CN110044092A - 一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统及其使用方法，包括热泵系统、能源塔系统、冷却液提纯系统、蓄能系统和供热系统。热泵系统包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器；能源塔系统包括蒸发器、能源塔、电磁泵；冷却液提纯系统包括蒸发器、真空制冰器、重力脱盐装置、浓溶液存储器、电动泵；蓄能系统包括重力脱盐装置、蓄水池、蓄冰池、电动泵；供热系统包括冷凝器、热用户、电动泵。溶液浓度正常时，运行能源塔模式；溶液浓度较低时，开启溶液提纯模式。本发明采用真空冷冻法高效解决能源塔溶液再生问题，溶液提纯的同时进行正常供热和蓄能，提高系统全年综合能效，保证机组的安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于制冷空调系统技术领域，具体涉及一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统及其使用方法。
背景技术
随着经济的发展和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，使得建筑空调系统能耗越来越高。因此，开展建筑空调系统的节能已刻不容缓，具有蓄能功能的能源塔热泵系统就是这种背景下发展的一种节能技术。
与冷水机组加锅炉冷热源方案相比，能源塔热泵无冷水机组闲置和环境污染问题；与空气源热泵相比，能源塔热泵无结霜问题。但是能源塔热泵系统一般是按照最不利工况下的建筑的最大负荷来选型设计，由此导致热泵系统装机容量过大，造成初投资增加。并且当冬季室外温度较低时，建筑供热负荷需求显著增加，但能源塔热泵机组的供热能力与效率则随着室外温度的降低而下降，使得能源塔热泵系统的效率下降。同时，能源塔热泵系统在冬季运行时吸收空气中水蒸气，使得溶液浓度降低，溶液冰点温度升高，具有结冰堵塞设备管道的危险。因此，能源塔热泵系统还需解决溶液提纯的问题。
因此如何在满足最恶劣的工况条件下降低热泵机组装机容量，高效解决能源塔热泵系统溶液再生问题，提高能源塔热泵系统的综合能效，本专利提出了一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统及其使用方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，其中：包括能源塔系统、热泵系统、供热系统、冷却液提纯系统和蓄能系统；
所述能源塔系统包括蒸发器放热室、第二电动泵和能源塔，通过运输管路依次连成回路，所述第二电动泵使管路中的冷却液循环流动；
所述热泵系统包括蒸发器蒸发室、压缩机、冷凝器降温室和节流阀，通过运输管路依次连成回路，所述压缩机使管路中的制冷剂循环流动，所述节流阀用于调节制冷剂压力；
所述蒸发器放热室与蒸发器蒸发室能进行热交换，使冷却液的热量传递给制冷剂；
所述供热系统包括冷凝器加热室、第一电动泵和热用户，通过运输管路依次连成回路，所述第一电动泵使管路中的水循环流动；
所述冷凝器降温室与冷凝器加热室能进行热交换，使制冷剂的热量传递给水；
其特征在于：所述冷却液提纯系统包括真空制冰器、重力脱盐装置、浓溶液储存器和电动泵，通过运输管路依次连接，所述真空制冰器入口与蒸发器放热室出口通过管路连接，所述第二电动泵出口与能源塔入口连接，所述第二电动泵用于将冷却液从浓溶液储存器输送到能源塔中；
所述蓄能系统包括蓄水池、蓄冰池、第三电动泵和第四电动泵，所述蓄水池、第三电动泵、重力脱盐装置、第四电动泵和蓄冰池通过运输管路依次连成回路，所述第三电动泵将蓄水池中的水输送到重力脱盐装置中，所述第四电动泵将重力脱盐装置中的冰水混合物运输到蓄冰池中；
