為工業冷卻水使用的復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組。本發明提供的一個技術方案是本發明提供一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組，它包括第一壓縮機、第二壓縮機、第一節流機構、第二節流機構、第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器及控制器，所述第一換熱器的介質輸出口通過第一壓縮機與第二換熱器的第一側輸入口連接，第二換熱器的第一側輸出口通過第一節流機構與第一換熱器的介質輸入口連接，所述第三換熱器的介質輸出口通過第二節流機構與第二換熱器的第二側輸入口連接，第二換熱器的第二側輸出口通過第二壓縮機與第三換熱器的介質輸入口連接，所述控制器分別與第一壓縮機、第二壓縮機、第一節流機構及第二節流機構連接。第一換熱器的進水口接熱源水，出水口接排水裝置，第三換熱器的出水口通過管道與用水方的循環管道的進水口連接，第三換熱器的進水口與用水方循環管道的出水口連接。采用這種裝置，如果熱水源采用工業余熱水，則起到冷卻塔的作用，將工業余熱水冷卻降溫后通過第一換熱器的出水口排出，第三換熱器的出水口和入水口則可以連接城市供暖管道，或者工業加熱用水的管道。采用上述結構，本發明具有以下優點本發明提供一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組，熱水源的水進入到第一換熱器中，進行冷卻，第一換熱器中的介質采用低溫制冷劑(即蒸發溫度較低的制冷劑)，低溫制冷劑吸收熱量并蒸發，然后通過循環在第二換熱器中的第一側冷凝，然后再循環到第一換熱器中，第二換熱器的第二側中 的介質采用高溫制冷劑(即蒸發溫度較高的制冷劑)，高溫制冷劑吸收低溫制冷劑冷凝時的熱量并蒸發，即，第二換熱器即是高溫制冷劑的蒸發器，也是低溫制冷劑的冷凝器，然后高溫制冷劑通過循環在第三換熱器中冷凝，散發熱量，則第三換熱器中的熱水吸收熱量，提升溫度后出水。本發明中，低溫制冷劑在第一換熱器中吸收水溫較低的熱量后，在第二換熱器中將該熱量傳遞給高溫制冷劑，高溫制冷劑吸收熱量后，在第三換熱器中便將溫度較低的熱量轉換為溫度較高的熱量，將該熱量傳遞給熱水，從而能使熱水加熱到85°C以上，從而可以使出水作為工業加熱用水或者參與城市供暖使用，本發明還可以將工業廢水冷卻到10 25°C，該冷卻水將有更廣泛的用途，例如作為工業冷卻水來使用，且無損失。本發明要解決的另一個技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種能夠把出水溫度提升到85°C以上，從而可以使出水作為工業加熱用水或者參與城市供暖使用的復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的控制方法。本發明提供的一個技術方案是本發明提供一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的控制方法，它包括以下步驟步驟I、控制器檢測第一壓縮機的冷凝壓力，從而根據低溫制冷劑的性能參數得到冷凝溫度；步驟2、控制器檢測第二壓縮機的蒸發壓力，從而根據高溫制冷劑的性能參數得到蒸發溫度；步驟3、控制器根據冷凝溫度得到低溫制冷劑釋放能量，并根據蒸發溫度得到高溫制冷劑吸收的能量，然后調節第一壓縮機、第二壓縮機、第一節流機構和第二節流機構使兩
者保持一致。作為優選，所述步驟3中，調節第二壓縮機和第二節流機構，從而調節高溫制冷劑吸收的能量和低溫制冷劑釋放的能量保持一致。采用這種方法，最大化了低溫制冷劑的工作能力，這樣盡量減少浪費現象發生，提高能效比。所述第二壓縮機的蒸發溫度在30 40°C，所述第一壓縮機的冷凝溫度在35 45°C。采用這種數據，在此數據下，復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的能效比較高。所述高溫制冷劑的環境性能參數為ODP (破壞臭氧潛能值)為0，GWP (全球變暖系數值)< 1000，臨界溫度彡110°C。采用這種參數的制冷劑效果最好。采用上述方法后，本發明具有以下優點本發明提供一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的控制方法，它通過控制器采集第一壓縮機的冷凝壓力以及第二壓縮機的蒸發壓力，從而通過調節第一壓縮機、第二壓縮機、第一節流機構和第二節流機構，使該機組中，低溫制冷劑釋放的能量和高溫制冷劑吸收的能量保持一致，保證了系統的穩定性，本發明中，低溫制冷劑在第一換熱器中吸收水溫較低的熱量后，在第二換熱器中將該熱量傳遞給高溫制冷劑，高溫制冷劑吸收熱量后，在第三換熱器中便將溫度較低的熱量轉換為溫度較高的熱量，將該熱量傳遞給熱水，從而能使熱水加熱到85°C以上，從而可以使出水作為工業加熱用水或者參與城市供暖使用。本發明還可以將工業廢水冷卻到10 25°C，該冷卻水將有更廣泛的用途，例如作為工業冷卻水來使用，且無損失。
