一種自復疊式能源塔熱泵系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種自復疊式能源塔熱泵系統。該自復疊式能源塔熱泵系統包括制冷劑回路、溶液回路、空氣回路和冷熱水回路。本發明在保證55°C熱水溫度的前提下，利用自復疊系統低的蒸發溫度完成從低溫高濕環境吸收低品位能源和制冰濃縮乙二醇噴淋液的任務，進而通過能源塔更高效的提取空氣中的低位熱源。相較與一般的閉式能源塔，該系統使機組蒸發溫度進一步降低，從而保證能源塔熱泵在更低的環境溫度下正常運行；另外能源塔內部加入制冰裝置，濃縮冬季噴淋液，避免了傳統電加熱濃縮環節的耗能，還可一定程度上穩定自復疊系統蒸發溫度。
【專利說明】一種自復疊式能源塔熱泵系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于制冷空調系統設計和制造領域，涉及一種自復疊式能源塔熱泵系統。
【背景技術】
[0002]能源塔熱泵是從低溫高濕的空氣中吸收低品位熱源，用于制冷、供暖和提供生活熱水的熱泵裝置。在冬季，能源塔熱泵利用冰點低于0°c的載體介質，高效提取-9°c以上相對濕度較高的低溫環境下空氣中低溫為熱源進行供熱，解決了傳統空氣源熱泵冬季結霜問題，省去了傳統空氣源熱泵的電輔助加熱過程；夏季制冷過程，把能源塔作為冷卻器，利用水的蒸發吸收熱量，能效比高達5.0以上。申請號為200820053216.4的中國專利說明書公開了熱源塔熱泵，為閉式熱源塔和與單極壓縮熱泵機組結合。能源塔冬季結霜工況時，對于稀釋后的噴淋液，采用待低溫周期過后，自噴淋濃縮或反滲透濃縮裝置濃縮。這樣在低溫周期即結霜工況下，存在噴淋液吸濕后濃度下降，冰點上升的可能，無法保證整個低溫周期系統運行效率和穩定性。另外，能源塔與一般熱泵機組相結合，當環境溫度更低時，環境溫度與制冷劑蒸發溫度的溫差變小，單位時間傳熱量減少，系統運行效率下降。
[0003]因此，如何保證能源塔在更低環境溫度下有效運行以及如何實現吸濕后溶液再生等問題，設計出一種在低溫高濕條件下正常運行的空氣源熱泵系統是一項需要攻克的技術難題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種新型的能夠在低溫高濕環境下高效運行的空氣源熱泵系統，將自復疊系統與能源塔熱泵相結合，擴大能源塔熱泵系統能夠正常運行的最低環境溫度范圍，提高溶液濃縮效率。
[0005]本發明為解決上述技術問題采用的技術方案為:一種自復疊式能源塔熱泵系統，該系統由制冷劑回路、溶液回路、冷熱水回路和空氣回路構成；
所述制冷劑回路由氣液分離器、第一節流閥、蒸發冷凝器、第二節流閥、能源塔、第一蒸發器、第二蒸發器、壓縮機、冷凝器及連接管道構成；其中，氣液分離器的輸出端分兩路，一路通過第一節流閥與蒸發冷凝器的第一輸入端連接，另一路與蒸發冷凝器的第二輸入端連接，蒸發冷凝器的第一輸出端與壓縮機的進口相連，蒸發冷凝器的第二輸出端經第二節流閥后分成三路:第一路通過第一電磁閥與能源塔第一進口相連，能源塔第一出口通過第一截止閥、第二截止閥與第一蒸發器的第一輸入端相連；第二路通過第二電磁閥、第二截止閥與第一蒸發器的第一輸入端相連；第三路通過第二電磁閥、第三截止閥與第二蒸發器的第一輸入端相連；第一蒸發器的第一輸出端和第二蒸發器的第一輸出端分別通過第四截止閥和第五截止閥后均與壓縮機的進口相連，壓縮機的出口與冷凝器的第一輸入端相連，冷凝器的第一輸出端與氣液分離器的進口連接；
