专利名称：带冷热源互补器的制冷制热系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带冷热源互补器的制冷制热系统，主要由制热子系统、制 冷子系统、冷热源互补器和温度补偿器四部分构成。具体讲就是在制热子系 统和制冷子系统之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与制热子系统蒸发
器之间设置排冷循环管路，冷热源互补器与制冷子系统冷凝器之间设置排热循
环管路，以此实现冷热互补；在冷热源互补器上设置温度补偿器，包括过冷补 偿旁路和过热补偿旁路。整个系统通过系统控制器进行调控，在制冷的同时同 步实现制热。
背景技术：
随着科技和经济的发展，空调和热泵应用越来越广，技术越来越成熟，但 在市场应用当中，也存在出一些问题，比如
(1) 空调往往只考虑制冷过程，冷凝器产生的热量要设置一套散热系统排热。 特别是中央空调，往往在室外附设一个巨大的冷却塔与之配套，不仅投入大， 占用额外空间，而且运行费用高，夏季造成热污染，浪费水资源等。
(2) 热泵往往只考虑制热过程，附产冷量不易收集利用。水源热泵受环境条 件限制大，空气源热泵在北方冬季效率低而且易结霜，多数情况下热源造价和 排冷造价较高，既浪费冷量又不利推广。
(3) 现有的单级制冷或制热设备，如要实现深度制冷或制热，其能效比必然 降低。
(4) 目前市场上已出现将空调废热回收，直接加热冷水的技术，但其回收效 率低，未能实现能量充分利用。
(5) 在空调行业，为了深度制冷，采用多级(二级或二级以上)压縮机制冷 的机组或系统比较多见，但限于并联方式(即两个或两个以上制冷盘管置于同 一台蒸发器内，实现多回路运行，深度制冷)。这种方式缺陷之一是未考虑废热 的回收利用，缺陷之二是能效比提高有限，综合能耗指数仍然较高。
(6) 在热泵行业，为了深度制热，采用多级(二级或二级以上)的机组或系 统比较多见，但也限于并联方式(即两个或两个以上制热盘管置于同一台冷凝 器内，实现多回路运行，深度制热)。这种方式缺陷之一是未考虑冷量的回收利用，缺陷之二是能效比提高有限，综合能耗指数仍然较高。 根据上述情况，发明人构思如下一个新的系统
在制热子系统和制冷子系统之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与
制热子系统蒸发器之间设置排冷循环管路，冷热源互补器与制冷子系统冷凝器 之间设置排热循环管路。将制冷子系统附产的热流体和制热子系统附产的冷流 体在冷热源互补器中混合后循环，以此将制冷子系统附产的热量供给制热子系 统作为热源，将制热子系统附产的冷量供给制冷子系统作为冷源，从而形成一 个热源、冷源互补的串联大系统。系统一端生产高热流体，另一端生产深冷流 体。
根据申请人所知，目前还没有这样一种的设备或系统在市场上出现。
发明内容
本发明的目的是在制冷子系统与制热子系统之间串接一个冷热源互补器， 冷热源互补器与制热子系统蒸发器之间设置排冷循环管路，冷热源互补器与制 冷子系统冷凝器之间设置排热循环管路，将制冷子系统附产的热流体和制热子 系统附产的冷流体在冷热源互补器中混合后循环，达到将制冷子系统附产的热 量供给制热子系统作为热源，将制热子系统附产的冷量供给制冷子系统作为冷 源的目的，从而实现制热子系统深度制热，制冷子系统深度制冷。系统一端生 产高热流体，另一端生产深冷流体。
考虑制冷子系统产热和制热子系统吸热可能出现不平衡，冷热源互补器上 设置一个温度补偿器，实现制冷子系统和制热子系统的平稳高效运行。
本发明的技术方案如下
