專利名稱：復疊制冷循環(huán)式高溫水源熱泵機組及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢水處理及供熱領(lǐng)域，具體講是一種復疊制冷循環(huán)式高溫水源熱泵機組及其控制方法。
背景技術(shù)：
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(nèi)外正大力推廣應(yīng)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(yīng)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(qū)7 12°C，華北地區(qū)10 15°C，長江中下游18 20;海水資源開發(fā)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(shè)備比較復雜，而且水溫受地區(qū)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(wǎng)中參與城市供暖，或者供給到工業(yè)加熱用水中。而目前工業(yè)廢水在排放和處理前的溫度一般彡40°C，為了節(jié)約水資源，現(xiàn)有技術(shù)普遍采用冷卻塔循環(huán)冷卻方式，將> 35°C的循環(huán)水冷卻為的28 32°C的循環(huán)水，這種措施雖然節(jié)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(yè)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(huán)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(yè)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(yè)加熱用水或者城市供暖用水來使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)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(yè)加熱用水或者參與城市供暖使用，而且能夠把工業(yè)廢水冷卻到10 25°C，可以作為工業(yè)冷卻水使用的復疊制冷循環(huán)式高溫水源熱泵機組。本發(fā)明提供的一個技術(shù)方案是本發(fā)明提供一種復疊制冷循環(huán)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(jié)流機構(gòu)、第二節(jié)流機構(gòu)、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(zhì)輸出口通過第一壓縮機與第二換熱器的第一側(cè)輸入口連接，第二換熱器的第一側(cè)輸出口通過第一節(jié)流機構(gòu)與第一換熱器的介質(zhì)輸入口連接，所述第三換熱器的介質(zhì)輸出口通過第二節(jié)流機構(gòu)與第二換熱器的第二側(cè)輸入口連接，第二換熱器的第二側(cè)輸出口通過第二壓縮機與第三換熱器的介質(zhì)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(jié)流機構(gòu)及第二節(jié)流機構(gòu)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(huán)管道的進水口連接，第三換熱器的進水口與用水方循環(huán)管道的出水口連接。采用這種裝置，如果熱水源采用工業(yè)余熱水，則起到冷卻塔的作用，將工業(yè)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(yè)加熱用水的管道。采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明提供一種復疊制冷循環(huán)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(zhì)采用低溫制冷劑(即蒸發(fā)溫度較低的制冷劑)，低溫制冷劑吸收熱量并蒸發(fā)，然后通過循環(huán)在第二換熱器中的第一側(cè)冷凝，然后再循環(huán)到第一換熱器中，第二換熱器的第二側(cè)中 的介質(zhì)采用高溫制冷劑(即蒸發(fā)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(fā)，即，第二換熱器即是高溫制冷劑的蒸發(fā)器，也是低溫制冷劑的冷凝器，然后高溫制冷劑通過循環(huán)在第三換熱器中冷凝，散發(fā)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(fā)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(zhuǎn)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(yè)加熱用水或者參與城市供暖使用，本發(fā)明還可以將工業(yè)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(yè)冷卻水來使用，且無損失。本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)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(yè)加熱用水或者參與城市供暖使用的復疊制冷循環(huán)式高溫水源熱泵機組的控制方法。本發(fā)明提供的一個技術(shù)方案是本發(fā)明提供一種復疊制冷循環(huán)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(jù)低溫制冷劑的性能參數(shù)得到冷凝溫度；步驟2、控制器檢測第二壓縮機的蒸發(fā)壓力，從而根據(jù)高溫制冷劑的性能參數(shù)得到蒸發(fā)溫度；步驟3、控制器根據(jù)冷凝溫度得到低溫制冷劑釋放能量，并根據(jù)蒸發(fā)溫度得到高溫制冷劑吸收的能量，然后調(diào)節(jié)第一壓縮機、第二壓縮機、第一節(jié)流機構(gòu)和第二節(jié)流機構(gòu)使兩