所述的溶液回路由盤管內溶液回路和噴淋液回路構成，其中，盤管內溶液回路包括能源塔、第一蒸發器、第一溶液泵、膨脹箱及連接管道，噴淋液回路包括能源塔、第二溶液泵、儲藥箱、加藥箱、第三溶液泵、濃縮裝置及連接管道；
所述盤管內溶液回路中，第一蒸發器的第二輸出端和膨脹箱的進口均與能源塔的第二進口連接，能源塔的第二溶液出口和膨脹箱的出口均與第一蒸發器的第二輸入端相連；所述噴淋液回路中，能源塔的第三出口通過第三電磁閥與第二溶液泵的進口連接，第二溶液泵的出口與能源塔的第三進口連接；能源塔的第四出口通過第六截止閥與儲液箱的進口連接，儲液箱的出口和加藥箱分別通過第七截止閥和第八截止閥與第三溶液泵的進口相連，第三溶液泵的出口與能源塔的第四進口連接；能源塔的第五出口通過第九截止閥與濃縮裝置的進口連接，濃縮裝置的出口與能源塔的第五進口連接；
所述的冷熱水回路包括第二蒸發器、膨脹水箱、冷凝器、第一水泵、第二水泵、第一用戶端換熱器、第二用戶端換熱器和能源塔，其中，冷凝器的第二輸出端與第一水泵的進口連接，第一水泵的出口分為四路，第一路通過第十截止閥與第一用戶端換熱器的進口連接，第二路通過第十一截止閥和能源塔的第六進口連接，第三路和第四路分別與第二用戶端換熱器的進口和膨脹水箱的進口連接，第一用戶端換熱器的出口和能源塔的第六出口分別通過第十二截止閥和第十三截止閥與冷凝器的第二輸入端連接，第二用戶端換熱器的出口和膨脹水箱的出口也與冷凝器的第二輸入端連接；第二蒸發器的第二輸出端通過第十四截止閥與第一用戶端換熱器的進口連接，第一用戶端換熱器的出口通過第十五截止閥與第二蒸發器的第二輸入端連接；
所述空氣回路中，空氣通過能源塔的第七進口進入能源塔，依次經過能源塔內噴淋裝置、換熱盤管、填料層、防飄逸層和風機后，通過能源塔的第七出口排出能源塔。
[0006]本發明通過第二截止閥、第三截止閥、第四截止閥和第五截止閥的組合開關完成自復疊機組冬夏用蒸發器的轉換。
[0007]本發明中，所述能源塔內設置有制冰裝置，當噴淋液回路處于氣溫低于_9°C的環境下工作時，制冰裝置開啟以對噴淋液進行濃縮。
[0008]本發明中，所述能源塔內設置有制冰裝置，當噴淋液回路處于氣溫低于_9°C的環境下關閉時，濃縮裝置對吸濕后的噴淋液濃縮，以保證噴淋液濃度。
[0009]本發明中，所述能源塔內設置有制冰裝置，當噴淋液回路處于氣溫低于_20°C的環境下時，通過開啟制冰裝置以穩定的蒸發溫度，保證系統的運行效率。
[0010]本發明在能源塔中設置制冰裝置的目的有兩個，首先是通過溶液結冰提高溶液的濃度，實現溶液濃度的調節，另外就是制冰裝置的啟用有利于冬季環境溫度過低時，熱泵系統仍能工作(如果是空氣源熱泵的話，可能已經不能工作了)。
[0011]本發明中將自復疊與能源塔相結合，提高冬季低溫高濕環境下熱泵系統效率。
[0012]自復疊式能源塔熱泵系統夏季制冷運行時，制冷劑從壓縮機流出，進入冷凝器冷卻成氣液兩相混合制冷劑，再經過氣液分離器完成高低沸點制冷劑的分離，分離后的氣態制冷劑和經過第一節流閥的液態制冷劑分別從蒸發冷凝器的第二輸入端和第一輸入端進入蒸發冷凝器。經過蒸發冷凝器，氣態制冷劑被冷凝后從蒸發冷凝器的第二輸出端流出，再經第二節流閥后，由第二蒸發器的第一輸入端進入第二蒸發器，在第二蒸發器內蒸發成過熱氣體，再有第二蒸發器的第一輸出端流出；經過蒸發冷凝器，液態制冷劑蒸發成過熱氣體，由蒸發冷凝器的第一輸出端流出，與第二蒸發器的第一輸出端流出的過熱氣體混合后，返回壓縮機，完成制冷劑循環。冷水經第二蒸發器冷卻降溫后，從第二蒸發器第二輸出端流出，流入第一用戶端，經第一用戶端吸熱升溫后，流回第二蒸發器的第二輸入端，完成冷凍水循環。冷卻水經冷凝器吸熱升溫后，由冷凝器的第二輸出端流出后分兩路，一路經第二用戶端在換熱器換內熱降溫后，返回冷凝器的第二輸入端，完成供熱水循環；一路經能源塔第六輸入端進入能源塔，在能源塔內經過噴淋與空氣換熱，冷卻后，經能源塔第六輸出端流出，返回冷凝器第二輸入端，完成冷卻水循環。
