CN103267325B - 基于综合利用的一体化热源塔热泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于综合利用的一体化热源塔热泵装置，包括制冷剂回路、溶液回路和空气回路，通过控制第一电动三通调节阀，调节第一溶液泵从翅片管换热器出来的溶液与从热源塔吸入的溶液的比例，实现对进入翅片管换热器中的溶液温度的控制，从而实现翅片管换热器中空气的除湿量调节。本发明采用制冷剂过冷或过热制冷剂放出的热量对溶液进行再生，并基于空气闭式循环实现了热源塔热泵系统溶液的高效再生，彻底解决了热源塔热泵系统的溶液再生问题，提高了热源塔热泵系统在各种运行工况下的安全可靠性，并实现了系统的综合高效。

Description

基于综合利用的一体化热源塔热泵装置

技术领域

本发明属于制冷空调系统设计和制造领域，涉及一种实现热能综合高效利用的热源塔热泵制热的装置。

背景技术

建筑常规采用的空调冷热源方案有空气源热泵方案，冷水机组+锅炉方案，地源热泵方案。空气源热泵在夏季制冷时效率较低，冬季制热时存在结霜问题；冷水机组+锅炉方案在冬季供热时，冷水机组闲置，采用锅炉燃烧油或天然气供热，存在一次能源利用效率不高等不足；地源热泵方案对地理地质条件有特殊要求，使用推广受到制约。新型的热源塔热泵方案可避免建筑常规冷热源方案的诸多不足，夏季制冷时具有水冷冷水机组的高效率，冬季制热时利用溶液在热源塔内与空气换热，溶液吸收热量作为热泵机组的低位热源，避免直接使用一次能源，系统具有更高的一次能源利用效率，同时不存在结霜问题，使用灵活，不受地理地质条件限制，是一种具有发展前景的新型建筑冷热源方案。

热源塔热泵系统在冬季制热运行时，利用溶液在热源塔中与空气进行换热，吸收热量，但这过程中也因空气中水蒸汽分压力与溶液表面的水蒸汽分压力差的存在，空气中的水分将进入溶液，使溶液的浓度变稀，溶液的冰点将上升，为了保证系统运行的安全可靠，需要将从空气中进入溶液的水分从溶液中排出，提高溶液的浓度，即实现溶液的再生。溶液的再生过程是一个需要吸收热量的过程，如何获得溶液的再生热源，及其实现溶液再生热量的高效利用，对提高热源塔热泵系统性能，保证系统安全可靠运行具有重要意义。

因此，如何解决热源塔热泵系统的溶液再生热源和溶液再生热量的高效利用，实现热源塔热泵系统的综合高效等问题，设计出一种新型高效的热源塔热泵系统成为本领域技术人员迫切需要解决的技术难题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种解决热源塔热泵系统溶液再生问题，提高了热源塔热泵系统在各种运行工况下的安全可靠性的基于综合利用的一体化热源塔热泵装置。

技术方案：本发明基于综合利用的一体化热源塔热泵装置，包括制冷剂回路、溶液回路和空气回路。制冷剂回路包括压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、第一换热器、四通阀、第二换热器、第一单向阀、第二单向阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第三换热器、储液器、过滤器、电子膨胀阀、第三单向阀、第四单向阀、第四换热器、气液分离器及其相关连接管道，第一换热器、第二换热器和第三换热器同时也是溶液回路的构成部件。

制冷剂回路中，压缩机的输出端分两路，一路通过第二电磁阀与第一换热器第一输入端连接，另一路通过第一电磁阀与四通阀第一输入端连接，四通阀第一输入端同时还与第一换热器第一输出端连接，四通阀第一输出端与第二换热器第一输入端连接，第二换热器第一输出端同时与第一单向阀的入口和第四单向阀的出口连接，第一单向阀的出口分成三路，一路通过第三电磁阀与储液器的输入端连接，一路通过第四电磁阀与第三换热器第一输入端连接，另外一路与第二单向阀的出口连接，储液器的输入端同时与第三换热器第一输出端连接，第二单向阀的入口同时与第四换热器输出端和第三单向阀的出口连接，储液器的输出端通过过滤器与电子膨胀阀的输入端连接，电子膨胀阀输出端分成两路，一路连接第三单向阀的入口，另外一路连接第四单向阀的入口，第四换热器输入端与四通阀第二输入端连接，四通阀第二输出端与气液分离器的输入端连接，气液分离器的输出端与压缩机的输入端连接。

溶液回路包括第三换热器、第一溶液泵、翅片管换热器、第一电动三通调节阀、第二电动三通调节阀、第二溶液泵、填料换热器、第三电动三通调节阀、第五换热器、第四电动三通调节阀、第五电磁阀、第六电磁阀、溶液储液器、第七电磁阀、热源塔、第三溶液泵、第二换热器、第一换热器、放水阀及其相关连接管道，填料换热器和翅片管换热器同时是空气回路的构成部件。

