CN110195941A - 一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置，包括热泵子系统(I)和防冻液再生子系统(II)；所述热泵子系统(I)由热源塔(1)，循环工质泵(13)，一级或多级并联的热泵主机(14)和循环工质管道(22)组成；所述防冻液再生子系统(II)由防冻液循环泵(2)，过滤器(3)，一级或N级串联的溶液反渗透器(4)，高压泵(7)，纯水反渗透器(8)，淡侧溶液管道(20)和浓侧溶液管道(21)组成。本发明还同时提供了利用上述装置进行的逆流反渗透再生的无霜热泵供热或制冷的方法。本发明能进一步提高目前无霜热泵的工作效率和可行性。
Description
技术领域
本发明涉及空调制冷技术的领域，具体是一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置及其方法。
背景技术
传统的空气源热泵在冬季存在比较严重的结霜问题，尤其是在低温高湿的长江流域，这一现象导致主机频频中断正常的制热运行进入化霜工况，既影响正常供热又降低了整机能效。
为了解决这一问题，业界提出了两种空气源泵无霜运行的技术路线，一是利用除湿剂对湿空气先进行除湿，降低湿空气的露点温度，避免湿空气在换热器表面结霜，但这种方式所需除湿剂浓度较高，再生要求也高。另外一条技术路线是利用防冻液吸收湿空气中的水蒸气并保证防冻液的冰点低于运行温度即可，这种方法所需防冻液的浓度不大，再生要求不高，已取得商业应用。
目前再生防冻液的方法主要采用热法，又分为常压再生和真空再生。常压再生即采用填料塔再生，这种方式简单，但再生效率低；采用真空再生时，再生系统又需在运行时需要保持较高的真空状态，这对设备制造和管理都提出了较高要求。
再生防冻液还可以采用膜法，比如膜蒸馏和反渗透，其中反渗透不涉及相变过程，在应用中更为方便，但是反渗透通常针对低浓溶液，当防冻液浓度较高时，所需反渗透操作压至少为10Mpa以上，造成很大的现实性困难。为了减小反渗透操作压，专利号为“ZL201310013902.4”的专利提出了一种多级反渗透的防冻液再生系统，该系统克服了单级反渗透再生防冻液时操作压力过高的缺点，实现了对防冻液中水分的梯级转移。但该系统需要的级数较多，另外运行时级间的稳定配合不容易实现。除此之外，申请号为“ZL201610825112.X”的专利提出了一种逆流渗透做功装置，该装置利用逆流减压渗透实现了溶液浓度的大幅度变化，降低了实际操作压力，但该系统用于浓差发电而不是防冻液浓缩，不属于反渗透技术范畴。
为此，需要提出一种基于反渗透再生防冻液的无霜热泵系统，使之能利用反渗透过程效率高，无相变的特点，又能避免反渗透高浓度防冻液时所带来的高压问题。利用反渗透技术实现防冻液的再生，为无霜热泵系统的发展提供一个新方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置包括热泵子系统和防冻液再生子系统；
所述热泵子系统由热源塔，循环工质泵,一级或多级并联的热泵主机和循环工质管道组成；所述防冻液再生子系统由防冻液循环泵，过滤器，一级或N级串联的溶液反渗透器，高压泵，纯水反渗透器，淡侧溶液管道和浓侧溶液管道组成；
所述循环工质管道从热源塔的循环工质出口A开始，连接循环工质泵后分为若干路并列连接至各级热泵主机的循环工质进口B，然后从热泵主机的循环工质出口A出来后并列连接至热源塔的循环工质进口A，回至热源塔；
所述淡侧溶液管道从热源塔底部的防冻液出口开始，连接防冻液循环泵和过滤器后，依次串联连接各级溶液反渗透器的淡侧溶液通道，再连接高压泵后，连接溶液进口后进入纯水反渗透器；
所述浓侧溶液管道从溶液反渗透器的溶液出口开始，依次串联连接各级溶液反渗透器的浓侧溶液通道，通过热源塔底部防冻液进口回至热源塔。
作为本发明的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置的改进：各级热泵主机从室内侧工质出口接至外部系统供冷或供热后，再通过各级热泵主机的室内侧工质进口返回各级热泵主机；溶液反渗透器的出水口接至外界。
作为本发明的的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置的进一步改进：在溶液反渗透器和溶液反渗透器之间增加一个设备：反渗透器增压泵。即淡侧溶液管道连接保持不变，浓侧溶液管道从溶液反渗透器的溶液出口开始，先连接反渗透器增压泵，然后依次连接各级溶液反渗透器相应的浓侧溶液通道，最后通过防冻液进口回至热源塔。
