一种适用于高温高负荷热敏打印机的蓄能恒温水系统

技术领域

本发明涉及热敏打印技术领域，尤其是一种适用于高温高负荷热敏打印机的蓄能恒温水系统。

背景技术

热敏打印机凭借其高速高效无污染的特点在打印领域获取了广泛的应用，其核心技术在于加热元件，当热敏打印机开始打印时需要瞬间将热打印头加热到一个较高的温度，过大的加热强度可能会引起热打印头的损坏，为保护价格昂贵的热打印头，通常会在热敏打印机待机时利用恒温水将热打印头预热到一个额定的温度，同时，热打印头每次都以一个相同的额定温度开始工作，也会提高对热敏打印机温度控制的准确性。热敏打印机工作时会产生废热，使热打印头温度升高，热打印头温度过高会影响打印效果，甚至还可能引起热打印头损坏，因此需要及时给热敏打印机降温。

拼接式热敏打印机的热打印头价格尤其昂贵，一旦热打印头温度过高或瞬时加热强度过大，都可能让热打印头直接损坏，造成巨大损失，因此该类型热敏打印机待机时的蓄热和工作时的散热工作就显得尤其重要，同时，拼接式热敏打印机进行工作时，特别是进行高速彩色打印时会产生大量废热，将该部分废热进行回收利用对提高设备整体的节能性具有重要意义。

此外，热敏打印机有时会出现连续长时间工作的情况，例如疫情期间，横幅的需求量急速上涨，部分用于生产横幅的热敏打印机甚至出现了连续工作超过二十四小时的情况，打印机会处在一个高温高负荷的工作状态，工作期间还会产生大量废热，在确保热敏打印机在这种极端情况下也能安全、正常地运行的同时，也要尽可能提高设备的节能性。

公开号为CN201420360784.4的实用新型专利公开了一种热敏打印机用恒温液体循环装置，可保证打印装置温度恒定，确保打印效果，但是该装置没有回收热敏打印机工作时产生的废热，也没有对加热恒温水时蒸发器侧产生的冷量回收利用，所以该装置的节能性欠佳。

因此，设计一套具有较高节能性的适用于高温高负荷热敏打印机的恒温水系统成为本领域技术人员迫切所需要解决的一个问题。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种适用于高温高负荷热敏打印机的蓄能恒温水系统，利用蓄热器实现对热敏打印机工作时产生的废热的回收利用，利用蓄冷器对热敏打印机预热时蒸发器侧产生的冷量进行回收利用，从而解决使用恒温水给高温高负荷热敏打印机预热时产生的冷量和热敏打印机工作时产生的废热得不到充分利用的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种适用于高温高负荷热敏打印机的蓄能恒温水系统，包括恒温水回路、制冷剂回路和蒸发器侧冷冻水回路，三个回路相互配合形成三种工作模式，分别适用于热敏打印机待机、正常工作和连续长时间工作状态；

所述恒温水回路：待机时对热敏打印头恒温预热，正常工作时给热敏打印头降温并回收利用工作时的废热；所述制冷剂回路：对恒温水温度控制，待机时给恒温水加热，正常工作时给恒温水加热，连续长时间工作时给恒温水降温；所述蒸发器侧冷冻水回路：待机和正常工作时回收利用制冷剂的冷量，连续长时间工作时吸收制冷剂的热量并排出系统；

热敏打印机待机状态下，所述恒温水回路利用蓄热器在热敏打印机工作时储蓄的热量和制冷剂回路正常运行时冷凝器释放的热量，对经过热打印头的恒温水进行加热；

热敏打印机正常工作状态下，所述恒温水回路利用蒸发器侧冷冻水回路中的蓄冷器在制冷剂回路正常运行时储存的来自于制冷剂回路工作时蒸发器释放的冷量，对经过热打印头的恒温水降温；

热敏打印机长时间连续工作状态下，制冷剂回路反方向运行，即由热泵系统变制冷系统，此时利用冷凝器释放的冷量对经过热打印头的恒温水降温，同时利用外部冷水系统对蒸发器侧的循环冷冻水进行降温。

所述恒温水回路具体结构包括：热敏打印机、蓄热器、蓄冷器和冷凝器，所述热敏打印机的恒温水输出端与蓄热器的恒温水输入端连接，所述蓄热器的恒温水输出端设有并联连接的第一支管和第二支管，所述第一支管直接与冷凝器的水侧输入端连接，所述第二支管与蓄冷器的水侧输入口连接，蓄冷器的水侧输出口再与所述冷凝器的水侧输入端连接，所述冷凝器的水侧输出端与热敏打印机恒温水输入端连接形成回路；

