專利名稱：一種基于溶液的空氣源/水冷熱泵裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型的基于溶液從空氣中吸取熱量的熱泵制熱方法及 其實現這種方法的裝置，屬于制冷空調系統(tǒng)設計和制造的技術領域。
背景技術：
隨著國民經濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對居住、工作環(huán) 境的舒適性要求也越來越高，空調成為人們正常生活、工作和學習不可缺少的必 需品?，F有建筑夏季中央空調系統(tǒng)制冷大多是釆取水冷冷水機組，冬季水冷冷水 機組因為不能制熱而停止使用，造成大量的設備閑置。同時中央空調系統(tǒng)為了供 熱采取鍋爐供熱方案，但這樣即增加了初投資和供熱成本，同時也造成環(huán)境污染。冬季中央空調系統(tǒng)供熱也可以采取空氣源熱泵供熱方案，空氣源熱泵即可在 夏季提供冷水，也可在冬季制取熱水?？諝庠礋岜迷谙募局迫±渌畷r，因為采取 空氣冷卻，性能系數比水冷冷水機組性能系數小得多，運行費用遠高于水冷冷水 機組。同時空氣源熱泵在冬季制熱運行時，存在機組蒸發(fā)器表面結霜的問題，隨 著機組在結霜工況下的運行，蒸發(fā)器表面的霜層越結越厚，霜層的增加，增加了 蒸發(fā)器內制冷劑與空氣的傳熱熱阻，同時霜層變厚，減小了蒸發(fā)器的空氣流通面 積，使得流經蒸發(fā)器的空氣流量下降，導致蒸發(fā)器的換熱惡化，降低了熱泵系統(tǒng) 的性能系數，甚至使得熱泵不能正常運行。因此機組需要進行除霜。而機組的不 時除霜又導致熱泵系統(tǒng)制熱效率和制熱時間下降。因此，解決水冷冷水機組冬季設備閑置浪費，空氣源熱泵夏季制冷性能系數 較低(與水冷冷水機組比)，冬季運行存在結霜現象等問題，設計出一種新型高 效的制冷制熱空調系統(tǒng)成為本領域技術人員迫切需要解決的技術難題。發(fā)明內容技術題本實用新型的目的是解決冬季水冷冷水機組閑置，空氣源熱泵夏 季制冷性能系數較低(與水冷冷水機組比)，冬季運行存在結霜現象的問題，提出一種新型的夏季水冷制冷、冬季借助溶液從空氣中吸熱的一種基于溶液的空氣 源/水冷熱泵裝置。技術方案本實用新型的基于溶液的空氣源/水冷熱泵裝置中，系統(tǒng)包括制 冷劑循環(huán)回路和溶液循環(huán)回路。制冷劑循環(huán)回路包括壓縮機、第一電磁閥、第二 電磁閥、再生器、四通閥、第一換熱器、第一單向閥、第二單向閥、第三單向閥、 第四單向閥、儲液器、過濾器、電子膨脹閥、第二換熱器、氣液分離器及其相關連接管道。壓縮機的輸出端分兩路， 一路通過第一電磁閥接再生器的輸入端a, 另一路通過第二電磁閥與再生器的輸出端b合并后接四通閥的輸入端a,四通閥 的輸出端b接第一換熱器的輸入端a，第一換熱器的輸出端b通過第一單向閥接 儲液器的輸入端，同時第一換熱器的輸出端b也通過第一單向閥、第二單向閥接 第二換熱器的輸入端a，儲液器的輸出端通過過濾器接電子膨脹閥的輸入端，電 子膨脹閥輸出端通過第四單向閥接第二換熱器的輸入端a，同時電子膨脹閥的輸 出端還通過第三單向閥接第一換熱器的輸出端b，第二換熱器的輸出端b接四通 閥的輸入端c，四通閥的輸出端d接氣液分離器的輸入端，而氣液分離器的輸出 端接壓縮機的輸入端；溶液回路包括冷卻塔、溶液儲液器、第一手閥、第二手閥、 第三手閥、變頻泵、電動三通調節(jié)閥、再生器、第二換熱器及其相關連接管道。 冷卻塔出口分成兩路， 一路通過第一手閥接溶液儲液器入口，溶液儲液器的出口 通過第三手閥接變頻泵的入口，另外一路通過第二手閥也接變頻泵的入口。