溶液回路中，热源塔溶液输出端接第三溶液泵的入口，第三溶液泵的出口分成两路，一路与第二换热器第二输入端连接，另外一路与第一溶液泵的输入端连接，第二换热器第二输出端与热源塔第一输入端连接，第一溶液泵的输出端与翅片管换热器溶液输入端连接，翅片管换热器溶液输出端与第一电动三通调节阀输入端连接，第一电动三通调节阀第一输出端接第一溶液泵的输入端，第一电动三通调节阀第二输出端接第二电动三通调节阀输入端，第二电动三通调节阀第一输出端接热源塔第一输入端，第二电动三通调节阀第二输出端接第五换热器第一输入端，第五换热器第一输出端的出口分成两路，一路与第四电动三通调节阀输入端连接，另一路与第三电动三通调节阀第一输出端相连，第四电动三通调节阀第二输出端与第一换热器第二输入端连接，第四电动三通调节阀第一输出端接第三换热器第二输入端，第三换热器第二输出端与填料换热器溶液输入端连接，填料换热器溶液输入端同时与第一换热器第二输出端连接，填料换热器溶液输出端与第二溶液泵的入口连接，第二溶液泵的出口接第三电动三通调节阀输入端，第三电动三通调节阀第二输出端接第五换热器第二输入端，第五换热器第二输出端的出口分成两路，一路通过第五电磁阀与热源塔第一输入端连接，另外一路通过第六电磁阀与溶液储液器的进口连接，溶液储液器的出口通过第七电磁阀接热源塔第二输入端，在翅片管换热器的底部接有放水阀

空气回路包括依次相接的填料换热器、翅片管换热器、风机，以及连通填料换热器、翅片管换热器、风机的连接风道，构成一个循环回路。

本发明中，通过控制第一电动三通调节阀，调节第一溶液泵从翅片管换热器吸入的溶液与从热源塔吸入的溶液的比例，实现对进入翅片管换热器中的溶液温度的控制，从而实现翅片管换热器中空气的除湿量调节。

本发明中，通过控制第二电动三通调节阀和第三电动三通调节阀，对进入填料换热器的溶液流量、温度和浓度进行调节，进而实现密闭空气回路中各部分运行温度的调节，使得系统获得最好的再生效率。

本发明中，系统溶液再生利用的是制冷剂过冷与过热制冷剂冷却放出的两部分热量，通过控制第四电动三通调节阀，实现对分别进入第一换热器和第三换热器的溶液流量调节，从而调节总的用于溶液再生的热量。

本发明中，空气回路中的翅片管换热器中，实现空气中水分凝结的冷量来源为系统中的低温溶液。

本发明中，热源塔在不工作时，出风口自动关闭，防止雨水进入塔内的热源塔。

热源塔热泵夏季制冷运行时，低温低压的制冷剂气体从气液分离器中被压缩机吸入、压缩后变成高温高压过热蒸气排出，经过第一电磁阀（此时第二电磁阀关闭）和四通阀进入第二换热器中，制冷剂放出热量，进行冷凝变成液体，再依次经过第一单向阀、第三电磁阀（此时第四电磁阀关闭）、储液器、过滤器、电子膨胀阀后变成低温低压的气液两相，再经过第三单向阀后进入第四换热器，制冷剂在第四换热器中吸热蒸发，制取冷水，制冷剂完全蒸发后变成过热气体从第四换热器出来经过四通阀进入气液分离器，然后再次被吸入压缩机，从而完成制冷循环，制取冷水。此时溶液回路中除热源塔、第三溶液泵、第二换热器工作外，其余部分都停止工作。在溶液回路中冷却水从热源塔出来后被第三溶液泵吸入，经过第三溶液泵加压后，冷却水进入第二换热器，在第二换热器中吸收热量将制冷剂冷凝成液体，自身温度升高后进入热源塔与空气进行热湿交换，冷却水温度降低后再次从热源塔流出。空气回路不工作。

