专利名称：冷热源互补的同步制冷制热机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷热源互补的同步制冷制热机组，具体讲就是将制热端副 产的冷量供给制冷端作冷源，而将制冷端副产的热量供给制热端作热源，从而 实现冷热互补的这样一种组合机组，这种机组一端生产高热流体， 一端生产深 冷流体。
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，副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)。这种并联的多级制冷机组优点是各回路运行独立稳定，无相互干扰，故障率低。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)。这种并联的多级制热机组优点也是各回路 运行独立稳定，无相互干扰，故障率低。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
将制热压縮回路蒸发盘管和制冷压縮回路冷凝盘管设置在同一壳程内，将 制冷压縮回路副产的热量供给制热压縮回路作为热源，实现冷热互补，从而达 到机组一端生产高热流体，另一端生产深冷流体的目的。
据申请人所知，目前还没有这样一种的设备在市场上出现。
发明内容
本发明将制热压縮回路蒸发盘管和制冷压縮回路蒸发盘管设置在同一壳程 内构成冷热互补器。由于制热压縮回路蒸发盘管吸热而制冷压縮回路冷凝盘管 放热，所以二者在冷热互补器内实现冷热互补，从而达到机组一端生产高热流 体，另一端生产深冷流体的目的。
考虑制冷端冷凝盘管产热和制热端冷凝盘管吸热可能出现不平衡，在冷热 互补器壳程设置温度补偿器，调控制热压縮回路和制冷压縮回路平稳高效运行。
本发明的技术方案如下
一种冷热源互补的同步制冷制热机组，其特征是由若干组(1—18组)压 縮机、冷凝盘管、膨胀阀、蒸发盘管组成若干个(1一18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，以此组成机组制热端；由若干组(1—18组)压縮机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器 组成若干个(1一18个)压縮回路，压縮回路的冷凝盘管共有一个壳程，压縮回 路的蒸发盘管共有一个壳程构成蒸发器，以此组成机组制冷端；制热端蒸发盘 管与制冷端冷凝盘管交错设置，共用一个壳程构成冷热互补器；冷热互补器设 有过冷补偿旁路和过热补偿旁路，各旁路上均设置电磁控制阀，电磁控制阀的 工作由机组控制器调控，以此构成温度补偿器。
本发明的特征还在于制热端压縮回路的运行控制和制冷端压缩回路的运 行控制也设置在机组控制器上。
本发明的特征还在于制热端和制冷端所用制热剂、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冷凝盘管与蒸发盘管为金属盘管，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) 、由于制热端蒸发盘管吸热和制冷端冷凝管放热实现冷热互补，所以 在节能的前提下，达到了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，制热端和制冷端效率提高，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是单压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机组原理流程图 图2是双压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机组原理流程图 图3是四压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机组原理流程图 图中
10、机组外缘
1、制热端压縮机11、制冷端压縮机
2、制热端冷凝器
3、制热端冷凝盘管13、制冷端冷凝盘管
4、高热流体出口14、深冷流体出口
5、制热端中热流体入口15、制冷端中冷流体入口
6、制热剂储罐16、制冷剂储罐
7、制热端膨胀阀17、制冷端膨胀阀
8、冷热互补器18、制冷端蒸发器
9、制热端蒸发盘管19、制冷端蒸发盘管
20、机组控制器
21、偏热流体导出管22、偏热流体导出控制阀
23、冷流体导入管24、冷流体导入控制阀
25、热流体导入管26、热流体导入控制阀
27、偏冷流体导出管28、偏冷流体导出控制阀图中，虚线表示机组控制器对所联接设备的控制关系。
具体实施例方式
本发明涉及一种冷热源互补的同步制冷制热机组，将制热压縮回路蒸发盘 管和制冷压縮回路冷凝盘管设置在同一壳程内，将制冷端副产的热量供给制热 端作为热源，实现冷热互补，从而达到机组一端生产高热流体，另一端生产深 冷流体的目的。