[0013]自復疊式能源塔熱泵系統冬季制熱情況可分為三種工況:干工況、濕工況和結霜工況。冬季干工況是指能源塔內翅片換熱盤管表面溫度高于空氣露點溫度，空氣中沒有水分析出的情況。該工況下，制冷劑從壓縮機流出，進入冷凝器冷卻成氣液兩相混合制冷劑，再經過氣液分離器完成高低沸點制冷劑的分離，分離后的氣態制冷劑和經過第一節流閥的液態制冷劑分別從蒸發冷凝器的第二輸入端和第一輸入端進入蒸發冷凝器。經過蒸發冷凝器，氣態制冷劑被冷凝后從蒸發冷凝器的第二輸出端流出，再經第二節流閥后，由第一蒸發器的第一輸入端進入第一蒸發器，在第一蒸發器內蒸發成過熱氣體，再有第一蒸發器的第一輸出端流出；經過蒸發冷凝器，液態制冷劑蒸發成過熱氣體，由蒸發冷凝器的第一輸出端流出，與第一蒸發器的第一輸出端流出的過熱氣體混合后，返回壓縮機，完成制冷劑循環。溶液經第一蒸發器降溫后從第一蒸發器的第二輸出端流出，然后通過能源塔第二輸入端進入能源塔翅片盤管，在能源塔翅片盤管內，通過翅片盤管與空氣換熱，吸熱升溫后，由能源塔第二輸出端流出，返回第一蒸發器的第二輸入端，完成溶液循環。冷卻水經冷凝器吸熱升溫后，由冷凝器的第二輸出端流出，分兩路，一路經第二用戶端在換熱器換內熱降溫后，返回冷凝器的第二輸入端，完成供熱水循環；一路經第一用戶端，在換熱器內放熱降溫，之后返回冷凝器的第二輸入端，完成供暖循環。
[0014]濕工況是指能源塔內翅片換熱盤管表面溫度低于空氣露點溫度，但大于0°C，盤管表面結露的情況。結露工況下，制冷劑、溶液、供熱水、供暖循環與干工況時相同。同時能源塔排污閥門打開，將凝結水排出能源塔。
[0015]結霜工況是指能源塔內翅片換熱盤管表面溫度低于空氣露點溫度，并且低于0°C，盤管表面會出現結霜的情況。結霜工況下，制冷劑從壓縮機流出，進入冷凝器冷卻成氣液兩相混合制冷劑，再經過氣液分離器完成高低沸點制冷劑的分離，分離后的氣態制冷劑和經過第一節流閥的液態制冷劑分別從蒸發冷凝器的第二輸入端和第一輸入端進入蒸發冷凝器。經過蒸發冷凝器，氣態制冷劑被冷凝后從蒸發冷凝器的第二輸出端流出，再經第二節流閥后，在電磁閥打開的前提下，首先由能源塔第一輸入端，流入能源塔底部的制冰盤管內，蒸發吸熱后，由能源塔第一輸出端流出，由第一蒸發器的第一輸入端進入第一蒸發器，在第一蒸發器內蒸發成過熱氣體，再有第一蒸發器的第一輸出端流出；經過蒸發冷凝器，液態制冷劑蒸發成過熱氣體，由蒸發冷凝器的第一輸出端流出，與第一蒸發器的第一輸出端流出的過熱氣體混合后，返回壓縮機，完成制冷劑循環。溶液、供熱水、供暖循環與干工況時相同；結霜工況時噴淋液裝置開啟，噴淋液在能源塔底部由能源塔第三輸出端流出，經第二溶液泵加壓后，由能源塔第三輸入端進入能源塔噴淋裝置，噴淋在翅片盤管表面，降低其冰點，避免結霜，之后，返回能源塔底部，完成噴淋液循環。
[0016]結霜工況，噴淋液稀釋到一定程度后第一電磁閥開啟，制冰裝置才打開，結霜工況結束后，被稀釋的噴淋液可由濃縮裝置濃縮到原來濃度。
[0017]干工況時能源塔翅片盤管內的溶液與空氣只存在溫差換熱，制冰、噴淋、濃縮裝置都不開啟。
