分级分压模块化热能提升系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种分级分压模块化热能提升系统及其控制方法，包括并联的多级热泵模块，所述热泵模块包括蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀；蒸发器包括废热水换热管和第一制冷剂换热通道；冷凝器包括第二制冷剂换热通道和供热水换热管；第一制冷剂换热通道、压缩机、第二制冷剂换热通道以及节流阀首尾连接，实现闭式循环；相邻的热泵模块的废热水换热管相连通；相邻的热泵模块的供热水换热管相连通。本发明专利技术通过使用多级热泵模块并联，实现热泵模块分级、分压运行。通过对单级热泵进行模块化处理，可根据实际情况，如运行工况、成本等，控制运行的热泵模块数量，组合便捷，适用性更广。适用性更广。适用性更广。

【技术实现步骤摘要】
分级分压模块化热能提升系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及热泵控制领域，具体地，涉及一种分级分压模块化热能提升系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]中国是全球第一大制造业国家，焦炭、黑色金属冶炼(钢铁)、有色金属冶炼、非金属制造、化工等行业数量多，产品产量大。工业能耗占我国总能耗的70％以上，其中至少50％转化为载体不同、温度不同的工业余热，而目前我国工业余热回收率仅约30％，其余以废热形式排放到大气或水体中，能源利用效率偏低。热泵是一种提高热能品位的有效技术，尤其适用于从空气或工业废热中吸收热量，并广泛应用于工业干燥、加热、区域集中供热等领域，以替代传统燃煤、燃气锅炉，达到提高能源利用率和节能减排的目的。
[0003]如专利文献CN110645710A公开的一种能回收余热的热泵热水机，其特征在于：它包括热泵本体，所述热泵本体的内侧设置有蒸发翅片，所述热泵本体的一侧设置有冷水进口，所述冷水进口的一侧设置有热水出口，所述热水出口的上侧设置有压力表，所述热泵本体的上侧设置有进风处，其特征在于：所述热泵本体的下侧设置有移动轮，所述热泵本体的内侧靠近蒸发翅片的上端设置有喷淋管，所述进风处的上侧设置有防护机构，所述进风处的一侧设置有储水箱，所述储水箱的一端设置有连接管，所述储水箱与喷淋管通过连接管进行内部连通，所述储水箱的一侧设置有清洁进水口，所述热泵本体的另一侧设置有清洁排水口，所述热泵本体的一侧靠近压力表设置有安装块，所述安装块的一侧设置有盖板。
[0004]即类似上述的回收低品位余热输出热水的压缩式热泵系统是极具节能意义的设备，有很好的应用市场。目前已经有很多成熟的供热温度在80℃以下的小型中低温热泵产品，但大容量、大温升、高效的热泵还存在市场空白，这样的热泵将有利于通过回收工业废热来满足大容量的区域或工业供热需求。通常，大温升热泵难以维持较高的系统性能系数(COP)，主要受部件效率以及系统循环形式限制，因此为满足以上要求就需要对热泵系统进行合理的设计和优化，进一步提高工业热泵的容量、供热温度和系统性能。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种分级分压模块化热能提升系统及其控制方法。
[0006]根据本专利技术提供的一种分级分压模块化热能提升系统，包括并联的多级热泵模块 2，所述热泵模块2包括蒸发器9、压缩机11、冷凝器13、节流阀15；
[0007]蒸发器9包括废热水换热管8和第一制冷剂换热通道10；
[0008]冷凝器13包括第二制冷剂换热通道12和供热水换热管14；
[0009]第一制冷剂换热通道10、压缩机11、第二制冷剂换热通道12以及节流阀15首尾连接，实现闭式循环；
[0010]相邻的热泵模块2的废热水换热管8相连通；
[0011]相邻的热泵模块2的供热水换热管14相连通。
[0012]优选地，相邻的热泵模块2的废热水换热管8通过废热水连接管3连通。
[0013]优选地，相邻的热泵模块2的供热水换热管14通过供热水连接管6连通。
[0014]优选地，废热水自最后一级热泵模块的废热水换热管8进入，自第一级热泵模块的废热水换热管8流出；
[0015]热水由第一级热泵模块的供热水换热管14进入，自最后一级供热水换热管14流出。
[0016]优选地，沿废热水流通方向，热泵模块的蒸发器9的压力递减，热模模块的冷凝器 13的压力递减。
[0017]优选地，所述蒸发器和冷凝器采用降膜或满液式换热器。
[0018]优选地，所述热泵模块采用变频压缩机。
[0019]优选地，热泵模块的级数为4级至9级。
[0020]根据本专利技术体用的一种基于上述分级分压模块化热能提升系统的控制方法，包括如下步骤：
[0021]设定温度输入步骤：输入要求的输出温度T7*；
