一种热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统及控制方法技术方案

本申请公开了一种热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统及控制方法，所述冷热水均衡系统包括第一散热系统、蒸汽加热系统、蓄热热水箱、双效热泵机组、三效热泵机组、蓄冷冷水箱以及散冷系统。本申请结合实际生产应用，针对农产品、水产品等高湿物料干燥加工过程中，冷热量应用较难均衡控制、顾此失彼的现状，提出一种热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统，设计双效热泵机组、三效热泵机组和蒸汽加热系统联合制取冷热水，将冷热水分开储藏于冷热水箱中，供给农产品干燥烘房所需冷热，实现一托多，缩减设备初始投资成本，减少干燥过程中冷热量的损耗，节约干燥总成本。

【技术实现步骤摘要】
一种热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统及控制方法
本申请涉及热能利用及电气控制领域，具体涉及一种热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统及控制方法。
技术介绍
农产品干燥是一个能耗很大的领域，而传统农产品烘干的主要热源有蒸汽、燃烧矿物质燃料、燃烧木柴等。近年来，国家大力倡导绿色、协调发展，人们颇为关注农产品水源或者空气源热泵除湿干燥技术。事实上，上述除热泵除湿干燥以外，其它热源的农产品烘干都是采用排湿的方式，如此将会有大量高温高湿空气排至环境，不仅造成了能源的浪费，而且也是对环境的热污染。热泵除湿干燥的主要热能来源水(或者空气)中，且水和空气中的热能廉价，甚至是无偿使用，较大的减少了能耗成本。热泵除湿干燥的优势不仅在于节能，而且其有效的将冷、热进行了循环利用，其冷端为蒸发器主要起除湿作用，热端为冷凝器主要起升温作用，因此，热泵除湿干燥机应用于某些农产品物料干燥几乎能够达到全封闭干燥。然而，农产品干燥过程所需冷热量与热泵除湿干燥机制取的冷热量并不能完全匹配。因此，农产品热泵干燥过程中将会出现热量供给充足，而冷量不足以满足除湿，此时只能回到采用排湿风机排出湿热。综上，无论采用蒸汽等排湿烘干或者采用热泵除湿干燥，都较难满足农产品烘干过程中的冷、热的均衡需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本申请提供一种热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统及控制方法，以更好地满足农产品烘干过程中的冷量均衡需求。为了实现上述任务，本申请采用以下技术方案：一种热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统，包括第一散热系统、蒸汽加热系统、蓄热热水箱、双效热泵机组、三效热泵机组、蓄冷冷水箱以及散冷系统，其中：所述第一散热系统与蓄热热水箱连接，用于通过对蓄热热水箱中的热水进行循环散去多余热量以维持蓄热热水箱中的水温；所述蒸汽加热系统与蓄热热水箱连接，蒸汽加热系统包括放热系统和换热回路，其中放热系统用于将蒸汽通过换热的方式，将蒸汽的热量经由所述换热回路提供给蓄热热水箱，以向蓄热热水箱中提供热水；所述双效热泵机组、三效热泵机组均分别与蓄热热水箱、蓄冷冷水箱构成制热回路和制冷回路，用于向蓄热热水箱、蓄冷冷水箱同时提供制取的冷水和热水；其中，所述三效热泵机组上连接有第二散热系统，三效热泵机组通过第二散热系统实现单独制取冷水的功能；所述散冷系统连接在蓄冷冷水箱上，用于均衡蓄冷冷水箱的冷量，通过循环的方式对蓄冷冷水箱多余的冷量进行散失。进一步地，所述第一散热系统包括第一冷却水塔、第一水泵和第一球阀，其中，所述蓄热热水箱的出水口与第一冷却水塔的入水口连接，第一冷却水塔的出水口连接第一水泵的入水口，第一水泵的出水口连接蓄热热水箱的入水口从而形成一个热水循环回路，第一球阀设置在蓄热热水箱和第一冷却水塔之间的管路上。进一步地，所述蒸汽加热系统的放热回路包括蒸汽入口、蒸汽板式换热器、冷却水箱、涡街流量计、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、疏水阀和电磁阀，所述蒸汽入口通过管路与蒸汽板式换热器的热源入口连接，蒸汽板式换热器的热源出口通过管路与冷却水箱连接；在蒸汽入口与蒸汽板式换热器之间的管路上依次设置所述第一截止阀、电磁阀、第二截止阀和涡街流量计，在蒸汽板式换热器与冷却水箱之间的管路上依次设置所述第三截止阀、疏水阀。