CN109357437B - 一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，包括制冰系统、析盐系统和供热系统。制冰系统包括压缩机、冷凝器、节流阀和冰浆制冰器，用以制备含盐冰浆，析盐系统包括重力析盐器、离心析盐机、冰收集罐1、电磁阀等。供热系统包括冷凝器、冰收集罐1、泵2、膨胀水箱、电磁阀等。析盐系统的重力析盐器和离心析盐机可单独运行，也可并联或串联运行，并联时用于溶液再生量较大的场合，串联时用于溶液浓度较高的场合。该系统可高效解决热源塔热泵机组溶液再生问题，保障热源塔热泵系统的安全运行，还可作为热源塔热泵系统的辅助热源，提高本系统的能效，还可以在春夏秋季作为冰浆制备系统使用，提高本系统的全年综合能效。

Description

一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统

技术领域

本发明涉及一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，属于热源塔溶液再生技术领域。

背景技术

随着经济的发展、生活水平的不断提高，人们对居住、工作环境的舒适性要求也越来越高，对建筑的供暖需求越来越大。长江中下游地区属于夏热冬冷地区，且该地区经济较为发达，对建筑供暖的需求尤为迫切。

作为一种新型热泵系统，热源塔热泵系统采用空气作为冷热源，适用于夏热冬冷地区，尤其是长江中下游地区。与空气源热泵相比，热源塔热泵系统无结霜问题；与冷水机组+锅炉系统相比，热源塔热泵系统无冷水机组闲置和环境污染的问题；与水源热泵系统相比，热源塔热泵系统无使用条件的限制。

在冬季时，室外气温一般低于0℃，为防止水发生冻结危险，热源塔热泵系统一般采用醋酸钾、氯化钠、氯化钙或溴化锂等盐溶液作为循环工质。而溶液在热源塔内喷淋的过程中，与空气进行热质交换，空气中的水蒸气会进入溶液中，使得溶液的浓度降低，进而溶液的凝固点温度升高，易发生溶液冻结事故，危害热源塔热泵系统的安全运行。因此，必须采用合适的方式进行溶液再生，保障系统安全运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以高效解决溶液再生以及利用溶液再生过程辅助供热的热源塔热泵溶液再生系统；进一步的提供一种用于系统辅助供热的热源塔热泵溶液再生系统，更进一步的提供一种可以提高热源塔全年综合能效的热源塔热泵溶液再生系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，包括稀溶液罐一、电磁阀二、泵一、制冰系统、析盐系统以及辅助供热系统一，所述稀溶液罐一内溶液来自热源塔，

所述制冰系统包括冰浆制冰器、压缩机、冷凝器以及节流阀，所述稀溶液罐一经所述电磁阀二以及所述泵一与所述冰浆制冰器连接，所述冰浆制冰器依次经所述压缩机、所述冷凝器以及所述节流阀构成循环回路；

所述辅助供热系统一包括所述冷凝器、电磁阀十四、冰收集罐一、膨胀水箱、泵二以及电磁阀十六，所述冷凝器用于加热热用户散热介质，所述散热介质依次经所述电磁阀十四进入热用户进行放热后，进入所述冰收集罐一，经所述泵二进入所述冷凝器构成散热介质回路；

所述析盐系统包括电磁阀五、电磁阀七、重力析盐器、离心析盐机、电磁阀八、电磁阀九、电磁阀十、稀溶液罐二、泵三、电磁阀十一、电磁阀十二、浓溶液罐、所述冰收集罐一以及电磁阀十六，所述重力析盐器以及所述离心析盐机内设有冰水分离装置，所述冰浆制冰器分别经所述电磁阀五、所述电磁阀七与所述重力析盐器以及所述离心析盐机连接，所述重力析盐器分别经所述电磁阀八、所述电磁阀九以及所述电磁阀十与所述稀溶液罐二、所述浓溶液罐以及所述冰收集罐一连接，所述泵三将所述稀溶液罐二内溶液泵入所述稀溶液罐一，所述离心析盐机分别经所述电磁阀十一以及所述电磁阀十二与所述浓溶液罐以及所述冰收集罐一连接，所述冰收集罐一内设有冰水分离装置，所述冰收集罐一经所述电磁阀十六与所述泵一连接，所述浓溶液罐内溶液进入热源塔内。

还包括辅助供热系统二，所述辅助供热系统二包括电磁阀十八、所述泵一、所述冰浆制冰器、电磁阀六、冰收集罐二以及电磁阀十九，所述泵一经所述电磁阀十八与供水源连接，所述冰浆制冰器经所述电磁阀六与所述冰收集罐二连接，所述冰收集罐二内设有冰水分离装置，所述冰收集罐二分离出的水经所述电磁阀十九与所述泵一连接。

