技术领域

本发明涉及一种太阳能次生源热源塔热泵成套 设备， 尤其是涉及一种在夏

说

季 "高温高湿"冬季 "低温高湿"类似于地球亚热带季风气候、 温带海洋性气 候、 地中海式气候状态下使用的太阳能次生源热源 塔热泵成套装置。

背景技术

中国南方地处亚热带季风气候为例， 冬书季， 北方冷空气南下与来自赤道附 近的暖湿气流汇合， 使南方的广大地区成为冷暖气流对峙区， "低温高湿"成为 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 。

但由于传统空气源热泵空调延用的是国外气候 条件下的大温差传热技术， 冬季， 往往因蒸发温度低， 造成结霜频率高， 而一旦结霜， 便无法正常运行供 热， 需要直接采用高功率电辅加热供热， 能耗高。 潜热能成为对风冷热泵有害 的可再生能源。 这是迄今为止， 几十年来， 一直未能解决的技术难题。

而现有地源热泵， 因山地构造和气候冷热不平衡， 初期一次性投资大， 全 年只有 30天左右的节能效益， 回报率较低， 综合经济性能指标偏低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺 陷， 提供一种在冬季 "低温 高湿"和夏季 "高温高湿"气候条件下， 均能高效地吸收 /提升空气中的冷 (热） 源， 综合经济性能指标较高的太阳能次生源热源塔 热泵成套装置。

本发明的技术方案是： 其包括冷热源塔、 低热源热泵、 冬季冷凝水分离装 置、 冷热源侧循环系统、 末端负荷侧循环系统；

所述冷热源塔包括换热风机、 汽雾分离器、 汽雾分离层、 喷淋 /防霜互用组 件、 塔体维护结构、 立式翅片换热器、 立式导流进风栅、 接水盘和溶液调节池 构成冷热源塔， 所述换热风机安装于支护框架顶端， 换热风机上方设有汽雾分 离器， 下方设有汽雾分离层， 汽雾分离层下方设有喷淋 /防霜互用组件， 喷淋 /防 霜互用组件下方， 塔体维护结构内側周边设有立式翅片换热器， 外侧周边设有 立式导流进风栅， 立式翅片换热器下方设有接水盘， 接水盘下方设有溶液调节 池； 所述低热源热泵包括低热源热泵压缩机、 小温差传热小温差传热冷凝器、 宽带膨胀阀和小温差传热蒸发器构成低热源热 泵， 所述低热源热泵压缩机排气 口通过管路与小温差传热冷凝器工质进气口相 连， 小温差传热冷凝器工质出液 口通过管路与宽带膨胀阀进液口连接， 宽带膨胀阀出液口通过管路与小温差传 热蒸发器工质进液口连通， 小温差传热蒸发器工质出汽口通过管路与低热 源热 泵压缩机吸汽口相连；

所述冬季冷凝水分离装置包括由冷凝水膜分离 器和热泵加热器构成的冷凝 水分离机， 所述冷凝水分离机进液口通过管路及控制阀与 冷热源塔的溶液调节 池出液口相连， 冷凝水分离机出液口通过管路及控制阀与冷热 源塔的喷淋 /防霜 互用组件相连；

所述冷热源侧循环系统包括膨胀补液器、 冷热源泵、 第一四通换向阀和第 二四通换向阀， 所述膨胀补液器进口通过管道与冷热源塔的立 式翅片换热器出 口连接， 膨胀补液器出口通过管道与冷热源泵连接， 冷热源泵通过管道与第一 四通换向阀的一个进口连接， 第一四通换向阀的一个出口通过管道与低热源 热 泵的小温差蒸发器介质侧进口连接， 第一四通换向阀的另一个进口与负荷泵连 接， 第二四通换向阀通过管道与小温差蒸发器介质 侧出口连接， 第二四通换向 阀还通过管道与冷热源塔的立式翅片换热器进 口连接， 由此构成冷热源侧循环 系统；