考虑制冷端产热和制热端吸热可能出现不平衡，在该壳程设置一个温度补 偿器，实现制冷端和制热端的平稳高效运行。
所谓温度补偿器就是在冷热互补器上设置过冷补偿旁路和过热补偿旁路。 过热补偿旁路由冷流体导入旁路、偏热流体导出旁路构成，过冷补偿旁路由热 流体导入旁路、偏冷流体导出旁路构成。过冷补偿旁路和过热补偿旁路通过机 组控制器自动进行调控。
制热端独自完成"压縮——冷凝——节流——蒸发——压縮"循环，在
冷凝器放热生产高热流体。制热端根据需要，可以是多个(1—18个)压縮回路 并联的设备。
制冷端独自完成"压縮——冷凝——节流——蒸发——压縮"循环，在 蒸发器吸热生产深冷流体。制冷端根据需要，可以是多个(1一18个)压縮回路 并联的设备。
制冷端冷凝盘管产生的热量通过壳程流体传给制热端蒸发盘管，实现冷热 互补。制冷端冷凝器产热和制热端蒸发器吸热可能出现不平衡，运行时温度补 偿器通过机组控制器自动进行调控。
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。
当制冷端冷凝盘管产热大于制热端蒸发盘管吸热时，会导致冷热互补器温 度升高，进而影响制冷端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)；当制冷端冷凝器 产热小于制热端蒸发器吸热时，会导致冷热互补器温度降低，进而影响制热端 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，冷流体导入旁路和偏热流体导出旁路直接设置在冷热互补器壳程； 热流体导入旁路和偏冷流体导出旁路直接设置在冷热互补器壳程。
附图中，制冷端蒸发器输入的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；制热端冷凝器输入的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"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，所标注"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l:单压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机组。见图l。
在单压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机组中，制热端由一个压縮回路 构成，制冷端由一个压縮回路构成。
制热端和制冷端通过机组控制器20同步启动。制热端的工作原理是
制热端压縮机1将气态的制热剂加压并送入制热端冷凝器2。制热剂在制热 端冷凝盘管3内变成液态并放出热量。中热流体从制热端中热流体入口 5进入 制热端冷凝器2，被制热剂放出的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。冷凝后的制热剂经制热剂储罐6、制热端膨胀 阀7进入冷热互补器8，并在制热端蒸发盘管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端压縮机1进行下一个制热循环。
制冷端的工作原理是
制冷端压縮机11将气态的制冷剂加压并送入冷热互补器8。制冷剂在制冷 端冷凝盘管13内变成液态并放热。冷凝后的制冷剂经制冷剂储罐16、制冷端膨 胀阀17进入制冷端蒸发器18，并在制冷端蒸发盘管19内蒸发汽化，汽化的同 时要吸收大量的热量。中冷流体从制冷端中冷流体入口15进入制冷端蒸发器18， 被吸收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。
制热端和制冷端各自在不同的温度范围内工作。制热端和制冷端所用制热 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， 一旦设备运行，在冷热互补器8里面，制热端蒸发盘管9吸热 与制冷端冷凝盘管13放热之间实现了冷热互补。
考虑机组运行时，制热端蒸发盘管9吸收的热量与制冷端冷凝盘管13产生 的热量往往会失衡，本发明设置温度补偿器，艮P:
在冷热互补器上面设置过热补偿旁路(包括冷流体导入管23和偏热流体 导出管21，冷流体导入控制阀24和偏热流体导出控制阀22)，通过机组控制器 调控该旁路的开闭及开通情况下偏热流体导出量；在冷热互补器上面设置过冷补偿旁路(包括热流体导入管25和偏冷流体导出管27，热流体导入控制阀26 和偏冷流体导出控制阀28)，通过机组控制器调控该旁路的开闭及开通情况下偏 冷流体导出量。
温度补偿器的工作状态分为下列三种情况
(1 )、制热端蒸发盘管9吸收的热量与制冷端冷凝盘管13产生的热量刚好相 等。此时，冷流体导入控制阀24、偏热流体导出控制阀22、热流体导入控制阔 26、偏冷流体导出控制阀28全部关闭，制热端和制冷端平稳运行。