一种带冷热源互补器的制冷制热系统，其特征是由若干组(l一20组)压 縮机、冷凝盘管、膨胀阀、蒸发盘管组成若干个(1—20个)压縮回路，压縮回 路的冷凝盘管共有一个壳程构成冷凝器，压縮回路的蒸发盘管共有一个壳程构 成蒸发器，以此组成一个制热子系统；由若干组(l一20组)压縮机、冷凝器、 膨胀阀、蒸发器组成若干个(1—20个)压縮回路，压縮回路的冷凝盘管共有一 个壳程构成冷凝器，压縮回路的蒸发盘管共有一个壳程构成蒸发器，以此组成 一个制冷子系统；在制热子系统和制冷子系统之间串接一个冷热源互补器；冷 热源互补器与制热子系统蒸发器之间设置排冷循环管路，循环管路上设有循环泵；冷热源互补器与制冷子系统冷凝器之间设置排热循环管路，循环管路上设 有循环泵；冷热源互补器上分别带有冷流体导入管、偏热流体导出管和热流体 导入管、偏冷流体导出管，各管路上均设置电磁控制阀；各进出管路的电磁阀 输入信号线与系统控制器输出端相联，以此组成一个温度补偿器。
本发明的特征还在于所述的带冷热源互补器的制冷制热系统其特征是冷 热源互补器内部设置盘管换热器，外设盘管入口旁路和盘管出口旁路，旁路上 设置开关切换阀。
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热子系统设有分控器，制冷子系统也设有分控器，制冷、制热子系统分控器和 循环泵控制开关输入信号线与系统控制器输出端相联。
本发明的特征还在于所述的带冷热源互补器的制冷制热系统其特征是制 热子系统和制冷子系统所用制热剂、制冷剂，根据工况要求，可以是同一种制 剂，也可以是不同制剂。
本发明的特征还在于所述的带冷热源互补器的制冷制热系统其特征是所 述冷凝盘管、蒸发盘管和盘管换热器为金属盘管，根据传热强化要求，盘管外 侧可以穿套金属导热翅片。
本发明的有益效果
(1) 、由于制热子系统蒸发器吸热和制冷子系统冷凝器放热的冷热互补， 所以系统在节能的前提下，实现深度制冷和同步深度制热。热能和冷能都能得 到有效利用。
(2) 、压縮机工作温度范围窄，制热子系统和制冷子系统效率提高，制冷、 制热功耗降低。
(3) 、与单纯热泵比，不需要依赖环境热源条件，系统简化，投资降低， 能效比提高。
(4) 、与单纯空调比，可不附带室外冷却设备(冷却塔)，系统小型化，节 约附属设备投资，节省建筑空间。
(5) 、如选择合适的制冷剂(制热剂)，在保证制冷制热功效的前提下能实 现压縮机低压力工作，从而降低能耗。
6) 、设备工作环境可以全部室内化，操作维修费用降低。设备使用寿命加长。
图1是单压縮回路带冷热源互补器的制冷制热系统原理流程图
图2是双压縮回路带冷热源互补器的制冷制热系统原理流程图 图3是四压縮回路带冷热源互补器的制冷制热系统原理流程图 图中
10、制热子系统20、制冷子系统
1、制热子系统压縮机11、制冷子系统压縮机
2、制热子系统冷凝器12、制冷子系统冷凝器
3、制热子系统冷凝盘管13、制冷子系统冷凝盘管
4、高热流体出口14、深冷流体出口
5、中热流体入口15、中冷流体入口
6、制热剂储罐16、制冷剂储罐
7、制热子系统膨胀阀17、制冷子系统膨胀阀
8、制热子系统蒸发器18、制冷子系统蒸发器
9、制热子系统蒸发盘管19、制冷子系统蒸发盘管
21、排冷循环管22、排冷循环泵
23、排热循环管24、排热循环泵
25、直通入口阀26、直通出口阀
27、盘管入口阀28、盘管出口阀
29、 盘管换热器
30、 冷热源互补器
31、 热流体导入管 32、热流体导入控制阀 33、偏冷流体导出管 34、偏冷流体导出控制阀 35、冷流体导入管 36、冷流体导入控制阀 37、偏热流体导出管 38、偏热流体导出控制阀 40、系统控制器
具体实施例方式
本发明涉及一种带冷热源互补器的制冷制热系统，系统由制热子系统、制冷子系统冷热源互补器和温度补偿器四部分构成。具体讲就是在制热子系统 和制冷子系统之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与制热子系统蒸发器 之间设置排冷循环管路，冷热源互补器与制冷子系统冷凝器之间设置排热循环 管路。制冷子系统冷凝器产生的热流体通过排热循环管路进入冷热源互补器； 制热子系统蒸发器产生的冷流体通过排冷循环管路进入冷热源互补器；二者在 冷热源互补器内换热后返回循环，以此实现冷热互补。当制热子系统蒸发器产 生的冷量和制冷子系统冷凝器产生的热量不相等时，系统控制器通过温度补偿 器对冷热源互补器温度进行调控。