所述负荷侧循环系统包括末端换热器、 与冷热源侧循环系统共用的第一四 通换向阀和第二四通换向阀， 所述负荷侧循环系统的进水口通过管道与末端 换 热器进水口连接， 末端换热器出水口通过管道与回水口连接， 回水口通过管道 及阀门与负荷泵连接， 负荷泵通过管道及阀门与第一四通换向阀连接 ， 第一四 通换向阀通过管道与低热源热泵的小温差传热 冷凝器进水口连接， 小温差传热 冷凝器出水口通过管道及阀门与第二四通换向 阀连接， 第二四通换向阀通过管 道与负荷侧循环系统进水口连接由此构成负荷 侧循环系统。

与现有热泵系统比较， 本发明冬季在类似于地球亚热带季风气候、 温带海 洋性气候、 地中海式气候状态下使用的太阳能次生源热源 塔热泵成套装置， 无 需打井埋管使用锅炉电热,可以获得高于现有� �源 /地源热泵系统 10— 20%的节 能效果，相当于升高环境空气温度 10°C左右； 夏季， 与现有制冷机组比较， 相当 于降低环境空气温度 6〜8°C,改善了制冷机 /热泵的经济性能， 无需辅助热源， 省 去了锅炉和电辅热， 实现了冷暖空调热水三联供， 一机三用， 有利于在类似于 地球亚热带季风气候、 温带海洋性气候、 地中海式气候实现节能减碳， 综合经 济性能指标高于类似气候条件下现有传统中央 空调系统的 25〜50%。

本发明特别适用于替代目前亚热带季风气候、 温带海洋性气候、 地中海气 候等普遍应用的水冷却制冷机 +锅炉装置、 空气源热泵 +电辅热装置等融为一体， 省去了锅炉和电辅热， 实现了冷暖空调热水三联供， 一机三用， 终端无排碳。 是改变在全球日益提高生活质量的同时污染了 地球环境的有效措施， 在全球气 候温和的适宜地区应用热源塔热泵技术达到 50%左右， 年可以为地球减少化石 能源排碳二亿吨以上， 相当增加 1.4万平方公里森林面积。

附图说明

图 1是本发明太阳能次生源热源塔热泵成套设备� �施例整体结构示意图； 图 2是图 1所示实施例冷热源塔的汽雾分离器结构放大� �意图； 图 3是图 1所示实施例低热源热泵的小温差蒸发器结构� �大示意图； 图 4是图 1所示实施例的冷凝水分离机结构放大示意图� �

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一歩说明。

参照图 1、 本实施例包括冷热源塔 1、 低热源热泵 2、 冬季冷凝水分离装置 3、 冷热源侧循环系统 4、 负荷侧循环系统 5;

冷热源塔 1包括安装于支护框架 1-8顶端的换热风机 1-1，换热风机 1-1上 方设有汽雾分离器 1-5， 下方设有汽雾分离层 1-6， 汽雾分离层 1-6下方设有喷 淋 /防霜互用组件 1-7， 喷淋 /防霜互用组件 1-7下方， 塔体维护结构内側周边设 有立式翅片换热器 1-2，外侧周边设有立式导流进风栅 1-9，立式翅片换热器 1-2 下方设有接水盘 1-3， 接水盘 1-3下方设有溶液调节池 1-4;

低热源热泵 2包括低热源热泵压缩机 2-1、 小温差传热冷凝器 2-2、 宽带膨 胀阀 2-3和小温差传热蒸发器 2-4构成， 低热源热泵压缩机 2-1排气口通过管 路与小温差传热冷凝器 2-2工质进气口相连， 小温差传热冷凝器 2-2工质出液 口通过管路与宽带膨胀阀 2-3进液口连接， 宽带膨胀阀 2-3出液口通过管路与 小温差传热蒸发器 2-4工质进液口连通， 小温差传热蒸发器 2-4工质出汽口通 过管路与低热源热泵压缩机 2-1吸汽口相连；