热源塔热泵冬季制热运行分三种模式，模式一：当空气中湿度较大，在热源塔中由空气进入溶液中的水分较多时，制冷剂回路为气液分离器中低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入、压缩后排出经过第二电磁阀（此时第一电磁阀关闭）进入第一换热器，制冷剂在其中与溶液换热，温度降低后流出第一换热器，然后通过四通阀进入第四换热器，制冷剂在第四换热器中放出热量，制取热水，同时自身冷凝成液体，然后通过第二单向阀、第四电磁阀（此时第三电磁阀关闭）进入第三换热器，制冷剂液体在第三换热器中与溶液进行换热，制冷剂温度降低，实现过冷，制冷剂从第三换热器出来后依次储液器、过滤器、电子膨胀阀，被节流降压后以气液两相经过第四单向阀进入第二换热器中，在第二换热器中与溶液换热，进行蒸发吸热，制冷剂完全蒸发后从第二换热器出来流经四通阀进入气液分离器，最后再次被压缩机吸入，重新被压缩参与循环。此时溶液回路中充灌着溶液，溶液从热源塔出来后进入第三溶液泵，从第三溶液泵出来分成两路，一路进入第二换热器，与制冷剂换热，放出热量，温度降低，溶液从第二换热器出来后回到热源塔，另外一路通过第一溶液泵进入翅片管换热器，在翅片管换热器中与空气进行换热，溶液温度升高，溶液从翅片管换热器出来后进入第一电动三通调节阀，溶液被分成两路，一路重新回到第一溶液泵吸入口，另外一路进入第二电动三通调节阀，溶液进入第二电动三通调节阀后又被分成两路，一路与从第二换热器出来的溶液混合后进入热源塔，另外一路进入第五换热器，溶液在其中吸收热量，温度升高后流出第五换热器，进入第四电动三通调节阀，进入第四电动三通调节阀的溶液被分成两路，一路进入第三换热器，在第三换热器中溶液与制冷剂换热，溶液温度升高，实现制冷剂过冷，溶液从第三换热器中出来后进入填料换热器，另外一路溶液进入第一换热器，在第一换热器中溶液与制冷剂换热，溶液温度升高，溶液从第一换热器出来后与从第三换热器中出来的溶液混合后进入填料换热器，溶液在填料换热器中与空气进行传热传质，溶液温度降低，溶液中水分蒸发，溶液浓度提高，从填料换热器中出来的溶液经过第二溶液泵后进入第三电动三通调节阀，溶液在其中被分成两路，一路从第三电动三通调节阀第一输出端流出后与从第五换热器第一输出端流出的溶液混合，另外一路从第三电动三通调节阀第二输出端出来后进入第五换热器进行换热，温度降低后从第五换热器流出，经过第五电磁阀（此时第六电磁阀、第七电磁阀关闭）后进入热源塔，溶液在热源塔中与空气进行传热传质，溶液温度升高。空气回路中，空气被风机吸入加压排出后，进入填料换热器，在填料换热器中与溶液进行热质交换，空气温度升高，含湿量增大，从填料换热器中出来的空气进入翅片管换热器，在翅片管换热器中与低温溶液进行换热，空气温度降低至其露点温度以下，空气中水分凝出，含湿量下降，空气从翅片管换热器流出后再次被风机吸入，如此循环。此时放水阀打开，空气在翅片管换热器中凝结的水将流出。

热源塔热泵冬季制热运行，当空气中湿度较小，在热源塔中由空气进入溶液中的水分较少时，运行模式二：制冷剂回路中被压缩机压缩后排出的制冷剂，将通过第一电磁阀（此时第二电磁阀关闭）、四通阀进入第四换热器，制冷剂回路其余部分与模式一运行时一样。溶液回路中：溶液从第五换热器第二输出端出来后，进入第四电动三通调节阀，进入第四电动三通调节阀的溶液将仅从第四电动三通调节阀第一输出端流出进入第三换热器，在第三换热器中溶液与制冷剂换热，溶液温度升高，实现制冷剂过冷，溶液从第三换热器中出来后进入填料换热器，此模式下没有溶液从第四电动三通调节阀第二输出端流出进入第一换热器，溶液回路中其余部分与模式一运行时相同。空气回路中运行与模式一运行时相同。

当热源塔热泵冬季供热即将结束，系统运行模式三——溶液高度浓缩模式时：制冷剂回路为气液分离器中低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入、压缩后排出，通过第二电磁阀（此时第一电磁阀关闭）进入第一换热器，制冷剂在其中与溶液换热，温度降低后流出第一换热器，然后通过四通阀进入第四换热器，制冷剂在第四换热器中放出热量，制取热水，同时自身冷凝成液体，制冷剂从第四换热器出来后依次通过第二单向阀、第三电磁阀（此时第四电磁阀关闭）、储液器、过滤器、电子膨胀阀，被节流降压后以气液两相经过第四单向阀进入第二换热器，在第二换热器中与溶液换热，吸热蒸发，制冷剂完全蒸发后从第二换热器出来流经四通阀进入气液分离器，最后再次被压缩机吸入，重新被压缩参与循环。溶液回路中，溶液从热源塔出来后进入第三溶液泵，从第三溶液泵出来分成两路，一路进入第二换热器，与制冷剂换热，放出热量，温度降低，溶液从第二换热器出来后回到热源塔，另外一路通过第一溶液泵进入翅片管换热器，在翅片管换热器中与空气进行换热，溶液温度升高，溶液从翅片管换热器出来后进入第一电动三通调节阀，溶液被分成两路，一路重新回到第一溶液泵吸入口，另外一路进入第二电动三通调节阀，溶液进入第二电动三通调节阀后被又被分成两路，一路与从第二换热器出来的溶液混合后进入热源塔，另外一路进入第五换热器，溶液在其中吸收热量，温度升高后流出第五换热器，进入第四电动三通调节阀，进入第四电动三通调节阀的溶液将仅从第四电动三通调节阀第二输出端流出进入第一换热器，在第一换热器中溶液与制冷剂换热，溶液温度升高，溶液从第一换热器中出来后进入填料换热器，溶液在填料换热器中与空气进行换热，溶液温度降低，浓度提高，从填料换热器中出来的溶液经过第二溶液泵后进入第三电动三通调节阀，溶液在其中被分成两路，一路从第三电动三通调节阀第二输出端流出后与从第五换热器中第一输出端流出的溶液混合，另外一路从第三电动三通调节阀第二输出端出来后进入第五换热器进行换热，温度降低后从第五换热器流出，经过第六电磁阀（此时第五电磁阀、第七电磁阀关闭）后进入溶液储液器储存。空气回路中，空气被风机吸入加压排出后，进入填料换热器，在填料换热器中与溶液进行热质交换，空气温度升高，含湿量增大，从填料换热器中出来的空气进入翅片管换热器，在翅片管换热器中与低温溶液进行换热，空气温度降低至露点温度以下，空气中水分凝出，含湿量下降，空气从翅片管换热器流出后再次被风机吸入，如此循环。此时放水阀打开，空气在翅片管换热器中凝结的水将流出。

