CN106989540B

CN106989540B - 具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统及溶液再生方法

Info

Publication number: CN106989540B
Application number: CN201710329711.7A
Authority: CN
Inventors: 曹先齐; 文先太; 余鹏飞
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2037-05-11
Also published as: CN106989540A

Abstract

本发明公开了一种具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统，包括热源塔供热系统和溶液再生系统。热源塔供热系统由第一热泵机组、热源塔、溶液泵和电磁阀组成；溶液浓缩系统由第二热泵机组、套筒换热器、溶液浓缩桶、第一溶液泵、第二溶液泵和电磁阀组成。溶液浓缩系统的流程为：首先由第二热泵机组制备低温的浓溶液，低温的浓溶液与第一热泵机组蒸发器出口的稀溶液经板式换热器进行换热，使稀溶液产生一定的过冷度。之后送到溶液浓缩桶解除过冷，部分水变成冰析出，溶液由稀溶液变成浓溶液，完成溶液浓缩过程。本发明采用了双主机热泵系统，第一热泵机组为大容量机组，专门负责供热；第二热泵机组为小容量机组，专门浓缩溶液，兼有供热功能。

Description

具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统及溶液再生方法

技术领域

本发明属于制冷空调系统设计领域，涉及一种具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统及溶液再生方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对居住环境的舒适性要求也越来越高，导致建筑空调系统能耗越来越大，因此，开展建筑空调系统的节能已刻不容缓。

常见的空调冷热源方案主要有空气源热泵、地源热泵、冷水机组+锅炉等。这些方案在实际运行过程中存在一些问题：空气源热泵在冬季容易结霜；地源热泵受地理位置的限制较大；冷水机组+锅炉方案，在冬季时，冷水机组处于闲置状态，且锅炉的燃烧也会带来环境污染问题。

为解决冷水机组闲置问题和空气源热泵结霜问题，一些学者提出了热源塔热泵系统，在冬季工况下，利用冷却塔从空气吸收热量，然后向热泵放热。热源塔热泵系统在长江中下游地区得到一定程度的应用。

在冬季运行工况下，热源塔内的循环溶液因吸收空气中的水蒸气而浓度降低，使溶液的凝固点降低，在热源塔表面产生结霜和结冰现象，危害系统的运行。为了维持系统的稳定运行，需要对溶液进行再生。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统，能对溶液进行再生，维持热源塔热泵系统的稳定运行。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统，包括热源塔供热系统和溶液再生系统；热源塔供热系统包括第一热泵机组、热源塔以及第九电磁阀；溶液再生系统包括第二热泵机组、套筒换热器、溶液浓缩桶、过滤器、第四电磁阀以及第二溶液泵；

所述第一热泵机组第三溶液泵以及第十电磁阀相连，第十电磁阀和第六电磁阀相连，第三溶液泵和第八电磁阀连接，第八电磁阀和热源塔连接，热源塔和第九电磁阀和第十一电磁阀相连，第九电磁阀和第一热泵机组相连，第十一电磁阀和第二热泵机组相连；

所述第二热泵机组和第一溶液泵连接，第一溶液泵和第一电磁阀以及第二电磁阀连接，第一电磁阀和热源塔连接，第二电磁阀和套筒换热器连接，套筒换热器和第二溶液泵以及第二热泵机组连接，第二溶液泵和第三电磁阀，第三电磁阀和溶液浓缩桶连接，溶液浓缩桶经过滤器和第四电磁阀连接，第四电磁阀和第五电磁阀以及第七电磁阀连接，第七电磁阀和第三溶液泵连接，第五电磁阀和第六电磁阀连接，第六电磁阀和套筒换热器连接。

进一步的，为了方便溶液快速混匀，在溶液浓缩桶内设有搅拌器。

进一步的，在溶液浓缩桶内设有滤网。

进一步的，所述第一热泵机组采用大容量机组，第二热泵机组采用小容量机组，大小容量机组和小容量机组的制热量比在5:1左右，例如大容量机组制热量500kW，小容量机组制热量100kW。