冬季冷凝水分离装置 3包括由冷凝水膜分离器 3-1和热泵加热器 3-2构成 的冷凝水分离机 3， 所述冷凝水分离机 3出液口通过管路及控制阀与冷热源塔 1 的喷淋 /防霜互用组件 1-7相连， 冷凝水分离机 3进液口通过管路及控制阀与冷 热源塔 1的溶液调节池 1-4出液口相连；

冷热源侧循环系统 4包括膨胀补液器 4-1、 冷热源泵 4-2、 第一四通换向阀 4-3和第二四通换向阀 4-4， 所述膨胀补液器 4-1进口通过管道与冷热源塔 1的 立式翅片换热器 1-2 出口连接， 膨胀补液器 4-1 出口通过管道与冷热源泵 4-2 连接， 冷热源泵 4-2通过管道与第一四通换向阀 4-3的一个进口连接， 第一四 通换向阀 4-3的一个出口通过管道与低热源热泵 2的小温差蒸发器 2-4介质侧 进口连接， 第一四通换向阀 4-3的另一个进口与负荷泵 4-5连接， 第二四通换 向阀 4-4通过管道与小温差蒸发器 2-4介质侧出口连接， 第二四通换向阀 4-4 还通过管道与冷热源塔 1的立式翅片换热器 1-2进口连接， 由此构成冷热源侧 循环系统；

负荷侧循环系统 5包括末端换热器 5-2，与冷热源侧循环系统 4共用的第一 四通换向阀 4-3和第二四通换向阀 4-4，所述负荷侧循环系统 5的进水口 5-1通 过管道与末端换热器 5-2进水口连接，末端换热器出水口通过管道与 回水口 5-3 连接， 回水口 5-3通过管道及阀门与负荷泵 4-5连接， 负荷泵 4-5通过管道及 阀门与第一四通换向阀 4-3连接， 第一四通换向阀 4-3通过管道与低热源热泵 的小温差传热冷凝器 2-2进水口连接， 小温差传热冷凝器 2-2出水口通过管道 及阀门与第二四通换向阀 4-4连接， 第二四通换向阀阀 4-4通过管道与负荷侧 循环系统 5进水口 5-1连接， 由此构成负荷侧循环系统；

参照图 2， 冷热源塔 1的汽雾分离器 1-5包括菱形壳体 1-51、 亲水除雾层 1-54、 导流挡板 1-55， 导流挡板 1-55安装在壳体 1-51内中心位置， 亲水除雾 层 1-54安装在菱形壳体 1-51内周边菱形区域位置， 汽雾分离器 1-5底端设有 进风口 1-52， 上端设有出风口 1-53 ;

参照图 3，低热源热泵 2的小温差传热蒸发器 2-4包括设有工质进液口 2-46 的小温差传热蒸发器本体、 前端盖回油腔 2-41、 后端盖回油腔 2-42、 回油蒸发 管 2-43、 集油加热器 2-44和负压回油喉管 2-45， 前端盖回油腔 2-41和后端盖 回油腔 2-42均安装在小温差蒸发器 2-4本体前后端盖部位， 回油蒸发管 2-43 安装在小温差蒸发器 2-4本体壳管内底部， 集油加热器 2-44进油口通过管路与 回油蒸发管 2-43相连， 回油蒸发管 2-43直接与前端盖回油腔 2-41和后端盖回 油腔 2-42连接， 集油加热器 2-44出油口通过管路与负压回油喉管 2-45相连； 集油加热器 2-44还设有两个稠油加热接口 ·'

