CN112212543A - 一种热源塔热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热源塔热泵系统，涉及热泵系统技术领域。该系统包括热源塔和热泵机组，热泵机组包括依次连通蒸发器、压缩机组、冷凝器以及第一节流装置形成的制冷剂回路；冷凝器的进水口和蒸发器的进水口分别与热源塔的出液口连通，冷凝器的出水口和蒸发器的出水口分别与热源塔的进液口连通；压缩机组包括第一压缩机和与第一压缩机连通的第二压缩机，热泵机组还包括用于控制系统内的循环介质流向的阀门，当系统制热时，调节阀门以使第一压缩机和第二压缩形成串联，当系统制冷时，调节阀门以使第一压缩机和第二压缩机形成并联。提高了在较低温应用环境中的适用性和运行稳定性，同时提高了热泵机组的夏季制冷量和热源塔的夏季利用率。

Description

一种热源塔热泵系统

技术领域

本发明涉及热泵系统技术领域，特别是涉及一种热源塔热泵系统。

背景技术

当前市场中的热源塔热泵系统通常采用螺杆式压缩机，其容量较小，无法满足特定场景，例如区域能源站和大中型商业供能方案的使用。在长江流域及以北的部分区域，由于冬季温度较低，热源塔热泵系统是通过防冻液在热源塔内从空气中吸热后，进一步通过热泵机组的作用，最终实现供热功能。

由于防冻液与空气换热过程中，具有一定的温差，使得蒸发器中防冻液的出液温度与冷凝器出水温度具有较大的差值，因此对螺杆式压缩机的提温能力具有一定的要求。常规的螺杆式压缩机提温能力约为55℃，无法满足长江以北地区的冬季供暖工况要求。在夏季时，热源塔热泵系统可进行制冷，压缩机的提温能力只需达到35℃即可，采用螺杆式压缩机就可以实现制冷功能，对于常规的螺杆式热源塔系统，热泵机组的夏季制冷量和冬季制热量相差不大。但是，热源塔的夏季散热能力一般高于热源塔的冬季吸热能力3倍以上，由此会导致热源塔的夏季利用率低。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种热源塔热泵系统。

本发明提供了一种热源塔热泵系统，所述系统包括热源塔和热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器、压缩机组、冷凝器以及第一节流装置，所述蒸发器、压缩机组、冷凝器以及第一节流装置依次连通形成制冷剂的循环回路；其中，

所述冷凝器的进水口和蒸发器的进水口分别与热源塔的出液口连通，所述冷凝器的出水口和蒸发器的出水口分别与热源塔的进液口连通；并且，

所述压缩机组包括第一压缩机和与所述第一压缩机连通的第二压缩机，其中，所述第一压缩机和第二压缩机均为离心式压缩机；

所述热泵机组还包括用于控制所述系统内的循环介质流向的若干个阀门，当所述系统进行制热时，调节所述阀门以使第一压缩机和第二压缩形成串联，当所述系统进行制冷时，调节所述阀门以使第一压缩机和第二压缩机形成并联。

可选地，所述系统还包括过冷器，所述过冷器的进水口与冷凝器的进水口连通，所述过冷器的出水口与冷凝器的出水口连通；并且，

位于所述冷凝器中的制冷剂流向过冷器，位于所述过冷器中的制冷剂流向第一节流装置。

可选地，所述热泵机组还包括经济器，所述经济器的制冷剂入口与第一节流装置的制冷剂出口连通，所述经济器的制冷剂出口分别与蒸发器的制冷剂入口、第二压缩机的制冷剂入口连通。

可选地，所述经济器的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂入口之间还设置有第二节流装置。

可选地，所述阀门配置为电磁阀，其中，所述系统还包括用于控制阀门开闭的控制器。

与现有技术相比，采用根据系统制冷或制热的运行工况来使得第一压缩机和第二压缩机之间形成并联/串联，从而在提高了该系统在较低温应用环境中的适用性和运行稳定性的同时，也根据热泵系统的换热机理，提高了热泵机组的夏季制冷量和热源塔的夏季利用率，使得热源塔夏季时不会被闲置，总体提高了系统运行的经济效益。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种热源塔热泵系统的结构示意图。