變頻 泵出口接電動三通調節(jié)閥，電動三通調節(jié)閥的一路接再生器的溶液輸入口 c，另 外一路與再生器的溶液輸出口 d合并后接第二換熱器的溶液輸入口 c，第二換熱 器的溶液輸出口 d與冷卻塔的輸入口相連。本實用新型空氣源溶液型熱泵包括兩個循環(huán)回路制冷劑循環(huán)回路和溶液循 環(huán)回路。本實用新型的具體方法是空氣源溶液型熱泵夏季制冷運行時，制冷劑循環(huán)回路為低溫低壓的制冷劑氣 體從氣液分離器中被壓縮機吸入、壓縮后變成高溫高壓過熱蒸氣排出，經過第二 電磁閥和四通閥進入第二換熱器中，制冷劑放出熱量，進行冷凝變成液體，再依 次經過第二單向閥、儲液器、過濾器、電子膨脹閥后變成低溫低壓的氣液兩相， 再經過第三單向閥后進入第一換熱器，制冷劑在第一換熱器中吸熱蒸發(fā)，制取冷 水，制冷劑完全蒸發(fā)后變成過熱氣體從第一換熱器出來經過四通閥進入氣液分離 器，然后再次被吸入壓縮機，從而完成制冷循環(huán)，制取冷水。此時溶液循環(huán)回路中除溶液儲液器外其余都是充滿冷卻水，溶液儲存在溶液儲存器中，不參與溶液 回路的循環(huán)。冷卻水在溶液循環(huán)回路中從冷卻塔出來后，直接通過第二手閥進入 變頻泵，經過變頻泵加壓后，冷卻水進入電動三通調節(jié)閥，電動三通調節(jié)閥全部 關閉進入再生器的流量，冷卻水不經過再生器直接進入第二換熱器中，吸收熱量 將制冷劑冷凝成液體，自身溫度升高后進入冷卻塔與空氣進行熱濕交換，冷卻水 溫度降低后再次從冷卻塔流出?？諝庠慈芤盒蜔岜枚局茻徇\行時，制冷劑循環(huán)回路為氣液分離器中低溫低 壓的制冷劑氣體被壓縮機吸入、壓縮后排出通過第一電磁閥進入再生器，在再生 器中制冷劑放出熱量，對稀溶液進行再生，通過控制電動三通調節(jié)閥調節(jié)進入再 生器中稀溶液的流量，可保證制冷劑在再生器中只放出顯熱，降溫而不冷凝，制 冷劑氣體從再生器出來通過四通閥進入第一換熱器，制冷劑在第一換熱器中放出 熱量，制取熱水，同時自身冷凝成液體，然后依次通過第一單向閥、儲液器、過 濾器、電子膨脹閥，被電子膨脹閥節(jié)流降壓后以氣液兩相經過第四單向閥進入第 二換熱器中，在第二換熱器中進行蒸發(fā)吸熱，制冷劑完全蒸發(fā)后從第二換熱器出 來流經四通閥進入氣液分離器，最后再次被壓縮機吸入，重新被壓縮參與循環(huán)。 此時溶液循環(huán)回路中充灌著溶液，溶液從冷卻塔出來后通過第一手閥進入溶液儲 液器，再經過第三手閥后進入變頻泵,溶液經變頻泵加壓后進入電動三通調節(jié)閥， 溶液被分成兩部分， 一部分進入再生器，溶液在其中蒸發(fā)水分，濃度提高，溶液 經過再生后與另一部分溶液混合，進入第二換熱器，與制冷劑進行換熱，放出熱 量，自身溫度降低，溶液從第二換熱器出來后進入冷卻塔，高濃度低溫的溶液(溶 液溫度低于空氣溫度，溶液的水蒸汽分壓力小于等于空氣中的水蒸汽分壓力)在 冷卻塔中與空氣進行熱濕交換，溶液從空氣中吸收熱量，空氣中水蒸汽向溶液中 凝結，溶液的溫度升高，濃度有所降低，然后從冷卻塔流出再次參與循環(huán)。有益效果本實用新型提出的空氣源溶液型熱泵，在夏季可實現水冷冷水機 組功能，相比風冷冷水機組，具有更高的性能系數?？諝庠慈芤盒蜔岜迷诙究蓪崿F制熱，解決了原來冷水機組設備冬季閑置的 問題，提高了設備利用率，減少了初投資。空氣源溶液型熱泵與現有空氣源熱泵相比，在同樣環(huán)境溫度下，具有更高的 性能系數?？諝庠慈芤盒蜔岜迷诙具\行時與現有空氣源熱泵相比，蒸發(fā)器表面不會結霜，徹底解決了空氣源熱泵所不可避免的結霜問題，提高了熱泵的性能系數和 供熱效率，同時增加了系統(tǒng)的壽命和可靠性。