进一步的，热源塔供热系统所采用的工质为氯化钠溶液、氯化钙溶液或溴化锂溶液。

溶液再生流程为：首先由第二热泵机组制备低温浓溶液，同时第二热泵机组还可以为建筑物提供热量，制备的低温浓溶液经第一溶液泵和第二电磁阀进入套筒换热器，与来自第一热泵机组蒸发器出口的部分稀溶液进行换热；换热后，浓溶液的温度升高，返回第二热泵机组重新降温；稀溶液温度降低至凝固点温度之下，之后经第二溶液泵和第三电磁阀，稀溶液进入溶液浓缩桶，解除过冷，稀溶液开始析冰，浓缩后的浓溶液经过滤器和第四电磁阀和第七电磁阀，与第一热泵机组的蒸发器出口的溶液混合，经由第三溶液泵和第八电磁阀，送到热源塔进行吸热；若溶液浓缩桶出口的溶液浓度达不到要求，浓溶液则经过过滤器和第四电磁阀、第五电磁阀以及第六电磁阀返回进入套筒换热器降温，然后再进入溶液浓缩桶析冰，溶液浓度进一步浓缩，直至满足需求。

本发明的有益效果是：

1、本发明选择了2台双工况热泵机组，具有供热和溶液浓缩两个功能，第一热泵机组选择大容量机组，负责供热；第二热泵机组选择小容量机组，主要负责溶液浓缩，兼具供热功能。

2、本发明采用冷冻法浓缩溶液，先用第二热泵机组制备低温浓溶液，同时供热，然后浓溶液与稀溶液换热，将稀溶液温度降至凝固点温度之下，使之具有一定的过冷度，然后解除过冷，稀溶液结冰，稀溶液变成浓溶液，完成浓缩过程，溶液浓缩过程只有溶液泵耗功，额外能耗低。

3、本发明中溶液再生系统只需要添加一个套筒换热器、溶液浓缩桶和溶液泵等装置，设备初投资低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统的结构示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，一种具有溶液再生功能的双机（双机是指采用两台热泵机组作为主机）热源塔热泵系统，包括热源塔供热系统和溶液再生系统；热源塔供热系统包括第一热泵机组、热源塔以及第九电磁阀D9；溶液再生系统包括第二热泵机组、套筒换热器、溶液浓缩桶、过滤器、第四电磁阀D4以及第二溶液泵R2；

所述第一热泵机组第三溶液泵R3以及第十电磁阀D10相连，第十电磁阀D10和第六电磁阀D6相连，第三溶液泵R3和第八电磁阀D8连接，第八电磁阀D8和热源塔连接，热源塔和第九电磁阀D9和第十一电磁阀D11相连，第九电磁阀D9和第一热泵机组相连，第十一电磁阀D11和第二热泵机组相连；

所述第二热泵机组和第一溶液泵R1连接，第一溶液泵R1和第一电磁阀D1以及第二电磁阀D2连接，第一电磁阀D1和热源塔连接，第二电磁阀D2和套筒换热器连接，套筒换热器和第二溶液泵R2以及第二热泵机组连接，第二溶液泵R2和第三电磁阀D3，第三电磁阀D3和溶液浓缩桶1连接，在溶液浓缩桶1内设有滤网4和搅拌器2，溶液浓缩桶1经过滤器3和第四电磁阀D4连接，第四电磁阀D4和第五电磁阀D5以及第七电磁阀D7连接，第七电磁阀D7和第三溶液泵R3连接，第五电磁阀D5和第六电磁阀D6连接，第六电磁阀D6和套筒换热器连接。

本发明中热源塔供热系统的供热流程为：第一热泵机组蒸发器出口的溶液经第三溶液泵R3和第八电磁阀D8后进入热源塔与空气换热，吸热后溶液温度升高，再经第九电磁阀D9进入第一热泵机组。

本发明中的溶液再生系统的溶液再生流程为：首先由第二热泵机组制备低温浓溶液，同时第二热泵机组还可以为建筑物提供热量，制备的低温浓溶液经第一溶液泵R1和第二电磁阀D2进入套筒换热器，与来自第一热泵机组蒸发器出口的部分稀溶液进行换热。换热后，浓溶液的温度升高，返回第二热泵机组重新降温；稀溶液温度降低至凝固点温度之下，即具有一定的过冷度，之后经第二溶液泵R2和第三电磁阀D3，稀溶液进入溶液浓缩桶1，解除过冷，稀溶液开始析冰，析冰之后由稀溶液变成浓溶液，利用过滤网4把冰滤出完成溶液浓缩过程。在溶液浓缩桶的一侧装有过滤器3，浓缩后的浓溶液经过滤器和第四电磁阀D4和第七电磁阀D7，与第一热泵机组的蒸发器出口的溶液混合，经由第三溶液泵R3和第八电磁阀D8，送到热源塔进行吸热，若溶液浓缩桶1出口的溶液浓度达不到要求，浓溶液则经过过滤器3和第四电磁阀D4、第五电磁阀D5以及第六电磁阀D6返回进入套筒换热器降温，然后再进入溶液浓缩桶1析冰，溶液浓度进一步浓缩，直至满足需求。

