CN104864736B - 一种太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，包括进风风管Ⅰ、离心风机、太阳能空气集热器和开式热源塔热泵系统Ⅱ。通过控制进风方式，可实现开式热源塔中防冻液的再生，解决了开式热源塔热泵运行中防冻液浓度逐渐降低，冰点上升的问题；实现了防冻液的即时再生，无需停止热泵工作，保持了开式热源塔热泵冬季供暖的连续性。系统中加入太阳能空气集热器，有利于提高空气与防冻液之间的显热交换。本发明采用了一种空气式溶液再生方式，克服了防冻液再生对高品位能源的需求，避免了复杂的设备。在开式热源塔基础上集成太阳能辅助防冻液即时再生系统，实现可再生能源的充分利用，推动太阳能与热源塔热泵技术的大规模应用。

Description

一种太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能辅助热源塔防冻液即时再生系统，具体涉及热源塔供热与防冻液再生、太阳能热利用技术，针对冬季利用开式热源塔热泵进行供热过程中，防冻液由于吸湿而浓度降低的实际问题，实现了防冻液的即时再生，有效的推动了开式热源塔热泵的应用。
背景技术
热源塔热泵为一种新型的热泵装置，它通过热源塔与室外空气换热，吸收空气中的热量，将吸收的低品位热量以热泵的形式转换为高品位的热量从而达到向室内供暖和提供生活热水的目的。热源塔热泵系统的热源虽然也来自空气，但它有别于传统空气源热泵从空气中获取能量的方式，在冬季，热源塔热泵机组利用冰点低于0℃的载体介质，高效提取-9℃以上、相对湿度较高的低温环境下空气种的低品位热能进行供热，解决了传统空气源热泵冬季结霜的问题，省去了传统空气源热泵的电辅助加热。
2004年第一代热源塔热泵即开式热源塔热泵研制成功后，经过不断改进，现在已经发展到第四代。开式热源塔热泵在冬季运行时，相比于闭式结构热源塔，由于低凝固点防冻液与空气直接接触，换热效率高，且结构简单，造价低。但其存在运行中空气中部分水蒸气被冷凝成液态水而进入溶液中，而造成防冻液的浓度变低、冰点不稳定的缺陷，且实际工程中溶液浓缩装置配置较大、能耗高，限制了开式热源塔热泵的应用。为了有效解决开式热源塔热泵运行过程中的关键技术问题，需要采取相应措施对循环过程中的稀溶液进行再生。
发明内容
本发明为了实现开式热源塔热泵系统中防冻液的即时再生，并尽量降低再生能耗和再生装置的复杂程度，提供一种太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，通过控制进风方式，可实现开式热源塔中喷淋防冻液的再生，解决了开式热源塔热泵运行过程中防冻液浓度逐渐降低，导致冰点上升的实际问题；同时实现了防冻液的即时再生，无需停止热泵工作，保持了开式热源塔热泵冬季供暖的连续性。系统中加入太阳能空气集热器，提高了热源塔进口空气温度，有利于提高空气于防冻液之间的显热交换。本发明采用了一种空气式溶液再生方式，克服了防冻液再生对高品位能源的需求，避免了复杂的设备。在开式热源塔基础上集成太阳能辅助防冻液即时再生系统，实现了可再生能源的充分利用，有利于推动太阳能与热源塔热泵技术的大规模应用。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，包括进风风管、离心风机和开式热源塔热泵系统，所述开式热源塔热泵系统包括开式热源塔、防冻液喷淋装置、防冻液循环泵、管壳式换热器、压缩机和供热末端以及节流阀，所述开式热源塔的顶部设有风扇，所述开式热源塔内设有填料，所述开式热源塔的底部设有进风口；所述进风风管内依次安装有第一正压通风阀、第二正压通风阀和第三正压通风阀，所述第二正压通风阀和第三正压通风阀之间设有干燥箱和轴流风机，所述进风风管通过第一连接风管与所述离心风机的进风口相连；所述离心风机与所述开式热源塔之间连接有太阳能空气集热器，所述离心风机的出风口通过第二连接风管与所述太阳能空气集热器的空气入口相连，所述太阳能空气集热器的空气出口通过第三连接风管与位于所述开式热源塔塔身底部的进风口相连。
进一步讲，本发明太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，其中，所述第三连接风管上安装有辅助电加热器。
所述第一正压通风阀与外部大气相连的一侧为正压，所述第二正压通风阀朝向所述干燥箱的一侧为正压，所述第三正压通风阀与外部大气相连的一侧为正压，所述轴流风机朝向干燥箱的一侧为负压。
