CN111550950B - 一种溶液喷淋除霜空气源热泵与冰源热泵耦合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溶液喷淋除霜空气源热泵与冰源热泵耦合系统，该系统包括空气源热泵供热系统、冰源热泵供热系统、溶液喷淋系统和溶液再生系统。冬季，空气源热泵采用溶液喷淋除霜；夏季，空气源热泵采用雾化喷淋强化换热。本发明采用了双热泵系统，冬季制热工况时，空气源热泵作为主机组，负责供热；冰源热泵作为辅助机组，负责溶液再生，兼具供热功能。夏季制冷工况时，冰源热泵优先运行，空气源热泵作为辅助机组，保障耦合热泵系统高效运行。

Description

一种溶液喷淋除霜空气源热泵与冰源热泵耦合系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种溶液喷淋除霜空气源热泵与冰源热泵耦合系统。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展，我国城市化程度大幅提高，随之而来建筑能耗越来越大。目前，建筑总能耗约占全国能耗总量的三分之一，而建筑能耗中的空调能耗约50%左右。因此，寻找适当的方法降低空调系统的能耗，对于降低建筑能耗、节能减排有着重要意义。

作为空调系统常用的冷热源之一，空气源热泵利用大气中低品位能，具有节能兼顾供冷供热、使用灵活、方便、所占空间小、利用效率高、无污染等优点，其作为重要的节能性供热空调设备在长江中下游地区、西南地区、华南地区以及中南地区得到了广泛使用。但是空气源热泵冬季工况下运行时，在室外温度低，空气相对湿度大的情况下蒸发器表面容易结霜，霜层在蒸发器表面的形成和增长增加了传热过程的热阻，增加了空气流过换热器的阻力，恶化了传热效果，造成机组的制热能力大幅下降，机组能耗升高。

为了解决空气源热泵的结霜问题，可以采用盐溶液进行喷淋除霜，即采用高浓度的盐溶液对空气源热泵室外侧换热器进行喷淋除霜，类似于冬季融雪剂除雪的原理。融化后霜化为水进入溶液中，除霜后溶液浓度降低，当降低一定程度时，除霜能力大大下降，因此溶液喷淋除霜的过程中需要对溶液进行再生。

冷冻法是盐溶液再生方式之一。其原理为盐溶液在结冰的过程中，可以实现盐分和冰晶的分离，使得剩余溶液浓度升高，即实现溶液再生。溶液再生过程需要低温冷源提供冷量，使得溶液结冰。

冰源热泵是利用低温水在结冰过程中释放的相变潜热作为低位热源的一种新型热泵技术。冰源热泵技术大大拓宽了水源热泵机组的适用范围，可作为上述盐溶液再生过程的冷源，并可辅助供热。

发明内容

（一）解决的技术问题

因此如何在保障空气源热泵高效运行，充分利用冰源热泵装置，高效解决空气源热泵喷淋除霜用盐溶液再生问题，本发明提出了一种溶液喷淋除霜空气源热泵与冰源热泵耦合系统。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种溶液喷淋除霜空气源热泵与冰源热泵耦合系统，包括空气源热泵供热系统、冰源热泵供热系统、溶液喷淋系统和溶液再生系统，所述空气源热泵供热系统包括空气源热泵、泵1、电磁阀9、用户端，所述用户端与所述空气源热泵之间串接有所述泵1和所述电磁阀9，所述冰源热泵供热系统包括冰源热泵、泵2、电磁阀10、用户端，所述冰源热泵与所述用户端之间串接有所述泵2和电磁阀10。

进一步的，所述空气源热泵包括蒸发器1、压缩机1、冷凝器1和节流阀1依次连接组成的循环系统，所述冷凝器1与用户端连接。

进一步的，所述冰源热泵包括蒸发器2、压缩机2、冷凝器2和节流阀2依次连接组成的循环系统，所述蒸发器2通过管道、溶液泵2、电磁阀4与稀溶液罐连接，所述冷凝器2与用户端连接。