所述第一热泵机组采用大容量机组，第二热泵机组采用小容量机组。

当建筑物热负荷较小，溶液浓度较高时，可以利用第二热泵机组单独工作，其流程为溶液先经第二热泵机组，放完热量后经第一溶液泵R1和第一电磁阀D1进入热源塔，在热源塔内吸收空气的热量，之后经第十一电磁阀D11再回到第二热泵机组继续放热，循环进行，其它阀门关闭。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统，其特征在于：包括热源塔供热系统和溶液再生系统；热源塔供热系统包括第一热泵机组、热源塔以及第九电磁阀（D9）；溶液再生系统包括第二热泵机组、套筒换热器、溶液浓缩桶、过滤器、第四电磁阀（D4）以及第二溶液泵（R2）；

所述第一热泵机组与第三溶液泵（R3）以及第十电磁阀（D10）相连，第十电磁阀（D10）和第六电磁阀（D6）相连，第三溶液泵（R3）和第八电磁阀（D8）连接，第八电磁阀（D8）和热源塔连接，热源塔和第九电磁阀（D9）和第十一电磁阀（D11）相连，第九电磁阀（D9）和第一热泵机组相连，第十一电磁阀（D11）和第二热泵机组相连；

所述第二热泵机组和第一溶液泵(R1)连接，第一溶液泵（R1）和第一电磁阀（D1）以及第二电磁阀（D2）连接，第一电磁阀（D1）和热源塔连接，第二电磁阀（D2）和套筒换热器连接，套筒换热器和第二溶液泵（R2）以及第二热泵机组连接，第二溶液泵（R2）和第三电磁阀（D 3），第三电磁阀（D3）和溶液浓缩桶（1）连接，溶液浓缩桶（1）经过滤器（3）和第四电磁阀（D4）连接，第四电磁阀（D4）和第五电磁阀（D5）以及第七电磁阀（D7）连接，第七电磁阀（D7）和第三溶液泵（R3）连接，第五电磁阀（D5）和第六电磁阀（D6）连接，第六电磁阀（D6）和套筒换热器连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统，其特征在于：在溶液浓缩桶（1）内设有搅拌器（2）。

3.根据权利要求1所述的一种具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统，其特征在于：在溶液浓缩桶（1）内设有滤网（4）。

4.根据权利要求1所述的一种具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统，其特征在于：所述第一热泵机组采用大容量机组，第二热泵机组采用小容量机组。

5.根据权利要求4所述的一种具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统，其特征在于：所述第一热泵机组和第二热泵机组的制热功率比为5:1。

6.根据权利要求1所述的一种具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统，其特征在于：热源塔供热系统所采用的工质为氯化钠溶液、氯化钙溶液或溴化锂溶液。

7.一种基于权利要求1-6任意一项具有溶液再生功能的双机热源塔热泵系统的溶液再生方法，其特征在于，包括：首先由第二热泵机组制备低温浓溶液，同时第二热泵机组还为建筑物提供热量，制备的低温浓溶液经第一溶液泵（R1）和第二电磁阀（D2）进入套筒换热器，与来自第一热泵机组蒸发器出口的部分稀溶液进行换热；换热后，浓溶液的温度升高，返回第二热泵机组重新降温；稀溶液温度降低至凝固点温度之下，之后经第二溶液泵（R2）和第三电磁阀（D3），稀溶液进入溶液浓缩桶（1），解除过冷，稀溶液开始析冰，浓缩后的浓溶液经过滤器（3）和第四电磁阀（D4）和第七电磁阀（D7），与第一热泵机组的蒸发器出口的溶液混合，经由第三溶液泵（R3）和第八电磁阀（D8），送到热源塔进行吸热；若溶液浓缩桶1出口的溶液浓度达不到要求，浓溶液则经过过滤器（3）和第四电磁阀（D4）、第五电磁阀（D5）以及第六电磁阀（D6）返回进入套筒换热器降温，然后再进入溶液浓缩桶（1）析冰，溶液浓度进一步浓缩，直至满足需求。