附圖1是本實用新型基于溶液的空氣源/水冷熱泵裝置示意圖。 以上圖中有壓縮機l;第一電磁閥2;第二電磁閥3;再生器4;四通閥5; 第一換熱器6;冷或熱水進口61;冷或熱水出口62;第一單向閥7;第二單向閥 8;儲液器9;過濾器10;電子膨脹閥ll;第三單向閥12;第四單向閥13;第 二換熱器14;氣液分離器15;冷卻塔16;第一手閥17;第二手閥18;第三手 閥19;溶液儲液器20;變頻泵2h電動三通調節(jié)閥22。
具體實施方式
結合附圖1進一步說明本實用新型的具體實施方式
本發(fā)明的空氣源溶液型 熱泵包括制冷劑循環(huán)回路和溶液循環(huán)回路；具體的連接方法是壓縮機1的輸出端 分成兩路， 一路通過第一電磁閥2接再生器4的輸入端a，另一路通過第二電磁 閥3與再生器4的輸出端b合并后接四通閥5的輸入端a，四通閥5的輸出端b 接第一換熱器6的輸入端a,第一換熱器6的輸出端b通過第一單向閥7接儲液 器9的輸入端，同時第一換熱器6的輸出端b也通過第一單向閥7、第二單向閥 8接第二換熱器14的輸入端a，儲液器9的輸出端通過過濾器10接電子膨脹閥 II的輸入端，電子膨脹閥11的輸出端通過第四單向閥13接第二換熱器14的輸 入端a，同時電子膨脹閥11的輸出端還通過第三單向閥12接第一換熱器6的輸 出端b，第二換熱器14的輸出端b接四通閥5的輸入端c,四通閥5的輸出端d 接氣液分離器15的輸入端，而氣液分離器15的輸出端接壓縮機1的輸入端；冷卻塔16出口分成兩路， 一路通過第一手閥17接溶液儲液器20入口，溶 液儲液器20的出口通過第三手閥19接變頻泵21的入口，另外一路通過第二手 閥18也接變頻泵21的入口。變頻泵21出口接電動三通調節(jié)閥22入口，電動三 通調節(jié)閥22 —路出口接再生器4的溶液輸入口 c，另外一路出口與再生器4的 溶液輸出口 d合并后接第二換熱器14的溶液輸入口 c，第二換熱器14的溶液輸 出口 d與冷卻塔16的輸入口相連。夏季制冷運行時從氣液分離器15中出來的低溫低壓制冷劑氣體被壓縮機l壓縮、排出后通過第二電磁閥3 (此時第一電磁閥2關閉)和四通閥5進入第 二換熱器14與冷卻水進行換熱，制冷劑冷凝放出熱量變成液體，再依次經過第 二單向閥8、儲液器9、過濾器10、電子膨脹閥11后被節(jié)流成低溫低壓的氣液 兩相，經過第三單向閥12進入第一換熱器6，制冷劑在第一換熱器6中吸熱蒸 發(fā)，制取冷水，制冷劑完全蒸發(fā)后變成過熱氣體從第一換熱器6出來通過四通閥 5進入氣液分離器15，再次被吸入壓縮機1進行壓縮，完成制冷循環(huán)，制取冷水。 此時溶液循環(huán)回路中除溶液儲液器20外其余都充滿冷卻水，溶液儲存在溶液儲 存器20中，不參與溶液回路的循環(huán)。冷卻水在溶液循環(huán)回路中被冷卻塔降溫后， 從冷卻塔16出來，直接通過第二手閥18進入變頻泵21 (此時第一手閥17和第 三手閥19關閉)，經過變頻泵21加壓后，水進入電動三通調節(jié)閥22，此時電動 三通調節(jié)閥22全部關閉進入再生器4的流量，冷卻水不經過再生器4直接進入 第二換熱器14中與制冷劑進行換熱，吸收熱量，將制冷劑冷凝成液體，自身溫 度升高，然后進入冷卻塔16與空氣進行換熱，同時溫度降低。