各管路中连接有至少一个电磁阀，用于控制相应管路的通断。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀和第十二电磁阀；所述第一电磁阀连接在热用户入口和冷凝器加热室出口之间，所述第二电磁阀连接在第二电动泵出口和能源塔入口之间，所述第三电磁阀连接在第二电动泵出口和真空制冰器入口之间，所述第四电磁阀连接在能源塔出口和蒸发器放热室的入口之间，所述第五电磁阀连接在真空制冰器出口和重力脱盐装置入口之间，所述第六电磁阀连接在第三电动泵出口和重力脱盐装置入口之间，所述第七电磁阀连接在第三电动泵出口和蒸发器放热室入口之间，所述第八电磁阀连接在重力脱盐装置出口和浓溶液储存器之间，所述第九电磁阀连接在重力脱盐装置出口和蓄冰池入口之间，所述第十电磁阀连接在蓄冰池出口和蓄水池入口之间，所述第十二电磁阀连接在浓溶液储存器出口和能源塔入口之间。
上述的冷却液为醋酸钾、氯化钙或溴化锂盐溶液。
上述的真空制冰器管路连接真空泵，所述真空泵用于对真空制冰器抽真空，第十一电磁阀连接在有真空泵的管路上。
上述的重力脱盐装置内设置有过滤器，所述过滤器用于分离冷却液和含盐冰。
上述的蓄冰池内设置有过滤网，所述过滤网用于使冰水分离。
本发明还公布了一种采用上述的兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统的使用方法，包含以下步骤：
1)关闭第三电磁阀，打开第二电磁阀和第四电磁阀，启动第二电动泵使冷却液在蒸发器放热室和能源塔之间循环流动，使冷却液温度升高；
2)启动压缩机，打开节流阀，使制冷剂在蒸发器蒸发室和冷凝器降温室之间循环流动，使制冷剂在蒸发器蒸发室中蒸发吸热，在冷凝器降温室中冷凝放热；
3)打开第一电磁阀，启动第一电动泵使水流在热用户和冷凝器加热室循环流动，在冷凝器加热室内加热，水温升高，在热用户内放热，水温降低，重复上述循环过程完成供热流程
4)关闭第二电磁阀，打开第三电磁阀、第五电磁阀、真空泵和第十一电磁阀，启动第二电动泵将低温冷却液运输到真空制冰器中，利用真空冷冻法得到含盐冰浆，含盐冰浆通过第五电磁阀流入重力脱盐装置，直至重力脱盐装置内的含盐冰浆达到设定值时，关闭第三电磁阀、第五电磁阀、真空泵和第十一电磁阀；
5)启动重力脱盐装置，利用重力脱盐法得到纯冰和浓冷却液，通过过滤器分离浓冷却液和含盐冰；
6)打开第八电磁阀，将浓冷却液运输到浓溶液储存器中，直至浓冷却液达到设定液位后，关闭第八电磁阀；
7)打开第十二电磁阀，启动第五电动泵，将浓冷却液注入能源塔中，得到高温浓冷却液，通过第四电磁阀进入蒸发器放热室；
8)打开第六电磁阀，启动第三电动泵，将水注入重力脱盐装置，得到纯冰浆；
9)打开第九电磁阀，启动第四电动泵，将纯冰浆运输到蓄冰池中，通过过滤网使冰水分离；
10)打开第十电磁阀，水流入蓄水池；
本发明的有益效果：
(1)一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，采用真空冷冻法解决能源塔溶液再生问题，保障能源塔热泵系统安全运行。
(2)一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，可在溶液再生的同时，正常供热，溶液再生效率高。
(3)一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，可在溶液再生的同时进行蓄能，减少夏季机组运行时间，提高系统全年综合能效。
附图说明
图1是一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统运行流程示意图；