进一步地，所述蒸汽加热系统的换热回路包括第二水泵、第二球阀、第三球阀、第一水流开关，所述蓄热热水箱的出水口与所述蒸汽板式换热器的冷却水入口通过管路连接，蒸汽板式换热器的冷却水出口与蓄热热水箱的入水口通过管路连接，从而形成一个单独的制造热水回路；其中在蓄热热水箱的出水口与蒸汽板式换热器的冷却水入口之间的管路上依次设置所述第一水流开关、第二球阀、第二水泵、第三球阀。进一步地，所述双效热泵机组包括多个冷热水子系统，其中每个冷热水子系统分别用于制取冷水和热水，每个冷热水子系统包括压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、气液分离器、储液器，各部件之间通过铜管连接，铜管内流动有制冷剂，制冷剂在蒸发器处吸收热量，在冷凝器处释放热量；所述多个子系统的蒸发器与蓄冷冷水箱之间通过冷水管形成制冷回路，多个子系统的冷凝器与蓄热热水箱之间通过热水管连接形成制热回路。进一步地，所述三效热泵机组是在双效热泵机组的基础上，每个冷热水子系统中多添加了一台冷凝器，并在三效热泵机组上设置了所述第二散热系统。进一步地，所述热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统应用在烘房中时，冷热水均衡系统向烘房提供冷热水，并通过检测冷热水温进行反馈调节，烘房与蓄冷冷水箱、蓄热热水箱之间的冷热水输送由循环水泵和水电磁阀控制；烘房在去除新鲜农产品中水分时需要的热量由蓄热热水箱提供，蓄热热水箱通过管路连接烘房的加热器，热水经过烘房内的加热器与空气换热加热烘房内空气介质，空气介质经风机输送在烘房内循环，平流穿过物料区与高湿新鲜农产品对流换热，空气介质变成高湿空气介质，然后回流穿过除湿器，除湿器通过管路连接系统的蓄冷冷水箱，高湿空气介质遇除湿器的冷管，液化降湿变成低温低湿空气介质，而后穿过加热器，等湿加热为高温空气介质，干燥介质如此循环，新鲜农产品中水分不断蒸发与空气介质热湿交换，最终达到干燥标准水分。进一步地，若检测到冷水温降低速率快而热水温度升高速率较慢，则优先关闭三效热泵机组，当蓄冷冷水箱中的冷水水温达到设定值而蓄热热水箱中的热水温度未达到，开启蒸汽加热系统单独制取热水；若检测到热水温度升高速率较快而冷水水温距离设定温度值较大，逐步减少双效热泵机组开启数量，当热水温度已达设定温度值时，开启三效热泵机组单独制冷水功能。进一步地，开关双效热泵机组数量、三效热泵机组数量和蒸汽加热系统通过设定多个热水温度偏差值来决定，当实测热水温度与目标温度达到不同的温度值时分别代表开启或者关闭相应数量的双效热泵机组、三效热泵机组和开启蒸汽加热系统。一种热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1，分别设定蓄热热水箱中热水的目标温度Th0和蓄冷冷水箱中冷水的目标温度Tc0，并设定好烘房的干燥工艺；步骤2，检测蓄冷冷水箱、蓄热热水箱中的水位是否均达到预定容量的条件，如不满足，则向不满足条件的水箱中补水直至水量大于预定容量，如满足，则转到步骤3；检测蓄热热水箱中的热水温度Th是否低于预设的热水预警温度且蓄冷冷水箱中的冷水温度Tc是否高于预设的冷水预警温度且一直升高，如是，则进行报警；步骤3，检查蓄热热水箱与双效热泵机组、三效热泵机组、蒸汽加热系统之间的热水水路，以及蓄冷冷水箱与双效热泵机组、三效热泵机组之间的冷水水路，和均衡系统与烘房之间的冷热水水路是否正常；同时检查烘房内的温度、湿度是否达到工艺要求，对于水路不正常或者温湿度达不到要求的情况进行报警；步骤4，开启m个双效热泵机组和P个三效热泵机组，在进行冷热水制取过程中，实时检测蓄冷冷水箱中的热水温度和蓄热热水箱中的冷水温度，当热水温度和冷水温度均达到对应的目标温度时，执行步骤5，否则进行判断：当热水温度与目标温度Th0之间的差值ΔTh大于设定的温度阈值Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统，其特征在于，包括第一散热系统(1)、蒸汽加热系统(2)、蓄热热水箱(3)、双效热泵机组(4)、三效热泵机组(5)、蓄冷冷水箱(6)以及散冷系统(7)，其中：/n所述第一散热系统(1)与蓄热热水箱(3)连接，用于通过对蓄热热水箱(3)中的热水进行循环散去多余的热量以维持蓄热热水箱(3)中的水温；/n所述蒸汽加热系统(2)与蓄热热水箱(3)连接，蒸汽加热系统(2)包括放热系统和换热回路，其中放热系统用于将蒸汽通过换热的方式，将蒸汽的热量经由所述换热回路提供给蓄热热水箱(3)，以向蓄热热水箱(3)中提供热水；/n所述双效热泵机组(4)、三效热泵机组(5)均分别与蓄热热水箱(3)、蓄冷冷水箱(6)构成制热回路和制冷回路，用于向蓄热热水箱(3)、蓄冷冷水箱(6)同时提供制取的冷水和热水；其中，所述三效热泵机组(5)上连接有第二散热系统(8)，三效热泵机组(5)通过第二散热系统(8)实现单独制取冷水的功能；/n所述散冷系统(7)连接在蓄冷冷水箱(6)上，用于均衡蓄冷冷水箱(6)的冷量，通过循环的方式对蓄冷冷水箱(6)多余的冷量进行散失。/n