作为本发明的的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置的进一步改进：在溶液反渗透器和热源塔之间增加一个设备：首级溶液反渗透器能量回收器。即淡侧溶液管道连接保持不变，浓侧溶液管道从溶液反渗透器的溶液出口开始，先连接反渗透器增压泵，然后依次连接各级溶液反渗透器相应的浓侧溶液通道，然后连接首级溶液反渗透器能量回收器，最后通过防冻液进口回至热源塔。
作为本发明的的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置的进一步改进：在热源塔和溶液反渗透器之间增加一个首级溶液反渗透器能量回收器；在各级溶液反渗透器(数量为N)俩俩之间增加一个中间级溶液反渗透器增压泵(数量为N-1)；在纯水反渗透器和溶液反渗透器之间增加一个纯水反渗透器能量回收器。即淡侧溶液管道连接保持不变，浓侧溶液管道从溶液反渗透器的溶液出口开始，先连接纯水反渗透器能量回收器，然后顺次间隔地连接各级溶液反渗透器相应的浓侧溶液通道和中间级溶液反渗透器增压泵，然后再通过首级溶液反渗透器能量回收器，最后通过防冻液进口回至热源塔。
本发明同时提供了利用上述任一所述的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置进行的逆流反渗透再生的无霜热泵供热或制冷的方法，包括分为制冷运行模式和供热运行模式；
所述制冷运行模式：防冻液再生子系统关闭，热泵子系统工作。所述供热运行模式：又分为一般运行模式和再生模式。一般运行模式：防冻液再生子系统关闭，热泵子系统正常工作；再生运行模式：热泵子系统和防冻液再生子系统一起工作。
所述热源塔可为开式热源塔或闭式热源塔；当为开式热源塔时，所述热源塔循环工质为防冻液(供热运行模式下)或水(制冷运行模式下)；当为闭式热源塔时，所述热源塔循环工质为制冷剂或防冻液。
本发明所提供的逆流反渗透再生的无霜热泵供热或制冷的方法，包括以下步骤：
制冷运行模式：
1.1热源塔的循环工质从热源塔循环工质出口流出后，通过循环工质泵加压后，经循环工质管道进入各级热泵主机内吸热后，再从循环工质入口流回热源塔；在热源塔内与送入热源塔内的空气进行直接换热(开式热源塔)或间接换热后(闭式热源塔)，循环工质的温度降低然后又从热源塔的循环工质出口流出，经循环工质管道进入各级热泵主机再次进行吸热交换，如此循环，为各级热泵主机提供稳定冷源。各级热泵主机从室内侧工质出口接至外部系统供冷后，再通过室内侧工质进口返回各级热泵主机内部与循环工质管道送入的冷源进行放热交换，如此循环。
供热运行模式之一般运行模式：
1.2热源塔的循环工质从热源塔循环工质出口流入循环工质管道，经循环工质泵增压后进入各级热泵主机内放热后再流回热源塔；在热源塔内与送入热源塔内的空气进行直接换热(开式热源塔)或间接换热后(闭式热源塔)，循环工质的温度升高后又从热源塔的循环工质出口流出，经循环工质管道进入各级热泵主机再次进行放热交换，如此循环，为各级热泵主机提供稳定热源。各级热泵主机从室内侧工质出口接至外部系统供热后，再通过室内侧工质进口返回各级热泵主机内部，与循环工质管道送入的热源进行吸热交换，如此循环。
供热运行模式之再生运行模式
1.3同1.2
1.4热源塔中的一部分循环工质通过循着淡侧溶液管道，经防冻液出口，防冻液循环泵和过滤器后依次进入各级溶液反渗透器的淡侧溶液通道，吸收从浓侧溶液通道中跨膜传递过来的水量后，循环工质溶液浓度降低，然后通过高压泵加压到高压后，进入纯水反渗透器，循环工质中的一部分水跨膜传递出去，并通过纯水反渗透器的出水口排至外界，同时溶液浓度增加。
1.5高浓度循环工质从纯水反渗透器溶液的溶液出口流出后依次流入各级溶液反渗透器的浓侧溶液通道。在压力的作用下，浓侧溶液通道里的循环工质向淡侧溶液通道输出水分，浓度不断增加。
1.6循环工质从最后一级溶液反渗透器流出后流入热源塔底部防冻液进口，完成一次溶液浓缩过程。
本发明所提供的另一种逆流反渗透再生的无霜热泵供热或制冷的方法，包括以下步骤：
制冷运行模式：
2.1同1.1。
供热运行模式之一般运行模式：
2.2同1.2
供热运行模式之再生运行模式：
2.3同1.2
2.4同1.4
2.5循环工质从纯水反渗透器溶液出口流出后通过纯水反渗透器增压泵增压，然后依次流入各级溶液反渗透器的浓侧溶液通道。此时浓侧溶液通道里的循环工质浓度大于淡侧溶液通道里的溶液浓度，浓侧溶液通道里的循环工质向淡侧溶液通道输出水分，浓度不断增加。
2.6同1.6。
本发明所提供的另一种逆流反渗透再生的无霜热泵供热或制冷的方法，包括以下步骤：