参照图 4，冬季冷凝水分离装置的冷凝水分离机 3由冷凝水膜分离器 3-1和 设于冷凝水膜分离器上方的热泵加热器 3-2构成， 热泵加热器 3-2包括热源风 机 3-25，热源风机 3-25与空气源蒸发器 3-24组装在风腔内，空气源蒸发器 3-24 出汽口通过管道与压缩机 3-21连接， 压缩机 3-21通过管道与加热小温差传热 冷凝器 3-22壳程连接， 加热小温差传热冷凝器 3-22的壳程出液口通过装有过 滤器的管道与膨胀阀 3-23入口连接， 膨胀阀 3-23出口通过管道与空气源蒸发 器 3-24进口连接； 加热小温差传热冷凝器 3-22壳程腔循环溶液进口通过管道 与冷凝水膜分离器 3-1的多介质过滤器 3-13连接，加热小温差传热冷凝器 3-22 壳程腔出水口通过管道与冷凝水膜分离器 3-1的反洗过滤器 3-12连接； 冷凝水 膜分离器 3-1的溶液加压泵 3-11通过管道与反洗过滤器 3-12入口连接， 反洗 过滤器 3-12出口通过管道与加热小温差传热冷凝器 3-22壳程腔循环溶液进口 连接， 加热小温差传热冷凝器 3-22壳程腔循环溶液出口通过管道与入多介质� � 滤器 3-13入口连接， 多介质过滤器 3-13出口通过管道与分子膜处理器 3-14入 口连接， 分子膜处理器 3-14中部设有排水口； 分子膜处理器 3-14的浓溶液出 口通过管道与外部设备喷淋防霜装置连接。

本发明工作原理： 按供热工况分为， 冷热源侧循环系统工作原理、 负荷侧 循环系统工作原理， 冬季冷凝水分离装置工作原理：

( 1 )冷热源侧循环系统工作原理： 启动冷热源塔 1的换热风机 1-1扰动环 境空气， 冷热源塔 1的立式翅片换热器 1-2翅片吸收来自空气中的低温位热能 传给翅片管内的循环介质， 立式翅片换热器 1-2 内的循环介质吸收来自空气中 的低温位热能后， 介质温度升高， 焓值增加， 再由立式翅片换热器 1-2 出口通 过管道进入冷热源泵 4-2吸入口， 经冷热源泵 4-2提升压力后由其压出口通过 装有过滤器及止回阀的管道进入第一四通换向 阀 4-3， 完成高焓值循环介质换 向， 再从第一四通换向阀 4-3出液口通过管道进入低热源热泵 2的小温差蒸发 器 2-4， 高焓值循环介质在小温差蒸发器 2-4的壳程换热， 将低温位热能传给小 温差蒸发器 2-4 的管程内管制冷工质后， 温度降低， 焓值下降， 由小温差蒸发 器 2-4出液口通过管道进入第二四通换向阀 4-4完成低焓值循环介质换向后， 从第二四通换向阀 4-4出液口通过管道进入冷热源塔 1的立式翅片换热器 1-2， 低焓值循环介质在立式翅片换热器 1-2 吸收来自空气中的低温位热能， 完成冷 热源侧吸收低温位热源的提升循环过程。

( 2 )末端负荷侧循环系统工作原理： 由末端负荷侧供水管道向末端换热器 5-2提供循环热水， 热水经末端换热器 5-2释放热能后温度下降， 成为低焓值热 水， 低焓值热水由末端负荷侧回水口 5-3通过管道进入末端负荷泵 4-5， 经末端 负荷泵 4-5提升压力后由通过装有过滤器及止回阀的管 道进入第一四通换向阀 4-3完成低焓值热水换向，通过管道进入低热源 热泵 2的小温差传热冷凝器 2-2 , 冷却小温差传热冷凝器 2-2 壳程制冷剂蒸汽释放的高温热量， 低焓值热水温度 升高成为高焓值热水， 高焓值热水经小温差传热冷凝器 2-2 管程出水口通过管 道进入第二四通换向阀 4-4完成高焓值热水换向， 通过管道进入末端负荷侧供 水管道向末端负荷提供热水完成供热的循环过 程。

