CN110319617B - 基于热源塔的燃气热泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于热源塔的燃气热泵装置，包括溶液循环单元、燃气热泵单元、余热回收利用单元；溶液循环单元中的热源塔溶液出口通过溶液泵、第一溶液阀与溶液‑制冷剂换热器的溶液进口相连，溶液‑制冷剂换热器的溶液出口与热源塔的溶液进口相连；余热回收利用单元中的冷却水循环水箱、缸套水循环水泵和缸套换热器通过管路连接构成缸套水余热回收回路；冷却水循环水箱、第二水泵、烟气换热器、第一水阀、冷却水循环水箱依次通过管道连接构成烟气余热回收回路；冷却水循环水箱、第二水泵、烟气换热器、第二水阀、再生加热器、冷却水循环水箱依次通过管道连接和冷却水循环水箱、第一水泵、生活热水水箱、冷却水循环水箱依次通过管道连接构成余热利用回路。

Description

基于热源塔的燃气热泵装置

技术领域

本发明涉及一种燃气热泵系统，尤其涉及一种基于热源塔的燃气热泵装置。

背景技术

燃气热泵系统是以发动机驱动，以天然气为燃料的热泵系统，随着天然气能源利用比重的增大以及节能环保意识的增强，燃气热泵技术不断发展。空气源燃气热泵系统冬季运行常存在蒸发器结霜的问题，从而增大了热阻和风阻，会直接影响蒸发器的换热效率，从而影响整机的运行，可见对燃气热泵系统采取除霜或防结霜措施是必要的。现有的除霜或防结霜技术多利用燃气热泵系统余热去除霜或防结霜，除霜或防结霜时热泵机组多是吸收余热进行供暖，这段时间并没有吸收空气中的低位热量进行供暖，这样能源利用效率有所降低，且多存在除霜或防结霜设备在夏季闲置的问题。

中国专利CN101634501A公开了一种无霜型空气源热泵系统，该无霜型空气源热泵系统夏季可实现水冷冷水机组功能；冬季通过冷却塔中溶液循环过程从空气中获取低位热量通过热泵进行供暖，但是该系统溶液再生时系统过于复杂，设备过多增加初投资，且夏季时设备闲置，大大造成资源浪费。

中国专利CN105318601B公开了一种空气源柔性燃气热泵机组及其运行方法，该燃气热泵余热制热模式下，余热回收热量供热；在余热制热模式下，在余热除霜模式下，利用余热通过水循环对室外换热器除霜；在制冷模式下，系统通过冷却塔对余热回收冷却水降温。该系统存在设备在夏季闲置的问题，同时在冬季除霜模式下无法获取空气中的热量。

因此，需要一种设计合理的基于热源塔的燃气热泵系统，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于热源塔的燃气热泵装置，冬季制热模式下，能获取空气中低位热量，充分利用余热，提高一次能源利用系数，同时还能避免低温环境下空气源热泵结霜问题；夏季制冷模式下，能解决夏季余热过剩的问题，充分利用设备，避免设备因为换季而闲置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于热源塔的燃气热泵装置，包括溶液循环单元、燃气热泵单元、余热回收利用单元和用户单元；所述燃气热泵单元包括燃气发动机、压缩机、四通换向阀、溶液-制冷剂换热器、水-制冷剂换热器、储液器、干燥过滤器、电子膨胀阀、气液分离器和制冷剂控制阀组；所述用户单元包括水-制冷剂换热器、水泵、电加热器、空调末端装置；所述溶液循环单元包括热源塔、溶液泵、再生加热器和溶液-制冷剂换热器；所述热源塔的溶液出口与所述溶液泵的进口相连，所述溶液泵出口通过所述第一溶液阀与所述溶液-制冷剂换热器的溶液进口相连，或者通过第二溶液阀与再生加热器的溶液进口相连，再生加热器的溶液出口与溶液-制冷剂换热器的溶液进口相连，所述溶液-制冷剂换热器的溶液出口与所述热源塔的溶液进口相连；所述的余热回收利用单元包括缸套换热器、烟气换热器、再生加热器、缸套水循环水泵、冷却水循环水箱、生活热水水箱、第一水泵、第二水泵、第一水阀、第二水阀；所述冷却水循环水箱、所述缸套水循环水泵和所述缸套换热器通过管路连接构成所述缸套水余热回收回路；所述冷却水循环水箱、第二水泵、烟气换热器、第一水阀、冷却水循环水箱依次通过管道连接构成所述烟气余热回收回路；所述冷却水循环水箱、第二水泵、烟气换热器、第二水阀、再生加热器、冷却水循环水箱依次通过管道连接和所述冷却水循环水箱、第一水泵、生活热水水箱、冷却水循环水箱依次通过管道连接构成所述余热利用回路。