进一步的，所述溶液泵2的进液端与所述蒸发器2之间设有冷却塔，所述冷却塔的进液管道和出液管道上分别设有电磁阀6和电磁阀5。

进一步的，所述溶液喷淋系统包括浓溶液罐、电磁阀3、溶液泵1、溶液喷淋口、稀溶液收集装置、稀溶液罐和电磁阀2；所述浓溶液罐通过电磁阀3与所述溶液泵1连接，所述稀溶液罐通过电磁阀2与所述溶液泵1连接，所述溶液泵1与溶液喷淋头连接，所述溶液喷淋头下方设有所述蒸发器1，所述蒸发器1的下方设有稀溶液收集装置，所述稀溶液收集装置与所述稀溶液罐连接。

进一步的，所述溶液再生系统包括电磁阀7、溶液浓缩桶、过滤器、电磁阀8和溶液泵3，所述电磁阀7的一端与蒸发器2连接，另一端与所述溶液浓缩桶连接，所述溶液浓缩桶依次通过所述过滤器、所述电磁阀8和所述溶液泵3与所述浓溶液罐连接。

进一步的，所述溶液浓缩桶内设有过滤网和搅拌器。

进一步的，所述溶液喷淋头还通过电磁阀1与外部水源连接。

（三）有益效果

第一：一种具有溶液喷淋除霜功能的空气源热泵与冰源热泵耦合系统，冬季制热工况时，空气源热泵作为主机组，负责供热；冰源热泵作为辅助机组，负责溶液再生，兼具供热功能。

第二：一种具有溶液喷淋除霜功能的空气源热泵与冰源热泵耦合系统，夏季制冷工况时，冰源热泵优先运行，空气源热泵作为辅助机组，保障耦合热泵系统高效运行。

第三：一种具有溶液喷淋除霜功能的空气源热泵与冰源热泵耦合系统，冬季制热工况时，空气源热泵采用溶液喷淋除霜；夏季制冷工况时，空气源热泵的冷凝器采用雾化喷淋强化换热，保障空气源热泵冬夏季高效运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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是本发明实施例1原理图；

图2是本发明实施例2原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，作为本发明的实施例1，本发明的实施例1为冬季运行模式，该系统包括空气源热泵供热系统、冰源热泵供热系统、溶液喷淋系统和溶液再生系统。

（1）空气源热泵供热系统的流程为：

空气源热泵开机，空气源热泵的蒸发器1内低温低压的液态制冷剂蒸发变成气态制冷剂，蒸发过程中制冷剂从外界空气吸热；气态制冷剂经压缩机1压缩成高温高压的制冷剂气体；高温高压的制冷剂气体在冷凝器1内冷凝，冷凝过程中制冷剂放出大量热量，用来制备空调热水；冷凝后的液态制冷剂在节流阀1中节流降压，变成低温低压的液态制冷剂，进入蒸发器1内，完成制冷剂循环。

冷凝器1制备的45℃空调热水，在用户内放热给房间供热（用户可采用风机盘管、新风机组或空气处理机组等），温度下降至40℃，打开电磁阀9和泵1，然后空调回水经过电磁阀9和泵1，返回冷凝器1继续加热，完成空气源热泵供热流程。

空气源热泵的蒸发器1的结构为翅片管换热器，冬季运行工况时容易产生结霜问题。

（2）冰源热泵供热系统的流程为：

冰源热泵开机，冰源热泵的蒸发器2内低温低压的液态制冷剂蒸发变成气态制冷剂，蒸发过程中制冷剂吸热，可作为溶液再生过程的冷源；气态制冷剂经压缩机2压缩成高温高压的制冷剂气体；高温高压的制冷剂气体在冷凝器2内冷凝，冷凝过程中制冷剂放出大量热量，用来制备空调热水；冷凝后的液态制冷剂在节流阀2中节流降压，变成低温低压的液态制冷剂，进入蒸发器2内，完成制冷剂循环。

冷凝器2制备的45℃空调热水，给用户的房间供热，温度下降至40℃，打开电磁阀10和泵2，空调回水经过电磁阀10和泵2，返回冷凝器2继续加热，完成冰源热泵供热流程。