制冷运行模式：
3.1同1.1。
供热运行模式之一般运行模式：
3.2同1.2
供热运行模式之再生运行模式：
3.3同1.2
3.4同1.4
3.5同2.5。
3.6循环工质从首个溶液反渗透器浓侧溶液通道流出后进入首级溶液反渗透器能量回收器后释放压力，同时回收大部分液体压力能，降压后的循环工质流入热源塔底部防冻液进口，完成一次溶液浓缩过程。
本发明所提供的另一种逆流反渗透再生的无霜热泵供热或制冷的方法，包括以下步骤：
制冷运行模式：
4.1同1.1。
供热运行模式之一般运行模式：
4.2同1.2
供热运行模式之再生运行模式：
4.3同1.2
4.4同1.4
4.5循环工质从纯水反渗透器溶液的溶液出口流出后通过纯水反渗透器能量回收器后释放压力，同时回收大部分液体压力能。降压后的循环工质流入位于最后一级的溶液反渗透器的浓侧溶液通道，此时浓侧溶液通道里的溶液浓度大于淡侧溶液通道里的溶液浓度，浓侧溶液通道里的溶液向淡侧溶液通道输出水分，浓度增加。
4.6然后，循环工质通过中间级溶液反渗透器增压泵后压力有所增加，再进入下一个溶液反渗透器的浓侧溶液通道，在压力作用下继续脱水后，循环工质浓度增加。顺次再进入下一个中间级溶液反渗透器增压泵，如此一直到位于首位的溶液反渗透器。(如果只有一级溶液反渗透器，则跳过此步骤直接进入步骤4.7)
4.7循环工质从位于首位的溶液反渗透器浓侧溶液通道流出后进入首级溶液反渗透器能量回收器后释放压力，同时回收大部分液体压力能，降压后的循环工质流入热源塔底部防冻液进口，完成一次溶液浓缩过程。
本发明与现有无霜热泵技术相比，具有以下技术优势：
1.采用逆流反渗透技术再生防冻液，无相变过程，无换热过程，避免了过高的操作压力，可行性强。
2.相对于通常的反渗透脱水装置，本发明可以对高浓度溶液(渗透压10Mpa以上)进行脱水浓缩，而常规反渗透不能做到这一点。
3.将该逆流反渗透脱水装置应用于无霜热泵技术这一应用场景，比目前通常基于热法再生的无霜热泵系统而言，效率更高。
4.采用反渗透再生防冻液，设备体积小，系统简单。
5.系统结构从简单到强壮有多种变形，可以根据前期投资经济性、安装方便性进行不同方案的选择。且后续升级方便。
综上所述，本发明的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置及其方法，能进一步提高目前无霜热泵的工作效率和可行性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置型式一的结构示意图；
图2为本发明的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置型式二的结构示意图；
图3为本发明的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置型式三的结构示意图；
图4为本发明的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置型式四的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置型式一，如图1所示，包括热泵子系统I和防冻液再生子系统II。
热泵子系统I，对外供热或供冷的主要部件。由热源塔1，循环工质泵13,一级或多级并联的热泵主机14和循环工质管道22组成。循环工质管道22从热源塔1的循环工质出口A102开始，连接循环工质泵13后分为若干路并列连接至各级热泵主机14的循环工质进口B1401，然后从热泵主机14的循环工质出口A1402出来后并联后连接至热源塔1的循环工质进口A101，回至热源塔1。
各级热泵主机14从室内侧工质出口1404接至外部系统供冷或供热后，再通过各级热泵主机14的室内侧工质进口1403返回各级热泵主机14；溶液反渗透器(8)的出水口(803)接至外界。其内流动的工质可为空气、水或制冷剂等液体。室内侧工质进口1403和室内侧工质出口1404所连接的外部供冷或供热系统的结构和实现原理，为成熟技术且不在本发明范围之内，在此不再展开叙述。
防冻液再生子系统II，为热泵子系统I循环工质的再生辅助子系统。当系统循环工质浓度小于一定程度时启动本子系统，通过多级反渗透脱水提高循环工质的浓度，从而使热泵子系统在无霜工况下稳定连续工作。由防冻液循环泵2，过滤器3，一级或N级串联的溶液反渗透器4，高压泵7，纯水反渗透器8，淡侧溶液管道20和浓侧溶液管道21组成。淡侧溶液管道20从热源塔1底部的防冻液出口103开始，连接防冻液循环泵2和过滤器3后，依次串联连接各级溶液反渗透器4内部的淡侧溶液通道401，再连接高压泵7后，通过溶液进口801后进入纯水反渗透器8。浓侧溶液管道21从溶液反渗透器8的溶液出口802开始，依次串联连接各级溶液反渗透器4内部的浓侧溶液通道402，通过热源塔1底部防冻液进口104回至热源塔1。