进一步，所述热源塔为开式冷却塔。

进一步，所述热源塔的底部连接补水阀。

进一步，所述再生加热换热器、溶液-制冷剂换热器和水-制冷剂换热器为板式换热器。

进一步，所述溶液为具有一定吸湿能力的有机溶液或无机盐溶液。

进一步，所述再生加热器为溶液再生提供热量，溶液再生也为所述溶液-制冷剂换热器提供热量。

进一步，所述的热源塔也为溶液的再生器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)冬季制热模式下，利用热源塔吸收空气的全热作为燃气热泵的低温热源进行供暖，同时利用发动机的余热给热源塔中循环溶液进行再生，既获取了空气中低位热量，又充分利用了余热，提高了一次能源利用系数，同时还避免了低温环境下空气源热泵结霜问题。

(2)夏季制冷模式下，热源塔充当冷却塔对余热回收水冷却。解决了夏季余热过剩的问题，这样也充分利用设备，避免设备因为换季而闲置。

附图说明

图1为本发明和基于热源塔的燃气热泵装置的结构原理示意图；

附图标号说明：1、燃气发动机，2、缸套换热器，3、压缩机，4、四通换向阀，5、溶液-制冷剂换热器，6、水-制冷剂换热器，7、气液分离器，8、储液器，9、干燥过滤器，10、电子膨胀阀，11、烟气换热器，12、再生加热器，13、热源塔，14、冷却水循环水箱，15、生活热水水箱，16、第三水阀，17、第四水阀，18、第一水泵，19、缸套水循环水泵，20第二水泵，21、溶液泵，22、水泵，23、第一止回阀，24、第二止回阀，25、第三止回阀，26、第四止回阀，27、第一溶液阀，28、第二溶液阀，29、第二水阀，30、第一水阀，31、补水阀，32、电加热器，33、空调末端装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构、原理和运行模式作进一步阐述：

如图1所示，一种基于热源塔的燃气热泵装置，主要包括溶液循环单元、燃气热泵单元、余热回收利用单元和用户单元。

燃气热泵单元包括燃气发动机1、压缩机3、四通换向阀4、溶液-制冷剂换热器5、水-制冷剂换热器6、储液器8、干燥过滤器9、电子膨胀阀10、气液分离器7、第一止回阀23、第二止回阀24、第三止回阀25和第四止回阀26，其中燃气发动机1与压缩机3通过联轴器进行连接，压缩机3经四通换向阀4连接气液分离器7形成回路，四通换向阀4依次连接溶液-制冷剂换热器5、第一止回阀23、第二止回阀24、水-制冷剂换热器6，并形成回路，在第一止回阀23、第二止回阀24连接的管路中依次连接储液器8、干燥过滤器9和电子膨胀阀10，并分别经过第三止回阀25和第四止回阀26连接至第一止回阀23、第二止回阀24的另一端。

用户单元包括水-制冷剂换热器6、水泵22、电加热器32、空调末端装置33。水-制冷剂换热器6、水泵22、电加热器32、空调末端装置33通过管路依次连接成闭合回路。

溶液循环单元包括热源塔13、溶液泵21、再生加热器12、溶液-制冷剂换热器5，热源塔13溶液出口与溶液泵21的进口相连，溶液泵21的溶液出口通过第一溶液阀27与溶液-制冷剂换热器5的溶液进口相连或者通过第二溶液阀28与再生加热器12的溶液进口相连，再通过再生加热器12的溶液出口与溶液-制冷剂换热器5的溶液进口相连，溶液-制冷剂换热器5的溶液出口与热源塔13溶液进口相连，这样就构成一个溶液循环回路。