还包括冷却系统，所述冷却系统包括电磁阀二十、所述泵二、所述冷凝器以及电磁阀二十一，所述泵二经所述电磁阀二十与冷却塔冷却水连接，将其泵入所述冷凝器内，经所述电磁阀二十一返回至所述冷却塔内。

所述泵三经电磁阀四与所述重力析盐器连接，用于将所述稀溶液罐二中溶液回流至所述重力析盐器内用于含盐冰喷淋。

所述散热介质经电磁阀十三与所述冰收集管一连接，用于加速融冰速率。

所述热源塔溶液为醋酸钾溶液、氯化钠溶液、氯化钙溶液或溴化锂溶液。

所述冰浆制冰器为刮削式制冰器。

本发明所达到的有益效果：本装置中采用两组脱盐机，可以针对不同的情况，提供多种运行方式来实现溶液高效再生效率，保障热源塔热泵系统安全运行；本装置采用的辅助供热系统一可用于溶液再生过程中的辅助供热，辅助供热系统二可用于系统供热量不足时辅助供热，保障热源塔热泵系统在极端天气条件下稳定运行；本装置通过上述合理配置，可以减小热源塔热泵系统机组装机容量，降低热源塔热泵系统初投资，大幅提高热源塔热泵系统能效；本装置还可以在春季、夏季和秋季运行，可用以制备冰浆，满足需冷场合，提高热源塔全年综合能效。

附图说明

图1是实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，如图1所示，热源塔溶液经电磁阀1与稀溶液罐1连接后，经泵1进入再生系统内，具体原理如下：

制冰系统：主要包括压缩机、冷凝器、节流阀、冰浆制冰器。循环工质为制冷剂。低温低压的制冷剂气体经压缩机压缩成高温高压的制冷剂气体；然后经冷凝器冷凝后变成高温高压的制冷剂液体，期间放出热量，可用来给热用户供热；高温高压的制冷剂液体由节流阀节流降压，变成低温低压的制冷剂液体；低温低压的制冷剂液体在冰浆制冰器内蒸发吸热，使得冰浆制冰器的溶液结冰，液态制冷剂蒸发吸热后变成制冷剂气体，再返回压缩机，完成制冰循环。

析盐系统包括重力析盐器、离心析盐机、冰收集罐1、电磁阀等。重力析盐器和离心析盐机可单独工作，也可并联一块工作。由冰浆制冰器制备的冰浆分别经电磁阀5和电磁阀7进入重力析盐器和离心析盐机，进行脱盐处理。脱盐处理后，含盐冰的浓度降低，当降低设定浓度时，打开电磁阀10和电磁阀12，纯冰进入冰收集罐1。经脱盐处理的冰内浓度非常低，可近似为纯冰，此时剩余溶液的浓度会升高，即完成了溶液再生过程。浓溶液分别经电磁阀9和电磁阀11进入浓溶液罐，当达到一定液位时，打开电磁阀17，浓溶液送至热源塔系统。

供热系统包括冷凝器、热用户(以空调用户为例)、冰收集罐1、泵2、膨胀水箱、电磁阀等。空调回水经泵2进入冷凝器，吸收制冷剂冷凝放出的热量，水温升高，升温后的空调供水经电磁阀14进入热用户，为热用户供热，供热后水温降低。之后进入冰收集罐1，继续放热，水温进一步降低，然后经泵2返回冷凝器再一次加热，完成供热循环。膨胀水箱起到定压、补水的作用。

对于系统供热不足的情况下，还提供了一套辅助供热系统，包括泵1、冰浆制冰器、冰收集罐2、电磁阀等，利用自来水作为低位热源，进入冰浆制冰器，产生冰浆，释放热量，给上述供热系统进行供热。

在不用供热的春夏秋季，还可以利用上述辅助供热系统生产冰浆，用于需冷场合，仅需要增加对冷凝器的冷却系统，本装置利用冷却塔中冷却水对冷凝器进行冷却，不用额外增加其他设备。

具体的运行方法如下：

在冬季运行时，本装置具有两种工作模式：溶液再生模式和辅助供热模式。

溶液再生模式：

来自热源塔的稀溶液经电磁阀1进入稀溶液罐1，当达到设定液位后，开启电磁阀2和泵1，把稀溶液泵入冰浆制冰器，在冰浆制冰器内溶液开始结冰，剩余溶液的浓度升高一些。溶液结冰后，与溶液一起形成冰浆，完成制冰过程。制备的冰浆并非纯冰，冰内和冰的表面会有盐溶液的存在，需要进行脱盐处理。脱盐可由重力析盐器和离心析盐机完成。

