CN201740144U - 太阳能次生源热源塔热泵集成装置 - Google Patents

太阳能次生源热源塔热泵集成装置 Download PDF

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Abstract

太阳能次生源热源塔热泵集成装置，其由闭式工质冷热源塔、热泵逆卡诺循环系统和湿热源凝结水分离装置组成。本实用新型特别适用于夏季“高温高湿”和冬季“低温高湿”气候环境下的户用空调应用，夏季为高效负压蒸发水冷却制冷机，冬季为高效无霜空气源热泵，实现户用空调小温差传热向空气要能源，无锅炉无电辅终端无排碳冷暖空调热水三联供。

Description

太阳能次生源热源塔热泵集成装置
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能次生源热源塔热泵集成装置，尤其是涉及一种适用于夏季“高温高湿”和冬季“低温高湿”气候环境下使用的户式区域空调的太阳能次生源热源塔热泵集成装置。
背景技术
在中国南方地处亚热带季风气候区，冬季北方冷空气南下与暖湿气流汇合，使南方的广大地区成为冷暖气流对峙区，“低温高湿”成为中国长江流域以南地区特定的气候条件。正是由于这种特殊的气候条件，湿空气中蕴藏了无限的由太阳能转化的次生源低温位能。湿空气状态下潜热能含量高，由于传统空气源热泵空调延用的是空调行业大温差传热技术，遇低温高湿气候，蒸发温度低，导致过早结霜，无法正常运行供热，需要直接采用电加热供热，能耗高成为几十年难以解决的技术难题，空气中湿热能成为空气源热泵有害的可再生能源。
目前，国外开发了一种利用大温差开式冷却塔+盐溶液+反渗透膜直接曝气循环吸收空气中低温位热源的装置，所要求的循环溶液浓度高,超过了反渗透膜技术二倍的浓缩浓度，导致盐溶液吸收了空气中的凝结水分无法利用反渗透膜将溶液中的水分有效加以分离，排放污染环境，且溶液损耗大。利用盐溶液曝气循环吸收空气中低温位热源，另一个致命的问题是，盐溶液溶解氧增加，对设备腐蚀严重，且开式冷却塔飘雾现象十分严重,这种盐雾对周围环境的钢结构也有严重腐蚀。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种效率高，能耗低，寿命长，结构紧凑，应用范围广泛的太阳能次生源热源塔热泵集成装置。
本实用新型的技术方案是：其由闭式工质冷热源塔，热泵逆卡诺循环系统和湿热源凝结水分离装置组成；
所述闭式工质冷热源塔包括机壳负压腔进风栅、冷热源换热器、变风量循环装置、菱形汽雾分离器； 所述机壳负压腔进风栅位于机壳外维护结构上，冷热源换热器位于机壳内维护结构内中上部，上端与变风量循环装置相通，下端与机壳负压腔进风栅、喷淋器组件、接水盘装置相通，变风量循环装置位于机壳内维护结构上部，顶端与菱形汽雾分离器相通，下端与冷热源换热器相通，菱形汽雾分离器位于机壳外维护结构顶部，其顶端与大气相通，下端与变风量循环装置相通；
所述热泵逆卡诺循环系统包括热泵压缩机、热水加热器、介质加热器、四通换向阀、空调加热器、分离冷却器、制热膨胀阀、盘管蒸发器，所述热泵压缩机排气口通过管道与热水加热器工质进气口相连，热水加热器工质出气口通过管道与介质加热器工质进气口相连，介质加热器工质出气口通过管道与四通换向阀进气口相连，四通换向阀出气口通过管道与空调加热器工质进气口相连，空调加热器工质出液口通过安装有单向阀Ⅰ的管道与分离冷却器进液口连接，分离冷却器出液口通过安装有过滤器、单向阀Ⅱ的管道与制热膨胀阀进液口连接，制热膨胀阀出液口通过管道和分液管与盘管蒸发器进液口连接，盘管蒸发器出汽口通过安装有单向阀Ⅲ的管道与四通换向阀进汽口连接，四通换向阀出汽口通过管道与分离冷却器进汽口连接，分离冷却器出汽口通过管道与热泵压缩机吸汽口连接。