在系统运行模式一过程中，溶液再生利用的是制冷剂过冷与过热制冷剂冷却放出的两部分热量，通过控制第四电动三通调节阀，实现对分别进入第一换热器和第三换热器的溶液流量调节，从而调节总的用于溶液再生的热量，即确保在热源塔中空气与溶液换热存在大量水分进入溶液情况下，系统有足够的再生热量，使得系统溶液通过再生，保持运行溶液浓度的稳定。

在系统运行模式二过程中，溶液再生利用的是制冷剂过冷所放出的热量。

在系统运行模式三——溶液高度浓缩模式过程中，溶液再生只利用过热制冷剂放出的热量，因此此模式下填料换热器中的溶液再生温度相比模式一和模式二更高，溶液可再生到更高浓度，使溶液浓度由制热运行浓度提高到更高的溶液储存浓度。当热源塔热泵由夏季重新进入冬季制热运行时，溶液储液器中溶液将重新进入热源塔。

在热源塔热泵制热运行的三种模式下：1）通过控制第一电动三通调节阀，调节第一溶液泵所吸入的溶液中从翅片管换热器出来的溶液与从热源塔吸入的溶液的比例，相当于实现进入翅片管换热器中的溶液温度的控制，从而实现翅片管换热器中空气的除湿量调节；2）通过控制第二电动三通调节阀和第三电动三通调节阀，对进入填料换热器的溶液流量、温度和浓度进行调节，进而实现密闭空气回路中各部分运行温度的调节，使得系统获得更高的再生效率。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明提出的基于综合利用的一体化热源塔热泵采用制冷剂过冷或过热制冷剂放出的热量对溶液进行再生，并基于空气闭式循环实现了热源塔热泵系统溶液的高效再生，彻底解决了热源塔热泵系统的溶液再生问题，提高了热源塔热泵系统在各种运行工况下的安全可靠性，并实现了系统的综合高效。

附图说明

图1是本发明基于综合利用的一体化热源塔热泵装置的示意图。

图中有：压缩机1；第一电磁阀2；第二电磁阀3；第一换热器4；第一换热器第一输入端4a；第一换热器第一输出端4b；第一换热器第二输入端4c；第一换热器第二输出端4d；四通阀5；四通阀第一输入端5a；四通阀第一输出端5b；四通阀第二输入端5c；四通阀第二输出端5d；第二换热器6；第二换热器第一输入端6a；第二换热器第一输出端6b；第二换热器第二输入端6c；第二换热器第二输出端6d；第一单向阀7；第二单向阀8；第三电磁阀9；第四电磁阀10；第三换热器11；第三换热器第一输入端11a；第三换热器第一输出端11b；第三换热器第二输入端11c；第三换热器第二输出端11d；储液器12；过滤器13；电子膨胀阀14；第三单向阀15；第四单向阀16；第四换热器17；第四换热器输入端17a；第四换热器输出端17b；气液分离器18；填料换热器19；填料换热器溶液输入端19a；填料换热器溶液输出端19b；翅片管换热器20；翅片管换热器溶液输入端20a；翅片管换热器溶液输出端20b；风机21；第一溶液泵22；第一电动三通调节阀23；第一电动三通调节阀输入端23a；第一电动三通调节阀第一输出端23b；第一电动三通调节阀第二输出端23c；第二电动三通调节阀24；第二电动三通调节阀输入端24a；第二电动三通调节阀第一输出端24b；第二电动三通调节阀第二输出端24c；第二溶液泵25；第三电动三通调节阀26；第三电动三通调节阀输入端26a；第三电动三通调节阀第一输出端26b；第三电动三通调节阀第二输出端26c；第五换热器27；第五换热器第一输入端27a；第五换热器第一输出端27b；第五换热器第二输入端27c；第五换热器第二输出端27d；第四电动三通调节阀28；第四电动三通调节阀输入端28a；第四电动三通调节阀第一输出端28b；第四电动三通调节阀第二输出端28c；第五电磁阀29；第六电磁阀30；溶液储液器31；第七电磁阀32；热源塔33；热源塔第一输入端33a；热源塔溶液输出端33b；热源塔第二输入端33c；第三溶液泵34；放水阀35。

