一种相变能源塔及其换热方法技术

本发明专利技术涉及换热设备领域，尤其涉及一种相变能源塔及其换热方法。一种相变能源塔，包括塔体；所述塔体内部设有用于封闭输送制冷剂的换热管，以及采用相变介质作为流体的喷淋系统；所述喷淋系统包括设置在换热管上方且喷淋方向朝向换热管的喷淋器，以及设置在换热管下方用于承接相变介质的储液池；所述储液池与喷淋器通过管路相通，喷淋器喷出的相变介质在换气管表面以部分蒸发或冷凝的方式与换气管内部的制冷剂进行热交换。该相变能源塔在封闭式能源塔中采用相变热换方案，提升换热效果，降低系统运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种相变能源塔及其换热方法
本专利技术涉及换热设备领域，尤其涉及一种相变能源塔及其换热方法。
技术介绍
随着中国经济的高速增长，能源的消耗量越来越大，大量化石燃料破坏了生态环境，温室效应越来越严重。当前我国建筑用能量十分巨大，目前建筑能耗占我国全社会终端能耗的比例约为27.5％。且随着城镇化的发展，建筑能耗将快速增加，城市化的发展给我国建筑用能的能源供应造成了较大压力。空调耗能占建筑能耗的30％左右，提高空调系统的效率对于节能减排具有重大意义。在我国夏热冬冷地区，由于冬季该区域没有集中供暖，建筑大多采用电或带辅热的空气源热泵以及燃油、燃气锅炉等方式供暖，存在高品位能源消耗较大、一次能源利用率低、存在污染等问题。同时，由于夏热冬冷地区冬季室外空气“低温高湿”的特点，使得目前在此区域内使用较多的空气源热泵系统室外换热器难以维持在干工况运行，空气里的水蒸气凝结在翅片表面，发生结霜后系统各项性能系数大大降低，甚至不能工作。针对此地区气候特点，结合空气源热泵及水冷机组用冷却塔的优点，为解决室外换热器结霜问题，同时利用冬季湿空气显热及水蒸气相变潜热，开发发展出了一种热源塔热泵的新型热泵系统。热源塔在夏季用作冷却塔向环境排放热量，冬季用作热源塔利用低温防冻溶液吸取空气中的热量。该设备具有冬夏季双高效的特点，一塔两用提高了设备利用率，既节能又环保。热源塔热泵解决了传统水冷冷水机组加锅炉系统中冷却塔冬季闲置和锅炉污染的缺点，也避免了像空气源热泵的结霜问题，其造价及维护费用远低于水地源热泵系统。但是由于冬夏季运行工况的不同，夏季热源塔的散热主要靠潜热，而冬季热源塔换热量中显热占比很大，潜热占比很小，冬季热源塔的换热效率低于夏季，所以一般都按照冬季工况来设计热源塔，导致设计出的热源塔体积较大。热源塔较大的体积会增加热源塔的造价，而且容易出现场地受限的问题。同时，在不同的室外条件下建筑负荷不同，目前热源塔热泵主要用于长江中下游地区，在冬季气温更低的地区，热源塔的优势并不明显。这是因为建筑负荷和热源塔取热量是相互矛盾的，室外气温低的时建筑热负荷很大，但此时热源塔从室外空气中取热已经变得很困难。在这种工况下要从室外环境中取得更多的热量就必须要降低热源塔中循环溶液的温度，增大温差以吸取更多热量。随着溶液温度的降低，将会导致蒸发温度下降和系统能效的降低。因此热源塔对冬季室外环境温度有一定的限制，环境温度过低时同样体积的热源塔取热量将会衰减，很有可能满足不了建筑所需热量。所以目前热源塔的适用地区主要为长江中下游地区，在较为寒冷的地区热源塔使用受限。因此，如何提高热源塔在低环境温度下的取热量和降低热源塔的体积，提高热源塔的适用范围和效率，解决热源塔的占地面积大问题成为本领域技术人员迫切需要解决的技术难题。如公开号为“CN109798615A”的中国专利技术专利公开文本中记载一种基于相变微胶囊溶液的横流型热源塔，属于制冷空调