( 3 ) 冬季冷凝水分离装置工作原理： 当环境空气温度低于零度， 冷热源塔 1在吸收环境空气中低温位潜热源时， 立式翅片换热器 1-2翅片表面结霜， 当结 霜厚度达到一定值时会影响换热效果， 此时喷淋 /防霜互用组件 1-7喷淋防霜溶 液， 降低立式翅片换热器 1-2翅片表面冰点， 溶液吸收了空气中的凝结水分成 为稀释防霜溶液进入接水盘 1-3， 由接水盘 1-3出液口进入溶液调节池 1-4， 由 冷凝水分离机 3进液口吸入， 冷凝水分离机 3浓缩分离出凝结水分成为浓溶液 经出液口通过管道进入冷热源塔 1的喷淋 /防霜互用组件 1-7向立式翅片换热器 1- 2翅片表面喷淋防霜溶液， 完成喷淋防霜浓缩的循环过程。

当冷凝水分离机 3检测到环境空气温度低于零度， 自动关闭冷热源塔 1接 水盘 1-3冷凝水排水阀， 启动冬季冷凝水分离装置；

当冷凝水分离机 3检测到环境空气温度高于零度， 自动开启冷热源塔 1接 水盘 1-3冷凝水排水阀， 关闭冷凝水分离装置。

冷热源塔 1 在与环境空气进行热交换过程中， 为防止负温度结霜， 需要间 歇喷淋防霜溶液， 用亲水除雾器来阻止雾汽漂移； 当冷热源塔 1 内的旋转气流 由汽雾分离器 1-5进风口 1-52进入，导流档板 1-55使气流偏向亲水除雾层 1-54， 旋转气流穿过亲水除雾层 1-54内腔时除去雾汽， 气体经出风口 1-53射出。

低热源热泵 2的小温差蒸发器 2-4工作原理： 来自节流膨胀阀 2-3的汽液 两种流体， 经小温差传热蒸发器 2-4的工质进液口 2-46进入小温差传热蒸发器

2- 4内吸热汽化蒸发， 当蒸发温度低于 0°C， 系统中制冷剂出现与润滑油的分离 现象沉积时，润滑油与制冷剂混合物通过前端 盖回油腔 2-41、后端盖回油腔 2-42 进入回油蒸发管 2-43蒸发分离制冷剂， 剩余润滑油进入集油加热器 2-44被加 热， 然后通过管路进入负压回油喉管 2-45被抽送进入热泵机组 2-1， 完成低温 回油循环。

冷凝水分离机 3的膜分离器 3-1、 热泵加热器 3-2工作原理：

膜分离器 3-1工作过程： 稀释溶液由加压泵 3-11吸入加压， 通过管道进入 反洗过滤器 3-12过滤出杂质后进入加热小温差传热冷凝器 3-22介质侧， 被加 热的溶液从进入多介质过滤器 3-13， 在多介质过滤器中除去微细杂质后进入膜 过滤器 3-14，通过膜过滤器 3-14处理分离出的冷凝水（空气中水分)经膜过� ��器

3- 14中部的排水口向外排放；膜过滤器 3-14分离出的浓溶液由其底部出液口通 过管道进入外部设备喷淋防霜装置。 热泵加热器 3-2 工作过程： 冷凝水分离装置检测到环境空气温度低于零度 时， 自动启动热泵加热器 3-2， 热源蒸发器 3-24热源风机扰动空气循环， 将空 气中的低温位热能传递给热源蒸发器 3-24翅片内管， 翅片内管的制冷剂吸收空 气中的低温位热能， 蒸发为低压饱和汽体， 进入低热源热泵压缩机 3-21， 低压 饱和汽体由低热源热泵压缩机 3-21压缩提升为高压高温气体， 通过管路进入小 温差传热冷凝器 3-22壳程腔内， 高压高温气体在小温差传热冷凝器 3-22壳程 腔内释放热量给管程循环介质， 完成循环介质加温过程， 而高压高温气体则冷 凝为高压制冷剂饱和液体， 通过管路及过滤器进入膨胀阀 3-23， 完成节流膨胀 过程， 再通过管道返回热源蒸发器 3-24翅片内管， 吸收空气中的低温位热能， 完成一个工作循环。