具体实施方式

下面结合图1和具体实施例来进一步说明本发明。

本发明的基于综合利用的一体化热源塔热泵装置，包括制冷剂回路、溶液回路和空气回路，具体的连接方法是压缩机1的输出端分两路，一路通过第二电磁阀3接第一换热器第一输入端4a，另一路通过第一电磁阀2与第一换热器第一输出端4b合并后接四通阀第一输入端5a，四通阀第一输出端5b接第二换热器第一输入端6a，第二换热器第一输出端6b接第一单向阀7的入口，第一单向阀7的出口分成三路，一路通过第三电磁阀9接储液器12的输入端，一路通过第四电磁阀10接第三换热器第一输入端11a，且第三换热器第一输出端11b也接储液器12的输入端，另外一路接第二单向阀8的出口，且第二单向阀8的入口接第四换热器输出端17b，储液器12的输出端通过过滤器13接电子膨胀阀14的输入端，电子膨胀阀14的输出端分成两路，一路接第三单向阀15的入口，且第三单向阀15的出口接第四换热器输出端17b，另外一路接第四单向阀16的入口，且第四单向阀16的出口接第二换热器第一输出端6b，第四换热器输入端17a接四通阀第二输入端5c，四通阀第二输出端5d接气液分离器18的输入端，气液分离器18的输出端接压缩机1的输入端。

热源塔溶液输出端33b接第三溶液泵34的入口，第三溶液泵34的出口分成两路，一路接第二换热器第二输入端6c，第二换热器第二输出端6d接热源塔第一输入端33a，另外一路接第一溶液泵22的输入端，第一溶液泵22的输出端接翅片管换热器溶液输入端20a，翅片管换热器溶液输出端20b接第一电动三通调节阀输入端23a，第一电动三通调节阀第一输出端23b接第一溶液泵22的输入端，第一电动三通调节阀第二输出端23c接第二电动三通调节阀输入端24a，第二电动三通调节阀第一输出端24b接热源塔第一输入端33a，第二电动三通调节阀第二输出端24c接第五换热器第一输入端27a，第五换热器第一输出端27b的出口分成两路，一路接第四电动三通调节阀输入端28a，一路与第三电动三通调节阀第一输出端26b相连，第四电动三通调节阀第一输出端28b接第三换热器第二输入端11c，第三换热器第二输出端11d接填料换热器溶液输入端19a，第四电动三通调节阀28的第二输出端28c接第一换热器第二输入端4c，第一换热器第二输出端4d也接填料换热器溶液输入端19a，填料换热器溶液输出端19b接第二溶液泵25的入口，第二溶液泵25的出口接第三电动三通调节阀输入端26a，第三电动三通调节阀第二输出端26c接第五换热器第二输入端27c，第五换热器第二输出端27d的出口分成两路，一路通过第五电磁阀29接热源塔第一输入端33a，另外一路通过第六电磁阀30接溶液储液器31的进口，溶液储液器31的出口通过第七电磁阀32接热源塔第二输入端33c，在翅片管换热器20的底部接有放水阀35。

在空气流通回路上填料换热器19与翅片管换热器20和风机21依次相接，并通过风道构成一个循环回路。

本发明基于综合利用的一体化热源塔热泵包括三个循环回路：制冷剂回路、溶液回路和空气回路。本发明的具体方法是：

热源塔热泵夏季制冷运行时，低温低压的制冷剂气体从气液分离器18中被压缩机1吸入、压缩后变成高温高压过热蒸气排出，经过第一电磁阀2（此时第二电磁阀3关闭）和四通阀5进入第二换热器6中，制冷剂放出热量，进行冷凝变成液体，再依次经过第一单向阀7、第三电磁阀9（此时第四电磁阀10关闭）、储液器12、过滤器13、电子膨胀阀14后变成低温低压的气液两相，再经过第三单向阀15后进入第四换热器17，制冷剂在第四换热器17中吸热蒸发，制取冷水，制冷剂完全蒸发后变成过热气体从第四换热器17出来经过四通阀5进入气液分离器18，然后再次被吸入压缩机1，从而完成制冷循环，制取冷水。此时溶液回路中除热源塔33、第三溶液泵34、第二换热器6工作外，其余部分都停止工作。在溶液回路中冷却水从热源塔33出来后被第三溶液泵34吸入，经过第三溶液泵34加压后，冷却水进入第二换热器6，在第二换热器6中吸收热量将制冷剂冷凝成液体，自身温度升高后进入热源塔33与空气进行热湿交换，冷却水温度降低后再次从热源塔33流出。空气回路不工作。