空氣源溶液型熱泵冬季制熱運行從氣液分離器15回來的低溫低壓制冷劑 蒸氣被壓縮機1壓縮后變成高溫高壓的過熱蒸氣，被壓縮機1排出后經過第一電 磁閥2進入再生器4 (此時第二電磁閥3關閉)，高溫高壓的制冷劑蒸氣在再生 器4中放出一部分熱量(主要是壓縮機1排出制冷劑高溫的顯熱)對再生器4 中稀溶液進行再生，同時制冷劑降溫，通過控制進入再生器4中稀溶液的流量， 制冷劑在再生器4中只降溫而不冷凝，制冷劑氣體從再生器4出來通過四通閥5 進入第一換熱器6，制冷劑在第一換熱器6中放出熱量冷凝成液體，同時制取熱 水，制冷劑液體然后依次通過第一單向閥7、儲液器9、過濾器IO、電子膨脹閥 11，經過電子膨脹閥11節(jié)流降壓后以氣液兩相經過第四單向閥13進入第二換熱 器14中，在第二換熱器14中與溶液進行換熱，制冷劑吸收溶液的熱量進行蒸發(fā)， 變成氣體。制冷劑完全蒸發(fā)后從第二換熱器14中出來通過四通閥5進入氣液分 離器15，最后再次被壓縮機l吸入，重新壓縮參與循環(huán)。制熱時溶液回路中充滿著溶液，溶液在冷卻塔16中與空氣進行熱濕交換， 通過控制溶液溫度低于空氣溫度和調節(jié)溶液的濃度實現溶液中的水蒸汽分壓力 小于等于空氣中的水蒸汽分壓力，從而保證溶液能夠從冷卻塔16空氣中吸取熱 量。溶液從冷卻塔16出來后通過第一手閥17進入溶液儲液器20 (此時第二手閥18關閉)，再經過第三手閥19后進入變頻泵21，溶液經變頻泵21加壓后進 入電動三通調節(jié)閥22，溶液被分成兩部分， 一部分溶液進入再生器4，溶液在其 中蒸發(fā)水分，濃度提高，實現再生，濃溶液從再生器出來后與另一部分溶液混合 進入第二換熱器14與制冷劑進行熱交換，溶液放出熱量，自身溫度降低，溶液 從第二換熱器出來后進入冷卻塔16,再次在冷卻塔16中與空氣進行熱濕交換， 溫度降低，濃度減小，從而再次循環(huán)。溶液在冷卻塔中從空氣中吸取熱量的關鍵是1、保證參與循環(huán)的溶液最低 溫度高于溶液的凝固點溫度，從而保證熱泵運行過程中溶液不會出現凝固現象， 本發(fā)明通過調節(jié)熱泵運行前，注入溶液循環(huán)回路中的溶液濃度可以實現；2、進 入冷卻塔的溶液溫度低于空氣溫度，從而保證熱量從空氣傳給溶液，本發(fā)明通過 控制變頻泵的頻率(即控制變頻泵的轉速)調節(jié)進入第二換熱器的溶液流量，從 而保證進入冷卻塔的溶液溫度低于空氣溫度(溶液溫度高時，減小溶液流量，溶 液溫度太低時，增加溶液流量)；3、溶液中水蒸汽分壓力小于等于空氣中的水蒸 汽分壓力，使水蒸汽從空氣中進入溶液，水蒸汽凝結放出熱量給溶液(水蒸汽的 分壓力差是水蒸汽擴散的驅動力)，在溶液溫度一定時溶液中水蒸汽分壓力的大 小取決于溶液的濃度，控制溶液的濃度也就可以實現溶液中水蒸汽的分壓力的控 制。本發(fā)明通過控制電動三通調節(jié)閥，調節(jié)進入再生器的溶液流量，從而實現對 溶液濃度的控制，溶液濃度較小時加大再生器中溶液再生量，溶液濃度較大時減 小再生器中溶液再生量。當冬季制熱運行切換到夏季制冷運行時，可將溶液回路中的溶液全部回收到溶液儲液器中，關閉第一手閥和第三手閥后，再將溶液回路灌滿水即可。當夏季 制冷運行切換到冬季制熱運行時,將原有溶液回路中冷卻水排掉，關閉第二手閥， 打開第一手閥和第三手閥，放出溶液儲液器中溶液即可。