(2) 、制热端蒸发盘管9吸收的热量小于制冷端冷凝盘管13产生的热量。此 时，冷流体导入控制阀24、偏热流体导出控制阀22打开，热流体导入控制阀 26、偏冷流体导出控制阀28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24和偏热流体导出控制阀22的开度控制偏热流体导出流量，从 而控制制热端和制冷端平稳运行。
(3) 、制热端蒸发盘管9吸收的热量大于制冷端冷凝盘管13产生的热量。此 时，冷流体导入控制阀24、偏热流体导出控制阀22关闭，热流体导入控制阀 26、偏冷流体导出控制阀28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26和偏冷流体导出控制阀28的开度控制偏冷流体导出流量，从 而控制制热端和制冷端平稳运行。
制冷端和制热端的压縮回路运行以及以上三种温度补偿工况运行全部由机 组控制器自动控制。
实施例2:双压缩回路冷热源互补的同步制冷制热机组。见图2。 图2是双压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机组原理流程图，其制冷与 制热工作原理、温度补偿控制原理与单压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机 组完全相同，这里就不赘述。所不同的是制热端有两个压縮回路，与单压縮回路比具备更大的功率和更强的制热能力；制冷端有两个压縮回路，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。机组控制器分别对制热端的两个压縮回路，制冷端的两个压縮回路 工况都进行调控。
实施例3:四压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机组。见图3。 图3是四压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机组原理流程图，其制冷与 制热工作原理、温度补偿控制原理与双压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机 组完全相同，这里也不赘述。所不同的是制热端有四个压縮回路，与双压縮 回路比具备更大的功率和更强的制热能力；制冷端有四个压縮回路，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。机组控制器分别对制热端的四个压縮回路，制冷端的四个压縮回路 工况都进行调控。
更多个压縮回路冷热源互补的同步制冷制热机组以此类推。
权利要求
1、一种冷热源互补的同步制冷制热机组，其特征是由若干组(1-18组)压缩机、冷凝盘管、膨胀阀、蒸发盘管组成若干个(1-18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，以此组成机组制热端；由若干组(1-18组)压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成若干个(1-18个)压缩回路，压缩回路的冷凝盘管共有一个壳程，压缩回路的蒸发盘管共有一个壳程构成蒸发器，以此组成机组制冷端；制热端蒸发盘管与制冷端冷凝盘管交错设置，共用一个壳程构成冷热互补器；冷热互补器上设有过冷补偿旁路和过热补偿旁路，各旁路上均设置电磁控制阀，机组控制器的输出信号线联通各旁路电磁控制阀，以此构成温度补偿器。
2、 根据权利要求l所述的冷热源互补的同步制冷制热机组，其特征是制热端压 縮回路的运行控制输入信号线和制冷端压縮回路的运行控制输入信号线连接在 机组控制器上。
3、 根据权利要求l所述的冷热源互补的同步制冷制热机组，其特征是制热端和 制冷端所用制热剂、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。
4、 根据权利要求l所述的冷热源互补的同步制冷制热机组，其特征是所述冷凝 盘管与蒸发盘管为金属盘管，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
本发明涉及一种冷热源互补的同步制冷制热机组。将制热压缩回路蒸发盘管和制冷压缩回路冷凝盘管设置在同一壳程内，将制冷压缩回路副产的热量供给制热压缩回路作为热源，实现冷热互补，从而达到机组一端生产高热流体，另一端生产深冷流体的目的。考虑制冷端冷凝盘管产热和制热端冷凝盘管吸热可能出现不平衡，在冷热互补器壳程设置温度补偿器，调控制热压缩回路和制冷压缩回路平稳高效运行。压缩回路运行和温度补偿器的运行由机组控制器调控。
文档编号F25B1/00GK101586892SQ20081010784
公开日2009年11月25日 申请日期2008年5月22日 优先权日2008年5月22日
发明者吕瑞强 申请人:吕瑞强