附图标记为：蒸发器放热室1、蒸发器蒸发室2、冷凝器降温室3、冷凝器加热室4、热用户5、能源塔6、真空制冰器7、重力脱盐装置8、浓溶液储存器9、蓄水池10、蓄冰池11、第二电动泵12、第二电磁阀13、第四电磁阀14、压缩机15、节流阀16、第一电磁阀17、第一电动泵18、第三电磁阀19、真空泵20、第十一电磁阀21、第五电磁阀22、第八电磁阀23、第五电动泵24、第十二电磁阀25、第六电磁阀26、第九电磁阀27、第四电动泵28、第十电磁阀29、第三电动泵30、第七电磁阀31。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明为一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，包括能源塔系统、热泵系统、供热系统、冷却液提纯系统和蓄能系统；
所述能源塔系统包括蒸发器放热室1、第二电动泵12和能源塔6，通过运输管路依次连成回路，所述第二电动泵12使管路中的冷却液循环流动；
所述热泵系统包括蒸发器蒸发室2、压缩机15、冷凝器降温室3和节流阀16，通过运输管路依次连成回路，所述压缩机15用于使管路中的制冷剂循环流动，所述节流阀16用于调节制冷剂压力；
所述蒸发器放热室1与蒸发器蒸发室2能进行热交换，使冷却液的热量传递给制冷剂；
所述供热系统包括冷凝器加热室4、第一电动泵18和热用户5，通过运输管路依次连成回路，所述第一电动泵18使管路中的水循环流动；
所述冷凝器降温室3与冷凝器加热室4能进行热交换，使制冷剂的热量传递给水；
其特征在于：所述冷却液提纯系统包括真空制冰器7、重力脱盐装置8、浓溶液储存器9和第五电动泵24，通过运输管路依次连接，所述真空制冰器7入口与蒸发器放热室1出口通过管路连接，所述第五电动泵24出口与能源塔6入口连接，所述第五电动泵24用于将冷却液从浓溶液储存器9输送到能源塔6中；
所述蓄能系统包括蓄水池10、蓄冰池11、第三电动泵30和第四电动泵28，所述蓄水池10、第三电动泵30、重力脱盐装置8、第四电动泵28和蓄冰池11通过运输管路依次连成回路，所述第三电动泵30将蓄水池10中的水输送到重力脱盐装置8中，所述第四电动泵28将重力脱盐装置8中的冰水混合物运输到蓄冰池11中；
各管路中连接有至少一个电磁阀，用于控制相应管路的通断。
本实施例中，一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统还包括第一电磁阀17、第二电磁阀13、第三电磁阀19、第四电磁阀14、第五电磁阀22、第六电磁阀26、第七电磁阀31、第八电磁阀23、第九电磁阀27、第十电磁阀29和第十二电磁阀25；所述第一电磁阀17连接在热用户5入口和冷凝器加热室4出口之间，所述第二电磁阀13连接在第二电动泵12出口和能源塔6入口之间，所述第三电磁阀19连接在第二电动泵12出口和真空制冰器7入口之间，所述第四电磁阀14连接在能源塔6出口和蒸发器放热室1的入口之间，所述第五电磁阀22连接在真空制冰器7出口和重力脱盐装置8入口之间，所述第六电磁阀26连接在第三电动泵30出口和重力脱盐装置8入口之间，所述第七电磁阀31连接在第三电动泵30出口和蒸发器放热室1入口之间，所述第八电磁阀23连接在重力脱盐装置8出口和浓溶液储存器9之间，所述第九电磁阀27连接在重力脱盐装置8出口和蓄冰池11入口之间，所述第十电磁阀29连接在蓄冰池11出口和蓄水池10入口之间，所述第十二电磁阀25连接在浓溶液储存器9出口和能源塔6入口之间。
本实施例中，冷却液为醋酸钾、氯化钙或溴化锂盐溶液。
本实施例中，真空制冰器7管路连接真空泵20，所述真空泵20用于对真空制冰器7抽真空，所述第十一电磁阀21连接在有真空泵20的管路上。
本实施例中，重力脱盐装置8内设置有过滤器，所述过滤器用于分离冷却液和含盐冰。
本实施例中，蓄冰池11内设置有过滤网，所述过滤网用于使冰水分离。
该系统工作时，如图1所示，包含以下步骤：
1)关闭第三电磁阀19，打开第二电磁阀13和第四电磁阀14，启动第二电动泵12使冷却液在蒸发器放热室1和能源塔6之间循环流动，使冷却液温度升高；
2)启动压缩机15，打开节流阀16，使制冷剂在蒸发器蒸发室2和冷凝器降温室3之间循环流动，使制冷剂在蒸发器蒸发室2中蒸发吸热，在冷凝器降温室3中冷凝放热；