湿热源凝结水分离装置由高压循环泵、与所述热泵逆卡诺循环系统共用的介质加热器、多介质过滤器、高分子膜分离管、负温度喷雾器、凝结水分离盘、介质缓冲箱构成；所述高压循环泵出液口通过管道与介质加热器介质进液口连接，介质加热器介质出液口通过安装有阀门Ⅰ的管道与多介质过滤器进液口连接，多介质过滤器出液口通过安装有阀门Ⅱ的管道与高分子膜分离管进液口连接，高分子膜分离管出液口通过安装有阀门Ⅲ、电磁阀Ⅲ、单向阀Ⅳ的管道与负温度喷雾器连接，高分子膜分离管出水口通过管道与机组排水口连接，负温度喷雾器下端与凝结水分离盘相通，凝结水分离盘出液口通过安装有电磁阀Ⅱ的管道与介质缓冲箱进液口连接，与凝结水分离盘的出水口相连的凝结水排出管道上安装有电磁阀Ⅰ，介质缓冲箱出液口通过管道与高压循环泵进液口连接。
本实用新型利用小温差传热低热源热泵、高分子防结霜溶液与膜分离技术结合，构成太阳能次生源热源塔热泵户式空调。在亚热带季风气候区域内可实现户用空调无锅炉无电辅终端无排碳的冷暖空调热水三联供。
本实用新型在户式空调中运行能耗低，节能减碳，夏季水喷淋蒸发冷却制冷能效比高，冬季为无霜空气源热泵供热性能系数高无需辅助热源，设备使用寿命长，高度集成，结构紧凑，采用高分子膜分离管分离再生防结霜溶液，循环利用，对环境无污染；利用热源塔热泵小温差传热向空气要能源，将节能减碳技术扩展到户用空调中，取代传统技术传统空气源热泵+电辅热户式空调，应用范围广。
附图说明
图1为本实用新型型一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型型作进一步说明。
参照图1，本实施例包括闭式工质冷热源塔、热泵逆卡诺循环系统和湿热源凝结水分离装置组成。
图中大空心箭头表示空气流动方向，小实心箭头表示制冷工质循环流动方向，小空心箭头表示介质循环流动方向；虚线表示气态物质流动管路，实线表示的管道液态物质流动管路。
所述闭式工质冷热源塔包括机壳负压腔进风栅1-1、冷热源换热器1-2、变风量循环装置1-3、菱形汽雾分离器1-4； 所述机壳负压腔进风栅1-1位于机壳外维护结构上，与冷热源换热器1-2相通，冷热源换热器1-2位于机壳内维护结构中上部，上端与变风量循环装置1-3联通，下端与机壳负压腔进风栅、喷淋器组件、接水盘装置相通，变风量循环装置1-3位于机壳内维护结构上部，顶端与菱形汽雾分离器1-4相通，下端与冷热源换热器1-2相通，菱形汽雾分离器1-4位于机壳外维护结构顶部，其顶端与大气相通，下端与变风量循环装置1-3相通；
所述热泵逆卡诺循环系统包括热泵压缩机2-1、热水加热器2-2、介质加热器2-3、四通换向阀2-4、空调加热器2-5、分离冷却器2-6、制热膨胀阀2-7、盘管蒸发器2-8，所述热泵压缩机2-1排气口通过管道与热水加热器2-2工质进气口相连，热水加热器2-2工质出气口通过管道与介质加热器2-3工质进气口相连，介质加热器2-3工质出气口通过管道与四通换向阀2-4进气口相连，四通换向阀2-4出气口通过管道与空调加热器2-5工质进气口相连，空调加热器2-5工质出液口通安装有单向阀 Ⅰ的管道与分离冷却器2-6进液口连接，分离冷却器2-6出液口通过安装有过滤器、单向阀Ⅱ的管道与制热膨胀阀2-7进液口连接，制热膨胀阀2-7出液口通过管道和分液管与盘管蒸发器2-8进液口连接，盘管蒸发器2-8出汽口通过安装有单向阀Ⅲ的管道与四通换向阀2-4进汽口连接，四通换向阀2-4出汽口通过管道与分离冷却器2-6进汽口连接，分离冷却器2-6出汽口通过管道与热泵压缩机2-1吸汽口连接。