[0018]濕工況時能源塔翅片盤管內的溶液與空氣進行熱質交換，空氣析出水分，為了避免析出的水分將能源塔底部的噴淋液稀釋，直接在能源塔進風口下部的節水盤處將凝結水排出能源塔。
[0019]結霜工況時，噴淋溶液開啟，利用噴淋液低的冰點溫度，有效地避免了結霜情況的出現，但不斷地噴淋過程使得空氣析出的水分進入噴淋液，隨著時間的積累，溶液濃度降低，結冰點升高，最終會影響防霜效果。本發明，首先利用自復疊低的蒸發溫度，將未經低溫蒸發器的低溫制冷劑先引入能源塔，通過換熱使噴淋液結冰，從而增加其濃度，然后在結霜工況結束即噴淋液停止循環后，對噴淋液進行濃縮。在更低環境溫度時，制冰裝置的開啟，在一定程度上可以穩定蒸發溫度，使得系統仍能有效運行。
[0020]有益效果:本發明提出的一種自復疊式能源塔熱泵系統在保證基本熱水溫度的情況下，利用自復疊低的蒸發溫度完成從低溫高濕環境吸收低品位能源和制冰濃縮乙二醇噴淋液的任務，進而通過能源塔更高效的提取空氣中的低位熱源。相較與一般的閉式能源塔，該系統使機組蒸發溫度進一步降低，從而保證能源塔熱泵在更低的環境溫度下正常運行；另外能源塔內部加入制冰裝置，濃縮冬季噴淋液，避免了傳統電加熱濃縮環節的耗能，還可一定程度上穩定自復疊系統蒸發溫度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的結構示意圖；
附圖標記:1、氣液分離器，2、第一節流閥，3、蒸發冷凝器，3a、蒸發冷凝器第一輸入端，3b、蒸發冷凝器第一輸出端，3c、蒸發冷凝器第二輸入端，3d、蒸發冷凝器第二輸出端，4、第二節流閥，5、能源塔，5a、能源塔第一進口，5b、能源塔第一出口，5c、能源塔第二進口，5d、能源塔第二溶液出口，5e、能源塔第三出口，5f、能源塔第三進口，5h、能源塔第四出口，51、能源塔第四進口，5 j、能源塔第五出口，5k、能源塔第五進口，51、能源塔第六進口，5m、能源塔第六出口，6、第一蒸發器,6a、第一蒸發器第一輸入端,6b、第一蒸發器第一輸出端,6c、第一蒸發器第二輸入端，6d、第一蒸發器第二輸出端,7、第二蒸發器,7a、第二蒸發器第一輸入端，7b、第二蒸發器第一輸出端,7c、第二蒸發器第二輸入端,7d、第二蒸發器第二輸出端,8、壓縮機，9、冷凝器，9a、冷凝器第一輸入端，9b冷凝器第一輸出端，9c、冷凝器第二輸入端，9d、冷凝器第二輸出端，10、第一電磁閥，11、第一截止閥，12、第二截止閥，13、第二電磁閥，14、第三截止閥，15、第四截止閥，16、第五截止閥，17、膨脹箱，18、第一溶液泵，19、第二溶液泵，20、儲藥箱，21、加藥箱，22、第三溶液泵，23、濃縮裝置，24、第三電磁閥，25、第六截止閥，26、第七截止閥，27、第八截止閥，28、第九截止閥，29、膨脹水箱，30、第一水泵，31、第二水泵，32、第一用戶端換熱器，33、第二用戶端換熱器，34、第十截止閥，35、第十二截止閥，36、第十一截止閥，37、第十三截止閥，38、第十四截止閥，39、第十五截止閥，40、制冰裝置。
【具體實施方式】
[0022]如圖所示，一種自復疊式能源塔熱泵系統，該系統由制冷劑回路、溶液回路、冷熱水回路和空氣回路構成；