（3）溶液喷淋除霜系统的流程为：

空气源热泵结霜时，运行溶液喷淋除霜系统，可保障空气源高效运行。

溶液喷淋系统由浓溶液罐、电磁阀3、溶液泵1、溶液喷淋口、稀溶液收集装置、稀溶液罐、电磁阀2组成。

打开电磁阀3和溶液泵1，浓溶液罐内的浓溶液经电磁阀3和溶液泵1进入空气源热泵蒸发器1上方的溶液喷淋口，浓溶液经溶液喷淋口均匀喷洒在蒸发器1的上方，在重力的作用下沿着翅片管换热器表面流下，由于溶液的冰点低于霜层的温度，霜层则会不断转化为液态水进入溶液中，霜层即被除去（类似于融雪剂除雪的原理）。除霜后的溶液经漏斗状的稀溶液收集装置收集，然后进入稀溶液罐。开启电磁阀2，稀溶液和浓溶液混合，经溶液泵1送至溶液喷淋口继续喷淋除霜，完成溶液喷淋除霜过程。

空气源热泵喷淋除霜的喷淋工质可采用醋酸钾、乙酸钾、氯化钙或溴化锂等可用作载冷剂的盐溶液。

（4）溶液再生系统的流程为：

喷淋除霜过程中，稀溶液罐内的溶液浓度不断下降，当下降至一定浓度时，运行溶液再生系统。

关闭电磁阀2，开启电磁阀4和溶液泵2，冰源热泵开机，稀溶液罐内的稀溶液经电磁阀4和溶液泵2进入冰源热泵的蒸发器2，蒸发器2的制冷剂蒸发吸热，使得稀溶液温度下降。稀溶液温度降低至凝固点温度之下，使之具有一定的过冷度（此时稀溶液处于过冷状态）。打开电磁阀7，处于过冷状态的稀溶液经过电磁阀7进入溶液浓缩桶，在溶液浓缩桶内解除过冷（通过搅拌器给予过冷溶液的扰动，解除过冷状态），稀溶液开始析冰，析冰之后由稀溶液变成浓溶液，利用过滤网把冰捞出。打开电磁阀8和溶液泵3，剩余的浓溶液经过滤器、电磁阀8和溶液泵3，进入浓溶液罐，完成溶液再生过程。

冷却塔系统在冬季模式下不运行。

请参阅图2，作为本发明的实施例2，本发明的实施例2为夏季运行模式，该系统包括空气源热泵供冷系统、雾化喷淋系统和冰源热泵供冷系统，且其中的蒸发器和冷凝器的作用发生转换（依靠四通换向阀改变制冷剂流向），蒸发器1作为冷凝器1使用，冷凝器1作为蒸发器1使用；蒸发器2作为冷凝器2使用，冷凝器2作为蒸发器2使用。

（1）空气源热泵供冷系统的流程为：

空气源热泵开机，空气源热泵的蒸发器1内低温低压的液态制冷剂蒸发变成气态制冷剂，蒸发过程中制冷剂吸热，用来制备空调冷冻水；气态制冷剂经压缩机1压缩成高温高压的制冷剂气体；高温高压的制冷剂气体在冷凝器1内冷凝，冷凝过程中制冷剂放出大量热量至外界环境；冷凝后的液态制冷剂在节流阀1中节流降压，变成低温低压的液态制冷剂，进入蒸发器1内，完成制冷剂循环。

蒸发器1制备的7℃空调冷冻水，送入用户，给用户房间供冷（用户可采用风机盘管、新风机组或空气处理机组等），冷冻水温度升高至12℃，打开电磁阀9和泵1，然后空调回水经过电磁阀9和泵1，返回蒸发器1进行降温，完成空气源热泵供冷流程。

（2）雾化喷淋系统的流程为：

空气源热泵夏季工况运行的冷凝器1为翅片管换热器，制冷剂和空气进行换热，制冷剂在铜管内流动，空气在管外流动。但是空气侧的换热系数较低使得换热效果较差，进而使得空气源热泵的能效较低。为提高空气侧的换热效果，采用雾化喷淋的方法强化冷凝器1的换热。

冬季工况时的稀溶液罐作为水罐，溶液泵1作为水泵，溶液喷淋口作为水喷淋口，稀溶液收集装置作为喷淋水收集装置。

空气源热泵运行时，开启电磁阀1，自来水经电磁阀1送至冷凝器1上方的喷淋口，自来水由喷淋口进行雾化喷淋，使得冷凝器1由空气冷却变为水蒸发冷却，提高了冷凝器1的换热效果，进而提高了空气源热泵的能效。冷凝器1表面流下的水由喷淋水喷淋装置进行收集，然后到水罐进行存储。当水罐内液位达到设定值时，关闭电磁阀1，开启电磁阀2和溶液泵1，水罐内水经电磁阀2和溶液泵1进入喷淋口进行循环喷淋。当水罐内水位下降至设定值时，开启电磁阀1，关闭电磁阀2和溶液泵1。开启自来水补水，进行新一轮喷淋流程。