所述蒸发器侧冷冻水回路具体结构包括：蒸发器和用于所述恒温水回路中的蓄冷器，蓄冷器的冷冻液输出端通过输出端总管与蒸发器的冷冻水输入端连接；所述蒸发器的冷冻水输出端设有并联连接的第三支管和第四支管，所述第三支管与所述蓄冷器的冷冻液输入端连接，所述第四支管与所述输出端总管连接；所述输出端总管上设有与外部冷水系统的冷水入口、冷水出口相连接的接口；

所述制冷剂回路具体结构包括：用于所述恒温水回路中的冷凝器、压缩机、电磁四通换向阀、用于所述蒸发器侧冷冻水回路中的蒸发器，以及膨胀阀，所述冷凝器的制冷剂输出端通过所述膨胀阀与所述蒸发器的制冷剂输入口连接，蒸发器的制冷剂输出口通过电磁四通换向阀与所述压缩机的输入端连接，压缩机输出端通过电磁四通换向阀与冷凝器的制冷剂输入端连接。

所述第二支管上连接有第二电磁阀，所述第一支管上连接有第一电磁阀和第一水泵；蓄冷器的水侧输出口通过所述第一水泵与所述冷凝器的水侧输入端连接。

所述第三支管上连接有第三电磁阀，所述第四支管上连接有第四电磁阀；所述输出端总管上同时还连接有第五支管和第六支管，所述第五支管与外部冷水系统的冷水入口连接，所述第六支管与外部冷水系统的冷水出口连接。

所述第五支管上连接有第五电磁阀，所述第六支管上连接有第六电磁阀，所述输出端总管上靠近所述冷冻水输入端的一端连接有第二水泵。

进一步地，所述蓄能恒温水系统具有三种工作模式，分别适用于热敏打印机三种状态:

热敏打印机待机状态下：制冷剂回路正常运行(热泵系统)，恒温水在热敏打印机、蓄热器与冷凝器之间形成循环回路，蓄热器和制冷剂回路正常运行状态下的冷凝器为恒温水提供热量，使冷凝器向热敏打印机输入的恒温水达到额定温度；

热敏打印机正常工作状态下：制冷剂回路正常运行(热泵系统)，但减少制冷剂回路中制冷剂流量，如果蓄热器的恒温水输出端的恒温水水温高于恒温水额定温度，则将恒温水通向蓄冷器进行进一步降温，即使得恒温水在热敏打印机、蓄热器、蓄冷器与冷凝器之间形成循环回路，蓄热器的蓄热材料不断吸收恒温水的热量，且蒸发器侧冷冻水持续流经蓄冷器并将冷量储存在其中；

热敏打印机长时间连续工作状态下：如果恒温水在蓄冷器的水侧输出口处的水温高于恒温水额定温度时，制冷剂回路反向运行(制冷系统)，使低压制冷剂流经冷凝器，此时由制冷剂继续对恒温水降温到恒温水额定温度，同时蒸发器侧的冷冻水不再流经蓄冷器，由外部接入过滤后的冷水带走多余热量。

制冷剂回路在热敏打印机待机和正常工作时，为热泵系统，恒温水从冷凝器获取热量；而制冷剂回路在热敏打印机连续长时间工作时，变为制冷系统，即恒温水从冷凝器获取冷量。

具体地，三种工作状态下的工作原理和过程如下：

热敏打印机待机状态下，热敏打印机恒温水回路开启第一支管并关闭第二支管，蒸发器侧冷冻水回路启用第三支管，关闭第四支管，蓄热器将储蓄的热量释放给恒温水，蓄冷器不断储蓄蒸发器侧冷冻水中的冷量。

热敏打印机正常工作时，若蓄热器输出端恒温水水温不高于恒温水额定温度时，恒温水回路仍开启第一支管并关闭第二支管，制冷剂回路中制冷剂流量减少，蒸发器侧冷冻水回路启用第三支管，关闭第四支管，蒸发器侧的冷冻水在蒸发器与蓄冷器之间循环：所述蒸发器的冷冻水输出端通过第三支管先接入所述蓄冷器后，再通过输出端总管输送至蒸发器的冷冻水输入端；若蓄热器输出端恒温水水温高于恒温水额定温度时，恒温水回路开启第二支管并关闭第一支管，制冷剂回路中制冷剂流量进一步减少，蓄冷器不断储蓄蒸发器侧冷冻水的冷量，并开始用储蓄的冷量冷却恒温水。电磁四通换向阀的第一接口与第二接口连通，第三接口与第四接口连通，制冷剂回路中介质运行方向与常规制冷时方向相同：蒸发器的制冷剂输出口与所述电磁四通换向阀的第一接口连接，所述电磁四通换向阀的第二接口与所述压缩机输入端连接，所述压缩机输出端与所述电磁四通换向阀的第三接口连接，所述电磁四通换向阀的第四接口与所述冷凝器的制冷剂输入端连接。