制热子系统独自完成"压縮——冷凝——节流——蒸发——压縮"循环， 在冷凝器放热生产热流体。制热子系统根据需要，可以是多组(l一20组)压縮 回路并联的设备。
制冷子系统独自完成"压縮——冷凝——节流——蒸发——压縮"循环， 在蒸发器吸热生产冷流体。制冷子系统根据需要，可以是多组(1—20组)压縮 回路并联的设备。
制冷子系统冷凝器产生的热流体通过排热循环管路进入冷热源互补器，制 热子系统蒸发器产生的冷流体通过排冷循环管路进入冷热源互补器，二者混合 换热后返回各自壳程，实现冷热互补。
考虑制冷子系统产热和制热子系统吸热可能出现不平衡，在冷热源互补器 上设置过冷补偿旁路和过热补偿旁路，合并称之为温度补偿器。温度补偿器通 过系统控制器进行调控。
过冷补偿旁路由热流体导入管、热流体导入控制阀、偏冷流体导出管、偏 冷流体导出控制阀组成；过热补偿旁路由冷流体导入管、冷流体导入控制阀、 偏热流体导出管、偏热流体导出控制阀组成。
当制冷子系统冷凝器产热大于制热子系统蒸发器吸热时，会导致制冷子系 统冷凝器温度升高，进而影响制冷子系统的制冷效果和运行工况，此时自动起 动过热补偿旁路，导入冷流体导出偏热流体(此时过冷补偿旁路处于关闭状态)； 当制冷子系统冷凝器产热小于制热子系统蒸发器吸热时，会导致制热子系统蒸 发器温度降低，进而影响制热子系统的制热效果和运行工况，此时自动起动过 冷补偿旁路，导入热流体导出偏冷流体(此时过热补偿旁路处于关闭状态)。附图中，当各种载热流体为同一种物质时，所述冷流体导入旁路、偏热流 体导出旁路与冷热源互补器直通，冷流体与冷热源互补器内流体混合取热后导 出；所述热流体导入旁路、偏冷流体导出旁路与冷热源互补器直通，热流体与 冷热源互补器内流体混合放热后导出。当各种载热流体不是同一种物质时，则 不能直通混合换热。此时过冷补偿旁路和过热补偿旁路要通过盘管换热器换热。
附图中，所述制冷子系统蒸发器输入中冷流体可以是常温新流体，也可以 是部分深冷流体换热升温后的循环流体；制热子系统冷凝器输入中热流体可以 是常温新流体，也可以是高热流体换热降温后的循环流体；冷流体导入旁路的 "冷流体"可以是常温新流体，也可以是部分深冷流体换热升温后的循环流体 或偏热流体换热降温后的循环流体；热流体导入旁路的"热流体"可以是常温 新流体，也可以是部分高热流体换热降温后的循环流体或偏冷流体换热升温后 的循环流体。
附图中，所述冷流体、中冷流体、偏冷流体、深冷流体、热流体、中热流 体、偏热流体、高热流体等根据工艺要求，可以是水、空气、或者其它汽、液 态物质。
下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式
进行说明 实施例h单压縮回路带冷热源互补器的制冷制热系统。见图l。 在可控制单压縮回路冷热互补制冷制热系统中，制热子系统由一个压縮回
路构成，制冷子系统由一个压縮回路构成。
制热子系统10、制冷子系统20和排冷循环泵22、排热循环泵24通过系统
控制器40同步启动。
制热子系统10的工作原理是
制热子系统压縮机1将气态的制热剂加压并送入制热子系统冷凝器2。制热 剂在制热子系统冷凝盘管3内变成液态并放出热量。中热流体从制热子系统中 热流体入口 5进入制热子系统冷凝器2，被制热剂放出热量加热制成高热流体并 从高热流体出口4输出。热量的交换依靠冷凝盘管3。冷凝降温后的制热剂经制 热剂储罐6、制热子系统膨胀阀7进入制热子系统蒸发器8，并在制热子系统蒸 发盘管9内蒸发汽化，吸热后变成气态。汽化后的制热剂被吸入制热子系统压 縮机1进行下一个制热循环。制冷子系统20的工作原理是
