CN203704446U - 一种沸腾冷凝一体化的溶液再生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种沸腾冷凝一体化的溶液再生装置，包括溶液回路、水蒸汽冷凝回路和低压维持回路，溶液回路包括溶液再生室、第三电磁阀、热回收器、调节阀、溶液泵、第二单向阀、第四电磁阀及其相关连接管道，水蒸汽冷凝回路包括溶液再生室、除液器、压缩机、沸腾冷凝盘管、启动加热器、储液罐、水泵、第一单向阀和第一电磁阀及其相关连接管道，低压维持回路包括溶液再生室、第二调压阀、调压罐、第一调压阀、储液罐、第二电磁阀、真空泵及其相关连接管道。本实用新型使得溶液再生实现沸腾冷凝一体化，并可实现对溶液再生速率和溶液再生浓度的灵活可调，从而使该装置紧凑，灵活方便，具有更高的溶液再生效率，提高了溶液再生系统能效。

Description

一种沸腾冷凝一体化的溶液再生装置

技术领域

本实用新型属于制冷空调系统设计和制造领域，涉及一种实现再生能量自平衡的溶液再生装置。

背景技术

热源塔热泵系统作为夏热冬冷地区建筑的新型的冷热源方案之一，具有夏季可实现与水冷冷水机组类似的高效制冷和冬季实现与空气源热泵类似的制热，同时热源塔热泵可避免常规空气源热泵冬季制热运行时存在的室外换热器结霜的问题。

热源塔热泵冬季制热运行时，与空气源热泵相比，同样也是从空气中吸取热量作为热泵的低位的热源，但与空气源热泵不同的是，热源塔热泵是利用溶液在热源塔中与空气换热，通过溶液与空气的传热传质，实现从空气中吸热，因此不存在常规空气源热泵的结霜问题。但在热源塔中溶液与空气的换热过程中，因溶液表面与空气中存在水蒸汽分压力差，而大多时候都是空气中的水蒸汽分压力大于溶液表面的分压力，由此导致空气中的水分进入溶液，使得溶液的浓度降低，而为了保证溶液不出现结冰，溶液的冰点必须低于系统可能的最低蒸发温度，溶液的冰点由溶液的浓度决定，而溶液浓度的降低将会导致溶液冰点上升，从而影响系统的运行可靠性，因此热源塔热泵系统中溶液需要进行再生。常规的溶液再生过程都需要外界提供热源，由此导致热源塔热泵系统复杂，使用不灵活，同时影响系统的效率。

因此，如何解决热源塔热泵系统的溶液再生热源，提高溶液的再生效率和再生速率，实现热源塔热泵系统紧凑，提高热源塔热泵系统的使用灵活性等是本领域技术人员需要迫切解决的问题。

实用新型内容

技术问题：本实用新型的目的是提供一种解决热源塔热泵系统溶液再生热源，具有较高溶液再生效率和再生速率，同时使用灵活方便的沸腾冷凝一体化的溶液再生装置。  

技术方案：本实用新型的沸腾冷凝一体化的溶液再生装置，包括溶液回路、水蒸汽冷凝回路和低压维持回路。

溶液回路包括溶液再生室、第三电磁阀、热回收器、调节阀、溶液泵、第二单向阀、第四电磁阀及其相关连接管道，溶液再生室同时还是水蒸汽冷凝回路和低压维持回路的组成部件。溶液回路中，第三电磁阀的一端与溶液再生装置的再生溶液进口端连接，另一端与热回收器第一输入端连接，热回收器第一输出端通过调节阀与溶液再生室第一输入端连接，溶液再生室第一输出端与溶液泵的输入端连接，溶液泵的输出端通过第二单向阀与热回收器第二输入端连接，热回收器第二输出端通过第四电磁阀与溶液再生装置的再生溶液出口端连接，溶液再生室上设置有第一液位传感器、溶液密度传感器和溶液温度传感器。