者保持一致。作為優(yōu)選，所述步驟3中，調(diào)節(jié)第二壓縮機和第二節(jié)流機構(gòu)，從而調(diào)節(jié)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(xiàn)象發(fā)生，提高能效比。所述第二壓縮機的蒸發(fā)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(shù)據(jù)，在此數(shù)據(jù)下，復疊制冷循環(huán)式高溫水源熱泵機組的能效比較高。所述高溫制冷劑的環(huán)境性能參數(shù)為ODP (破壞臭氧潛能值)為0，GWP (全球變暖系數(shù)值)< 1000，臨界溫度彡110°C。采用這種參數(shù)的制冷劑效果最好。采用上述方法后，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明提供一種復疊制冷循環(huán)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(fā)壓力，從而通過調(diào)節(jié)第一壓縮機、第二壓縮機、第一節(jié)流機構(gòu)和第二節(jié)流機構(gòu)，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(tǒng)的穩(wěn)定性，本發(fā)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(zhuǎn)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(yè)加熱用水或者參與城市供暖使用。本發(fā)明還可以將工業(yè)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(yè)冷卻水來使用，且無損失。


附圖為本發(fā)明復疊制冷循環(huán)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(jié)流機構(gòu)，7、第二節(jié)流機構(gòu)，8、控制器，9、熱源水，10、排水裝置，11、循環(huán)管道的進水口，12、循環(huán)管道的出水口。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做詳細說明本發(fā)明提供的一個技術(shù)方案是本發(fā)明提供一種復疊制冷循環(huán)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(jié)流機構(gòu)6、第二節(jié)流機構(gòu)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(zhì)輸出口通過第一壓縮機4與第二換熱器2的第一側(cè)輸入口連接，第二換熱器2的第一側(cè)輸出口通過第一節(jié)流機構(gòu)6與第一換熱器I的介質(zhì)輸入口連接，所述第三換熱器3的介質(zhì)輸出口通過第二節(jié)流機構(gòu)7與第二換熱器2的第二側(cè)輸入口連接，第二換熱器2的第二側(cè)輸出口通過第二壓縮機5與第三換熱器3的介質(zhì)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(jié)流機構(gòu)6及第二節(jié)流機構(gòu)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(cè)及第一節(jié)流機構(gòu)6構(gòu)成低溫循環(huán)，低溫制冷劑為該循環(huán)的介質(zhì)，第三換熱器3，第二壓縮機5、第二換熱器2的第二側(cè)及第二節(jié)流機構(gòu)7構(gòu)成高溫循環(huán)，高溫制冷劑為該循環(huán)的介質(zhì)。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(fā)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(fā)器，第二換熱器2既是高溫制冷劑的蒸發(fā)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(jié)流機構(gòu)6和第二節(jié)流機構(gòu)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(huán)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(huán)管道的出水口 12連接。采用這種裝置，如果熱水源采用工業(yè)余熱水，則起到冷卻塔的作用，將工業(yè)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(zhì)。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(yè)加熱用水的管道。本發(fā)明提供一種復疊制冷循環(huán)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(zhì)采用低溫制冷劑(即蒸發(fā)溫度較低的制冷劑)，低溫制冷劑吸收熱量并蒸發(fā)，然后通過循環(huán)在第二換熱器中的第一側(cè)冷凝，然后再循環(huán)到第一換熱器中，第二換熱器的第二側(cè)中的介質(zhì)采用高溫制冷劑(即蒸發(fā)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(fā)，即，第二換熱器即是高溫制冷劑的蒸發(fā)器，也是低溫制冷劑的冷凝器，然后高溫制冷劑通過循環(huán)在第三換熱器中冷凝，散發(fā)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(fā)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(zhuǎn)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(yè)加熱用水或者參與城市供暖使用。本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)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(yè)加熱用水或者參與城市供暖使用的復疊制冷循環(huán)式高溫水源熱泵機組的控制方法。本發(fā)明提供的一個技術(shù)方案是本發(fā)明提供一種復疊制冷循環(huán)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(jù)低溫制冷劑的性能參數(shù)得到冷凝溫度；控制器通過在第一壓縮機的出口處設(shè)置壓力傳感器通過檢測第一壓縮機的排氣壓力，經(jīng)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(shù)由生產(chǎn)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(huán)的冷凝壓力。