制冷子系统压縮机11将气态的制冷剂加压并送入制冷子系统冷凝器12。制 冷剂在制冷子系统冷凝盘管13内变成液态并放热。冷凝降温后的制冷剂经制冷 剂储罐16、制冷子系统膨胀阀17进入制冷子系统蒸发器18，并在制冷子系统 蒸发盘管19内蒸发汽化，汽化的同时要吸收大量的热量。中冷流体从制冷子系 统中冷流体入口 15进入制冷子系统蒸发器18，被吸收大量热量后冷却制成深冷 流体并从深冷流体出口 14输出。热量的交换依靠蒸发盘管19。
制热子系统10和制冷子系统20各自在不同的温度范围内工作。制热子系 统和制冷子系统所用制热剂、制冷剂，根据工况要求，可以是同一种制剂，也 可以是不同制剂
本发明中，从制热子系统蒸发器8到冷热源互补器30之间设置排冷循环管 21、排冷循环泵22;从制冷子系统冷凝器12到冷热源互补器30之间设置排热 循环管23、排热循环泵24，以此构成一个冷热流体混合循环系统。制热子系统 蒸发器8产生的冷流体进入冷热源互补器30，制冷子系统冷凝器12产生的热流 体进入冷热源互补器30，两者混合分别由排排冷循环泵22、热循环泵24送回 各自壳程。
考虑系统运行时，制热子系统蒸发器8产生的冷量与制冷子系统冷凝器12 产生的热量往往会失衡，本发明在冷热源互补器上设置温度补偿器，艮口
在冷热源互补器30上设置过热补偿旁路(包括冷流体导入管35和偏热 流体导出管37，冷流体导入控制阀36和偏热流体导出控制阀38)，通过系统控 制器调控该旁路的开闭及开通情况下偏热流体导出量；在冷热源互补器上设置 过冷补偿旁路(包括热流体导入管31和偏冷流体导出管33，热流体导入控制阀 32和偏冷流体导出控制阀34)，通过系统控制器调控该旁路的开闭及开通情况 下偏冷流体导出量。
图1中，热流体导入管31和冷流体导入管35在冷热源互补器30上使用同 一个入口 (称之为直通入口)， 二者依靠热流体导入控制阀32和冷流体导入控 制阀36切换使用；偏冷流体导出管33和偏热流体导出管37在冷热源互补器30 上使用同一个出口 (称之为直通出口)， 二者依靠偏冷流体导出控制阀34和偏 热流体导出控制阔38切换使用。所述冷流体、热流体与冷热源互补器中流体为同一种物质时，使用直通入口和直通出口。
直通入口旁列有盘管入口，直通出口旁列有盘管出口。盘管入口和盘管出
口与盘管换热器29相连。盘管换热器29设置在冷热源互补器30内部靠下位置。 当所述冷流体、热流体与冷热源互补器中流体为两种或两种以上流体时使用盘 管入口和盘管出口 ，这种情况下过热补偿旁路或过冷补偿旁路与冷热源互补器 中流体的换热依靠盘管换热器29。
使用直通入口和直通出口时，直通入口阀25和直通出口阀26开，盘管入 口阀27和盘管出口阀28关。
使用盘管入口和盘管出口时，直通入口阀25和直通出口阀26关，盘管入 口阀27和盘管出口阀28开。
图中，虚线表示系统控制器对连接设备的控制关系。
温度补偿器的工作状态分为下列三种情况
(1 )、制热子系统蒸发器8产生的冷量与制冷子系统冷凝器12产生的热量刚 好相等。此时，冷流体导入控制阀36、偏热流体导出控制阀38、热流体导入控 制阀32、偏冷流体导出控制阀34全部关闭，制热子系统10和制冷子系统20平 稳运行。
(2) 、制热子系统蒸发器8产生的冷量小于制冷子系统冷凝器12产生的热量。 此时，冷流体导入控制阀36、偏热流体导出控制阀38打开，热流体导入控制阀 32、偏冷流体导出控制阀34关闭，冷流体导入，偏热流体导出。通过调节冷流 体导入控制阀36和偏热流体导出控制阀38开度控制偏热流体导出流量(或热 量导出量)，从而控制制热子系统10和制冷子系统20平稳运行。
(3) 、制热子系统蒸发器8产生的冷量大于制冷子系统冷凝器12产生的热量。 此时，冷流体导入控制阀36、偏热流体导出控制阀38关闭，热流体导入控制阀 32、偏冷流体导出控制阀34打开，热流体导入，偏冷流体导出。通过调节热流 体导入控制阀32和偏冷流体导出控制阀34开度控制偏冷流体导出流量(或热 量导出量)，从而控制制热子系统10和制冷子系统20平稳运行。