水蒸汽冷凝回路包括溶液再生室、除液器、压缩机、沸腾冷凝盘管、启动加热器、储液罐、水泵、第一单向阀和第一电磁阀及其相关连接管道，储液罐同时还是低压维持回路的组成部件。水蒸汽冷凝回路中，溶液再生室水蒸汽出口与压缩机的进口端连接，压缩机的出口端与沸腾冷凝盘管输入端连接，沸腾冷凝盘管输出端连接储液罐输入端，储液罐第一输出端连接水泵的输入端，水泵的输出端依次通过第一单向阀和第一电磁阀与溶液再生装置的凝结水出口端连接，储液罐上设置有测量其液位的第二液位传感器，除液器设置于溶液再生室内部上方靠近溶液再生室水蒸汽出口的地方，沸腾冷凝盘管设置于溶液再生室内部下方，启动加热器设置于溶液再生室内部下方同时低于沸腾冷凝盘管的地方。

低压维持回路包括溶液再生室、第二调压阀、调压罐、第一调压阀、储液罐、第二电磁阀、真空泵及其相关连接管道。低压维持回路中，调压罐第一输入端通过第二调压阀与溶液再生室调压端连接，调压罐第二输入端通过第一调压阀与储液罐第二输出端连接，调压罐输出端通过第二电磁阀与真空泵的输入端连接，真空泵的输出端接外部大气环境，溶液再生室上设置有用以测量其中压力的第一压力传感器，储液罐上设置有用以测量其中压力的第二压力传感器，调压罐上设置有用以测量其中压力的第三压力传感器。

本实用新型装置中，压缩机排出的水蒸汽在沸腾冷凝盘管中冷凝，放出的热量用于加热溶液再生室中的溶液，溶液再生室中的溶液被加热沸腾，部分水蒸发汽化，溶液浓度得到提高，实现了溶液再生时的沸腾冷凝一体化和再生能量自平衡。

本实用新型装置中，压缩机为可压缩水蒸汽的容量可调压缩机，通过控制压缩机转速实现溶液再生速度调节。

本实用新型装置中，通过控制溶液再生室内工作压力和沸腾冷凝盘管中工作压力，以及同步控制溶液泵转速和调节阀开度，实现溶液再生装置流出的再生溶液浓度调节。 

本实用新型装置中，第一溶液泵为变频泵，根据第一液位传感器测量得到的溶液再生室内的溶液液位，调节溶液泵转速和调节阀开度，实现对溶液再生室中液位的控制。

本实用新型装置的一个优选方案中，沸腾冷凝盘管的管外侧采取加翅片强化换热，以提高溶液再生的速度和效率，翅片方向垂直向上，并实现导流作用。

本实用新型装置中，启动加热器可以采取外界加热流体加热或直接电加热。

当热源塔热泵系统在冬季制热运行，系统中溶液浓度低于设定值时，可运行该溶液再生装置。该装置正常运行时，热源塔热泵系统中需要再生的溶液从溶液再生装置的再生溶液进口端进入装置后，经过第三电磁阀从热回收器第一输入端进入热回收器，在热回收器中与从溶液再生室中出来的较高浓度的溶液进行换热，溶液温度升高后，从热回收器第一输出端流出，经过调节阀进入溶液再生室。溶液在溶液再生室中被沸腾凝结盘管中的水蒸汽加热，溶液沸腾，溶液中的水分蒸发，溶液浓度升高后，从溶液再生室第一输出端流出，进入溶液泵，被溶液泵加压后经过第二单向阀进入热回收器，与从溶液再生装置的再生溶液进口端进来的低浓度溶液换热，温度降低的溶液从热回收器第二输出端流出，经过第四电磁阀从再生溶液出口端流出溶液再生装置。溶液回路中，通过第一液位传感器测量出溶液再生室的溶液液位，通过溶液温度传感器测量出溶液的温度，通过溶液密度传感器测量出溶液的密度，通过所测得的温度和密度确定出溶液浓度。