该热源塔体与冷却塔流液管路相连；热源塔体外侧壁设有进风口；热源塔体内设有换热腔，进风口与换热腔相连通；热源塔体的换热腔中心为贯穿热源塔体上、下部的中心通孔腔；换热腔内填充从空气中吸取热量的PVC填料，PVC填料为相变微胶囊溶液；其换热腔的顶部与却塔流液进液管路相连通；热源塔体的底端与冷却塔流液出液管路相连通；液体从进液管路进入换热腔内的填料部，并从热源塔体底端的出液管路回流至冷却塔内。本专利技术中相变微胶囊溶液在下落过程中相变材料会发生相变，因此其比热容较大，溶液吸热后温度将保持不变或者变化幅度很小。上述技术方案已表明，目前在热源塔中已经运用相变换热，关于相变换热，常压下水的汽化潜热是水比热容的500多倍，水的凝固潜热是水比热容的近80倍，所以利用相变可以极大地提高换热量，减小换热媒介的循环量。但其方案的不足之处在于，其方案的喷淋系统中所采用的微胶囊溶液作为循环介质，并采用微胶囊溶液在填料中与空气充分进行热质交换以后，此时相变微胶囊溶液会发生相变。虽然与普通溶液相比，相变微胶囊溶液是一种集储热与强化传热特性于一体的新型工质，但这类微胶囊溶液运用至热泵系统中存在安全隐患。并且，该在先申请的方案中，相变微胶囊溶液采用喷淋的开放式换热方式，与将该微胶囊溶液运用至热泵系统回路中存在一定问题，如开放式换热带来的杂质和尘埃问题等，且开放式热源塔的运行费用较高。如公告号为“CN207439195U”的中国技术专利中记载一种采用相变方式与空气换热的热源塔，包括塔架和热壁换热器，塔架的上部设置有轴流风扇；热壁换热器包括空气换热组件和不冻液流体换热组件，空气换热组件设置在塔架内，空气换热组件包括上连通管、下连通管、第一换热壁和加热装置，上连通管和下连通管通过第一换热壁连通，空气换热组件的下连通管上连接有加热装置；不冻液流体换热组件包括不冻液换热容器、第二换热壁，第二换热壁的两端分别连接在上连通管和下连通管上，第二换热壁和与第二换热壁连接的上连通管以及下连通管均设置在不冻液换热容器内；不冻液换热容器的一端设置为不冻液的进液口、另一端设置为不冻液的出液口。本专利技术的热源塔能够低能耗的、低成本的并且及时的化霜。在夏季实现制冷功能时，该方案的热源塔可作为凉水塔来使用，这个时候喷淋循环泵开始工作，而在冬季时喷淋循环泵是不需要工作的，这个与现行的封闭式热源塔完全不一样。在制冷时通过喷淋头向空气换热组件喷淋水，在第一换热壁的表面形成水膜，在高负压作用下，吸收第一换热壁内相变流体(制冷剂)的潜热后自己便蒸发，使得相变流体冷凝成液体。变成液体的相变流体，经过下连通管流至不冻液流体换热组件内的第二换热壁去吸收不冻液潜热后自己得以蒸发，蒸发后的相变流体又经上连通管流至空气换热组件内与其外侧的空气和水膜换热。上述方案中，不冻液冷却后最终温度低于常规开式热源塔(冷却塔)，该闭式相变远距离换热热源塔可以使传热永远没有开式冷却塔生物粘泥热阻影响，以上因素使得闭式热源塔热泵系统运行费用远低于开式热源塔热泵系统和冷却塔制冷系统。但其方案中，是将制冷剂选用为相变流体，且该方案在冬季时喷淋循环泵是不需要工作的。授权公告号为“CN103438613B”的中国专利技术专利公告文本中记载复式一体化热源塔热泵装置，授权公告号为“CN105698352B”的中国专利技术专利公告文本中记载一种利用太阳能实现溶液再生的冬夏双高效热源塔及换热方法。上述两篇专利文本中均记载了通过喷淋系统与换热器管内的制冷剂换热的方案，但其方案并没有与相变换热进行结合。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的第一目的在于提供一种相变能源塔，该相变能源塔在封闭式能源塔中采用相变热换方案，提升换热效果，降低系统运行成本。