附图标记：1、热源塔；2、蒸发器；3、第一压缩机；4、第二压缩机；5、冷凝器；6、第一节流装置；7、阀门；8、过冷器；9、经济器；10、第二节流装置；11、回水端；12、供水端。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1，本发明实施例提供了一种热源塔热泵系统，所述系统包括热源塔1和热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器2、压缩机组、冷凝器5以及第一节流装置6，所述蒸发器2、压缩机组、冷凝器5以及第一节流装置6依次连通形成制冷剂的循环回路；其中，

所述冷凝器5的进水口和蒸发器2的进水口分别与热源塔1的出液口连通，所述冷凝器5的出水口和蒸发器2的出水口分别与热源塔1的进液口连通；并且，

所述压缩机组包括第一压缩机3和与所述第一压缩机3连通的第二压缩机4，其中，所述第一压缩机3和第二压缩机4均为离心式压缩机；

所述热泵机组还包括用于控制所述系统内的循环介质流向的若干个阀门7，当所述系统进行制热时，调节所述阀门7以使第一压缩机3和第二压缩形成串联，当所述系统进行制冷时，调节所述阀门7以使第一压缩机3和第二压缩机4形成并联。

本发明实施例中，该热源塔1热泵系统包括热源塔1和热泵机组。其中，热源塔1在冬季时，利用低温防冻液提取空气中的热能，用于向热泵机组提供热源。在夏季时，热源塔1用作冷却塔，利用水蒸发冷却向热泵机组提供冷源。

具体地，热泵机组可以包括蒸发器2、压缩机组、冷凝器5以及第一节流装置6依次连通形成的制冷剂对应的循环回路。其中，冷凝器5的进水口和蒸发器2的进水口分别与热源塔1的出液口连通，冷凝器5的出水口和蒸发器2的出水口分别与热源塔1的进液口连通。示例性地，冷凝器5的进水口和蒸发器2的进水口的连通处作为用户侧的回水端11，冷凝器5的出水口和蒸发器2的出水口的连通处作为用户侧的供水端12。第一节流装置6可以配置为膨胀阀、毛细管等。

压缩机组包括第一压缩机3和与第一压缩机3连通的第二压缩机4，其中，第一压缩机3和第二压缩机4均配置为离心式压缩机。对于相同容量的离心式压缩机和螺杆式压缩机来说，离心式压缩机能够减少机房的占地面积。在该热泵机组中，可以设置若干个用于控制所述系统内的循环介质流向的阀门7。具体地，所述循环介质可以为防冻液、水以及制冷剂等。同时，本实施例中均能采用连接管实现各部件之间的连通，阀门7可以安装于对应的连接管上。

当该系统需要进行制热时，可以通过调节对应阀门7的开闭，使得第一压缩机3和第二压缩机4形成串联。因此，在较为寒冷的室外运行工况下，通过第一压缩机3和第二压缩机4的串联，使得流经压缩机组的制冷剂可被连续压缩两次，从而提供了冷凝的压比，使得提升温能力达到70℃左右。提升了热泵机组的单机容量，同时提高了该热源塔1热泵系统在较低温应用环境中的适用性和运行稳定性。

当该系统需要进行制冷时，可以通过调节对应阀门7的开闭，使得第一压缩机3和第二压缩机4形成并联。因此，在夏季的运行工况下，通过第一压缩机3和第二压缩机4的并联，在保证对应的压比要求的同时，也可以提升热泵机组的制冷量，同时提高了热源塔1的利用率，能够提高系统运行的经济效益。

另外地，对于一些商业项目，一般都是制冷量需求大于制热量需求，如果采取该系统，在夏季可以满足制冷能力的同时，也不需要像现有技术中的热泵系统额外增配相应的机组设备，从而降低了该系统的安装成本，也节省了机房占地面积，具有较好的适用性。