水蒸汽冷凝回路中，溶液再生室中的工作压力低于大气压力，处于低压下，溶液的沸点将降低，溶液再生室中的溶液被加热沸腾，溶液中水分沸腾蒸发，水蒸汽经过除液器后其中液滴被出去，被除去液滴的水蒸汽从溶液再生室水蒸汽出口进入压缩机，被压缩机压缩后，压力和温度升高，高温的水蒸汽进入沸腾冷凝盘管，水蒸汽在其中与溶液再生室中的溶液换热，水蒸汽凝结放出热量（因水蒸汽经压缩机压缩后压力、温度都升高，使得沸腾冷凝盘管中的水蒸汽压力所对应的饱和温度高于溶液再生室中溶液的温度，水蒸汽将被冷凝）凝结成液态水，从沸腾冷凝盘管流出进入储液罐，当储液罐中水位达到一定高度时，第一电磁阀打开，水泵工作，将液态水加压后经过第一单向阀和第一电磁阀后从凝结水出口流出溶液再生装置，此时启动加热器不工作。

低压维持回路中，正常工作时，调压罐中的压力低于溶液再生室中压力和储液罐中压力，当溶液再生室中压力升高，超过设定值时，控制第二调压阀，连通溶液再生室和调压罐，调节溶液再生室中压力；当储液罐中的压力升高，超高设定值时，控制第一调压阀，调节储液罐中压力；当调压罐中的压力高于设定值时，打开第二电磁阀，启动真空泵，将调压罐中压力抽到调压罐设定值以下，关闭第二电磁阀，停止真空泵工作。

在系统刚开始运行时，在水蒸汽凝结回路中，沸腾冷凝盘管内还没有水蒸汽凝结，无法放出热量加热溶液，因此，此时，启动加热器工作，加热溶液再生室内的溶液至沸腾，则压缩机开始工作，将水蒸汽压缩，排入沸腾冷凝盘管，直到沸腾冷凝盘管中水蒸汽凝结，加热溶液再生室内溶液，达到换热平衡后，则启动加热器停止工作，水蒸汽凝结回路中其余部分与正常运行时一样。溶液回路与低压维持回路工作与正常运行时一样。

本实用新型装置可通过调节溶液再生室中的工作压力、沸腾冷凝盘管中工作压力、压缩机的转速以及溶液泵转速和调节阀的开度实现装置中溶液再生速率和再生溶液浓度的控制，当需要提高溶液再生速度时可增大压缩机转速，当需要提高溶液再生装置流出的再生溶液浓度时，可降低溶液再生室内工作压力和提高沸腾冷凝盘管中工作压力，以及同步降低溶液泵转速和关小调节阀开度来实现，反之相反。

溶液回路中，通过溶液温度传感器测量出溶液的温度，通过溶液密度传感器测量出溶液的密度，通过所测得的温度和密度确定出溶液的浓度。

装置通过第一液位传感器测量溶液再生室中液位，运行时根据溶液再生室中的液位，控制溶液泵和调节阀，当液位低于设定值时，可开大调节阀，减小溶液泵转速，反之相反，从而调节溶液再生室中液位处于设定值。

系统启动后正常运行时，因在沸腾冷凝盘管中利用水蒸汽凝结放出的热量加热溶液再生室中溶液，通过溶液中水沸腾，变成水蒸汽，从而实现溶液浓度的提高，整个装置不需要额外提供溶液的再生热源，从而实现了溶液再生过程中的能量自平衡，使得整个溶液再生装置具有高效率。

该装置不仅可用于热源塔热泵系统的溶液再生，对热源塔热泵系统中的溶液浓度进行调节和控制，同时还可用于溶液除湿等需要对溶液浓度进行再生和控制的场合，本实用新型装置都适用。

启动加热器可采取外界加热流体加热或直接电加热等多种形式。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

本实用新型提出的沸腾冷凝一体化的溶液再生装置，充分利用了在低压下溶液沸点降低的特性，并实现在同一装置上利用溶液再生所产生的水蒸汽在高压下冷凝所放出的热量作为溶液再生的热源，使得溶液再生实现沸腾冷凝一体化，并可实现对溶液再生速率和溶液再生浓度的灵活可调，从而在使该装置紧凑，灵活方便的同时，具有更高的溶液再生效率，提高了溶液再生系统能效。