3)打开第一电磁阀17，启动第一电动泵18使水流在热用户5和冷凝器加热室4循环流动，在冷凝器加热室内4加热，水温升高，在热用户5内放热，水温降低，重复上述循环过程完成供热流程；
4)关闭第二电磁阀13，打开第三电磁阀19、第五电磁阀22、真空泵20和第十一电磁阀21，启动第二电动泵12将低温冷却液运输到真空制冰器7中，利用真空冷冻法得到含盐冰浆，含盐冰浆通过第五电磁阀22流入重力脱盐装置8，直至重力脱盐装置8内的含盐冰浆达到设定值时，关闭第三电磁阀19、第五电磁阀22、真空泵20和第十一电磁阀2l；
5)启动重力脱盐装置8，利用重力脱盐法得到纯冰和浓冷却液，通过过滤器分离浓冷却液和含盐冰；
6)打开第八电磁阀23，将浓冷却液运输到浓溶液储存器9中，直至浓冷却液达到设定液位后，关闭第八电磁阀23；
7)打开第十二电磁阀25，启动第五电动泵24，将浓冷却液注入能源塔6中，得到高温浓冷却液，通过第四电磁阀14进入蒸发器放热室1；
8)打开第六电磁阀26，启动第三电动泵30，将水注入重力脱盐装置8，得到纯冰浆；
9)打开第九电磁阀27，启动第四电动泵28，将纯冰浆运输到蓄冰池11中，通过过滤网使冰水分离；
10)打开第十电磁阀29，水流入蓄水池10。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，包括能源塔系统、热泵系统、供热系统、冷却液提纯系统和蓄能系统；
所述能源塔系统包括蒸发器放热室(1)、第二电动泵(12)和能源塔(6)，通过运输管路依次连成回路，所述第二电动泵(12)使管路中的冷却液循环流动；
所述热泵系统包括蒸发器蒸发室(2)、压缩机(15)、冷凝器降温室(3)和节流阀(16)，通过运输管路依次连成回路，所述压缩机(15)用于使管路中的制冷剂循环流动，所述节流阀(16)用于调节制冷剂压力；
所述蒸发器放热室(1)与蒸发器蒸发室(2)能进行热交换，使冷却液的热量传递给制冷剂；
所述供热系统包括冷凝器加热室(4)、第一电动泵(18)和热用户(5)，通过运输管路依次连成回路，所述第一电动泵(18)使管路中的水循环流动；
所述冷凝器降温室(3)与冷凝器加热室(4)能进行热交换，使制冷剂的热量传递给水；
其特征在于：所述冷却液提纯系统包括真空制冰器(7)、重力脱盐装置(8)、浓溶液储存器(9)和第五电动泵(24)，通过运输管路依次连接，所述真空制冰器(7)入口与蒸发器放热室(1)出口通过管路连接，所述第五电动泵(24)出口与能源塔(6)入口连接，所述第五电动泵(24)用于将冷却液从浓溶液储存器(9)输送到能源塔(6)中；
所述蓄能系统包括蓄水池(10)、蓄冰池(11)、第三电动泵(30)和第四电动泵(28)，所述蓄水池(10)、第三电动泵(30)、重力脱盐装置(8)、第四电动泵(28)和蓄冰池(11)通过运输管路依次连成回路，所述第三电动泵(30)将蓄水池(10)中的水输送到重力脱盐装置(8)中，所述第四电动泵(28)将重力脱盐装置(8)中的冰水混合物运输到蓄冰池(11)中；
各管路中连接有至少一个电磁阀，用于控制相应管路的通断。
2.根据权利要求1所述的一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，其特征在于：一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统还包括第一电磁阀(17)、第二电磁阀(13)、第三电磁阀(19)、第四电磁阀(14)、第五电磁阀(22)、第六电磁阀(26)、第七电磁阀(31)、第八电磁阀(23)、第九电磁阀(27)、第十电磁阀(29)、第十一电磁阀(21)和第十二电磁阀(25)；所述第一电磁阀(17)连接在热用户(5)入口和冷凝器加热室(4)出口之间，所述第二电磁阀(13)连接在第二电动泵(12)出口和能源塔(6)入口之间，所述第三电磁阀(19)连接在第二电动泵(12)出口和真空制冰器(7)入口之间，所述第四电磁阀(14)连接在能源塔(6)出口和蒸发器放热室