自来水也可由风机盘管、新风机组或空气处理机组等设备产生的冷凝水进行代替。冷凝水的水温较低，且一般直接排放到下水道，用冷凝水替代自来水作为喷淋用水，可节约用水，符合国家节能减排的宗旨。

（3）冰源热泵供冷系统的流程为：

冰源热泵开机，冰源热泵的蒸发器2内低温低压的液态制冷剂蒸发变成气态制冷剂，蒸发过程中制冷剂吸热，用来制备空调冷冻水；气态制冷剂经压缩机2压缩成高温高压的制冷剂气体；高温高压的制冷剂气体在冷凝器2内冷凝，冷凝过程中制冷剂与冷却水进行换热；冷凝后的液态制冷剂在节流阀2中节流降压，变成低温低压的液态制冷剂，进入蒸发器2内，完成制冷剂循环。

蒸发器2制备的7℃空调冷冻水，送入用户，给用户房间供冷（用户可采用风机盘管、新风机组或空气处理机组等），冷冻水温度升高至12℃，打开电磁阀10和泵2，然后空调回水经过电磁阀10和泵2，返回蒸发器2进行降温，完成冰源热泵供冷流程。

为使得冷凝器2内的气态制冷剂冷凝，运行冷却塔系统，打开电磁阀5和溶液泵2，冷却塔内32℃的冷却水经电磁阀5和溶液泵2送入冷凝器2，在冷凝器2内使制冷剂液化，冷却水温度升高至37℃，打开电磁阀6，37℃的冷却水送至冷却塔进行降温，下降至32℃，完成冷却水循环。

本发明提供一种具有溶液喷淋除霜功能的空气源热泵与冰源热泵耦合系统，其夏季运行模式时，因冰源热泵的能效优于空气源热泵的能效，夏季制冷时优先运行冰源热泵，负荷不足时开启空气源热泵，可使空气源热泵与冰源热泵耦合系统整体高效运行。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种溶液喷淋除霜空气源热泵与冰源热泵耦合系统，其特征在于：包括空气源热泵供热系统、冰源热泵供热系统、溶液喷淋系统和溶液再生系统，所述空气源热泵供热系统包括空气源热泵、泵1、电磁阀9、用户端，所述用户端与所述空气源热泵之间串接有所述泵1和所述电磁阀9；所述冰源热泵供热系统包括冰源热泵、泵2、电磁阀10、用户端，所述冰源热泵与所述用户端之间串接有所述泵2和电磁阀10；所述空气源热泵包括蒸发器1、压缩机1、冷凝器1和节流阀1依次连接组成的循环系统，所述冷凝器1与用户端连接；所述冰源热泵包括蒸发器2、压缩机2、冷凝器2和节流阀2依次连接组成的循环系统，所述蒸发器2通过溶液泵2、电磁阀4与稀溶液罐连接，所述冷凝器2与用户端连接；所述溶液泵2的进液端与所述蒸发器2之间设有冷却塔，所述冷却塔的进液管道和出液管道上分别设有电磁阀6和电磁阀5；所述溶液喷淋系统包括浓溶液罐、电磁阀3、溶液泵1、溶液喷淋口、稀溶液收集装置、稀溶液罐和电磁阀2；所述浓溶液罐通过电磁阀3与所述溶液泵1连接，所述稀溶液罐通过电磁阀2与所述溶液泵1连接，所述溶液泵1与溶液喷淋头连接，所述溶液喷淋头下方设有所述蒸发器1，所述蒸发器1的下方设有稀溶液收集装置，所述稀溶液收集装置与所述稀溶液罐连接；所述溶液再生系统包括电磁阀7、溶液浓缩桶、过滤器、电磁阀8和溶液泵3，所述电磁阀7的一端与蒸发器2连接，另一端与所述溶液浓缩桶连接，所述溶液浓缩桶依次通过所述过滤器、所述电磁阀8和所述溶液泵3与所述浓溶液罐连接；所述溶液浓缩桶内设有过滤网和搅拌器；所述溶液喷淋头还通过电磁阀1与外部水源连接。

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