附图说明

图1是本实用新型沸腾冷凝一体化的溶液再生装置的示意图。

图中有：溶液再生室1；溶液再生室第一输入端1a；溶液再生室第一输出端1b；溶液再生室水蒸汽出口1c；溶液再生室调压端1d；压缩机2；沸腾冷凝盘管3；沸腾冷凝盘管输入端3a；沸腾冷凝盘管输出端3b；储液罐4；储液罐输入端4a；储液罐第一输出端4b；储液罐第二输出端4c；水泵5；第一单向阀6；第一电磁阀7；第一调压阀8；调压罐9；调压罐第一输入端9a；调压罐第二输入端9b；调压罐输出端9c；第二电磁阀10；真空泵11；第二调压阀12；第三电磁阀13；热回收器14；热回收器第一输入端14a；热回收器第一输出端14b；热回收器第二输入端14c；热回收器第二输出端14d；调节阀15；启动加热器16；溶液泵17；第二单向阀18；第四电磁阀19；除液器20；溶液密度传感器21；溶液温度传感器22；第一液位传感器23；第一压力传感器24；第二压力传感器25；第三压力传感器26；第二液位传感器27。

具体实施方式

下面结合图1和具体实施例来进一步说明本实用新型技术方案。

本实用新型是一种沸腾冷凝一体化的溶液再生装置，包括溶液回路、水蒸气冷凝回路和低压维持回路。具体连接方法是溶液回路中，第三电磁阀13的一端与溶液再生装置的再生溶液进口端连接，另一端与热回收器第一输入端14a连接，热回收器第一输出端14b通过调节阀15与溶液再生室第一输入端1a连接，溶液再生室第一输出端1b与溶液泵17的输入端连接，溶液泵17的输出端通过第二单向阀18与热回收器第二输入端14c连接，热回收器第二输出端14d通过第四电磁阀19与溶液再生装置的再生溶液出口端连接，溶液再生室1上设置有第一液位传感器23、溶液密度传感器21和溶液温度传感器22。

水蒸汽冷凝回路中，溶液再生室水蒸汽出口1c与压缩机2的进口端连接，压缩机2的出口端与沸腾冷凝盘管输入端3a连接，沸腾冷凝盘管输出端3b连接储液罐输入端4a，储液罐第一输出端4b连接水泵5的输入端，水泵5的输出端依次通过第一单向阀6和第一电磁阀7与溶液再生装置的凝结水出口端连接，储液罐4上设置有测量其液位的第二液位传感器27，除液器20设置于溶液再生室1内部上方靠近溶液再生室水蒸汽出口1c的地方，沸腾冷凝盘管3设置于溶液再生室1内部下方，启动加热器16设置于溶液再生室1内部下方同时低于沸腾冷凝盘管3的地方。

低压维持回路中，调压罐第一输入端9a通过第二调压阀12与溶液再生室调压端1d连接，调压罐第二输入端9b通过第一调压阀8与储液罐第二输出端4c连接，调压罐输出端9c通过第二电磁阀10与真空泵11的输入端连接，真空泵11的输出端接外部大气环境，溶液再生室1上设置有用以测量其中压力的第一压力传感器24，储液罐4上设置有用以测量其中压力的第二压力传感器25，调压罐9上设置有用以测量其中压力的第三压力传感器26。

当热源塔热泵系统在冬季制热运行，系统中溶液浓度低于设定值时，可运行该溶液再生装置。该装置正常运行时，热源塔热泵系统中需要再生的溶液从溶液再生装置的再生溶液进口端进入装置后，经过第三电磁阀13从热回收器第一输入端14a进入热回收器14，在热回收器14中与从溶液再生室1中出来的较高浓度的溶液进行换热，溶液温度升高后，从热回收器第一输出端14b流出，经过调节阀15进入溶液再生室1。溶液在溶液再生室1中被沸腾凝结盘管3中的水蒸汽加热，溶液沸腾，溶液中的水分蒸发，溶液浓度升高后，从溶液再生室第一输出端1b流出，进入溶液泵17，被溶液泵17加压后经过第二单向阀18进入热回收器14，与从溶液再生装置的再生溶液进口端进来的低浓度溶液换热，温度降低的溶液从热回收器第二输出端14d流出，经过第四电磁阀19从再生溶液出口端流出溶液再生装置。溶液回路中，通过第一液位传感器23测量出溶液再生室1的溶液液位，通过溶液温度传感器22测量出溶液的温度，通过溶液密度传感器21测量出溶液的密度，通过所测得的温度和密度确定出溶液浓度。