综上所述，采用根据系统制冷或制热的运行工况来使得第一压缩机3和第二压缩机4之间形成并联/串联，从而在提高了该系统在较低温应用环境中的适用性和运行稳定性的同时，也根据热泵系统的换热机理，提高了热泵机组的夏季制冷量和热源塔1的夏季利用率，使得热源塔1夏季时不会被闲置，总体提高了系统运行的经济效益。

参照图1，一种可选地实施例，所述系统还包括过冷器8，所述过冷器8的进水口与冷凝器5的进水口连通，所述过冷器8的出水口与冷凝器5的出水口连通；并且，

位于所述冷凝器5中的制冷剂流向过冷器8，位于所述过冷器8中的制冷剂流向第一节流装置6。

本发明实施例中，该系统还包括过冷器8。其中，示例性地，该过冷器8可以配置为水冷过冷器8，例如，将过冷器8的进水口与冷凝器5的进水口连通，即与回水端11连通。过冷器8的出水口与冷凝器5的出水口连通，即与供水端12连通。位于冷凝器5的制冷剂在流向过冷器8后，通过过冷器8将第一节流装置6前的液体制冷剂冷却到比冷凝器5的冷凝温度更低的温度后送入第一节流装置6。因此，过冷器8的设置可以对流向第一节流装置6的制冷剂进行再冷却，可以提高系统的制冷系数，从而优化了该系统的制冷性能。

参照图1，一种可选地实施例，所述热泵机组还包括经济器9，所述经济器9的制冷剂入口与第一节流装置6的制冷剂出口连通，所述经济器9的制冷剂出口分别与蒸发器2的制冷剂入口、第二压缩机4的制冷剂入口连通。

所述经济器9的制冷剂出口与蒸发器2的制冷剂入口之间还设置有第二节流装置10。

本发明实施例中，热泵机组还可以包括经济器9。其中，经济器9作为一种换热器，通过制冷剂自身的节流蒸发吸收热量从而使得另一部分制冷剂得到过冷。示例性地，经济器9的制冷剂入口与第一节流装置6的制冷剂出口连通，经济器9的制冷剂出口分别与蒸发器2的制冷剂入口、第二压缩机4的制冷剂入口连通。来自第一节流装置6的制冷剂在进入经济器9后，可以分为两个部分，一部门是通过第一节流装置6在节流中所产生的中间压力的气体，另一部分是液态制冷剂。因此，经济器9可以实现气液分离，气体重新进入压缩机继续压缩，同时对制冷剂进行再冷却，从而增加制冷量，同时能够提高系统的制冷系数。

优选地，在经济器9的制冷剂出口与蒸发器2的制冷剂入口之间还设置有第二节流装置10，通过第二节流装置10可以实现从经济器9中流出的液态制冷剂的节流降压，便于蒸发器2的吸热，优化了该系统的性能。

一种可选地实施例，所述阀门7配置为电磁阀，其中，所述系统还包括用于控制阀门7开闭的控制器。

本发明实施例中，阀门7均可以采用电磁阀，同时，该系统可以包括用于控制阀门7开闭的控制器，例如可编程逻辑控制器、单片机等。可以根据制热和制冷两种不同工况的变化，通过控制器完成第一压缩机3和第二压缩机4串联/并联的切换，优化了该系统的性能。

工作原理：

该系统处于制热工况时，防冻液进入热源塔1内，防冻液在热源塔1内与空气进行显热和潜热换热，吸收空气中的热量，使得防冻液的温度获得一定提升，升温后的防冻液从热源塔1内流出并进入到蒸发器2，与蒸发器2内的制冷剂进行换热，将热量传递给制冷剂，温度降低的防冻液可以在水泵的作用下进入到热源塔1内，进行下一次循环。