余热回收利用单元包括缸套换热器2、缸套循环水泵19、冷却水循环水箱14、第一水泵18、生活热水水箱15、第二水泵20、烟气换热器11、再生加热器12，其中缸套换热器2、缸套水循环水泵19、冷却水循环水箱14通过管路连接构成缸套水余热回收回路；其中冷却水循环水箱14、第二水泵20、烟气换热器11、第一水阀30、冷却水循环水箱14依次通过管路连接构成烟气余热回收回路；其中冷却水循环水箱14、第二水泵20、烟气换热器11、第二水阀29、再生加热器12、冷却水循环水箱14依次管路连接和冷却水循环水箱14、第一水泵18、生活热水水箱15、冷却水循环水箱14依次通过管路连接构成余热利用回路。

在制热运行模式下，制冷剂经压缩机3压缩后通过四通换向阀4进入水-制冷剂换热器6冷凝放热成为高压液态制冷剂，然后再经过第二止回阀24进入储液器8，从储液器8出来经过干燥过滤器9干燥过滤后被电子膨胀阀10节流降压成气液混合制冷剂，气液混合制冷剂进入溶液-制冷剂换热器5吸热蒸发后经四通换向阀阀4和气液分离器7后回到压缩机3完成一次循环。这时溶液-制冷剂换热器5相当于蒸发器，水-制冷剂换热器6相当于冷凝器。溶液循环分为两路，一路是在溶液吸收空气热量条件下的溶液循环回路，另一路是在溶液再生条件下的溶液循环回路。在前者溶液循环回路中，第一溶液阀27打开，第二溶液阀28关闭，第一水阀30打开，第二水阀29关闭，从热源塔13上方喷淋下来的具有一定浓度的溶液与下方来的空气进行传热传质，溶液吸收空气的热量和空气中的水蒸气后温度升高，然后在溶液泵21的引流下，直接通过第一溶液阀27进入溶液-制冷剂换热器5进行放热温度降低，出来的低温溶液进入热源塔13的上方再次进行喷淋，随着机组的运行，溶液由于不断循环吸收空气的水蒸气，浓度不断降低，当浓度降到一定值时，溶液需要再生。在后者溶液循环回路(溶液再生条件下的溶液循环回路)中，第一溶液阀27关闭，第二溶液阀28打开，第一水阀30关闭，第二水阀29打开，这时热源塔13的稀溶液在溶液泵21的作用下，通过第二溶液阀28进入再生加热器12被来自余热回收的冷却水加热到一定的温度后，进入溶液-制冷剂换热器5放热，出来的溶液温度仍然较高，较高温度的稀溶液进入热源塔13上方进行喷淋与空气进行传热传质，这时较高温度的稀溶液放出热量和水蒸气后进入热源塔13下方。按照这样的循环，溶液的浓度逐渐增加，随着时间推移，溶液变成浓溶液。在这个过程中，热源塔13相当于溶液再生器。在余热回收利用中，冷却水循环水箱14通过缸套水余热回收回路回收缸套余热，通过烟气余热回收回路回收烟气的余热，通过余热利用回路给生活热水水箱15加热提供生活热水，给再生加热器12提供溶液再生的热量。在用户供热单元中，制热回水在水泵22的作用下，进入水-制冷剂换热器6进行吸热升温，当达不到设定的供水温度时，电加热器32开启将供水温度加热到设定的温度，从而进入空调末端装置33进行供暖。生活热水水箱15通过第三水阀16供给用户生活热水，并通过第四水阀17向自生内补充自来水。