湿热源凝结水分离装置由高压循环泵3-1、与所述热泵逆卡诺循环系统共用的介质加热器2-3、多介质过滤器3-2、高分子膜分离管3-3、负温度喷雾器3-4、凝结水分离盘3-5、介质缓冲箱3-6构成；所述高压循环泵3-1出液口通过管道与介质加热器2-3介质进液口连接，介质加热器2-3介质出液口通过安装有阀门Ⅰ的管道与多介质过滤器3-2进液口连接，多介质过滤器3-2出液口通过安装有阀门Ⅱ的管道与高分子膜分离管3-3进液口连接，高分子膜分离管3-3出液口通过安装有阀门Ⅲ、电磁阀Ⅲ、单向阀Ⅳ的管道与负温度喷雾器3-4连接，高分子膜分离管3-3出水口通过管道与机组排水口连接，负温度喷雾器3-4下端与凝结水分离盘相通，凝结水分离盘3-5出液口通过安装有电磁阀Ⅱ 3-5.2的管道与介质缓冲箱3-6进液口连接，与凝结水分离盘3-5的出水口相连的凝结水排出管道上安装有电磁阀Ⅰ 3-5.1，介质缓冲箱3-6出液口通过管道与高压循环泵3-1进液口连接。
工作原理：
闭式工质冷热源塔工作原理： 太阳能次生源低温位空气能经机壳负压腔进风栅1-1进入冷热源换热器1-2，冷热源换热器1-2翅片将低温位空气能传给盘管蒸发器2-8空气温度下降， 经变风量循环装置1-3推动压入菱形汽雾分离器1-4分离雾汽排入大气进行热交换，空气温度升高后再进入机壳负压腔进风栅1-1构成空气低温位热能与盘管蒸发器2-8的换热循环。
热泵逆卡诺循环系统工作原理：来自盘管蒸发器2-8的低压制冷剂蒸汽由热泵压缩机2-1吸入，经热泵作功提升为制冷剂高压过热气体进入热水加热器2-2，通过循环介质接口Ⅰ2-A和循环介质接口Ⅱ2-B向热水循环系统放出部分显热能，略冷却为高压热气体进入介质加热器2-3向介质循环系统放出部分显热能，冷却为高压饱和气体经四通换向阀2-4进入空调加热器2-5，通过循环介质接口Ⅲ2-C和循环介质接口Ⅳ2-D向空调供热循环系统释放出全部潜热能冷凝为高压制冷剂饱和液体，进入分离冷却器2-6冷却为高压制冷剂过冷液体，经过滤器、单向阀Ⅱ进入制热膨胀阀2-7节流降压为低压制冷剂汽液两项流体，进入盘管蒸发器2-8吸收来自冷热源换热器1-2翅片传热的低温位空气能蒸发汽化为低压制冷剂湿蒸汽，经单向阀、四通换向阀2-4、分离冷却器2-6分离出液滴，低压制冷剂蒸汽由热泵压缩机吸入作功提升完成热泵逆卡诺循环。
湿热源凝结水分离装置工作原理： 环境空气温度高于1℃以上时，凝结水分离盘3-5、电磁阀Ⅰ 3-5.1自动开启，冷热源换热器1-2吸收了来自空气中的低温位潜热能分离出的凝结水分，自然落入凝结水分离盘3-5，由电磁阀Ⅰ 3-5.1自动排出；环境空气温度低于1℃以下时，凝结水分离盘3-5、电磁阀Ⅰ 3-5.1自动关闭，电磁阀Ⅰ 3-5.2自动开启，冷热源换热器1-2吸收了来自空气中的低温位潜热能分离出凝结水分与间歇喷射的防霜介质混合为稀释溶液，自然落入凝结水分离盘3-5，由电磁阀Ⅱ 3-5.2进入介质缓冲箱3-6，负温度稀释溶液经介质加热器2-3加热后由高压循环泵3-1吸入提压进入多介质过滤器3-2过滤杂质，加热后的稀释溶液进入高分子膜分离管3-3后分离出符合排放标准的凝结水分，经3-3.1出水口排放，分离出的浓缩溶液经电磁阀Ⅲ、单向阀Ⅳ进入负温度喷雾器3-4向冷热源换热器1-2间歇喷雾防霜溶液，完成溶液防霜过程。