水蒸汽冷凝回路中，溶液再生室1中的工作压力低于大气压力，处于低压下，溶液的沸点将降低，溶液再生室中1的溶液被加热沸腾，溶液中水分沸腾蒸发，水蒸汽经过除液器20后其中液滴被出去，被除去液滴的水蒸汽从溶液再生室水蒸汽出口1c进入压缩机2，被压缩机2压缩后，压力和温度升高，高温的水蒸汽进入沸腾冷凝盘管3，水蒸汽在其中与溶液再生室1中的溶液换热，水蒸汽凝结放出热量（因水蒸汽经压缩机2压缩后压力、温度都升高，使得沸腾冷凝盘管3中的水蒸汽压力所对应的饱和温度高于溶液再生室1中溶液的温度，水蒸汽将被冷凝）凝结成液态水，从沸腾冷凝盘管3流出进入储液罐4，当储液罐4中水位达到一定高度时，第一电磁7打开，水泵5工作，将液态水加压后经过第一单向阀6和第一电磁阀7后从凝结水出口流出溶液再生装置，此时启动加热器16不工作。

低压维持回路中，正常工作时，调压罐9中的压力低于溶液再生室1中压力和储液罐4中压力，当溶液再生室1中压力升高，超过设定值时，控制第二调压阀12，连通溶液再生室1和调压罐9，调节溶液再生室1中压力；当储液罐4中的压力升高，超高设定值时，控制第一调压阀8，调节储液罐4中压力；当调压罐9中的压力高于设定值时，打开第二电磁阀10，启动真空泵11，将调压罐9中压力抽到调压罐9设定值以下，关闭第二电磁阀10，停止真空泵11工作。

在系统刚开始运行时，在水蒸汽凝结回路中，沸腾冷凝盘管3内还没有水蒸汽凝结，无法放出热量加热溶液，因此，此时，启动加热器16工作，加热溶液再生室1内的溶液至沸腾，则压缩机2开始工作，将水蒸汽压缩，排入沸腾冷凝盘管3，直到沸腾冷凝盘管3中水蒸汽凝结，加热溶液再生室1内溶液，达到换热平衡后，则启动加热器16停止工作，水蒸汽凝结回路中其余部分与正常运行时一样。溶液回路与低压维持回路工作与正常运行时一样。

本实用新型装置可通过调节溶液再生室1中的工作压力、沸腾冷凝盘管3中工作压力、压缩机2的转速以及溶液泵17转速和调节阀15的开度实现装置中溶液再生速率和再生溶液浓度的控制，当需要提高溶液再生速度时可增大压缩机2转速，当需要提高装置流出的再生溶液浓度时，可降低溶液再生室1内工作压力和提高沸腾冷凝盘管3中工作压力，以及同步降低溶液泵17转速和关小调节阀15开度来实现，反之相反。

溶液回路中，通过溶液温度传感器22测量出溶液的温度，通过溶液密度传感器21测量出溶液的密度，通过所测得的温度和密度确定出溶液的浓度。

本实用新型装置通过第一液位传感器23测量溶液再生室1中液位，运行时根据溶液再生室1中的液位，控制溶液泵17和调节阀15，当液位低于设定值时，可开大调节阀15，减小溶液泵17转速，反之相反，从而调节溶液再生室1中液位处于设定值。

系统启动后正常运行时，因在沸腾冷凝盘管3中利用水蒸汽凝结放出的热量加热溶液再生室1中溶液，通过溶液中水沸腾，变成水蒸汽，从而实现溶液浓度的提高，整个装置不需要额外提供溶液的再生热源，从而实现了溶液再生过程中的能量自平衡，使得整个溶液再生装置具有高效率。

该装置不仅可用于热源塔热泵系统的溶液再生，对热源塔热泵系统中的溶液浓度进行调节和控制，同时还可用于溶液除湿等需要对溶液浓度进行再生和控制的场合，本实用新型装置都适用。

启动加热器16可采取外界加热流体加热或直接电加热等多种形式。

Claims (5)