步驟2、控制器檢測第二壓縮機的蒸發(fā)壓力，從而根據(jù)高溫制冷劑的性能參數(shù)得到蒸發(fā)溫度；控制器通過在第二壓縮機的出口處設(shè)置壓力傳感器通過檢測第二壓縮機的排氣壓力，經(jīng)過修正后得到第二壓縮機的蒸發(fā)壓力，高溫制冷劑的性能參數(shù)由生產(chǎn)方提供。所述第二壓縮機的蒸發(fā)壓力即是指第二壓縮機所在的高溫循環(huán)的蒸發(fā)壓力。步驟3、控制器根據(jù)冷凝溫度得到低溫制冷劑釋放能量，并根據(jù)蒸發(fā)溫度得到高溫制冷劑吸收的能量，然后調(diào)節(jié)第一壓縮機、第二壓縮機、第一節(jié)流機構(gòu)和第二節(jié)流機構(gòu)使兩者保持一致。根據(jù)冷凝溫度得到低溫制冷劑釋放能量和根據(jù)蒸發(fā)溫度得到高溫制冷劑吸收的能量均為現(xiàn)有技術(shù)，故不詳述。作為優(yōu)選，所述步驟3中，調(diào)節(jié)第二壓縮機和第二節(jié)流機構(gòu)，從而調(diào)節(jié)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(xiàn)象發(fā)生，提高能效比。所述第二壓縮機的蒸發(fā)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(shù)據(jù)，在此數(shù)據(jù)下，復疊制冷循環(huán)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(shù)為ODP為0，GffP < 1000,臨界溫度彡110°C。采用這種參數(shù)的制冷劑效果最好。本實施例中采用德瑞中節(jié)能科技有限公司提供的ZHROl或ZHR03型號的制冷劑。本發(fā)明提供一種復疊制冷循環(huán)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(fā)壓力，從而通過調(diào)節(jié)第一壓縮機、第二壓縮機、第一節(jié)流機構(gòu)和第二節(jié)流機構(gòu)，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(tǒng)的穩(wěn)定性，本發(fā)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(zhuǎn)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(yè)加熱用水或者參與城市供暖使用。
權(quán)利要求
1.一種復疊制冷循環(huán)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(jié)流機構(gòu)(6)、第二節(jié)流機構(gòu)(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(zhì)輸出口通過第一壓縮機(4)與第二換熱器(2)的第一側(cè)輸入口連接，第二換熱器(2)的第一側(cè)輸出口通過第一節(jié)流機構(gòu)(6)與第一換熱器(I)的介質(zhì)輸入口連接，所述第三換熱器(3)的介質(zhì)輸出口通過第二節(jié)流機構(gòu)(7)與第二換熱器(2)的第二側(cè)輸入口連接，第二換熱器(2)的第二側(cè)輸出口通過第二壓縮機(5)與第三換熱器(3)的介質(zhì)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(jié)流機構(gòu)(6)及第二節(jié)流機構(gòu)(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復疊制冷循環(huán)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(huán)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(huán)管道的出水口(12)連接。
3.一種復疊制冷循環(huán)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(jù)低溫制冷劑的性能參數(shù)得到冷凝溫度； 步驟2、控制器(8)檢測第二壓縮機(5)的蒸發(fā)壓力，從而根據(jù)高溫制冷劑的性能參數(shù)得到蒸發(fā)溫度； 步驟3、控制器(8)根據(jù)冷凝溫度得到低溫制冷劑釋放能量，并根據(jù)蒸發(fā)溫度得到高溫制冷劑吸收的能量，然后調(diào)節(jié)第一壓縮機(4)、第二壓縮機(5)、第一節(jié)流機構(gòu)(6)和第二節(jié)流機構(gòu)(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(jù)權(quán)利要求3所述的復疊制冷循環(huán)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(diào)節(jié)第一壓縮機(4)、第二壓縮機(5)、第一節(jié)流機構(gòu)(6)和第二節(jié)流機構(gòu)(7)使兩者保持一致是指調(diào)節(jié)第二壓縮機(5)和第二節(jié)流機構(gòu)(7)，從而調(diào)節(jié)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(jù)權(quán)利要求3所述的復疊制冷循環(huán)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(fā)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(jù)權(quán)利要求3所述的復疊制冷循環(huán)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(shù)為ODP為0，GffP < 1000，臨界溫度彡110°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復疊制冷循環(huán)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(yè)加熱用水或者參與城市供暖使用，而且能夠把工業(yè)廢水冷卻到10～25℃，可以作為工業(yè)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(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者沙鳳岐, 祝富華 申請人:寧波天海制冷設(shè)備有限公司