附圖為本發明復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的原理圖；如圖所示1、第一換熱器，2、第二換熱器，3、第三換熱器，4、第一壓縮機，5、第二壓縮機，6、第一節流機構，7、第二節流機構，8、控制器，9、熱源水，10、排水裝置，11、循環管道的進水口，12、循環管道的出水口。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做詳細說明本發明提供的一個技術方案是本發明提供一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組，它包括第一壓縮機4、第二壓縮機5、第一節流機構6、第二節流機構7、第一換熱器I、第二換熱器2、第三換熱器3及控制器8組成，所述第一換熱器I的介質輸出口通過第一壓縮機4與第二換熱器2的第一側輸入口連接，第二換熱器2的第一側輸出口通過第一節流機構6與第一換熱器I的介質輸入口連接，所述第三換熱器3的介質輸出口通過第二節流機構7與第二換熱器2的第二側輸入口連接，第二換熱器2的第二側輸出口通過第二壓縮機5與第三換熱器3的介質輸入口連接，所述控制器8分別與第一壓縮機4、第二壓縮機5、第一節流機構6及第二節流機構7連接。第一換熱器1，第一壓縮機4、第二換熱器2的第一側及第一節流機構6構成低溫循環，低溫制冷劑為該循環的介質，第三換熱器3，第二壓縮機5、第二換熱器2的第二側及第二節流機構7構成高溫循環，高溫制冷劑為該循環的介質。所述低溫制冷劑采用普通的制冷劑，所述高溫制冷劑采用蒸發溫度較高的制冷劑，所述第一換熱器I即為低溫制冷劑的蒸發器，第二換熱器2既是高溫制冷劑的蒸發器，也是低溫制冷劑的冷凝器，第三換熱器3為高溫制冷劑的冷凝器，所述第一節流機構6和第二節流機構7均可采用電子膨脹閥。第一換熱器I的進水口接熱源水9，出水口接排水裝置10，第三換熱器3的出水口通過管道與用水方的循環管道的進水口 11連接，第三換熱器3的進水口與用水方循環管道的出水口 12連接。采用這種裝置，如果熱水源采用工業余熱水，則起到冷卻塔的作用，將工業余熱水冷卻降溫后通過第一換熱器的出水口排出后，作為冷源水可以冷卻需要冷卻的任何介質。第三換熱器的出水口和入水口則可以連接城市供暖管道，或者工業加熱用水的管道。本發明提供一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組，熱水源的水進入到第一換熱器中，進行冷卻，第一換熱器中的介質采用低溫制冷劑(即蒸發溫度較低的制冷劑)，低溫制冷劑吸收熱量并蒸發，然后通過循環在第二換熱器中的第一側冷凝，然后再循環到第一換熱器中，第二換熱器的第二側中的介質采用高溫制冷劑(即蒸發溫度較高的制冷劑)，高溫制冷劑吸收低溫制冷劑冷凝時的熱量并蒸發，即，第二換熱器即是高溫制冷劑的蒸發器，也是低溫制冷劑的冷凝器，然后高溫制冷劑通過循環在第三換熱器中冷凝，散發熱量，則第三換熱器中的熱水吸收熱量，提升溫度后出水。本發明中，低溫制冷劑在第一換熱器中吸收水溫較低的熱量后，在第二換熱器中將該熱量傳遞給高溫制冷劑，高溫制冷劑吸收熱量后，在第三換熱器中便將溫度較低的熱量轉換為溫度較高的熱量，將該熱量傳遞給熱水，從而能使熱水加熱到85°C以上，從而可以使出水作為工業加熱用水或者參與城市供暖使用。本發明要解決的另一個技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種能夠把出水溫度提升到85°C以上，從而可以使出水作為工業加熱用水或者參與城市供暖使用的復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的控制方法。本發明提供的一個技術方案是本發明提供一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機 組的控制方法，它包括以下步驟步驟I、控制器檢測第一壓縮機的冷凝壓力，從而根據低溫制冷劑的性能參數得到冷凝溫度；控制器通過在第一壓縮機的出口處設置壓力傳感器通過檢測第一壓縮機的排氣壓力，經過修正后得到第一壓縮機的冷凝壓力，低溫制冷劑的性能參數由生產方提供。所述第一壓縮機的冷凝壓力即是指第一壓縮機所在的低溫循環的冷凝壓力。步驟2、控制器檢測第二壓縮機的蒸發壓力，從而根據高溫制冷劑的性能參數得到蒸發溫度；控制器通過在第二壓縮機的出口處設置壓力傳感器通過檢測第二壓縮機的排氣壓力，經過修正后得到第二壓縮機的蒸發壓力，高溫制冷劑的性能參數由生產方提供。所述第二壓縮機的蒸發壓力即是指第二壓縮機所在的高溫循環的蒸發壓力。步驟3、控制器根據冷凝溫度得到低溫制冷劑釋放能量，并根據蒸發溫度得到高溫制冷劑吸收的能量，然后調節第一壓縮機、第二壓縮機、第一節流機構和第二節流機構使兩者保持一致。根據冷凝溫度得到低溫制冷劑釋放能量和根據蒸發溫度得到高溫制冷劑吸收的能量均為現有技術，故不詳述。