热源塔1可为开式热源塔或闭式热源塔。当为开式热源塔时，循环工质为防冻液(供热运行模式下)或水(制冷运行模式下)。当为闭式热源塔时，循环工质为制冷剂或防冻液。
实施例1的工作过程分为：制冷运行模式和供热运行模式。
制冷运行模式：防冻液再生子系统关闭，热泵子系统工作。系统通过热泵子系统对外供冷。
1.1热源塔1的一部分循环工质从热源塔循环工质出口A102流出后，经循环工质管道22进入各级热泵主机14内，与室内侧工质进口1403流入的工质进行吸热交换，吸收其从外部带入的热量后(循环工质温度升高，室内侧工质温度降低)，再从循环工质进口A101流回热源塔1；在热源塔1内与送入热源塔1内的空气进行直接换热(开式热源塔)或间接换热后(闭式热源塔)，循环工质的温度降低然后又从热源塔1的循环工质出口A102流出，经循环工质管道22进入各级热泵主机14再次进行吸热交换，如此循环，为各级热泵主机14提供稳定冷源。各级热泵主机14从室内侧工质出口1404沿相应管道接至外部系统供冷后，再通过室内侧工质进口1403返回各级热泵主机14，与通过循环工质管道22提供的冷源进行放热交换，制冷降温，再从室内侧工质出口1404流出，如此循环提供给外部连续制冷。
供热运行模式：供热运行模式又分为一般运行模式和再生模式。一般运行模式下，防冻液再生子系统II关闭，热泵子系统I正常工作,系统通过热泵子系统对外供热。
当循环工质浓度较低时，且在室外温度较低的冬季，容易产生结霜现象，需要启用再生运行模式：热泵子系统I和防冻液再生子系统II都同时工作。系统通过热泵子系统I对外供热，同时通过防冻液再生子系统II提高循环工质的浓度，从而使热泵子系统I在无霜工况下稳定连续工作。再生运行模式连续运行时，在热源塔1内循环工质与空气进行热交换的同时从空气中吸收水分，然后通过再生子系统II把水分分离出去，维持循环工质的浓度平衡或始终大于20％。如果循环工质浓度越来越大，到一定程度，防冻液再生子系统II就停止工作，进入一般运行模式。
供热运行模式之一般运行模式：
1.2热源塔1的循环工质从热源塔循环工质出口A102流入循环工质管道22，经循环工质泵13增压后进入各级热泵主机14内，与室内侧工质进口1403流入的工质进行放热交换(循环工质温度降低，室内侧工质温度升高)，再流回热源塔1；在热源塔1内与送入热源塔1内的空气进行直接换热(开式热源塔)或间接换热后(闭式热源塔)，循环工质的温度升高后又从热源塔1的循环工质出口A102流出，经循环工质泵13增压后再进入各级热泵主机14再次进行放热交换，如此循环，为各级热泵主机提供稳定热源。各级热泵主机14从室内侧工质出口1404沿相应管道接至外部系统供热后，再通过室内侧工质进口1403返回各级热泵主机14，通过循环工质管道22提供的热源吸热升温，再从室内侧工质出口1404流出，如此循环提高给外部系统连续供热。
供热运行模式之再生运行模式：
1.3同1.2。
1.4热源塔1中的一部分循环工质从防冻液出口103出来后。通过淡侧溶液管道20，连接防冻液循环泵2和过滤器3后依次进入各级溶液反渗透器4的淡侧溶液通道401，在淡侧溶液通道401中吸收从浓侧溶液通道402中传递过来的水量后，循环工质溶液浓度降低，然后通过高压泵7加压到高压后，进入纯水反渗透器8，由于高压作用，循环工质中的一部分水跨膜传递出去，溶液浓度增加并通过纯水反渗透器8的出水口803排至外界，从而调节和控制循环工质的浓度。
1.5高浓度的循环工质从纯水反渗透器溶液8的溶液出口802流出后，通过浓侧溶液管道21依次流入各级溶液反渗透器4的浓侧溶液通道402。在浓侧溶液通道402压力的作用下，浓侧溶液通道402里的溶液向淡侧溶液通道401输出水分，循环工质浓度不断增加。
1.6循环工质从最后一级溶液反渗透器4流出后通过热源塔1底部防冻液进口104进入热源塔1，完成一次循环工质浓缩过程。从而使得循环工质保持高浓度的状态，维持热泵子系统I在无霜状态下连续运行。
实施例2、一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置型式二，如图2所示，包括热泵子系统I和防冻液再生子系统II。
系统的循环工质、运行模式同实施例1。
热泵子系统I的结构同实施例1。