權利要求1.一種基于溶液的空氣源/水冷熱泵裝置，其特征在于該裝置包括制冷劑循環(huán)回路和溶液循環(huán)回路；制冷劑循環(huán)回路包括壓縮機(1)、第一電磁閥(2)、第二電磁閥(3)、再生器(4)、四通閥(5)、第一換熱器(6)、第一單向閥(7)、第二單向閥(8)、第三單向閥(12)、第四單向閥(13)、儲液器(9)、過濾器(10)、電子膨脹閥(11)、第二換熱器(14)、氣液分離器(15)及其相關連接管道；壓縮機(1)的輸出端分兩路，一路通過第一電磁閥(2)接再生器(4)的輸入端a，另一路通過第二電磁閥(3)與再生器(4)的輸出端b合并后接四通閥(5)的輸入端a，四通閥(5)的輸出端b接第一換熱器(6)的輸入端a，第一換熱器(6)的輸出端b通過第一單向閥(7)接儲液器(9)的輸入端，同時第一換熱器(6)的輸出端b也通過第一單向閥(7)、第二單向閥(8)接第二換熱器(14)的輸入端a，儲液器(9)的輸出端通過過濾器(10)接電子膨脹閥(11)的輸入端，電子膨脹閥(11)輸出端通過第四單向閥(13)接第二換熱器(14)的輸入端a，同時電子膨脹閥(11)的輸出端還通過第三單向閥(12)接第一換熱器(6)的輸出端b，第二換熱器(14)的輸出端b接四通閥(5)的輸入端c，四通閥(5)的輸出端d接氣液分離器(15)的輸入端，而氣液分離器(15)的輸出端接壓縮機(1)的輸入端；溶液循環(huán)回路包括冷卻塔(16)、溶液儲液器(20)、第一手閥(17)、第二手閥(18)、第三手閥(19)、變頻泵(21)、電動三通調節(jié)閥(22)、再生器(4)、第二換熱器(14)及其相關連接管道；冷卻塔(16)出口分成兩路，一路通過第一手閥(17)接溶液儲液器(20)入口，溶液儲液器(20)的出口通過第三手閥(19)接變頻泵(21)的入口，另外一路通過第二手閥(18)也接變頻泵(21)的入口。變頻泵(21)出口接電動三通調節(jié)閥(22)入口，電動三通調節(jié)閥(22)的一路出口接再生器(4)的溶液輸入口c，另外一路出口與再生器(4)的溶液輸出口d合并后接第二換熱器(14)的溶液輸入口c，第二換熱器(14)的溶液輸出口d與冷卻塔(16)的輸入口相連。
2、 根據權利要求1所述的基于溶液的空氣源/水冷熱泵裝置，其特征是冷卻 塔(16)溶液進口的溶液溫度是通過調節(jié)變頻泵(、21)頻率，改變變頻泵(21)2的流量而實現。
3、 根據權利要求1所述的基于溶液的空氣源/水冷熱泵裝置，其特征是冷卻 塔(16)溶液進口的溶液濃度是通過調節(jié)電動控制三通閥(22)，改變進入再生 器(4)中再生的溶液流量而實現。
4、 根據權利要求1所述的基于溶液的空氣源/水冷熱泵裝置，其特征是再生 器(4)中溶液再生的熱量來源為壓縮機(1)所排出制冷劑的過熱段的熱量。
專利摘要基于溶液的空氣源/水冷熱泵裝置涉及一種新型的基于溶液從空氣中吸取熱量的熱泵制熱方法及其實現這種方法的裝置，該裝置包括制冷劑循環(huán)回路和溶液循環(huán)回路；制冷劑循環(huán)回路包括壓縮機、兩個電磁閥、再生器、四通閥、第一換熱器、四個單向閥、儲液器、過濾器、電子膨脹閥、第二換熱器、氣液分離器及其連接管道；溶液回路包括冷卻塔、溶液儲液器、三個手閥、變頻泵、電動三通調節(jié)閥、再生器、第二換熱器及其連接管道；解決冬季水冷冷水機組閑置，空氣源熱泵夏季制冷性能較低(與水冷冷水機組比)，冬季運行存在結霜現象的問題，是一種新型的夏季水冷制冷、冬季借助溶液從空氣中吸熱的空氣源溶液型熱泵制熱裝置。
文檔編號F25B30/06GK201149400SQ200820030760
公開日2008年11月12日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權日2008年1月11日
發(fā)明者張小松, 梁彩華 申請人:東南大學