(1)的入口之间，所述第五电磁阀(22)连接在真空制冰器(7)出口和重力脱盐装置(8)入口之间，所述第六电磁阀(26)连接在第三电动泵(30)出口和重力脱盐装置(8)入口之间，所述第七电磁阀(31)连接在第三电动泵(30)出口和蒸发器放热室(1)入口之间，所述第八电磁阀(23)连接在重力脱盐装置(8)出口和浓溶液储存器(9)之间，所述第九电磁阀(27)连接在重力脱盐装置(8)出口和蓄冰池(11)入口之间，所述第十电磁阀(29)连接在蓄冰池(11)出口和蓄水池(10)入口之间，所述第十二电磁阀(25)连接在浓溶液储存器(9)出口和能源塔(6)入口之间。
3.根据权利要求1所述的一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，其特征在于：所述冷却液为醋酸钾、氯化钙或溴化锂盐溶液。
4.根据权利要求2所述的一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，其特征在于：所述真空制冰器(7)管路连接真空泵(20)，所述真空泵(20)用于对真空制冰器(7)抽真空，第十一电磁阀(21)连接在有真空泵(20)的管路上。
5.根据权利要求1所述的一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，其特征在于：所述重力脱盐装置(8)内设置有过滤器，所述过滤器用于分离冷却液和含盐冰。
6.根据权利要求1所述的一种兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统，其特征在于：所述蓄冰池(11)内设置有过滤网，所述过滤网用于使冰水分离。
7.采用权利要求1-4任一项所述的兼有蓄能和溶液再生功能的能源塔热泵系统的使用方法，其特征在于：包含以下步骤：
1)关闭第三电磁阀(19)，打开第二电磁阀(13)和第四电磁阀(14)，启动第二电动泵(12)使冷却液在蒸发器放热室(1)和能源塔(6)之间循环流动，使冷却液温度升高；
2)启动压缩机(15)，打开节流阀(16)，使制冷剂在蒸发器蒸发室(2)和冷凝器降温室(3)之间循环流动，使制冷剂在蒸发器蒸发室(2)中蒸发吸热，在冷凝器降温室(3)中冷凝放热；
3)打开第一电磁阀(17)，启动第一电动泵(18)使水流在热用户(5)和冷凝器加热室(4)循环流动，在冷凝器加热室(4)内加热，水温升高，在热用户(5)内放热，水温降低，重复上述循环过程完成供热流程；
4)关闭第二电磁阀(13)，打开第三电磁阀(19)、第五电磁阀(22)、真空泵(20)和第十一电磁阀(21)，启动第二电动泵(12)将低温冷却液运输到真空制冰器(7)中，利用真空冷冻法得到含盐冰浆，含盐冰浆通过第五电磁阀(22)流入重力脱盐装置(8)，直至重力脱盐装置(8)内的含盐冰浆达到设定值时，关闭第三电磁阀(19)、第五电磁阀(22)、真空泵(20)和第十一电磁阀(21)；
5)启动重力脱盐装置(8)，利用重力脱盐法得到纯冰和浓冷却液，通过过滤器分离浓冷却液和含盐冰；
6)打开第八电磁阀(23)，将浓冷却液运输到浓溶液储存器(9)中，直至浓冷却液达到设定液位后，关闭第八电磁阀(23)；
7)打开第十二电磁阀(25)，启动第五电动泵(24)，将浓冷却液注入能源塔(6)中，得到高温浓冷却液，通过第四电磁阀(14)进入蒸发器放热室(1)；
8)打开第六电磁阀(26)，启动第三电动泵(30)，将水注入重力脱盐装置(8)，得到纯冰浆；
9)打开第九电磁阀(27)，启动第四电动泵(28)，将纯冰浆运输到蓄冰池(11)中，通过过滤网使冰水分离；
10)打开第十电磁阀(29)，水流入蓄水池(10)。
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2019
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