所述制冷劑回路由氣液分離器1、第一節流閥2、蒸發冷凝器3、第二節流閥4、能源塔5、第一蒸發器6、第二蒸發器7、壓縮機8、冷凝器9及連接管道構成；其中，氣液分離器I的輸出端分兩路，一路通過第一節流閥2與蒸發冷凝器3的第一輸入端3a連接，另一路與蒸發冷凝器3的第二輸入端3c連接，蒸發冷凝器3的第一輸出端3b與壓縮機8的進口相連，蒸發冷凝器3的第二輸出端3d經第二節流閥4后分成三路:第一路通過第一電磁閥10與能源塔5第一進口 5a相連,能源塔5第一出口 5b通過第一截止閥11、第二截止閥12與第一蒸發器6的第一輸入端6a相連；第二路通過第二電磁閥13、第二截止閥12與第一蒸發器6的第一輸入端6a相連；第三路通過第二電磁閥13、第三截止閥14與第二蒸發器7的第一輸入端7a相連；第一蒸發器6的第一輸出端6b和第二蒸發器7的第一輸出端7b分別通過第四截止閥15和第五截止閥16后均與壓縮機8的進口相連，壓縮機8的出口與冷凝器9的第一輸入端9a相連,冷凝器9的第一輸出端9b與氣液分離器I的進口連接；
所述的溶液回路由盤管內溶液回路和噴淋液回路構成，其中，盤管內溶液回路包括能源塔5、第一蒸發器6、第一溶液泵18、膨脹箱17及連接管道，噴淋液回路包括能源塔5、第二溶液泵19、儲藥箱20、加藥箱21、第三溶液泵22、濃縮裝置23及連接管道；
所述盤管內溶液回路中，第一蒸發器6的第二輸出端6d和膨脹箱17的進口均與能源塔5的第二進口 5c連接，能源塔5的第二溶液出口 5d和膨脹箱17的出口均與第一蒸發器6的第二輸入端6c相連；所述噴淋液回路中，能源塔5的第三出口 5e通過第三電磁閥24與第二溶液泵19的進口連接，第二溶液泵19的出口與能源塔5的第三進口 5f連接；能源塔5的第四出口 5h通過第六截止閥25與儲液箱20的進口連接，儲液箱20的出口和加藥箱21分別通過第七截止閥26和第八截止閥27與第三溶液泵22的進口相連，第三溶液泵22的出口與能源塔5的第四進口 5i連接；能源塔5的第五出口 5j通過第九截止閥28與濃縮裝置23的進口連接，濃縮裝置23的出口與能源塔5的第五進口 5k連接；
所述的冷熱水回路包括第二蒸發器7、膨脹水箱29、冷凝器9、第一水泵30、第二水泵31、第一用戶端換熱器32、第二用戶端換熱器33和能源塔5，其中，冷凝器9的第二輸出端9d與第一水泵30的進口連接，第一水泵30的出口分為四路，第一路通過第十截止閥34與第一用戶端換熱器32的進口連接，第二路通過第十一截止閥36和能源塔5的第六進口 51連接，第三路和第四路分別與第二用戶端換熱器33的進口和膨脹水箱29的進口連接，第一用戶端換熱器32的出口和能源塔5的第六出口 5m分別通過第十二截止閥35和第十三截止閥37與冷凝器9的第二輸入端9c連接，第二用戶端換熱器33的出口和膨脹水箱29的出口也與冷凝器9的第二輸入端9c連接；第二蒸發器7的第二輸出端7d通過第十四截止閥38與第一用戶端換熱器32的進口連接，第一用戶端換熱器32的出口通過第十五截止閥39與第二蒸發器7的第二輸入端7c連接；
所述空氣回路中，空氣通過能源塔5的第七進口 5n進入能源塔5，依次經過能源塔5內噴淋裝置、換熱盤管、填料層、防飄逸層和風機后，通過能源塔5的第七出口 5ο排出能源塔5 ；
在能源塔5內設置有制冰裝置40，當噴淋液回路處于氣溫低于_9°C的環境下工作時，制冰裝置40開啟以對噴淋液進行濃縮，而關閉時，濃縮裝置23對吸濕后的噴淋液濃縮，以保證噴淋液濃度；當噴淋液回路處于氣溫低于-20°C的環境下時，通過開啟制冰裝置40以穩定的蒸發溫度，保證系統的運行效率。