所述太阳能空气集热器是平板式空气集热器和真空管空气集热器中的一种或两种的组合。
所述干燥箱中所用的干燥剂是硫酸钙、氯化钙、硅胶和活性氧化铝中的一种或几种的组合。所述防冻液喷淋装置使用的喷淋防冻液是氯化钙溶液、甘油、碳酸丙烯酯、碳酸丙乙酯中的一种或两种的混合溶液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.实现开式热源塔中喷淋防冻液的再生，解决了开式热源塔热泵运行过程中防冻液浓度逐渐降低，导致冰点上升的实际问题。
2.实现了防冻液的即时再生，无需停止热泵工作，保持了开式热源塔热泵冬季供暖的连续性。
3.系统中加入太阳能空气集热器，提高了热源塔进口空气温度，有利于提高空气于防冻液之间的显热交换。
4.采用了一种空气式溶液再生方式，克服了防冻液再生对高品位能源的需求，避免了复杂的设备。
5.只需通过控制风机的启停，就可以实现热源塔正常工作循环与溶液再生循环两种工作状态的转变，提高了自动化控制水平。
附图说明
图1为本发明一种太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统示意图。
图中：
Ⅰ-进风风管 Ⅱ-开式热源塔热泵系统 1-第一正压通风阀
2-第二正压通风阀 3-干燥箱 4-轴流风机
5-正压通风阀 6-第一连接风管 7-离心风机
8-第二连接风管 9-太阳能空气集热器 10-第三连接风管
11-辅助电加热器 12-开式热源塔 13-风扇
14-填料 15-防冻液喷淋装置 16-防冻液循环泵
17-管壳式换热器 18-压缩机 19-供热末端
20-节流阀
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅是对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，本发明提出的一种太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，包括进风风管Ⅰ、离心风机7、太阳能空气集热器9和开式热源塔热泵系统Ⅱ。
所述进风风管Ⅰ内依次安装有第一正压通风阀1、第二正压通风阀2和第三正压通风阀5，所述第二正压通风阀2和第三正压通风阀3之间设有干燥箱3和轴流风机4，所述进风风管Ⅰ通过第一连接风管6与所述离心风机7的进风口相连；所述第一正压通风阀1与外部大气相连的一侧为正压，所述第二正压通风阀2朝向所述干燥箱3的一侧为正压，所述第三正压通风阀5与外部大气相连的一侧为正压，所述轴流风机4朝向干燥箱3的一侧为负压。所述干燥箱3中所用的干燥剂是硫酸钙、氯化钙、硅胶和活性氧化铝中的一种或几种的组合。
所述开式热源塔热泵系统Ⅱ包括开式热源塔12、防冻液喷淋装置15、防冻液循环泵16、管壳式换热器17、压缩机18和供热末端19以及节流阀20，所述开式热源塔12的顶部设有风扇13，所述开式热源塔12内设有填料14，所述开式热源塔12的底部设有进风口，因此，所述开式热源塔热泵系统Ⅱ的工作原理与常规的开式热源塔热泵系统无异，只是将常规的开式热源塔的四周进风改为塔身底部的进风口进风。所述防冻液喷淋装置15使用的喷淋防冻液是氯化钙溶液、甘油、碳酸丙烯酯、碳酸丙乙酯中的一种或两种的混合溶液。
所述太阳能空气集热器9连接在所述离心风机7与所述开式热源塔12之间，所述离心风机7的出风口通过第二连接风管8与所述太阳能空气集热器9的空气入口相连，所述太阳能空气集热器9的空气出口通过第三连接风管10与位于所述开式热源塔塔身底部的进风口相连。所述太阳能空气集热器9是平板式空气集热器和真空管空气集热器中的一种或两种的组合。所述第三连接风管10上安装有辅助电加热器11。
本发明一种太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统在供热季节运行时，具有普通供热和防冻液再生两种运行模式，通过控制轴流风机4、离心风机7、及三个正压通风阀1、2、5的开关状态控制进风方式，就可以实现开式热源塔两种运行模式的转变，如表所示。
表1两种运行模式的控制方案
第一正压通风阀1、第二正压通风阀2和第三正压通风阀5，