防冻液再生子系统II结构上与实施例1的区别是：在实施例1的防冻液再生子系统II基础结构上，在溶液反渗透器8和溶液反渗透器4之间增加一个设备：反渗透器增压泵17。即淡侧溶液管道20连接保持不变，浓侧溶液管道21从溶液反渗透器8的溶液出口802开始，先连接反渗透器增压泵17，然后依次连接各级溶液反渗透器4相应的浓侧溶液通道402，最后通过防冻液进口104回至热源塔1。
实施例2的工作过程为：
制冷运行模式：
2.1同1.1。
供热运行模式之一般运行模式：
2.2同1.2。
供热运行模式之再生运行模式：
2.3同1.2。
2.4同1.4。
2.5循环工质从纯水反渗透器溶液出口802流出后，如果压力达不到各级溶液反渗透器4的操作压力时，先通过纯水反渗透器增压泵17增压，然后依次流入各级溶液反渗透器4的浓侧溶液通道402。在浓侧溶液通道402压力的作用下，浓侧溶液通道402里的循环工质向淡侧溶液通道401输出水分，浓度不断增加。
2.6同1.6。
实施例3、一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置型式三，如图3所示，包括热泵子系统I和防冻液再生子系统II。
系统的循环工质、运行模式同实施例1。
热泵子系统I的结构同实施例1。
防冻液再生子系统II结构上与实施例2的区别是：在实施例2的防冻液再生子系统II基础结构上，在首个溶液反渗透器4和热源塔1之间增加一个设备：首级溶液反渗透器能量回收器12。即淡侧溶液管道20连接保持不变，浓侧溶液管道21从溶液反渗透器8的溶液出口802开始，先连接反渗透器增压泵17，然后依次顺序连接各级溶液反渗透器4相应的浓侧溶液通道402，然后连接首级溶液反渗透器能量回收器12，最后通过防冻液进口104回至热源塔1。
实施例3的工作过程为：
制冷运行模式：
3.1同1.1。
供热运行模式之一般运行模式：
3.2同1.2。
供热运行模式之再生运行模式：
3.3同1.2。
3.4同1.4。
3.5同2.5。
3.6循环工资从首个溶液反渗透器4浓侧溶液通道402流出后，溶液的压力高达数兆帕，进入首级溶液反渗透器能量回收器12后释放压力，同时回收大部分液体压力能。(如果不进行能量回收简化系统的话，就是实施例1和2的情况。)降压后的循环工质流入热源塔1底部防冻液进口104，完成一次溶液浓缩过程。从而使得循环工质保持高浓度的状态，维持热泵子系统I在无霜状态下连续运行。
实施例4、一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置型式四，如图4所示，包括热泵子系统I和防冻液再生子系统II。
系统的循环工质、运行模式同实施例1。
热泵子系统I的结构同实施例1。
防冻液再生子系统II结构上与实施例1的区别是：在实施例1的防冻液再生子系统II基础结构上，在热源塔1和首个溶液反渗透器4之间增加一个首级溶液反渗透器能量回收器12；在各级溶液反渗透器4(数量为N)俩俩之间增加一个中间级溶液反渗透器增压泵(10)(数量为N-1)；在纯水反渗透器8和最后一个溶液反渗透器4之间增加一个纯水反渗透器能量回收器9。即淡侧溶液管道20连接保持不变，浓侧溶液管道21从溶液反渗透器8的溶液出口802开始，先连接纯水反渗透器能量回收器9，然后连接最后一个溶液反渗透器4的浓侧溶液通道402，再顺次连接各个中间级溶液反渗透器增压泵10和上一级溶液反渗透器4相应的浓侧溶液通道402，然后再通过首级溶液反渗透器能量回收器12，最后通过防冻液进口104回至热源塔1。
实施例4的工作过程为：
制冷运行模式：
4.1同1.1。
供热运行模式之一般运行模式：
4.2同1.2。
供热运行模式之再生运行模式：
4.3同1.2。
4.4同1.4。
4.5循环工质从纯水反渗透器溶液8的溶液出口802流出后，如果其压力大于各级溶液反渗透器4所需反渗透操作压力，则通过纯水反渗透器能量回收器9释放压力，同时回收大部分液体压力能。降压后的循环工质流入位于最后一级的溶液反渗透器4的浓侧溶液通道402，在浓侧溶液通道402压力的作用下，浓侧溶液通道402里的循环工质向淡侧溶液通道401输出水分，浓度不断增加。
4.6然后，循环工质通过中间级溶液反渗透器增压泵10后压力有所增加，再进入下一个溶液反渗透器4的浓侧溶液通道402，继续脱水后，继续浓度增加。再顺序进入下一个中间级溶液反渗透器增压泵10和下一个溶液反渗透器4(如果只有一级溶液反渗透器4，则跳过此步骤直接进入步骤4.7)