热源塔热泵冬季制热运行有三种模式，模式一：当空气中湿度较大，在热源塔33中由空气进入溶液中的水分较多时，制冷剂回路为气液分离器18中低温低压的制冷剂气体被压缩机1吸入、压缩后排出经过第二电磁阀3（此时第一电磁阀2关闭）进入第一换热器4，制冷剂在其中与溶液换热，温度降低后流出第一换热器4，然后通过四通阀5进入第四换热器17，制冷剂在第四换热器17中放出热量，制取热水，同时自身冷凝成液体，然后通过第二单向阀8、第四电磁阀10（此时第三电磁阀9关闭）进入第三换热器11，制冷剂液体在第三换热器11中与溶液进行换热，制冷剂温度降低，实现过冷，制冷剂从第三换热器11出来后依次储液器12、过滤器13、电子膨胀阀14，被节流降压后以气液两相经过第四单向阀16进入第二换热器6中，在第二换热器6中与溶液换热，进行蒸发吸热，制冷剂完全蒸发后从第二换热器6出来流经四通阀5进入气液分离器18，最后再次被压缩机1吸入，重新被压缩参与循环。此时溶液回路中充灌着溶液，溶液从热源塔33出来后进入第三溶液泵34，从第三溶液泵34出来后分成两路，一路进入第二换热器6，与制冷剂换热，放出热量，温度降低，溶液从第二换热器6出来后回到热源塔33，另外一路通过第一溶液泵22进入翅片管换热器20，在翅片管换热器20中与空气进行换热，溶液温度升高，溶液从翅片管换热器20出来后进入第一电动三通调节阀23，溶液被分成两路，一路重新回到第一溶液泵22吸入口，另外一路进入第二电动三通调节阀24，溶液进入第二电动三通调节阀24后又被分成两路，一路与从第二换热器6出来的溶液混合后进入热源塔33，另外一路进入第五换热器27，溶液在其中吸收热量，温度升高后流出第五换热器27，进入第四电动三通调节阀28，进入第四电动三通调节阀28的溶液被分成两路，一路进入第三换热器11，在第三换热器11中溶液与制冷剂换热，溶液温度升高，实现制冷剂过冷，溶液从第三换热器11中出来后进入填料换热器19，另外一路溶液进入第一换热器4，在第一换热器4中溶液与制冷剂换热，溶液温度升高，溶液从第一换热器4出来后与从第三换热器11中出来的溶液混合后进入填料换热器19，溶液在填料换热器19中与空气进行传热传质，溶液温度降低，溶液中水分蒸发，溶液浓度提高，从填料换热器19中出来的溶液经过第二溶液泵25后进入第三电动三通调节阀26，溶液在其中被分成两路，一路从第三电动三通调节阀第一输出端26b流出后与从第五换热器第一输出端27b流出的溶液混合，另外一路从第三电动三通调节阀第二输出端26c出来后进入第五换热器27进行换热，温度降低后从第五换热器27流出，经过第五电磁阀29（此时第六电磁阀30、第七电磁阀32关闭）后进入热源塔33，溶液在热源塔33中与空气进行传热传质，溶液温度升高。空气回路中，空气被风机21吸入加压排出后，进入填料换热器19，在填料换热器19中与溶液进行热质交换，空气温度升高，含湿量增大，从填料换热器19中出来的空气进入翅片管换热器20，在翅片管换热器20中与溶液进行换热，空气温度降低至其露点温度以下，空气中水分凝出，含湿量下降，空气从翅片管换热器20流出后再次被风机21吸入，如此循环。此时放水阀35打开，空气在翅片管换热器20中凝结的水将流出。

热源塔热泵冬季制热运行，当空气中湿度较小，在热源塔33中由空气进入溶液中的水分较少时，运行模式二：制冷剂回路中被压缩机1压缩后排出的制冷剂，将通过第一电磁阀2（此时第二电磁阀3关闭）、四通阀5进入第四换热器17，制冷剂回路其余部分与模式一运行时一样。溶液回路中：溶液从第五换热器27的第二输出端27b出来后，进入第四电动三通调节阀28，进入第四电动三通调节阀28的溶液将仅从第四电动三通调节阀第一输出端28b流出进入第三换热器11，在第三换热器11中溶液与制冷剂换热，溶液温度升高，实现制冷剂过冷，溶液从第三换热器11中出来后进入填料换热器19，此模式下没有溶液从第四电动三通调节阀第二输出端28c流出进入第一换热器4，溶液回路中其余部分与模式一运行时相同。空气回路中运行与模式一运行时相同。