重力析盐器和离心析盐机脱盐的运行模式有四种：(1)重力析盐器单独运行(2)离心析盐机单独运行(3)重力析盐器和离心析盐机并联运行(4)重力析盐器和离心析盐机串联运行。

(1)重力析盐器单独运行：开启电磁阀5，关闭电磁阀6和电磁阀7，冰浆制冰器生产的冰浆进入重力析盐器。在重力析盐器内设置过滤层，用来过滤含盐冰，打开电磁阀9，浓溶液则经过电磁阀9进入浓溶液罐。当重力析盐器内的含盐冰达到设定值时，关闭电磁阀5。含盐冰与周围空气换热，盐胞周围的冰会首先融化，在重力的作用下，慢慢向重力析盐器下部移动，刚开始溶解形成的溶液浓度较高，可直接流入浓溶液罐。随着时间的发展，溶解后的液体浓度慢慢变小，当低于设定浓度时，关闭电磁阀9，开启电磁阀8，溶解后稀溶液进入稀溶液罐2。为加速重力脱盐器内的脱盐速率，可开启泵3和电磁阀4，利用稀溶液罐2的稀溶液在含盐冰上面进行喷淋，喷淋一段时间后，关闭泵3和电磁阀4。若稀溶液罐2内液位达到设定液位值，开启泵3和电磁阀3，稀溶液进入稀溶液罐1。重力析盐器出口溶液浓度越来越低，当降至设定值时，即认为重力析盐器内的冰为纯冰(其溶解后的水质达到环保部门要求)。关闭电磁阀8，开启电磁阀10，纯冰排入纯冰收集罐。

(2)离心析盐机单独运行：开启电磁阀7，关闭电磁阀5和电磁阀6，冰浆制冰器生产的冰浆进入离心析盐机。在离心析盐机内设置过滤层，用来过滤含盐冰，打开电磁阀11，浓溶液则经过电磁阀11进入浓溶液罐。当离心析盐器内的含盐冰达到设定值时，关闭电磁阀7。开启离心析盐机，含盐冰内的盐溶液在离心力的作用下被分离出来，经电磁阀11进入浓溶液罐。达到设定时间后，关闭离心析盐机和电磁阀11，开启电磁阀12，纯冰排入纯冰收集罐。

(3)重力析盐器和离心析盐机并联运行：开启电磁阀5和电磁阀7，关闭电磁阀6，冰浆制冰器生产的冰浆分别进入重力析盐器和离心析盐机。其过程与二者单独运行的原理相同。该模式可用于溶液再生量较大的场合。

(4)重力析盐器和离心析盐机串联运行：开启电磁阀7，关闭电磁阀5和电磁阀6，冰浆制冰器生产的冰浆首先进入离心析盐机，进行初步脱盐处理，其过程与离心析盐机单独运行原理相同。达到设定时间后，关闭离心析盐机和电磁阀11，开启电磁阀12，此时排出的并非纯冰，而是具有一定浓度的含盐冰，含盐冰进入纯冰收集罐。在纯冰收集罐内，含盐冰与空调回水进行换热，含盐冰融化成浓度较低的盐溶液。关闭电磁阀12，开启电磁阀16和泵1，浓度较低的盐溶液被泵入到冰浆制冰器，再一次结冰，形成冰浆。开启电磁阀5，关闭电磁阀6和电磁阀7，冰浆制冰器生产的冰浆进入重力析盐器，进行再一次脱盐处理。其过程与重力析盐器单独运行的原理相同。该模式可用于溶液浓度较高的场合。

辅助供热模式：

辅助供热模式分为两种运行模式：一种在溶液再生的过程中辅助供热；另一种是系统供热量不足时辅助供热。

溶液再生过程中辅助供热：溶液再生过程中，制冰系统生成冰浆的同时，冷凝器向外排放热量，可用来加热空调回水。经过电磁阀14，空调回水在热用户放热，温度降低后的空调回水进入冰收集罐1继续放热，然后再经泵2返回冷凝器，继续加热。当冰收集罐1需要加快融冰速率时，可关闭电磁阀14，开启电磁阀13，空调供水不经过热用户，直接在冰收集罐1内放热，然后经泵2返回冷凝器。

系统供热量不足时辅助供热：当外界气温极低时，系统供热量不足时，启动该模式。开启电磁阀18和泵1，自来水进入冰浆制冰器，在冰浆制冰器内被冻结，产生冰浆，期间释放热量，给热泵系统供热。开启电磁阀6，冰浆制冰器产生的冰浆进入冰收集罐2。冰收集罐2内设有过滤装置，使得冰和水分离，开启电磁阀19，分离后的水与自来水混合，经泵1返回冰浆制冰器，继续冷冻，产生冰浆，此时自来水作为热泵系统的低位热源。与此同时，冷凝器侧则释放热量则用来加热空调回水，水温升高后经电磁阀14进入热用户放热，然后经冰收集罐1、泵2返回冷凝器。此时冰收集罐1内是空的，无冰或冰水混合物。冷凝器的热量则全部用来供热。