实施例2:双压縮回路带冷热源互补器的制冷制热系统。见图2。 图2是双压縮回路带冷热源互补器的制冷制热系统原理流程图，其制冷与 制热工作原理、控制原理与可控制单压縮回路带冷热源互补器的制冷制热系统完全相同，这里就不赘述。所不同的是制热子系统有两个压縮回路，与单压 縮回路比具备更大的功率和更强的制热能力；制冷子系统有两个压縮回路，与 单压縮回路比具备更大的功率和更强的制冷能力。整个系统的深冷流体和高热 流体的温差加大。制热子系统的分控器对自有两个压縮回路工况都进行调控； 制冷子系统的分控器对自有两个压縮回路工况都进行调控。
实施例3:四压縮回路带冷热源互补器的制冷制热系统。见图3。 图3是四压縮回路带冷热源互补器的制冷制热系统原理流程图，其制冷与 制热工作原理、控制原理与双压縮回路带冷热源互补器的制冷制热系统完全相
同，这里也不赘述。所不同的是制热子系统有四个压縮回路，与双压縮回路 比具备更大的功率和更强的制热能力；制冷子系统有四个压縮回路，与双压縮 回路比具备更大的功率和更强的制冷能力。整个系统的深冷流体和高热流体的 温差加大。制热子系统的分控器对自有的四个压縮回路工况都进行调控；制冷 子系统的分控器对自有的四个压縮回路工况都进行调控。
更多个压縮回路的带冷热源互补器的制冷制热系统以此类推。
权利要求
1、一种带冷热源互补器的制冷制热系统，其特征是由若干组(1-20组)压缩机、冷凝盘管、膨胀阀、蒸发盘管组成若干个(1-20个)压缩回路，压缩回路的冷凝盘管共有一个壳程构成冷凝器，压缩回路的蒸发盘管共有一个壳程构成蒸发器，以此组成一个制热子系统；由若干组(1-20组)压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成若干个(1-20个)压缩回路，压缩回路的冷凝盘管共有一个壳程构成冷凝器，压缩回路的蒸发盘管共有一个壳程构成蒸发器，以此组成一个制冷子系统；在制热子系统和制冷子系统之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与制热子系统蒸发器之间设置排冷循环管路，循环管路上设有循环泵；冷热源互补器与制冷子系统冷凝器之间设置排热循环管路，循环管路上设有循环泵；冷热源互补器上分别带有冷流体导入管、偏热流体导出管和热流体导入管、偏冷流体导出管，各管路上均设置电磁控制阀；各进出管路的电磁阀输入信号线与系统控制器输出端相联，以此组成一个温度补偿器。
2、 根据权利要求1所述的带冷热源互补器的制冷制热系统其特征是冷热源互补 器内部设置盘管换热器，外设盘管入口旁路和盘管出口旁路，旁路上设置开关 切换阀。
3、 根据权利要求1所述的带冷热源互补器的制冷制热系统其特征是制热子系统 设有分控器，制冷子系统也设有分控器，制冷、制热子系统分控器和循环泵控 制开关输入信号线与系统控制器输出端相联。
4、 根据权利要求1所述的带冷热源互补器的制冷制热系统其特征是制热子系统 和制冷子系统所用制热剂、制冷剂，根据工况要求，可以是同一种制剂，也可 以是不同制剂。
5、 根据权利要求1所述的带冷热源互补器的制冷制热系统其特征是所述冷凝盘 管、蒸发盘管和盘管换热器为金属盘管，根据传热强化要求，盘管外侧可以穿 套金属导热翅片。
全文摘要
一种带冷热源互补器的制冷制热系统，主要由制热子系统、制冷子系统、冷热源互补器和温度补偿器四部分构成。具体讲就是在制热子系统和制冷子系统之间串接一个冷热源互补器；冷热源互补器与制热子系统蒸发器之间设置排冷循环管路，冷热源互补器与制冷子系统冷凝器之间设置排热循环管路，以此实现冷热互补；在冷热源互补器上设置温度补偿器，包括过冷补偿旁路和过热补偿旁路。整个系统通过系统控制器进行调控，在制冷的同时同步实现制热。
文档编号F25B1/00GK101592417SQ200810108478
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者吕瑞强 申请人:吕瑞强