[0022]检测步骤：测量当前热源温度Ts，以及冷却水温度Th；
[0023]转速确定步骤：检测热泵模块蒸发器入口温度T
i,N
和冷凝器出口温度T
o,N
，根据T
i,N
和T
o,N
对应饱和压力，确定压缩机转速；
[0024]温度判断步骤：压缩机转速达到平稳后，检测热泵模块的蒸发温度是否为入口温度 T
i,N
‑
x℃，检测冷凝温度是否为冷凝器出口温度T
o,N
‑
x℃，若判断结果为是，则进入下一级热泵模块，进入转速确定步骤；若判断结果为否，则重新检测此时的蒸发器入口温度 T
i,N
，冷凝器出口温度T
o,N
，重新调节压缩机转速，直至达到换热器最小换热温差维持在 x℃；
[0025]输出步骤：输出最终温度T7，判断是否达到需求输出温度T7*，若判断结果为是，则维持状态运行；若判断结果为否，则从最后一级热泵模块开始重新调节，直至达到需求输出温度，保持各热泵模块稳定运行，获得稳定输出。
[0026]优选地，所述x为最小换热温差。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0028]实现大温升的同时，保证高效率，降低传热产生的不可逆损失。
[0029]1、本专利技术通过使用多级热泵模块并联，从废热中吸收热能，通过压缩机提升热能品位，并向供热热水输出高品位热能以加热热水。在保证每台热泵的安全运行范围内，多级并联可以极大提高可以输出的热水温度，提高能源的利用率，降低了能源的消耗，达到了节约能源的效果。
[0030]2、本专利技术通过使用多级热泵模块并联，根据最小换热温差确定相应的蒸发、冷凝温度，减小了每台热泵换热器内的换热温差，有效地实现梯级吸收废热热能，梯级输出热能，减小换热过程的不可逆损失，进一步提高了系统能效。
[0031]3、本专利技术通过使用多级热泵模块并联，实现热泵模块分级、分压运行，每个热泵模块中的压缩机运行压比近似，因此可以使用同一型号的压缩机，降低机组成本、运行维护方便。
[0032]4、本专利技术通过对单级热泵进行模块化处理，可根据实际情况，如运行工况、成本等，控制运行的热泵模块数量，组合便捷，适用性更广。
[0033]5、本专利技术采用水为换热介质，蒸发器冷凝器均采用降膜或满液式换热器，管内走水，管外为制冷剂，此换热器可降换热温差，最小换热温差仅2℃，可以进一步降低换热的不可逆损失。并且以水为换热介质，换热系数大，可以明显提高换热效率，并减小换热面积，节约机组占地空间。
[0034]6、本专利技术每个热泵机组采用变频压缩机，针对开机过程中的动态变化，蒸发压力逐渐升高，即压缩机吸气压力逐渐升高，变频压缩机可自动调节转速适应吸气压力的变化，达到节能运行。进一步，当系统负荷变化时，变频压缩机可自调节转速适应负荷变化，无需通过控制压缩机开停，始终使热泵机组运行在最佳状态，更加节能。
附图说明
[0035]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分级分压模块化热能提升系统，其特征在于，包括并联的多级热泵模块(2)，所述热泵模块(2)包括蒸发器(9)、压缩机(11)、冷凝器(13)、节流阀(15)；蒸发器(9)包括废热水换热管(8)和第一制冷剂换热通道(10)；冷凝器(13)包括第二制冷剂换热通道(12)和供热水换热管(14)；第一制冷剂换热通道(10)、压缩机(11)、第二制冷剂换热通道(12)以及节流阀(15)首尾连接，实现闭式循环；相邻的热泵模块(2)的废热水换热管(8)相连通；相邻的热泵模块(2)的供热水换热管(14)相连通。2.根据权利要求1所述的分级分压模块化热能提升系统，其特征在于，相邻的热泵模块(2)的废热水换热管(8)通过废热水连接管(3)连通。3.根据权利要求1所述的分级分压模块化热能提升系统，其特征在于，相邻的热泵模块(2)的供热水换热管(14)通过供热水连接管(6)连通。4.根据权利要求1所述的分级分压模块化热能提升系统，其特征在于，废热水自最后一级热泵模块的废热水换热管(8)进入，自第一级热泵模块的废热水换热管(8)流出；热水由第一级热泵模块的供热水换热管(14)进入，自最后一级供热水换热管(14)流出。5.根据权利要求4所述的分级分压模块化热能提升系统，其特征在于，沿废热水流通方向，热泵模块的蒸发器(9)的压力递减，热模模块的冷凝器(13)的压力递减。6.根据权利要求1所述的分级分压模块化热能提升系统，其特征在于，所述蒸发器和冷凝器采用降膜或满液式换热器。7.根据权利要求1所述的分级分压模块化热能提升系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌，姜佳彤，王如竹，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：