热敏打印机连续长时间工作状态下，至蓄冷器的水侧输出口的水温高于恒温水的额定温度时，电磁四通换向阀的第一接口与第三接口连通，第二接口与第四接口连通；制冷剂回路中介质运行方向与常规制冷时方向相反：制冷剂由蒸发器的制冷剂输出口输入，由制冷剂输入口输出，制冷剂由冷凝器的制冷剂输出端输入，由制冷剂输入端输出，从而使低压制冷剂流经冷凝器，高压的制冷剂由蒸发器的制冷剂输入口，经膨胀阀由制冷剂输出端流经冷凝器对恒温水进行降温，确保恒温水的温度恒定。恒温水回路开启第二支管并关闭第一支管，制冷剂回路利用电磁四通换向阀使低压制冷剂流经冷凝器，高压制冷剂流经蒸发器，制冷剂流量随着冷凝器侧的冷负荷变化而变化，蒸发器侧冷冻水回路开启第四支管关闭第三支管，并接入外部冷水系统的冷水；蓄冷器中储蓄的冷量不足以冷却恒温水到恒温水额定温度，蒸发器侧的冷冻水不流经蓄冷器：通过第四支管直接接入到输出端总管上，使蒸发器侧的冷冻水与外部冷水系统提供的冷水混合后进行降温。

本发明的有益效果如下：

本发明通过各电磁阀的启闭和电磁四通换向阀的通路切换，实现系统在热敏打印机待机、热敏打印机工作、热敏打印机连续长时间工作(蓄冷器水侧输出口处恒温水水温高于恒温水额定温度时)三种情况下运行模式的切换；本发明蓄热器、蓄冷器的使用，解决使用恒温水给高温高负荷热敏打印机预热时产生的冷量和热敏打印机工作时产生的废热得不到充分利用的问题，不但提高了系统的能源利用率，也提高了恒温水水温的稳定性，为对热敏打印机进行热控制提供了便利。

具体优点如下：

1、回收并利用了热敏打印机工作时产生的废热：利用蓄热器吸收并储蓄打印机头工作时的废热，并在热敏打印机待机时释放储蓄的热量；在热敏打印机工作时，若蓄热器输出端恒温水水温不高于恒温水额定温度时，恒温水回路仍按照待机状态下不经过蓄冷器，制冷剂回路中制冷剂流量减少以减小冷凝器对恒温水的放热量，蓄热器不断吸收并储存热敏打印机工作时产生的废热，蓄冷器不断储蓄蒸发器侧产生的冷量，若蓄热器输出端恒温水水温高于恒温水额定温度时，恒温水回路经过蓄冷器，制冷剂回路中制冷剂流量进一步减少，蓄冷器不断储蓄蒸发器侧冷冻水的冷量，并开始用储蓄的冷量冷却恒温水。以此实现对热敏打印机废热回收利用，同时提高恒温水水温的稳定性的功能。

2、回收并利用了系统加热恒温水时蒸发器侧冷冻水的冷量：利用蓄冷器将制冷剂回路正常运行时蒸发器侧的冷冻水的冷量储存起来，并在热敏打印机工作至蓄热器输出端恒温水水温高于恒温水额定温度后，用储存的冷量来冷却恒温水：热敏打印机连续长时间工作状态下，蓄冷器中储蓄的冷量不足以冷却恒温水到恒温水额定温度，制冷剂回路反向运行，开始利用制冷剂来冷却恒温水，并从外部接入过滤后的自来水带走多余的热量，利用外部冷水系统的冷水对蒸发器侧冷冻水进行降温，换热后的冷水排出系统外可作为生产、生活用水，提高资源能源利用率。因此降低了热敏打印机的总能耗，确保了热敏打印机在连续长时间运行情况下也能正常工作。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