Claims (1)

1.太阳能次生源热源塔热泵集成装置，其特征在于，由闭式工质冷热源塔、热泵逆卡诺循环系统和湿热源凝结水分离装置组成；
所述闭式工质冷热源塔包括机壳负压腔进风栅、冷热源换热器、变风量循环装置、菱形汽雾分离器；所述机壳负压腔进风栅位于机壳外维护结构上，冷热源换热器位于机壳内维护结构内中上部，上端与变风量循环装置相通，下端与机壳负压腔进风栅、喷淋器组件、接水盘装置相通，变风量循环装置位于机壳内维护结构上部，顶端与菱形汽雾分离器相通，下端与冷热源换热器相通，菱形汽雾分离器位于机壳外维护结构顶部，其顶端与大气相通，下端与变风量循环装置相通；
所述热泵逆卡诺循环系统包括热泵压缩机、热水加热器、介质加热器、四通换向阀、空调加热器、分离冷却器、制热膨胀阀、盘管蒸发器，所述热泵压缩机排气口通过管道与热水加热器工质进气口相连，热水加热器工质出气口通过管道与介质加热器工质进气口相连，介质加热器工质出气口通过管道与四通换向阀进气口相连，四通换向阀出气口通过管道与空调加热器工质进气口相连，空调加热器工质出液口通过安装有单向阀Ⅰ的管道与分离冷却器进液口连接，分离冷却器出液口通过安装有过滤器、单向阀Ⅱ的管道与制热膨胀阀进液口连接，制热膨胀阀出液口通过管道和分液管与盘管蒸发器进液口连接，盘管蒸发器出汽口通过安装有单向阀Ⅲ的管道与四通换向阀进汽口连接，四通换向阀出汽口通过管道与分离冷却器进汽口连接，分离冷却器出汽口通过管道与热泵压缩机吸汽口连接；
湿热源凝结水分离装置由高压循环泵、与所述热泵逆卡诺循环系统共用的介质加热器、多介质过滤器、高分子膜分离管、负温度喷雾器、凝结水分离盘、介质缓冲箱构成；所述高压循环泵出液口通过管道与介质加热器介质进液口连接，介质加热器介质出液口通过安装有阀门Ⅰ的管道与多介质过滤器进液口连接，多介质过滤器出液口通过安装有阀门Ⅱ的管道与高分子膜分离管进液口连接，高分子膜分离管出液口通过安装有阀门Ⅲ、电磁阀Ⅲ、单向阀Ⅳ的管道与负温度喷雾器连接，高分子膜分离管出水口通过管道与机组排水口连接，负温度喷雾器下端与凝结水分离盘相通，凝结水分离盘出液口通过安装有电磁阀Ⅱ的管道与介质缓冲箱进液口连接，与凝结水分离盘的出水口相连的凝结水排出管道上安装有电磁阀Ⅰ ，介质缓冲箱出液口通过管道与高压循环泵进液口连接。
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