本专利技术的第二目的在于提供该相变能源塔的换热方法。为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案：一种相变能源塔，包括塔体；其特征在于：所述塔体内部设有用于封闭输送制冷剂的换热管，以及采用相变介质作为流体的喷淋系统；所述喷淋系统包括设置在换热管上方且喷淋方向朝向换热管的喷淋器，以及设置在换热管下方用于承接相变介质的储液池；所述储液池与喷淋器通过管路相通，喷淋器喷出的相变介质在换气管表面以部分蒸发或冷凝的方式与换气管内部的制冷剂进行热交换。本专利技术采用上述技术方案，该技术方案涉及一种相变能源塔，该相变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变能源塔，包括塔体(12)；其特征在于：所述塔体(12)内部设有用于封闭输送制冷剂的换热管(11)，以及采用相变介质作为流体的喷淋系统；所述喷淋系统包括设置在换热管(11)上方且喷淋方向朝向换热管(11)的喷淋器(13)，以及设置在换热管(11)下方用于承接相变介质的储液池(14)；所述储液池(14)与喷淋器(13)通过管路相通，喷淋器(13)喷出的相变介质在换气管表面以部分蒸发或冷凝的方式与换气管内部的制冷剂进行热交换。

【技术特征摘要】
1.一种相变能源塔，包括塔体(12)；其特征在于：所述塔体(12)内部设有用于封闭输送制冷剂的换热管(11)，以及采用相变介质作为流体的喷淋系统；所述喷淋系统包括设置在换热管(11)上方且喷淋方向朝向换热管(11)的喷淋器(13)，以及设置在换热管(11)下方用于承接相变介质的储液池(14)；所述储液池(14)与喷淋器(13)通过管路相通，喷淋器(13)喷出的相变介质在换气管表面以部分蒸发或冷凝的方式与换气管内部的制冷剂进行热交换。2.根据权利要求1所述的一种相变能源塔，其特征在于：所述塔体(12)的下端部上设有进风口，塔体(12)的顶部设有出风口，塔体(12)内设有促进气流由进风口至出风口的风机(10)。3.根据权利要求2所述的一种相变能源塔，其特征在于：所述换热管(11)下方与进风口之间的塔体(12)内部设有填料(101)，所述填料(101)能够使空气与相变介质二次换热；所述风机(10)处于塔体(12)的进风口上，风机(10)与换热管(11)之间的塔体(12)内部设有除沫器(102)。4.根据权利要求1所述的一种相变能源塔，其特征在于：所述换热管(11)为螺旋型盘管，螺旋型盘管中的轴向相邻两层盘管单元之间交错设置；所述螺旋型盘管的一端为进出液端，另一端为进出气端；所述螺旋型盘管的进出液端上设有分配器(18)，分配器(18)与换热管(11)的每个进出液端均相连，进出液管上设置有单向阀，流向与分配器(18)相反。5.根据权利要求1所述的一种相变能源塔，其特征在于：所述塔体(12)内至少设有用于测量盘管表面温度的第一温度传感器，以及用于测量储液池(14)内的相变介质温度的第二温度传感器，以及用于检测进风口空气温度的第三温度传感器。6.根据权利要求1所述的一种相变能源塔，其特征在于：所述储液池(14)内设有辅热装置，用以在环境温度特...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏伦熹，刘斌，
申请(专利权)人：英特换热设备浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33