【技术特征摘要】
1.一种热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统，其特征在于，包括第一散热系统(1)、蒸汽加热系统(2)、蓄热热水箱(3)、双效热泵机组(4)、三效热泵机组(5)、蓄冷冷水箱(6)以及散冷系统(7)，其中：
所述第一散热系统(1)与蓄热热水箱(3)连接，用于通过对蓄热热水箱(3)中的热水进行循环散去多余的热量以维持蓄热热水箱(3)中的水温；
所述蒸汽加热系统(2)与蓄热热水箱(3)连接，蒸汽加热系统(2)包括放热系统和换热回路，其中放热系统用于将蒸汽通过换热的方式，将蒸汽的热量经由所述换热回路提供给蓄热热水箱(3)，以向蓄热热水箱(3)中提供热水；
所述双效热泵机组(4)、三效热泵机组(5)均分别与蓄热热水箱(3)、蓄冷冷水箱(6)构成制热回路和制冷回路，用于向蓄热热水箱(3)、蓄冷冷水箱(6)同时提供制取的冷水和热水；其中，所述三效热泵机组(5)上连接有第二散热系统(8)，三效热泵机组(5)通过第二散热系统(8)实现单独制取冷水的功能；
所述散冷系统(7)连接在蓄冷冷水箱(6)上，用于均衡蓄冷冷水箱(6)的冷量，通过循环的方式对蓄冷冷水箱(6)多余的冷量进行散失。


2.根据权利要求1所述的热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统，其特征在于，所述第一散热系统(1)包括第一冷却水塔、第一水泵和第一球阀，其中，所述蓄热热水箱(3)的出水口与第一冷却水塔的入水口连接，第一冷却水塔的出水口连接第一水泵的入水口，第一水泵的出水口连接蓄热热水箱(3)的入水口从而形成一个热水循环回路，第一球阀设置在蓄热热水箱(3)和第一冷却水塔之间的管路上。


3.根据权利要求1所述的热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统，其特征在于，所述蒸汽加热系统(2)的放热回路包括蒸汽入口、蒸汽板式换热器、冷却水箱、涡街流量计、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、疏水阀和电磁阀，所述蒸汽入口通过管路与蒸汽板式换热器的热源入口连接，蒸汽板式换热器的热源出口通过管路与冷却水箱连接；在蒸汽入口与蒸汽板式换热器之间的管路上依次设置所述第一截止阀、电磁阀、第二截止阀和涡街流量计，在蒸汽板式换热器与冷却水箱之间的管路上依次设置所述第三截止阀、疏水阀。


4.根据权利要求1所述的热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统，其特征在于，所述蒸汽加热系统(2)的换热回路包括第二水泵、第二球阀、第三球阀、第一水流开关，所述蓄热热水箱(3)的出水口与所述蒸汽板式换热器的冷却水入口通过管路连接，蒸汽板式换热器的冷却水出口与蓄热热水箱(3)的入水口通过管路连接，从而形成一个单独的制造热水回路；其中在蓄热热水箱(3)的出水口与蒸汽板式换热器的冷却水入口之间的管路上依次设置所述第一水流开关、第二球阀、第二水泵、第三球阀。


5.根据权利要求1所述的热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统，其特征在于，所述双效热泵机组(4)包括多个冷热水子系统，其中每个冷热水子系统分别用于制取冷水和热水，每个冷热水子系统包括压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、气液分离器、储液器，各部件之间通过铜管连接，铜管内流动有制冷剂，制冷剂在蒸发器处吸收热量，在冷凝器处释放热量；
所述多个子系统的蒸发器与蓄冷冷水箱(6)之间通过冷水管形成制冷回路，多个子系统的冷凝器与蓄热热水箱(3)之间通过热水管连接形成制热回路。


6.根据权利要求1所述的热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统，其特征在于，所述三效热泵机组(5)是在双效热泵机组(4)的基础上，每个冷热水子系统中多添加了一台冷凝器，并在三效热泵机组(5)上设置了所述第二散热系统(8)。


7.根据权利要求1所述的热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统，其特征在于，所述热泵蒸汽联合的冷热水均衡系统应用在烘房中时，冷热水均衡系统向烘房提供冷热水，并通过检测冷热水温进行反馈调节，烘房与蓄冷冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙成树，汤石生，陈永春，吴耀森，刘清化，李浩权，龚丽，刘军，肖波，叶开愚，
申请(专利权)人：广东省现代农业装备研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44