在制冷模式下，制冷剂在四通换向阀4的切换下走向发生与制热运行模式相反的变化，这里制冷剂循环不再赘述，这时溶液-制冷剂换热器5相当于冷凝器，水-制冷剂换热器6相当于蒸发器。用户单元带走水-制冷剂换热器6中的冷量通过空调末端装置33进行供冷。在制冷模式下，热源塔13充当冷却塔使用，需要将原来热源塔13中的溶液通过补水阀31放掉，然后再通过补水阀31填加软化处理的自来水。这样原来的溶液循环回路就变成了水循环环回路，软化后的自来水经过溶液泵21的输送通过第一溶液阀27后进入溶液-制冷剂换热器5进行换热，软化后的自来水吸收制冷剂冷凝放出的热量温度升高，最后进入热源塔13的上方进行喷淋，与来自下方的空气进行传热传质，软化后的自来水放出热量和蒸发出水蒸气后温度降低，回到热源塔13的下方，完成一个水循环。由于在制冷模式下生活热水用量较少，冷却水回收余热利用较少，冷却水循环水箱温度会增高，当大于设定最高温度时，第二溶液阀28打开，第一溶液阀27关闭，第二水阀29打开，第一水阀30关闭，这样的话，软化自来水会通过第二溶液阀28进入再生加热器12与来自冷却水循环水箱14并吸收了烟气余热的冷却水进行换热，软化的自来水吸收热量后温度升高，但是温度仍然低于溶液-制冷剂换热器5中制冷剂的冷凝温度，从再生加热器12出来进入溶液-制冷剂换热器5中继续吸热温度进一步升高，最后回到热源塔13的上方进行喷淋，与空气进行传热传质，温度降低。在这种模式下，由于增加了余热散热负荷，所以热源塔13的风机的转速增加，增强换热能力，使软化后的自来水的温度进一步降低。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种的更改和变化，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于热源塔的燃气热泵装置，包括溶液循环单元、燃气热泵单元、余热回收利用单元和用户单元；所述燃气热泵单元包括燃气发动机、压缩机、四通换向阀、溶液-制冷剂换热器、水-制冷剂换热器、储液器、干燥过滤器、电子膨胀阀、气液分离器和制冷剂控制阀组；所述用户单元包括水-制冷剂换热器、水泵、电加热器、空调末端装置；其特征在于：所述溶液循环单元包括热源塔、溶液泵、再生加热器和溶液-制冷剂换热器；所述热源塔的溶液出口与所述溶液泵的进口相连，所述溶液泵出口通过第一溶液阀与所述溶液-制冷剂换热器的溶液进口相连，或者通过第二溶液阀与再生加热器的溶液进口相连，再生加热器的溶液出口与溶液-制冷剂换热器的溶液进口相连，所述溶液-制冷剂换热器的溶液出口与所述热源塔的溶液进口相连；所述的余热回收利用单元包括缸套换热器、烟气换热器、再生加热器、缸套水循环水泵、冷却水循环水箱、生活热水水箱、第一水泵、第二水泵、第一水阀、第二水阀；所述冷却水循环水箱、所述缸套水循环水泵和所述缸套换热器通过管路连接构成缸套水余热回收回路；所述冷却水循环水箱、第二水泵、烟气换热器、第一水阀、冷却水循环水箱依次通过管道连接构成烟气余热回收回路；所述冷却水循环水箱、第二水泵、烟气换热器、第二水阀、再生加热器、冷却水循环水箱依次通过管道连接和所述冷却水循环水箱、第一水泵、生活热水水箱、冷却水循环水箱依次通过管道连接构成余热利用回路；所述再生加热器为溶液再生提供热量，溶液再生也为所述溶液-制冷剂换热器提供热量；所述的热源塔也为溶液的再生器。

2.根据权利要求1所述的基于热源塔的燃气热泵装置，其特征在于：所述热源塔为开式冷却塔。

3.根据权利要求1所述的基于热源塔的燃气热泵装置，其特征在于：所述热源塔的底部连接补水阀。

4.根据权利要求1所述的基于热源塔的燃气热泵装置，其特征在于：所述再生加热器、溶液-制冷剂换热器和水-制冷剂换热器为板式换热器。

5.根据权利要求1所述的基于热源塔的燃气热泵装置，其特征在于：所述溶液为具有一定吸湿能力的有机溶液或无机盐溶液。

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