[0023]本發明的工作過程如下: 自復疊式能源塔熱泵系統夏季制冷運行時，制冷劑從壓縮機8流出，進入冷凝器9冷卻成氣液兩相混合制冷劑，再經過氣液分離器I完成高低沸點制冷劑的分離，分離后的氣態制冷劑和經過第一節流閥2的液態制冷劑分別從蒸發冷凝器3的第二輸入端3c和第一輸入端3a進入蒸發冷凝器3，經過蒸發冷凝器3，氣態制冷劑被冷凝后從蒸發冷凝，3的第二輸出端3d流出，再經第二節流閥4后，由第二蒸發器7的第一輸入端7a進入第二蒸發器7，在第二蒸發器7內蒸發成過熱氣體，再由第二蒸發器7的第一輸出端7b流出；經過蒸發冷凝器3，液態制冷劑蒸發成過熱氣體，由蒸發冷凝器3的第一輸出端3b流出，與第二蒸發器7的第一輸出端7b流出的過熱氣體混合后，返回壓縮機8，完成制冷劑循環。冷水經第二蒸發器7冷卻降溫后，從第二蒸發器7第二輸出端7d流出，流入第一用戶端32，經第一用戶端32吸熱升溫后，流回第二蒸發器7的第二輸入端7c，完成冷凍水循環，冷卻水經冷凝9吸熱升溫后，由冷凝器9的第二輸出端9d流出后分兩路，一路經第二用戶端33在換熱器換內熱降溫后，返回冷凝器9的第二輸入端9c，完成供熱水循環；另一路經能源塔5第六輸入端51進入能源塔5，在能源塔5內經過噴淋與空氣換熱，冷卻后，經能源塔5第六輸出端流出，返回冷凝器9的第二輸入端9c，完成冷卻水循環。
[0024]自復疊式能源塔熱泵系統冬季制熱情況可分為三種工況:干工況、濕工況和結霜工況。冬季干工況是指能源塔內翅片換熱盤管表面溫度高于空氣露點溫度，空氣中沒有水分析出的情況。該工況下，制冷劑從壓縮機8流出，進入冷凝器9冷卻成氣液兩相混合制冷齊U，再經過氣液分離器I完成高低沸點制冷劑的分離，分離后的氣態制冷劑和經過第一節流閥2的液態制冷劑分別從蒸發冷凝器3的第二輸入端3c和第一輸入端3a進入蒸發冷凝器3。經過蒸發冷凝器3，氣態制冷劑被冷凝后從蒸發冷凝器3的第二輸出端3d流出，再經第二節流閥4后，由第一蒸發器6的第一輸入端6a進入第一蒸發器6,在第一蒸發器6內蒸發成過熱氣體，再由第一蒸發器6的第一輸出端6b流出；經過蒸發冷凝器3，液態制冷劑蒸發成過熱氣體，由蒸發冷凝器3的第一輸出端3b流出，與第一蒸發器6的第一輸出端6b流出的過熱氣體混合后，返回壓縮機8，完成制冷劑循環。溶液經第一蒸發器6降溫后從第一蒸發器6的第二輸出端6d流出，然后通過能源塔5第二輸入端5c進入能源塔翅片盤管，在能源塔5翅片盤管內，通過翅片盤管與空氣換熱，吸熱升溫后，由能源塔5第二輸出端5d流出，返回第一蒸發器6的第二輸入端6c，完成溶液循環。冷卻水經冷凝器9吸熱升溫后，由冷凝器9的第二輸出端9d流出，分兩路，一路經第二用戶端33在換熱器換內熱降溫后，返回冷凝器9的第二輸入端9c，完成供熱水循環，另一路經第一用戶端32，在換熱器內放熱降溫，之后返回冷凝器9的第二輸入端9c，完成供暖循環；
濕工況是指能源塔內翅片換熱盤管表面溫度低于空氣露點溫度，但大于(TC，盤管表面結露的情況。結露工況下，制冷劑、溶液、供熱水、供暖循環與干工況時相同，同時能源塔排污閥門打開，將凝結水排出能源塔；
結霜工況是指能源塔內翅片換熱盤管表面溫度低于空氣露點溫度，并且低于0°C，盤管表面會出現結霜的情況。結霜工況下，制冷劑從壓縮機8流出，進入冷凝器9冷卻成氣液兩相混合制冷劑，再經過氣液分離器I完成高低沸點制冷劑的分離，分離后的氣態制冷劑和經過第一節流閥2的液態制冷劑分別從蒸發冷凝器3的第二輸入端3c和第一輸入端3a進入蒸發冷凝器3。經過蒸發冷凝器3，氣態制冷劑被冷凝后從蒸發冷凝器3的第二輸出端3d流出，再經第二節流閥4后，在第一電磁閥10打開的前提下，首先由能源塔5第一輸入端5a,流入能源塔底部的制冰盤管內，蒸發吸熱后，由能源塔第一輸出端5b流出，由第一蒸發器6的第一輸入端6a進入第一蒸發器6,在第一蒸發器6內蒸發成過熱氣體,再有第一蒸發器6的第一輸出端6b流出；經過蒸發冷凝器3，液態制冷劑蒸發成過熱氣體，由蒸發冷凝器3的第一輸出端3b流出，與第一蒸發器6的第一輸出端6b流出的過熱氣體混合后,返回壓縮機8，完成制冷劑循環。