作為優選，所述步驟3中，調節第二壓縮機和第二節流機構，從而調節高溫制冷劑吸收的能量和低溫制冷劑釋放的能量保持一致。采用這種方法，最大化了低溫制冷劑的工作能力，這樣盡量減少浪費現象發生，提高能效比。所述第二壓縮機的蒸發溫度在30 40°C，所述第一壓縮機的冷凝溫度在35 45°C。采用這種數據，在此數據下，復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的能效比較高。所述高溫制冷劑的參數為ODP為0，GffP < 1000,臨界溫度彡110°C。采用這種參數的制冷劑效果最好。本實施例中采用德瑞中節能科技有限公司提供的ZHROl或ZHR03型號的制冷劑。本發明提供一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的控制方法，它通過控制器采集第一壓縮機的冷凝壓力以及第二壓縮機的蒸發壓力，從而通過調節第一壓縮機、第二壓縮機、第一節流機構和第二節流機構，使該機組中，低溫制冷劑釋放的能量和高溫制冷劑吸收的能量保持一致，保證了系統的穩定性，本發明中，低溫制冷劑在第一換熱器中吸收水溫較低的熱量后，在第二換熱器中將該熱量傳遞給高溫制冷劑，高溫制冷劑吸收熱量后，在第三換熱器中便將溫度較低的熱量轉換為溫度較高的熱量，將該熱量傳遞給熱水，從而能使熱水加熱到85°C以上,從而可以使出水作為工業加熱用水或者參與城市供暖使用。
權利要求
1.一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組，其特征在于它包括第一壓縮機(4)、第二壓縮機(5)、第一節流機構(6)、第二節流機構(7)、第一換熱器(I)、第二換熱器(2)第三換熱器(3)及控制器(8)，所述第一換熱器(I)的介質輸出口通過第一壓縮機(4)與第二換熱器(2)的第一側輸入口連接，第二換熱器(2)的第一側輸出口通過第一節流機構(6)與第一換熱器(I)的介質輸入口連接，所述第三換熱器(3)的介質輸出口通過第二節流機構(7)與第二換熱器(2)的第二側輸入口連接，第二換熱器(2)的第二側輸出口通過第二壓縮機(5)與第三換熱器(3)的介質輸入口連接，所述控制器(8)分別與第一壓縮機(4)、第二壓縮機(5)、第一節流機構(6)及第二節流機構(7)連接。
2.根據權利要求I所述的復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組，其特征在于第一換熱器(I)的進水口接熱源水(9 )，出水口接排水裝置(10 )，第三換熱器(3 )的出水口通過管道與用水方的循環管道的進水口(11)連接，第三換熱器(3)的進水口與用水方循環管道的出水口(12)連接。
3.一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的控制方法，其特征在于它包括以下步驟 步驟I、控制器(8)檢測第一壓縮機(4)的冷凝壓力，從而根據低溫制冷劑的性能參數得到冷凝溫度； 步驟2、控制器(8)檢測第二壓縮機(5)的蒸發壓力，從而根據高溫制冷劑的性能參數得到蒸發溫度； 步驟3、控制器(8)根據冷凝溫度得到低溫制冷劑釋放能量，并根據蒸發溫度得到高溫制冷劑吸收的能量，然后調節第一壓縮機(4)、第二壓縮機(5)、第一節流機構(6)和第二節流機構(7)使高溫制冷劑吸收的能量和低溫制冷劑釋放的能量兩者保持一致。
4.根據權利要求3所述的復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的控制方法，其特征在于所述步驟3中調節第一壓縮機(4)、第二壓縮機(5)、第一節流機構(6)和第二節流機構(7)使兩者保持一致是指調節第二壓縮機(5)和第二節流機構(7)，從而調節高溫制冷劑吸收的能量和低溫制冷劑釋放的能量保持一致。
5.根據權利要求3所述的復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的控制方法，其特征在于所述第二壓縮機(5)的蒸發溫度在30 40°C，所述第一壓縮機(4)的冷凝溫度在35 45。。。
6.根據權利要求3所述的復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組的控制方法，其特征在于所述高溫制冷劑的性能參數為ODP為0，GffP < 1000，臨界溫度彡110°C。
全文摘要
本發明提供一種復疊制冷循環式高溫水源熱泵機組以及其控制方法，它能夠把出水溫度提升到85℃以上，從而可以使出水作為工業加熱用水或者參與城市供暖使用，而且能夠把工業廢水冷卻到10～25℃，可以作為工業冷卻水使用。
文檔編號F25B7/00GK102721226SQ20121019170
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月12日 優先權日2012年6月12日
發明者沙鳳岐, 祝富華 申請人:寧波天海制冷設備有限公司