4.7循环工质从位于首位的溶液反渗透器4浓侧溶液通道402流出后进入首级溶液反渗透器能量回收器12后释放压力，同时回收大部分液体压力能，降压后的循环工质流入热源塔1底部防冻液进口104，完成一次循环工质浓缩过程。从而使得循环工质保持高浓度(>20％)的状态，维持热泵子系统I在无霜状态下连续运行。
实施例3和4中回收的液体压力能一般输出成电能或机械能，可以补充给系统使用，减少能耗。由于这个不在本发明范围内且是现有技术，在此就不再展开叙述。
实施例4的计算参数见表1。设计条件为：逆流反渗透再生的无霜热泵采用氯化钙溶液作为防冻液，质量浓度20％，脱水率11％，溶液出口浓度22.5％；泵效率85％；能量回收器效率95％；热泵主机COP为3，蒸发器潜热比为20％；采用3级溶液反渗透器，以单位质量进口溶液为计算基准，首级、中间级和末级的脱水量分别为0.18kg/kg、0.36kg/kg和1.26kg/kg；系统最大操作压力为8.55Mpa，再生总净功耗18.47kJ/kg，再生效率为16.2％，再生能耗占热泵机组功耗的2.8％。但与填料塔再生防冻液无霜热泵相比，再生能耗占热泵机组功耗20％，再生效率为2.23％，再生能耗占比显著降低，再生效率显著提高。
如果采用单级反渗透再生的无霜热泵系统(见表1)，系统再生总净功耗虽然只有12.3kJ/kg，但所需操作压高达35.9Mpa，已远远超过一般反渗透膜的操作压限制(10Mpa)，实际上并不可行，运行经济性远不如本发明。可见，本发明大幅降低了浓缩高浓度防冻液时的操作压，使得反渗透技术能够真正应用于无霜热泵防冻液再生过程。另外相对于专利申请号为“ZL201310013902.4”的多级反渗透的无霜热泵系统，本发明不需要采用若干闭式级联，且系统更简单，运行更稳定可靠，有效实现了本发明的初衷。
表1、实施例4与单级反渗透再生无霜热泵比较(基于单位质量进口溶液)
实施例3的计算参数见表2。设计条件同实施例4，实施例3再生总净功耗为23.7kJ/kg，占热泵主机功耗的3.6％，再生效率12.7％，与实施例4相比虽然再生净功耗略有增加。但与填料塔再生防冻液无霜热泵相比，再生能耗占热泵机组功耗20％，再生效率为2.23％，再生能耗占比显著降低，再生效率显著提高。实施实例3不需要采用纯水反渗透器能量回收器和各级之间的中间级溶液反渗透器增压泵，简化了系统型式，可大幅减少了系统初投资，有效实现了本发明的初衷。
表2、实施例3与实施例4比较(基于单位质量进口溶液)
实施例2的计算参数见表3。设计条件同实施例4，实施例2再生总净功耗为29.6kJ/kg，占热泵主机功耗的4.5％，与实施例4相比虽然再生净功耗增加明显。但与填料塔再生防冻液无霜热泵相比，再生能耗占热泵机组功耗20％，再生效率为2.23％，再生能耗占比显著降低，再生效率显著提高。实施例2不需要采用纯水反渗透器能量回收器以及首级反渗透器能量回收器，进一步简化了系统型式，大幅减少了系统初投资，更具有现实可行性，有效实现了本发明的初衷。
表3、实施例2与实施例4比较(基于单位质量进口溶液)
实施例1的计算参数见表4。设计条件同实施例4，实施例1再生总净功耗为28.28kJ/kg，占热泵主机功耗的4.3％，与实施例4相比虽然再生净功耗增加明显。但与填料塔再生防冻液无霜热泵相比，再生能耗占热泵机组功耗20％，再生效率为2.23％，再生能耗占比显著降低，再生效率显著提高。实施例1不需要采用纯水反渗透器能量回收器，首级反渗透器能量回收器，也不需要设置中间级溶液反渗透器增压泵，进一步简化了系统型式，大幅减少了系统初投资，更具有现实可行性，有效实现了本发明的初衷。
表4、实施例1与实施例4比较(基于单位质量进口溶液)
同时实施例1、2、3相比，再生总净功耗占热泵主机功耗的占比为3.6％-4.5％之间，差异并不大，这就给了用户选择的余地，可根据初期投资、场地等因素选择合适的方案。实施例1-4之间主要部件和结构都一致，也留有后续升级完善的可能性。从经济性和可操作性具有极大的现实可行性，有效实现了本发明的初衷。
以上实施实例中，可综合考虑具体的使用条件与要求、技术经济性能等因素合理确定系统的设计参数，以兼顾系统的适用性和经济性。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置，其特征在于：包括热泵子系统(I)和防冻液再生子系统(II)；
所述热泵子系统(I)由热源塔(1)，循环工质泵(13)，一级或多级并联的热泵主机(14)和循环工质管道(22)组成；
所述防冻液再生子系统(II)由防冻液循环泵(2)，过滤器(3)，一级或N级串联的溶液反渗透器(4)，高压泵(7)，纯水反渗透器(8)，淡侧溶液管道(20)和浓侧溶液管道(21)组成；
