一种低环温水溶液能源塔及其热泵系统技术方案

本发明专利技术涉及换热设备领域，尤其涉及一种低环温水溶液能源塔及其热泵系统，包括塔体，所述塔体内至少设置一防止塔体内流体结冰的第一加热管，所述第一加热管位于换热管的下方；所述储液池内至少设置有一防止储液池内流体结冰的第二加热管；高效地防止塔内结冰，延长其使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种低环温水溶液能源塔及其热泵系统
本专利技术涉及换热设备领域，尤其涉及一种低环温水溶液能源塔及其热泵系统。
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，寒冷的地区使用热源塔还导致热源塔内结冰等现象的发生。如申请人之前申请的公开号为“CN110360852A”的中国专利技术专利中记载一种相变能源塔及其换热方法，其中，相变介质采用的是醇类溶液如乙二醇或丙二醇或盐类溶液如氯化钠混合溶液，该溶液的浓度可根据最低运行环境温度进行调配以改变冰点，申请人实践过程中发现无论是自己的方案还是现在的热源塔大都采用盐溶液或者乙二醇溶液防止结冰，这类化学性的防结冰手段存在有三个问题：一是盐溶液腐蚀零部件，导致能源塔的使用寿命极大地缩短；二是需要定期浓缩溶液，增加了额外的溶液浓缩设备，不但增加成本而且增加占地空间；三是排放溶液污染环境。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种高效防结冰的低环温水溶液能源塔及其热泵系统。为达上述目的，本专利技术的主要技术解决手段是一种低环温水溶液能源塔，包括塔体，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，低环温水溶液能源塔还包括第一加热管和/或第二加热管，所述第一加热管位于塔体内并对流经塔内的相变介质进行加热，所述第一加热管位于换热管的下方；所述第二加热管位于所述储液池内并对流经储液池内的相变介质进行加热，上述的相变介质为水。在一些实例中，所述储液池内至少设置一用以在环境温度特别低时辅助加热的电加热器。在一些实例中，所述储液池与喷淋器之间的管路上设置有一水路旁通电磁阀。在一些实例中，所述塔体的下端部上设有进风口，塔体的顶部设有出风口，塔体内设有促进气流由进风口至出风口的风机，所述风机处于塔体的出风口上，风机与换热管之间的塔体内部设有除沫器，所述第一加热管位于换热管与进风口之间。在一些实例中，所述塔体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。在一些实例中，所述第一加热管和/或第二加热管为盘管结构。在一些实例中，所述储液池内设置有一用以检测储液池内相变介质水位高度的液位计。一种具有低环温水溶液能源塔的热泵系统，包括低环温水溶液能源塔以及制冷剂循环封闭回路，所述换热管连接于制冷剂循环封闭回路中，制冷剂循环封闭回路还包括换热器，制冷剂在所述换热器内与所述相变能源塔的换热管内的换热方向相反；第一加热管/第二加热管/第一加热管和第二加热管串联连接于制冷剂循环封闭回路。在一些实例中，所述换热管的一端为进出液端，另一端为进出气端；制冷剂循环封闭回路还包括压缩机、节流装置和油分离器，所述压缩机、油分离器、第一加热管/第二加热管/第二加热管和第一加热管、换热管的进出气端、换热管的进出液端、节流装置、换热器的进液端、换热器的进出气端、压缩机之间依次连接构成第一换热回路；所述压缩机、油分离器、第一加热管/第二加热管/第二加热管和第一加热管、换热器的进出气端、换热器的出液端、节流装置、换热管的进出液端、换热管的进出气端、压缩机之间依次连接构成第二换热回路。在一些实例中，所述换热管为盘管，盘管中的轴向相邻两层盘管单元之间交错设置；所述盘管的进出液端上设有分配器，分配器与换热管的每个进出液端均相连，进出液管上设置有单向阀，流向与分配器相反。本专利技术由于采用了以上的技术方案，达到以下效果：1.采用水作为循环溶液并且以增加两级加热盘管，无需添加盐溶液或者乙二醇溶液，达到同等的防结冰效果，在最低环境温度为-10℃以上的地区均可使用，环保无污染，无需额外的溶液浓缩设备，减少占地面积，节约成本。2.夏季作为蒸发冷通过水蒸发潜热吸收热量，冬季作为热源塔吸收水冷凝甚至结冰潜热，充分利用不同季节水相变潜热，换热器效率更高。3.冬季作为热源塔运行时，通过增加两级加热盘管，防止水侧结冰，同时水槽设有电加热作为辅助加热进一步防止水结冰。4.该相变能源塔中喷淋系统内所采用的是相变介质，喷淋系统所喷淋的相变介质能够附着于换热管表面形成水膜或薄冰，并以部分蒸发或冷凝的方式与换热管内部的制冷剂进行热交换，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。...

【技术保护点】
1.一种低环温水溶液能源塔，包括塔体（1），述塔体（1）内部设有用于封闭输送制冷剂的换热管（2），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（2）上方且喷淋方向朝向换热管（2）的喷淋器（7），以及设置在换热管（2）下方用于承接相变介质的储液池（12）；所述储液池（12）与喷淋器（7）通过管路相通，喷淋器（7）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，其特征在于，低环温水溶液能源塔还包括第一加热管（3）和/或第二加热管（13），所述第一加热管（3）位于塔体（1）内并对流经塔（1）内的相变介质进行加热，所述第一加热管(3）位于换热管（2）的下方；所述第二加热管（13）位于所述储液池（12）内并对流经储液池（12）内的相变介质进行加热。/n

【技术特征摘要】
1.一种低环温水溶液能源塔，包括塔体（1），述塔体（1）内部设有用于封闭输送制冷剂的换热管（2），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（2）上方且喷淋方向朝向换热管（2）的喷淋器（7），以及设置在换热管（2）下方用于承接相变介质的储液池（12）；所述储液池（12）与喷淋器（7）通过管路相通，喷淋器（7）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，其特征在于，低环温水溶液能源塔还包括第一加热管（3）和/或第二加热管（13），所述第一加热管（3）位于塔体（1）内并对流经塔（1）内的相变介质进行加热，所述第一加热管(3）位于换热管（2）的下方；所述第二加热管（13）位于所述储液池（12）内并对流经储液池（12）内的相变介质进行加热。


2.根据权利要求1所述的低环温水溶液能源塔，其特征在于，所述储液池（12）内至少设置一用以在环境温度特别低时辅助加热的电加热器（14）。


3.根据权利要求1所述的低环温水溶液能源塔，其特征在于，所述储液池（12）与喷淋器（7）之间的管路上设置有一水路旁通电磁阀（20）。


4.根据权利要求1所述的低环温水溶液能源塔，其特征在于，所述塔体（1）的下端部上设有进风口（4），塔体（1）的顶部设有出风口（10），塔体（1）内设有促进气流由进风口（4）至出风口（10）的风机（9），所述风机（9）处于塔体（1）的出风口（4）上，风机与换热管（2）之间的塔体（1）内部设有除沫器（8），所述第一加热管(3）位于换热管（2）与进风口（4）之间。


5.根据权利要求1所述的低环温水溶液能源塔，其特征在于，所述塔体（1）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（12）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（4）空气温度的第三温度传感器。


6.根据权利要求1所述的低环温水溶液能源塔，其特征在于，所述第一加热管(3）和/或第二加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，夏伦熹，
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