当热源塔热泵冬季供热即将结束，系统运行模式三——溶液高度浓缩模式时：制冷剂回路为气液分离器18中低温低压的制冷剂气体被压缩机1吸入、压缩后排出，通过第二电磁阀3（此时第一电磁阀2关闭）进入第一换热器4，制冷剂在其中与溶液换热，温度降低后流出第一换热器4，然后通过四通阀5进入第四换热器17，制冷剂在第四换热器17中放出热量，制取热水，同时自身冷凝成液体，从第四换热器17出来后依次通过第二单向阀8、第三电磁阀9（此时第四电磁阀10关闭）、储液器12、过滤器13、电子膨胀阀14，被节流降压后以气液两相经过第四单向阀16进入第二换热器6，在第二换热器6中与溶液换热，吸热蒸发，制冷剂完全蒸发后从第二换热器6出来流经四通阀5进入气液分离器18，最后再次被压缩机1吸入，重新被压缩参与循环。溶液回路中，溶液从热源塔33出来后进入第三溶液泵34，从第三溶液泵34出来分成两路，一路进入第二换热器6，与制冷剂换热，放出热量，温度降低，溶液从第二换热器6出来后回到热源塔33，另外一路通过第一溶液泵22进入翅片管换热器20，在翅片管换热器20中与空气进行换热，溶液温度升高，溶液从翅片管换热器20出来后进入第一电动三通调节阀23，溶液被分成两路，一路重新回到第一溶液泵22吸入口，另外一路进入第二电动三通调节阀24，溶液进入第二电动三通调节阀24后被又被分成两路，一路与从第二换热器6出来的溶液混合后进入热源塔33，另外一路进入第五换热器27，溶液在其中吸收热量，温度升高后流出第五换热器27，进入第四电动三通调节阀28，进入第四电动三通调节阀28的溶液将仅从第四电动三通调节阀第二输出端28c流出进入第一换热器4，在第一换热器4中溶液与制冷剂换热，溶液温度升高，溶液从第一换热器4中出来后进入填料换热器19，溶液在填料换热器19中与空气进行换热，溶液温度降低，浓度提高，从填料换热器19中出来的溶液经过第二溶液泵25后进入第三电动三通调节阀26，溶液在其中被分成两路，一路从第三电动三通调节阀第二输出端26b流出后与从第五换热器第一输出端27b流出的溶液混合，另外一路从第三电动三通调节阀第二输出端26c出来后进入第五换热器27进行换热，温度降低后从第五换热器27流出，经过第六电磁阀30（此时第五电磁阀29、第七电磁阀32关闭）后进入溶液储液器31储存。空气回路中，空气被风机21吸入加压排出后，进入填料换热器19，在填料换热器19中与溶液进行热质交换，空气温度升高，含湿量增大，从填料换热器19中出来的空气进入翅片管换热器20，在翅片管换热器20中与溶液进行换热，空气温度降低至露点温度以下，空气中水分凝出，含湿量下降，空气从翅片管换热器20流出后再次被风机21吸入，如此循环。此时放水阀35打开，空气在翅片管换热器20中凝结的水将流出。

在系统运行模式一过程中，溶液再生利用的是制冷剂过冷与过热制冷剂冷却放出的两部分热量，通过控制第四电动三通调节阀28，实现对分别进入第一换热器4和第三换热器6的溶液流量调节，从而调节总的用于溶液再生的热量，即确保在热源塔33中空气与溶液换热存在大量水分进入溶液情况下，系统有足够的再生热量，使得系统溶液通过再生，保持运行溶液浓度的稳定。

在系统运行模式二过程中，溶液再生利用的是制冷剂过冷所放出的热量。

在系统运行模式三——溶液高度浓缩模式过程中，溶液再生只利用过热制冷剂放出的热量，因此此模式下填料换热器19中的溶液再生温度相比模式一和模式二更高，溶液可再生到更高浓度，使溶液浓度由制热运行浓度提高到更高的溶液储存浓度。当热源塔热泵由夏季重新进入冬季制热运行时，溶液储液器31中溶液将重新进入热源塔33。

在热源塔热泵制热运行的三种模式下：1）通过控制第一电动三通调节阀23，调节第一溶液泵22所吸入的溶液中从翅片管换热器20出来的溶液与从热源塔33吸入的溶液的比例，相当于实现进入翅片管换热器20中的溶液温度的控制，从而实现翅片管换热器20中空气的除湿量调节；2）通过控制第二电动三通调节阀24和第三电动三通调节阀26，对进入填料换热器19的溶液流量、温度和浓度进行调节，进而实现密闭空气回路中各部分运行温度的调节，使得系统获得更高的再生效率。

Claims (6)

1.一种基于综合利用的一体化热源塔热泵装置，其特征在于，该装置包括制冷剂回路、溶液回路和空气回路；

所述制冷剂回路包括压缩机（1）、第一电磁阀（2）、第二电磁阀（3）、第一换热器（4）、四通阀（5）、第二换热器（6）、第一单向阀（7）、第二单向阀（8）、第三电磁阀（9）、第四电磁阀（10）、第三换热器（11）、储液器（12）、过滤器（13）、电子膨胀阀（14）、第三单向阀（15）和第四单向阀（16）、第四换热器（17）、气液分离器（18）及其相关连接管道，所述第一换热器（4）、第二换热器（6）和第三换热器（11）同时也是溶液回路的构成部件；

所述制冷剂回路中，压缩机（1）的输出端分两路，一路通过第二电磁阀（3）与第一换热器第一输入端（4a）连接，另一路通过第一电磁阀（2）与四通阀第一输入端（5a）连接，四通阀第一输入端（5a）同时还与第一换热器第一输出端（4b）连接，四通阀第一输出端（5b）与第二换热器第一输入端（6a）连接，第二换热器第一输出端（6b）同时与第一单向阀（7）的入口和第四单向阀（16）的出口连接，第一单向阀（7）的出口分成三路，一路通过第三电磁阀（9）与储液器（12）的输入端连接，一路通过第四电磁阀（10）与第三换热器第一输入端（11a）连接，另外一路与第二单向阀（8）的出口连接，储液器（12）的输入端同时与第三换热器第一输出端（11b）连接，第二单向阀（8）的入口同时与第四换热器输出端（17b）和第三单向阀（15）的出口连接，储液器（12）的输出端通过过滤器（13）与电子膨胀阀（14）的输入端连接，电子膨胀阀（14）的输出端分成两路，一路连接第三单向阀（15）的入口，另外一路连接第四单向阀（16）的入口，第四换热器输入端（17a）与四通阀第二输入端（5c）连接，四通阀第二输出端（5d）与气液分离器（18）的输入端连接，气液分离器（18）的输出端与压缩机（1）的输入端连接；