溶液、供熱水、供暖循環與干工況時相同；結霜工況時噴淋液裝置開啟，噴淋液在能源塔底部由能源塔第三輸出端5e流出，經第二溶液泵19加壓后，由能源塔第三輸入端5f進入能源塔噴淋裝置，噴淋在翅片盤管表面，降低其冰點，避免結霜，然后返回能源塔底部，完成噴淋液循環。
[0025]結霜工況，噴淋液稀釋到一定程度后第一電磁閥10開啟，制冰裝置才打開，結霜工況結束后，被稀釋的噴淋液可由濃縮裝置濃縮到原來濃度。
[0026]干工況時能源塔翅片盤管內的溶液與空氣只存在溫差換熱，制冰、噴淋、濃縮裝置都不開啟。
[0027]濕工況時能源塔翅片盤管內的溶液與空氣進行熱質交換，空氣析出水分，為了避免析出的水分將能源塔底部的噴淋液稀釋，直接在能源塔進風口下部的接水盤處將凝結水排出能源塔。
[0028]結霜工況時，噴淋溶液開啟，利用噴淋液低的冰點溫度，有效地避免了結霜情況的出現，但不斷地噴淋過程使得空氣析出的水分進入噴淋液，隨著時間的積累，溶液濃度降低，結冰點升高，最終會影響防霜效果。噴淋液濃度降低到一定程度時，第一電磁閥10開啟，首先利用自復疊低的蒸發溫度，將未經低溫蒸發器的低溫制冷劑先引入能源塔，通過換熱使噴淋液結冰，從而增加其濃度，然后在結霜工況結束即噴淋停止后，對噴淋液進行濃縮。在更低環境溫度時，制冰裝置的開啟，在一定程度上可以穩定蒸發溫度，使得系統仍能有效運行。
【權利要求】
1.一種自復疊式能源塔熱泵系統，其特征在于:該系統由制冷劑回路、溶液回路、冷熱水回路和空氣回路構成； 所述制冷劑回路由氣液分離器(I)、第一節流閥(2)、蒸發冷凝器(3)、第二節流閥(4)、能源塔(5)、第一蒸發器(6)、第二蒸發器(7)、壓縮機(8)、冷凝器(9)及連接管道構成；其中，氣液分離器(I)的輸出端分兩路，一路通過第一節流閥(2)與蒸發冷凝器(3)的第一輸入端(3a)連接，另一路與蒸發冷凝器(3)的第二輸入端(3c)連接，蒸發冷凝器(3)的第一輸出端(3b)與壓縮機(8)的進口相連，蒸發冷凝器(3)的第二輸出端(3d)經第二節流閥(4)后分成三路:第一路通過第一電磁閥(10)與能源塔(5)第一進口(5a)相連，能源塔(5)第一出口(5b)通過第一截止閥(11)、第二截止閥(12)與第一蒸發器(6)的第一輸入端(6a)相連；第二路通過第二電磁閥(13)、第二截止閥(12)與第一蒸發器(6)的第一輸入端(6a)相連；第三路通過第二電磁閥(13)、第三截止閥(14)與第二蒸發器(7)的第一輸入端(7a)相連；第一蒸發器(6)的第一輸出端(6b)和第二蒸發器(7)的第一輸出端(7b)分別通過第四截止閥(15)和第五截止閥(16)后均與壓縮機(8)的進口相連，壓縮機(8)的出口與冷凝器(9)的第一輸入端(9a)相連,冷凝器(9)的第一輸出端(9b)與氣液分離器(I)的進口連接； 所述的溶液回路由盤管內溶液回路和噴淋液回路構成，其中，盤管內溶液回路包括能源塔(5)、第一蒸發器(6)、第一溶液泵(18)、膨脹箱(17)及連接管道，噴淋液回路包括能源塔(5)、第二溶液泵(19)、儲藥箱(20)、加藥箱(21)、第三溶液泵(22)、濃縮裝置(23)及連接管道； 