所述循环工质管道(22)从热源塔(1)的循环工质出口A(102)开始，连接循环工质泵(13)后分为若干路并列连接至各级热泵主机(14)的循环工质进口B(1401)，然后从热泵主机(14)的循环工质出口A(1402)出来后并列连接至热源塔(1)的循环工质进口A(101)，回至热源塔(1)；
所述淡侧溶液管道(20)从热源塔(1)底部的防冻液出口(103)开始，连接防冻液循环泵(2)和过滤器(3)后，依次串联连接各级溶液反渗透器(4)的淡侧溶液通道(401)，再连接高压泵(7)后，连接溶液进口(801)后进入纯水反渗透器(8)；
所述浓侧溶液管道(21)从溶液反渗透器(8)的溶液出口(802)开始，依次串联连接各级溶液反渗透器(4)的浓侧溶液通道(402)，通过热源塔(1)底部防冻液进口(104)回至热源塔(1)。
2.根据权利要求1所述的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置，其特征在于：各级热泵主机(14)从室内侧工质出口(1404)接至外部系统供冷或供热后，再通过各级热泵主机(14)的室内侧工质进口(1403)返回各级热泵主机(14)；
溶液反渗透器(8)的出水口(803)接至外界。
3.根据权利要求2所述的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置，其特征在于，在溶液反渗透器(8)和溶液反渗透器(4)之间增加一个设备：反渗透器增压泵(17)；即淡侧溶液管道(20)连接保持不变，浓侧溶液管道(21)从溶液反渗透器(8)的溶液出口(802)开始，先连接反渗透器增压泵(17)，然后依次连接各级溶液反渗透器(4)相应的浓侧溶液通道(402)，最后通过防冻液进口(104)回至热源塔(1)。
4.根据权利要求3所述的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置，其特征在于，在溶液反渗透器(4)和热源塔(1)之间增加一个设备：首级溶液反渗透器能量回收器(12)；即淡侧溶液管道(20)连接保持不变，浓侧溶液管道(21)从溶液反渗透器(8)的溶液出口(802)开始，先连接反渗透器增压泵(17)，然后依次连接各级溶液反渗透器(4)相应的浓侧溶液通道(402)，然后连接首级溶液反渗透器能量回收器(12)，最后通过防冻液进口(104)回至热源塔(1)。
5.根据权利要求2所述的一种逆流反渗透再生的无霜热泵系统装置，其特征在于，在热源塔(1)和溶液反渗透器(4)之间增加一个首级溶液反渗透器能量回收器(12)；在各级溶液反渗透器(4)(数量为N)俩俩之间增加一个中间级溶液反渗透器增压泵(10)(数量为N-1)；在纯水反渗透器(8)和溶液反渗透器(4)之间增加一个纯水反渗透器能量回收器(9)；即淡侧溶液管道(20)连接保持不变，浓侧溶液管道(21)从溶液反渗透器(8)的溶液出口(802)开始，先连接纯水反渗透器能量回收器(9)，然后顺次连接各级溶液反渗透器(4)相应的浓侧溶液通道(402)和中间级溶液反渗透器增压泵(10)，然后再通过首级溶液反渗透器能量回收器(12)，最后通过防冻液进口(104)回至热源塔(1)。
6.利用权利要求1～5任一所述装置进行的逆流反渗透再生的无霜热泵供热或制冷的方法，其特征在于包括：
分为制冷运行模式和供热运行模式；
所述制冷运行模式：防冻液再生子系统(II)关闭，热泵子系统(I)工作；
所述供热运行模式：又分为一般运行模式和再生模式；一般运行模式：防冻液再生子系统(II)关闭，热泵子系统(I)正常工作；；再生运行模式：热泵子系统(I)和防冻液再生子系统(II)一起工作；
所述热源塔(1)可为开式热源塔或闭式热源塔；当为开式热源塔时，所述热源塔(1)循环工质为防冻液(供热运行模式下)或水(制冷运行模式下)；当为闭式热源塔时，所述热源塔(1)循环工质为制冷剂或防冻液。
7.根据权利要求6所述的逆流反渗透再生的无霜热泵供热或制冷的方法，其特征在于包括以下实施步骤：
制冷运行模式：
1.1热源塔(1)的循环工质从热源塔循环工质出口(102)流出后，通过循环工质泵(13)加压后，经循环工质管道(22)进入各级热泵主机(14)内吸热后，再从循环工质入口(101)流回热源塔(1)；在热源塔(1)内与送入热源塔(1)内的空气进行直接换热(开式热源塔)或间接换热后(闭式热源塔)，循环工质的温度降低然后又从热源塔(1)的循环工质出口(102)流出，经循环工质管道(22)进入各级热泵主机(14)再次进行吸热交换，如此循环，为各级热泵主机(14)提供稳定冷源；各级热泵主机(14)从室内侧工质出口(1404)接至外部系统供冷后，再通过室内侧工质进口(1403)返回各级热泵主机(14)内部与循环工质管道(22)送入的冷源进行放热交换，如此循环；