所述溶液回路包括第三换热器（11）、第一溶液泵（22）、翅片管换热器（20）、第一电动三通调节阀（23）、第二电动三通调节阀（24）、第二溶液泵（25）、填料换热器（19）、第三电动三通调节阀（26）、第五换热器（27）、第四电动三通调节阀（28）、第五电磁阀（29）、第六电磁阀（30）、溶液储液器（31）、第七电磁阀（32）、热源塔（33）、第三溶液泵（34）、第二换热器（6）、第一换热器（4）、放水阀（35）及其相关连接管道，所述填料换热器（19）和翅片管换热器（20）同时是空气回路的构成部件；

所述溶液回路中，热源塔溶液输出端（33b）与第三溶液泵（34）的入口连接，第三溶液泵（34）的出口分成两路，一路与第二换热器第二输入端（6c）连接，另外一路与第一溶液泵（22）的输入端连接，第二换热器第二输出端（6d）与热源塔第一输入端（33a）连接，第一溶液泵（22）的输出端与翅片管换热器溶液输入端（20a）连接，翅片管换热器溶液输出端（20b）与第一电动三通调节阀输入端（23a）连接，第一电动三通调节阀第一输出端（23b）接第一溶液泵（22）的输入端，第一电动三通调节阀第二输出端（23c）接第二电动三通调节阀输入端（24a），第二电动三通调节阀第一输出端（24b）接热源塔第一输入端（33a），第二电动三通调节阀第二输出端（24c）接第五换热器第一输入端（27a），第五换热器第一输出端（27b）的出口分成两路，一路与第四电动三通调节阀输入端（28a）连接，另一路与第三电动三通调节阀第一输出端（26b）相连，第四电动三通调节阀第二输出端（28c）与第一换热器第二输入端（4c）连接，第四电动三通调节阀第一输出端（28b）接第三换热器第二输入端（11c），第三换热器第二输出端（11d）与填料换热器溶液输入端（19a）连接，所述填料换热器溶液输入端（19a）同时与第一换热器第二输出端（4d）连接，填料换热器溶液输出端（19b）与第二溶液泵（25）的入口连接，第二溶液泵（25）的出口接第三电动三通调节阀输入端（26a），第三电动三通调节阀第二输出端（26c）接第五换热器第二输入端（27c），第五换热器第二输出端（27d）的出口分成两路，一路通过第五电磁阀（29）与热源塔第一输入端（33a）连接，另外一路通过第六电磁阀（30）与溶液储液器（31）的进口连接，溶液储液器（31）的出口通过第七电磁阀（32）接热源塔第二输入端（33c），在所述翅片管换热器（20）的底部接有放水阀（35）；

所述空气回路包括依次相接的填料换热器（19）、翅片管换热器（20）、风机（21），以及连通所述填料换热器（19）、翅片管换热器（20）、风机（21）的连接风道，构成一个循环回路。

2.根据权利要求1所述的基于综合利用的一体化热源塔热泵装置，其特征在于，通过控制第一电动三通调节阀（23），调节第一溶液泵（22）从翅片管换热器（20）吸入的溶液与从热源塔（33）吸入的溶液的比例，实现对进入翅片管换热器（20）中的溶液温度的控制，从而实现翅片管换热器（20）中空气的除湿量调节。

3.根据权利要求1所述的基于综合利用的一体化热源塔热泵装置，其特征在于，通过控制第二电动三通调节阀（24）和第三电动三通调节阀（26），对进入填料换热器（19）的溶液流量、温度和浓度进行调节，进而实现密闭空气回路中各部分运行温度的调节，使得系统获得最好的再生效率。

4.根据权利要求1所述的基于综合利用的一体化热源塔热泵装置，其特征在于，系统溶液再生利用的是制冷剂过冷与过热制冷剂冷却放出的两部分热量，通过控制第四电动三通调节阀（28），实现对分别进入第一换热器（4）和第三换热器（6）的溶液流量调节，从而调节总的用于溶液再生的热量。

5.根据权利要求1所述的基于综合利用的一体化热源塔热泵装置，其特征在于，所述空气回路中的翅片管换热器（20）中，实现空气中水分凝结的冷量来源为系统中的低温溶液。

6.根据权利要求1所述的基于综合利用的一体化热源塔热泵装置，其特征在于，所述热源塔（33）在不工作时，出风口自动关闭，防止雨水进入塔内的热源塔。