1.一种沸腾冷凝一体化的溶液再生装置，其特征在于，该装置包括溶液回路、水蒸汽冷凝回路和低压维持回路； 

所述溶液回路包括溶液再生室（1）、第三电磁阀（13）、热回收器（14）、调节阀（15）、溶液泵（17）、第二单向阀（18）、第四电磁阀（19）及其相关连接管道，所述溶液再生室（1）同时还是水蒸汽冷凝回路和低压维持回路的组成部件；所述溶液回路中，第三电磁阀（13）的一端与溶液再生装置的再生溶液进口端连接，另一端与热回收器第一输入端（14a）连接，热回收器第一输出端（14b）通过调节阀（15）与溶液再生室第一输入端（1a）连接，溶液再生室第一输出端（1b）与溶液泵（17）的输入端连接，溶液泵（17）的输出端通过第二单向阀（18）与热回收器第二输入端（14c）连接，热回收器第二输出端（14d）通过第四电磁阀（19）与溶液再生装置的再生溶液出口端连接，溶液再生室（1）上设置有第一液位传感器（23）、溶液密度传感器（21）和溶液温度传感器（22）；

所述水蒸汽冷凝回路包括溶液再生室（1）、除液器（20）、压缩机（2）、沸腾冷凝盘管（3）、启动加热器（16）、储液罐（4）、水泵（5）、第一单向阀（6）和第一电磁阀（7）及其相关连接管道，所述储液罐（4）同时还是低压维持回路的组成部件；所述水蒸汽冷凝回路中，溶液再生室水蒸汽出口（1c）与压缩机（2）的进口端连接，压缩机（2）的出口端与沸腾冷凝盘管输入端（3a）连接，沸腾冷凝盘管输出端（3b）连接储液罐输入端（4a），储液罐第一输出端（4b）连接水泵（5）的输入端，水泵（5）的输出端依次通过第一单向阀（6）和第一电磁阀（7）与溶液再生装置的凝结水出口端连接，储液罐（4）上设置有测量其液位的第二液位传感器（27），除液器（20）设置于溶液再生室（1）内部上方靠近溶液再生室水蒸汽出口（1c）的地方，沸腾冷凝盘管（3）设置于溶液再生室（1）内部下方，启动加热器（16）设置于溶液再生室（1）内部下方同时低于沸腾冷凝盘管（3）的地方；

所述低压维持回路包括溶液再生室（1）、第二调压阀（12）、调压罐（9）、第一调压阀（8）、储液罐（4）、第二电磁阀（10）、真空泵（11）及其相关连接管道；所述低压维持回路中，调压罐第一输入端（9a）通过第二调压阀（12）与溶液再生室调压端（1d）连接，调压罐第二输入端（9b）通过第一调压阀（8）与储液罐第二输出端（4c）连接，调压罐输出端（9c）通过第二电磁阀（10）与真空泵（11）的输入端连接，真空泵（11）的输出端接外部大气环境，溶液再生室（1）上设置有用以测量其中压力的第一压力传感器（24），储液罐（4）上设置有用以测量其中压力的第二压力传感器（25），调压罐（9）上设置有用以测量其中压力的第三压力传感器（26）。

2.根据权利要求1所述的沸腾冷凝一体化的溶液再生装置，其特征在于，所述压缩机（2）为可压缩水蒸汽的容量可调压缩机，通过控制压缩机（2）转速实现溶液再生速度调节。

3.根据权利要求1所述的沸腾冷凝一体化的溶液再生装置，其特征在于，所述第一溶液泵（17）为变频泵，根据第一液位传感器（23）测量得到的溶液再生室（1）内的溶液液位，调节溶液泵（17）转速和调节阀（15）开度，实现对溶液再生室（1）中液位的控制。

4.根据权利要求1所述的沸腾冷凝一体化的溶液再生装置，其特征在于，所述沸腾冷凝盘管（3）的管外侧采取加翅片强化换热，以提高溶液再生的速度和效率，翅片方向垂直向上，并实现导流作用。

5.根据权利要求1所述的沸腾冷凝一体化的溶液再生装置，其特征在于，所述启动加热器（16）采取外界加热流体加热或直接电加热。