其中：1、热敏打印机；2、蓄热器；3、第一电磁阀；4、第二电磁阀；5、蓄冷器；5a、冷冻液输入端；5b、冷冻液输出端；5c、水侧输出口；5d、水侧输入口；6、第一水泵；7、冷凝器；7a、制冷剂输出端；7b、制冷剂输入端；7c、水侧输出端；7d、水侧输入端；8、压缩机；9、电磁四通换向阀；9a、第一接口；9b、第二接口；9c、第三接口；9d、第四接口；10、蒸发器；10a、冷冻水输入端；10b、冷冻水输出端；10c、制冷剂输入口；10d、制冷剂输出口；11、膨胀阀；12、第三电磁阀；13、第四电磁阀；14、第二水泵；15、第五电磁阀；16、第六电磁阀；17、第二支管；18、第一支管；19、第五支管；20、第六支管；22、输出端总管；23、第三支管；24、第四支管。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的适用于高温高负荷热敏打印机的蓄能恒温水系统，包括恒温水回路、制冷剂回路和蒸发器侧冷冻水回路，三个回路相互配合形成三种工作模式，分别适用于热敏打印机1待机、正常工作和连续长时间工作状态；

所述恒温水回路：待机时对热敏打印头恒温预热，正常工作时给热敏打印头降温并回收利用工作时的废热；所述制冷剂回路：对恒温水温度控制，待机时给恒温水加热，正常工作时给恒温水加热，连续长时间工作时给恒温水降温；所述蒸发器侧冷冻水回路：待机和正常工作时回收利用制冷剂的冷量，连续长时间工作时吸收制冷剂的热量并排出系统；

热敏打印机1待机状态下，所述恒温水回路利用蓄热器2在热敏打印机1工作时储蓄的热量和制冷剂回路正常运行时冷凝器7释放的热量，对经过热打印头的恒温水进行加热；

热敏打印机1正常工作状态下，所述恒温水回路利用蒸发器侧冷冻水回路中的蓄冷器5在制冷剂回路正常运行时储存的来自于制冷剂回路工作时蒸发器10释放的冷量，对经过热打印头的恒温水降温；

热敏打印机1长时间连续工作状态下，制冷剂回路反方向运行，即由热泵系统变制冷系统，此时利用冷凝器7释放的冷量对经过热打印头的恒温水降温，同时利用外部冷水系统对蒸发器10侧的循环冷冻水进行降温。

恒温水回路具体结构包括：热敏打印机1、蓄热器2、蓄冷器5和冷凝器7，热敏打印机1的恒温水输出端与蓄热器2的恒温水输入端连接，蓄热器2的恒温水输出端设有并联连接的第一支管18和第二支管17，第一支管18直接与冷凝器7的水侧输入端7d连接，第二支管17与蓄冷器5的水侧输入口5d连接，蓄冷器5的水侧输出口5c再与冷凝器7的水侧输入端7d连接，冷凝器7的水侧输出端7c与热敏打印机1恒温水输入端连接形成回路；

第二支管17上连接有第二电磁阀4，第一支管18上连接有第一电磁阀3和第一水泵6；蓄冷器5的水侧输出口5c通过第一水泵6与冷凝器7的水侧输入端7d连接。

蒸发器侧冷冻水回路具体结构包括：蒸发器10和用于恒温水回路中的蓄冷器5，蓄冷器5的冷冻液输出端5b通过输出端总管22与蒸发器10的冷冻水输入端10a连接；蒸发器10的冷冻水输出端10b设有并联连接的第三支管23和第四支管24，第三支管23与蓄冷器5的冷冻液输入端5a连接，第四支管24与输出端总管22连接；输出端总管22上设有与外部冷水系统的冷水入口、冷水出口相连接的接口；

第三支管23上连接有第三电磁阀12，第四支管24上连接有第四电磁阀13；输出端总管22上同时还连接有第五支管19和第六支管20，第五支管19与外部冷水系统的冷水入口连接，第六支管20与外部冷水系统的冷水出口连接。

第五支管19上连接有第五电磁阀15，第六支管20上连接有第六电磁阀16，输出端总管22上靠近冷冻水输入端10a的一端连接有第二水泵14。

制冷剂回路具体结构包括：用于恒温水回路中的冷凝器7、压缩机8、电磁四通换向阀9、用于蒸发器侧冷冻水回路中的蒸发器10，以及膨胀阀11，冷凝器7的制冷剂输出端7a通过膨胀阀11与蒸发器10的制冷剂输入口10c连接，蒸发器10的制冷剂输出口10d通过电磁四通换向阀9与压缩机8的输入端连接，压缩机8输出端通过电磁四通换向阀9与冷凝器7的制冷剂输入端7b连接。