供热运行模式之一般运行模式：
1.2热源塔(1)的循环工质从热源塔循环工质出口(102)流入循环工质管道(22)，经循环工质泵(13)增压后进入各级热泵主机(14)内放热后再流回热源塔(1)；在热源塔(1)内与送入热源塔(1)内的空气进行直接换热(开式热源塔)或间接换热后(闭式热源塔)，循环工质的温度升高后又从热源塔(1)的循环工质出口(101)流出，经循环工质管道(22)进入各级热泵主机(14)再次进行放热交换，如此循环，为各级热泵主机提供稳定热源；各级热泵主机(14)从室内侧工质出口(1404)接至外部系统供热后，再通过室内侧工质进口(1403)返回各级热泵主机(14)内部，与循环工质管道(22)送入的热源进行吸热交换，如此循环；
供热运行模式之再生运行模式：
1.3同1.2；
1.4热源塔(1)中的一部分循环工质循着淡侧溶液管道(21)，通过防冻液出口(103)，防冻液循环泵(2)和过滤器(3)后依次进入各级溶液反渗透器(4)的淡侧溶液通道(401)，吸收从浓侧溶液通道(402)中跨膜传递过来的水量后，循环工质溶液浓度降低，然后通过高压泵(7)加压到高压后，进入纯水反渗透器(8)，循环工质中的一部分水跨膜传递出去，并通过纯水反渗透器(8)的出水口(803)排至外界，同时溶液浓度增加；
1.5高浓度循环工质从纯水反渗透器溶液(8)的溶液出口(802)流出后依次流入各级溶液反渗透器(4)的浓侧溶液通道(402)；在压力的作用下，浓侧溶液通道(402)里的循环工质向淡侧溶液通道(401)输出水分，浓度不断增加；
1.6循环工质从最后一级溶液反渗透器(4)流出后流入热源塔(1)底部防冻液进口(104)，完成一次溶液浓缩过程。
8.根据权利要求6所述的无霜逆流反渗透再生供热或制冷的方法，其特征在于包括以下实施步骤：
制冷运行模式：
2.1同1.1
供热运行模式之一般运行模式：
2.2同1.2
供热运行模式之再生运行模式：
2.3同1.2
2.4同1.4；
2.5循环工质从纯水反渗透器溶液出口(802)流出后通过纯水反渗透器增压泵(17)增压，然后依次流入各级溶液反渗透器(4)的浓侧溶液通道(402)；此时浓侧溶液通道(402)里的循环工质浓度大于淡侧溶液通道(401)里的溶液浓度，浓侧溶液通道(402)里的循环工质向淡侧溶液通道(401)输出水分，浓度不断增加；
2.6同1.6。
9.根据权利要求6所述的无霜逆流反渗透再生供热或制冷的方法，其特征在于包括以下实施步骤：
制冷运行模式：
3.1同1.1
供热运行模式之一般运行模式：
3.2同1.2
供热运行模式之再生运行模式：
3.3同1.2
3.4同1.4
3.5同2.5；
3.6循环工质从首个溶液反渗透器(4)浓侧溶液通道(402)流出后进入首级溶液反渗透器能量回收器(12)后释放压力，同时回收大部分液体压力能，降压后的循环工质流入热源塔(1)底部防冻液进口(104)，完成一次溶液浓缩过程。
10.根据权利要求6所述的无霜逆流反渗透再生供热或制冷的方法，其特征在于包括以下实施步骤：
制冷运行模式：
4.1同1.1；
供热运行模式之一般运行模式：
4.2同1.2
供热运行模式之再生运行模式：
4.3同1.2
4.4同1.4
4.5循环工质从纯水反渗透器溶液(8)的溶液出口(802)流出后通过纯水反渗透器能量回收器(9)后释放压力，同时回收大部分液体压力能；降压后的循环工质流入位于最后一级的溶液反渗透器(4)的浓侧溶液通道(402)，此时浓侧溶液通道(402)里的溶液浓度大于淡侧溶液通道(401)里的溶液浓度，浓侧溶液通道(402)里的溶液向淡侧溶液通道(401)输出水分，浓度增加；
4.6然后，循环工质通过中间级溶液反渗透器增压泵(10)后压力有所增加，再进入下一个溶液反渗透器(4)的浓侧溶液通道(402)，在压力作用下继续脱水后，循环工质浓度增加；顺次再进入下一个中间级溶液反渗透器增压泵(10)，如此一直到位于首位的溶液反渗透器(4)；(如果只有一级溶液反渗透器(4)，则跳过此步骤直接进入步骤4.7)；
4.7循环工质从位于首位的溶液反渗透器(4)浓侧溶液通道(402)流出后进入首级溶液反渗透器能量回收器(12)后释放压力，同时回收大部分液体压力能，降压后的循环工质流入热源塔(1)底部防冻液进口(104)，完成一次溶液浓缩过程。
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