同时，在蒸发器2中吸收热量的制冷剂蒸发后进入第一压缩机3，经过一级提温提压后进入第二压缩机4，经过二级提温提压后进入冷凝器5，在冷凝器5中散热后进入过冷器8进一步过冷，再经过第一节流装置6节流后进入经济器9，在经济器9中实现气液分离，气体直接进入第二压缩机4内与制冷剂混合，液体制冷剂通过第二节流装置10再次节流进入蒸发器2，进行下一次循环。

回水端11的低温回水经过冷凝器5和过冷器8分别与制冷剂进行换热，将吸热提温后的水送至供水端12，以输出热源供用户使用。

该系统处于制冷工况时，热源塔1内的循环介质为水，在冷凝器5和过冷器8中吸收热量的水，在水泵的作用下进入热源塔1内，通过热源塔1散热降温后的冷却水再次进入冷凝器5和过冷器8中吸热，进行下一次循环。

同时，在蒸发器2中吸收热量的制冷剂蒸发后同时进入第一压缩机3和第二压缩机4，经过一次提温提压后，位于第一压缩机3中的制冷剂和位于第二压缩机4中的制冷剂同时进入冷凝器5内，在冷凝器5中散热后，流向过冷器8进一步过冷，再经过第一节流装置6节流后进入蒸发器2，进行下一次循环。

回水端11的高温回水在水泵的作用下进入蒸发器2，在蒸发器2中散热后，将低温水送至供水端12，以输出冷源供用户使用。

综上所述，采用根据系统制冷或制热的运行工况来使得第一压缩机3和第二压缩机4之间形成并联/串联，从而在提高了该系统在较低温应用环境中的适用性和运行稳定性的同时，也根据热泵系统的换热机理，提高了热泵机组的夏季制冷量和热源塔1的夏季利用率，使得热源塔1夏季时不会被闲置，总体提高了系统运行的经济效益。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域技术人员易于想到的是：上述各个实施例的任意组合应用都是可行的，故上述各个实施例之间的任意组合都是本发明的实施方案，但是由于篇幅限制，本说明书在此就不一一详述了。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

Claims (5)

1.一种热源塔热泵系统，其特征在于，所述系统包括热源塔(1)和热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器(2)、压缩机组、冷凝器(5)以及第一节流装置(6)，所述蒸发器(2)、压缩机组、冷凝器(5)以及第一节流装置(6)依次连通形成制冷剂的循环回路；其中，

所述冷凝器(5)的进水口和蒸发器(2)的进水口分别与热源塔(1)的出液口连通，所述冷凝器(5)的出水口和蒸发器(2)的出水口分别与热源塔(1)的进液口连通；并且，

所述压缩机组包括第一压缩机(3)和与所述第一压缩机(3)连通的第二压缩机(4)，其中，所述第一压缩机(3)和第二压缩机(4)均为离心式压缩机；

所述热泵机组还包括用于控制所述系统内的循环介质流向的若干个阀门(7)，当所述系统进行制热时，调节所述阀门(7)以使第一压缩机(3)和第二压缩形成串联，当所述系统进行制冷时，调节所述阀门(7)以使第一压缩机(3)和第二压缩机(4)形成并联。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括过冷器(8)，所述过冷器(8)的进水口与冷凝器(5)的进水口连通，所述过冷器(8)的出水口与冷凝器(5)的出水口连通；并且，

位于所述冷凝器(5)中的制冷剂流向过冷器(8)，位于所述过冷器(8)中的制冷剂流向第一节流装置(6)。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热泵机组还包括经济器(9)，所述经济器(9)的制冷剂入口与第一节流装置(6)的制冷剂出口连通，所述经济器(9)的制冷剂出口分别与蒸发器(2)的制冷剂入口、第二压缩机(4)的制冷剂入口连通。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述经济器(9)的制冷剂出口与蒸发器(2)的制冷剂入口之间还设置有第二节流装置(10)。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述阀门(7)配置为电磁阀，其中，所述系统还包括用于控制阀门(7)开闭的控制器。

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