在春季、夏季和秋季运行时，本装置可用以制备冰浆，其流程为：

开启电磁阀18和泵1，自来水进入冰浆制冰器，在冰浆制冰器内被冻结，产生冰浆。开启电磁阀6，刮削式制冰器产生的冰浆进入冰收集罐2。冰收集罐2内设有过滤装置，使得冰和水分离，开启电磁阀19，分离后的水与自来水混合，经泵1返回冰浆制冰器，继续冷冻，产生冰浆，送至冰收集罐2储存。与此同时，冷凝器侧则需要冷却水降温，开启电磁阀20、电磁阀21和泵2，来自冷却塔的冷却水经电磁阀20和泵2进入冷凝器，吸收制冷剂蒸气的冷凝热，水温升高后的冷却水回水经电磁阀21返回冷却塔，在冷却塔内冷却，完成冷却水循环。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，其特征是，包括稀溶液罐一、电磁阀二、泵一、制冰系统、析盐系统以及辅助供热系统一，所述稀溶液罐一内溶液来自热源塔，

所述制冰系统包括冰浆制冰器、压缩机、冷凝器以及节流阀，所述稀溶液罐一经所述电磁阀二以及所述泵一与所述冰浆制冰器连接，所述冰浆制冰器依次经所述压缩机、所述冷凝器以及所述节流阀构成循环回路；

所述辅助供热系统一包括所述冷凝器、电磁阀十四、冰收集罐一、膨胀水箱、泵二以及电磁阀十六，所述冷凝器用于加热热用户散热介质，所述散热介质依次经所述电磁阀十四进入热用户进行放热后，进入所述冰收集罐一，经所述泵二进入所述冷凝器构成散热介质回路；

所述析盐系统包括电磁阀五、电磁阀七、重力析盐器、离心析盐机、电磁阀八、电磁阀九、电磁阀十、稀溶液罐二、泵三、电磁阀十一、电磁阀十二、浓溶液罐、所述冰收集罐一以及电磁阀十六，所述重力析盐器以及所述离心析盐机内设有冰水分离装置，所述冰浆制冰器分别经所述电磁阀五、所述电磁阀七与所述重力析盐器以及所述离心析盐机连接，所述重力析盐器分别经所述电磁阀八、所述电磁阀九以及所述电磁阀十与所述稀溶液罐二、所述浓溶液罐以及所述冰收集罐一连接，所述泵三将所述稀溶液罐二内溶液泵入所述稀溶液罐一，所述离心析盐机分别经所述电磁阀十一以及所述电磁阀十二与所述浓溶液罐以及所述冰收集罐一连接，所述冰收集罐一内设有冰水分离装置，所述冰收集罐一经所述电磁阀十六与所述泵一连接，所述浓溶液罐内溶液进入热源塔内。

2.根据权利要求1所述的一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，其特征是，还包括辅助供热系统二，所述辅助供热系统二包括电磁阀十八、所述泵一、所述冰浆制冰器、电磁阀六、冰收集罐二以及电磁阀十九，所述泵一经所述电磁阀十八与供水源连接，所述冰浆制冰器经所述电磁阀六与所述冰收集罐二连接，所述冰收集罐二内设有冰水分离装置，所述冰收集罐二分离出的水经所述电磁阀十九与所述泵一连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，其特征是，还包括冷却系统，所述冷却系统包括电磁阀二十、所述泵二、所述冷凝器以及电磁阀二十一，所述泵二经所述电磁阀二十与冷却塔冷却水连接，将其泵入所述冷凝器内，经所述电磁阀二十一返回至所述冷却塔内。

4.根据权利要求1所述的一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，其特征是，所述泵三经电磁阀四与所述重力析盐器连接，用于将所述稀溶液罐二中溶液回流至所述重力析盐器内用于含盐冰喷淋。

5.根据权利要求1所述的一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，其特征是，所述散热介质经电磁阀十三与所述冰收集管一连接，用于加速融冰速率。

6.根据权利要求1所述的一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，其特征是，所述热源塔溶液为醋酸钾溶液、氯化钠溶液、氯化钙溶液或溴化锂溶液。

7.根据权利要求1所述的一种基于冷冻法的热源塔热泵溶液再生系统，其特征是，所述冰浆制冰器为刮削式制冰器。