本实施例的适用于高温高负荷热敏打印机的蓄能恒温水系统的工作过程具体如下：

1)热敏打印机1待机状态下：

恒温水回路开启第一电磁阀3并关闭第二电磁阀4，蒸发器侧冷冻水回路开启第三电磁阀12并关闭第四电磁阀13、第五电磁阀15和第六电磁阀16，此时蓄热器2将储蓄的热量释放给恒温水，蓄冷器5不断储蓄蒸发器10侧冷冻水中的冷量。

2)热敏打印机1正常工作状态下：

电磁四通换向阀9的第一接口9a与第二接口9b连通，第三接口9c与第四接口9d连通；制冷剂回路中介质运行方向与常规制冷时方向相同：蒸发器10的制冷剂输出口10d与电磁四通换向阀9的第一接口9a连接，电磁四通换向阀9的第二接口9b与压缩机8输入端连接，压缩机8输出端与电磁四通换向阀9的第三接口9c连接，电磁四通换向阀9的第四接口9d与冷凝器7的制冷剂输入端7b连接；

若蓄热器2输出端恒温水水温不高于恒温水额定温度时，恒温水回路仍开启第一电磁阀3并关闭第二电磁阀4，制冷剂回路中制冷剂流量减少，蒸发器侧冷冻水回路开启第三电磁阀12，并关闭第四电磁阀13、第五电磁阀15、第六电磁阀16，蒸发器10侧的冷冻水在蒸发器10与蓄冷器5之间循环：蒸发器10的冷冻水输出端10b通过第三支管23先接入蓄冷器5后，再通过输出端总管22输送至蒸发器10的冷冻水输入端10a。此时蓄热器2不断吸收并储存热敏打印机1工作时产生的废热，蓄冷器5不断储蓄蒸发器10侧产生的冷量；

若蓄热器2输出端恒温水水温高于恒温水额定温度时，热敏打印机恒温水回路开启第二电磁阀4并关闭第一电磁阀3，制冷剂回路中制冷剂流量进一步减少，蒸发器侧冷冻水回路开启第三电磁阀12并关闭第四电磁阀13、第五电磁阀15、第六电磁阀16，蓄冷器5不断储蓄蒸发器10侧冷冻水的冷量，并开始用储蓄的冷量冷却恒温水。

3)热敏打印机1连续长时间工作状态下：

系统工作至蓄冷器5的水侧输出口5c的水温高于恒温水的额定温度时，热敏打印机恒温水回路开启第二电磁阀4并关闭第一电磁阀3，制冷剂回路利用电磁四通换向阀9使低压制冷剂流经冷凝器7，高压制冷剂流经蒸发器10，制冷剂流量随着冷凝器侧的冷负荷变化而变化，制冷剂回路利用电磁四通换向阀9使低压制冷剂流经冷凝器7，高压制冷剂流经蒸发器10的过程具体为：电磁四通换向阀9的第一接口9a与第三接口9c连通，第二接口9b与第四接口9d连通；制冷剂回路中介质运行方向与常规制冷时方向相反：制冷剂由蒸发器10的制冷剂输出口10d输入，由制冷剂输入口10c输出，制冷剂由冷凝器7的制冷剂输出端7a输入，由制冷剂输入端7b输出，从而使低压制冷剂流经冷凝器7，高压的制冷剂由蒸发器10的制冷剂输入口10c，经膨胀阀11由制冷剂输出端7a流经冷凝器7对恒温水进行降温，确保恒温水的温度恒定。

蒸发器侧冷冻水回路开启第四电磁阀13、第五电磁阀15、第六电磁阀16并关闭第三电磁阀12，蓄冷器5中储蓄的冷量不足以冷却恒温水到恒温水额定温度，开始利用制冷剂来冷却恒温水，并从外部接入过滤后的自来水(如图1中“冷水出口”、“冷水入口”所示)带走多余的热量。

蒸发器10侧的冷却水由外部接入过滤后的自来水(冷水)混合后排出以带走多余废热，考虑这种极端情况极少出现，因此没有设置换热器，而是将冷冻水输出端10b出口的冷冻水直接与外部接入的过滤后的冷水混合，混合换热后的一部分水排出系统外部作为生产、生活用水。在条件允许情况下，本实施例的蒸发器10侧的冷冻水也可采用换热器装置与外部冷水却进行换热。