所述盤管內溶液回路中，第一蒸發器(6)的第二輸出端(6d)和膨脹箱(17)的進口均與能源塔(5)的第二進口(5c)連接，能源塔(5)的第二溶液出口(5d)和膨脹箱(17)的出口均與第一蒸發器(6)的第二輸入端(6c)相連；所述噴淋液回路中，能源塔(5)的第三出口(5e)通過第三電磁閥(24)與第二溶液泵(19)的進口連接，第二溶液泵(19)的出口與能源塔(5)的第三進口(5f)連接；能源塔(5)的第四出口(5h)通過第六截止閥(25)與儲液箱(20)的進口連接，儲液箱(20)的出口和加藥箱(21)分別通過第七截止閥(26)和第八截止閥(27)與第三溶液泵(22)的進口相連，第三溶液泵(22)的出口與能源塔(5)的第四進口(5i)連接；能源塔(5)的第五出口(5j)通過第九截止閥(28)與濃縮裝置(23)的進口連接，濃縮裝置(23)的出口與能源塔(5)的第五進口(5k)連接； 所述的冷熱水回路包括第二蒸發器(7)、膨脹水箱(29)、冷凝器(9)、第一水泵(30)、第二水泵(31)、第一用戶端換熱器(32)、第二用戶端換熱器(33)和能源塔(5)，其中，冷凝器(9)的第二輸出端(9d)與第一水泵(30)的進口連接，第一水泵(30)的出口分為四路，第一路通過第十截止閥(34)與第一用戶端換熱器(32)的進口連接，第二路通過第十一截止閥(36)和能源塔(5)的第六進口(51)連接，第三路和第四路分別與第二用戶端換熱器(33)的進口和膨脹水箱(29)的進口連接，第一用戶端換熱器(32)的出口和能源塔(5)的第六出口(5m)分別通過第十二截止閥(35)和第十三截止閥(37)與冷凝器(9)的第二輸入端(9c)連接，第二用戶端換熱器(33)的出口和膨脹水箱(29)的出口也與冷凝器(9)的第二輸入端(9c)連接；第二蒸發器(7)的第二輸出端(7d)通過第十四截止閥(38)與第一用戶端換熱器(32)的進口連接，第一用戶端換熱器(32)的出口通過第十五截止閥(39)與第二蒸發器(7)的第二輸入端(7c)連接； 所述空氣回路中，空氣通過能源塔(5 )的第七進口( 5η )進入能源塔(5 )，依次經過能源塔(5)內噴淋裝置、換熱盤管、填料層、防飄逸層和風機后，通過能源塔(5)的第七出口(5ο)排出能源塔(5)。
2.根據權利要求1所述的自復疊式能源塔熱泵系統，其特征在于:本系統通過第二截止閥(12)、第三截止閥(14)、第四截止閥(15)和第五截止閥(16)的組合開關完成自復疊機組冬夏用蒸發器的轉換。
3.根據權利要求1所述的自復疊式能源塔熱泵系統，其特征在于:所述能源塔(5)內設置有制冰裝置(40)，當噴淋液回路處于氣溫低于-9°C的環境下工作時，制冰裝置(40)開啟以對噴淋液進行濃縮。
4.根據權利要求1所述的自復疊式能源塔熱泵系統，其特征在于:所述能源塔(5)內設置有制冰裝置(40)，當噴淋液回路處于氣溫低于-9°C的環境下關閉時，濃縮裝置(23)對吸濕后的噴淋液濃縮，以保證噴淋液濃度。
5.根據權利要求1所述的自復疊式能源塔熱泵系統，其特征在于:所述能源塔(5)內設置有制冰裝置(40)，當噴淋液回路處于氣溫低于-20°C的環境下時，通過開啟制冰裝置(40)以穩定的蒸發溫度，保證系統的運行效率。
6.根據權利要求1所述的自復疊式能源塔熱泵系統，其特征在于:將自復疊與能源塔相結合，提高冬季低溫高濕環境下熱泵系統效率。
【文檔編號】F24F5/00GK104214984SQ201410463489
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】梁坤峰, 賈雪迎, 任峴樂, 袁爭印 申請人:河南科技大學