实现普通供热模式的过程是：使用太阳能空气集热器9对进入开式热源塔12的空气进行加热。开启离心风机7和风扇13，关闭轴流风扇4，在风压的作用下，第一正压通风阀1开启，第二、三正压通风阀2、5关闭。系统外部低温高湿的空气从进风风管Ⅰ通过第一正压通风阀1进入系统，通过离心风机7后进入太阳能空气集热器9，空气温度升高后从开式热源塔12底部的进风口进入热源塔内，自下而上的热空气与防冻液喷淋装置15喷淋的防冻液在填料14中发生热质交换，防冻液的温度升高，空气经风扇13从开式热源塔12顶部排出。
本发明中防冻液即时再生是采用空气式溶液再生方式实现的，即利用干空气与防冻液直接接触，当空气的水蒸气分压低于防冻液饱和蒸汽压时，防冻液中的水分会从防冻液中扩散进入空气，从而实现了防冻液的浓缩。同时，由于空气温度高于防冻液温度，空气与防冻液之间存在显热交换，防冻液温度升高，在防冻液再生过程中，热泵系统可连续运行。
实现防冻液再生模式的过程是：使用太阳能空气集热器9或辅助电加热11对进入开式热源塔12的空气进行加热。开启轴流风机4，关闭离心风机7，在风压的作用下，第二和第三正压通风阀2、5开启，第一正压通风阀1关闭。系统外部低温高湿的空气在轴流风机4作用下通过第三正压通风阀5进入进风风管Ⅰ后，再通过干燥箱3除湿，通过第二正压通风阀2进入第一连接风管6，然后通过太阳能空气集热器9提高温度，阴天或夜间时可以开启辅助电加热器11，空气温度升高后从开式热源塔12底部的进风口进入热源塔，自下而上的热空气与喷淋的防冻液与防冻液喷淋装置15喷淋的防冻液在填料14中发生热质交换，防冻液的温度升高，空气经风扇13从开式热源塔12顶部排出，直至防冻液浓度升高到满足热源塔正常工作需求的水平。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，包括进风风管(Ⅰ)、离心风机(7)和开式热源塔热泵系统(Ⅱ)，所述开式热源塔热泵系统(Ⅱ)包括开式热源塔(12)、防冻液喷淋装置(15)、防冻液循环泵(16)、管壳式换热器(17)、压缩机(18)和供热末端(19)以及节流阀(20)，所述开式热源塔(12)的顶部设有风扇(13)，所述开式热源塔(12)内设有填料(14)；
其特征在于：
所述开式热源塔(12)的底部设有进风口；
所述进风风管(Ⅰ)内依次安装有第一正压通风阀(1)、第二正压通风阀(2)和第三正压通风阀(5)，所述第二正压通风阀(2)和第三正压通风阀(5)之间设有干燥箱(3)和轴流风机(4)，所述进风风管(Ⅰ)通过第一连接风管(6)与所述离心风机(7)的进风口相连；
所述离心风机(7)与所述开式热源塔(12)之间连接有太阳能空气集热器(9)，所述离心风机(7)的出风口通过第二连接风管(8)与所述太阳能空气集热器(9)的空气入口相连，所述太阳能空气集热器(9)的空气出口通过第三连接风管(10)与位于所述开式热源塔塔身底部的进风口相连。
2.根据权利要求1所述太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，其特征在于，所述第三连接风管(10)上安装有辅助电加热器(11)。
3.根据权利要求1所述太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，其特征在于：所述第一正压通风阀(1)与外部大气相连的一侧为正压，所述第二正压通风阀(2)朝向所述干燥箱(3)的一侧为正压，所述第三正压通风阀(5)与外部大气相连的一侧为正压，所述轴流风机(4)朝向干燥箱(3)的一侧为负压。
4.根据权利要求1所述太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，其特征在于：所述太阳能空气集热器(9)是平板式空气集热器和真空管空气集热器中的一种或两种的组合。
5.根据权利要求1所述太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，其特征在于：所述干燥箱(3)中所用的干燥剂是硫酸钙、氯化钙、硅胶和活性氧化铝中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述太阳能辅助开式热源塔防冻液即时再生系统，其特征在于：所述防冻液喷淋装置(15)使用的喷淋防冻液是氯化钙溶液、甘油、碳酸丙烯酯、碳酸丙乙酯中的一种或两种的混合溶液。
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