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CN102003895A - 一种闭式集成防霜热源塔 - Google Patents

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Abstract

一种闭式集成防霜热源塔，其包括塔体，塔体上设有外翅片空气源热交换系统、翅片内管液体热交换系统和湿热源凝结水分离装置。本发明在冬季“低温高湿”和夏季“高温高湿”气候条件下，均能以封闭式循环高效吸收空气中的冷热源，自带湿热源凝结水分离装置，克服了现有装置存在的缺陷，避免了将少量的稀释溶液直接排放造成的水环境污染；实现了设备之间的最佳实用匹配、高效经济运行、环保排放，运行可靠稳定，应用范围广泛。

Description

一种闭式集成防霜热源塔
技术领域
本发明涉及一种闭式集成防霜热源塔，尤其是涉及一种在夏季为制冷机提供温度较低的冷源，冬季为热泵提供可再生低位热能的无稀释溶液排放的闭式集成防霜热源塔。
背景技术
中国南方地处亚热带季风气候区，冬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。湿空气状态下潜热能含量高，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，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。而这也成为几十年来难以解决的技术难题。
现有各类吸收空气源低温位能装置，多是利用低冰点溶液与空气进行直接的外交换循环，浓溶液在与空气进行换热的同时，吸收空气中的凝结水分成为稀释溶液，由于盐溶液曝气循环溶解氧对系统设备有严重的腐蚀性，应用范围也只限于空气温度-3℃以上，因而不能得到广泛使用。更为严重的是，一些以盐溶液为代表的低温位能吸收装置为了维持溶液浓度较低的冰点，其将稀释后的循环溶液未经任何处理就直接排放，造成严重的水环境污染。
中国专利CN200810031368.9公开了一种“闭式热源塔”和中国专利CN200920311781.0公开了一种“太阳能次生源冷热源塔”。上述两种装置虽然均为全封闭式内置溶液循环结构，换热循环溶液不直接与空气接触，解决了传统开式冷却塔、开式能源塔等利用溶液曝气循环吸收空气中低温位热能时所造成的稀释溶液直接排放给环境造成的污染。但这两种装置在环境负温度条件下存在的缺陷是，需要外配置湿热源凝结水分离装置给用户匹配安装调试和运行管理，操作繁琐。
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，均能以封闭式循环高效吸收空气中的冷热源，自带湿热源凝结水分离装置的闭式集成防霜热源塔。  
本发明的技术方案是：其包括塔体，塔体上设有外翅片空气源热交换系统、翅片内管液体热交换系统和湿热源凝结水分离装置。
所述外翅片空气源热交换系统包括塔体侧面横流进风栅、横流外翅片换热器、低温汽雾分离栅、变风量风动装置、旋流分离消声器和塔体维护结构；塔体侧面横流进风栅设于塔体维护结构侧面与横流外翅片换热器相通，横流外翅片换热器设于湿热源凝结水分离装置的主溶液盘上方与低温汽雾分离栅相通，低温汽雾分离栅设于横流外翅片换热器与变风量风动装置之间，变风量风动装置设于塔体内部上端，旋流分离消声器设于塔体外部顶端，塔体维护结构是热源塔的主体结构连接其它部件的框架。
所述翅片内管液体热交换系统，包括横流内管换热器下集管、翅片横流内管换热器、横流内管换热器上集管；翅片横流内管换热器由并联的翅片内管组成设于湿热源凝结水分离装置的主溶液盘上方，横流内管换热器下集管为低温循环介质进口与外部设备低热源热泵热源侧相连，横流内管换热器上集管为加温循环介质出口与外部设备低热源热泵蒸发器连接。
所述湿热源凝结水分离装置，由热泵加热系统、膜凝结水分离系统组成。
所述热泵加热系统包括热泵压缩机、加热冷凝器、膨胀阀、汽雾蒸发器；热泵压缩机设于塔体内部底端，热泵压缩机排气口通过管路和加热冷凝器工质进气口连接，加热冷凝器工质出气口通过管路与过滤器和膨胀阀进口连接，膨胀阀出口通过管路与汽雾蒸发器进口连接，汽雾蒸发器出口通过管路与热泵压缩机吸汽口连接，汽雾蒸发器设于横流外翅片换热器与变风量风动装置之间。
所述膜凝结水分离系统包括高压泵、与热泵加热系统共用的加热冷凝器、多介质过滤器、膜分离管、溶液喷淋组件、主溶液盘和溶液缓冲箱；主溶液盘设于塔体维护结构的塔体下中部且位于湿热源凝结水分离装置上方，主溶液盘底部集液池出液口通过管道与电动阀和溶液缓冲箱进液口连接，溶液缓冲箱出液口通过管道和高压泵进液口连接，高压泵出液口通过管道与阀门和加热冷凝器介质进液口连接，加热冷凝器介质出液口通过管道与阀门和多介质过滤器进液口连接，多介质过滤器出液口通过管道与阀门和膜分离管进口连接，膜分离管出液口通过管道、电动阀与控制阀和溶液喷淋组件进液口连接，溶液喷淋组件设于翅片横流内管换热器上端。
本发明能够在气候“高温高湿”状态下实现负压蒸发冷却释放热能；在气候“低温高湿”状态下闭式内置循环溶液和应用空气负温度间歇外喷高分子可浓缩的环保溶液防霜，向低热源热泵提供廉价无任何污染的太阳能次生源可再生冷(热)源，向热泵输入少量的高品位能（如电力二次清洁能源），高效吸收来自太阳能次生源低温位热能，实现低品位能量向高温位（高低温位能,能量温度的高低,可直接利用的为高位能,需要再生利用提升的为低温位能）的转移，达到为建筑物提供制冷、供热和卫生热水的目的。在恶劣“低温高湿”气候环境下，本发明的供热效率比传统空气源热泵提高100%。本发明可作为与低热源热泵配套的主要冷热源吸收装置。
本发明自带湿热源凝结水分离装置，克服了现有装置存在的缺陷，避免了将少量的稀释溶液直接排放造成的水环境污染；实现了设备之间的最佳实用匹配、高效经济运行、环保排放，运行可靠稳定，应用范围广泛。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1, 本实施例包括塔体，塔体上设有外翅片空气源热交换系统、翅片内管液体热交换系统和湿热源凝结水分离装置。
所述外翅片空气源热交换系统包括塔体侧面横流进风栅1-1、横流外翅片换热器1-2、低温汽雾分离栅1-3、变风量风动装置1-4、旋流分离消声器1-5和塔体维护结构1-6；塔体侧面横流进风栅1-1设于塔体维护结构1-6侧面与横流外翅片换热器1-2相通，横流外翅片换热器1-2设于湿热源凝结水分离装置的主溶液盘3-25上方与低温汽雾分离栅1-3相通，低温汽雾分离栅1-3设于横流外翅片换热器1-2与变风量风动装置1-4之间，变风量风动装置1-4设于塔体内部上端，旋流分离消声器1-5设于塔体外部顶端，塔体维护结构1-6是热源塔的主体结构连接其它部件的框架。
所述翅片内管液体热交换系统，包括横流内管换热器下集管2-1、翅片横流内管换热器2-2、横流内管换热器上集管2-3；翅片横流内管换热器2-2由并联的翅片内管组成设于湿热源凝结水分离装置的主溶液盘3-25上方，横流内管换热器下集管2-1为低温循环介质进口与外部设备低热源热泵热源侧（图中未示出）相连，横流内管换热器上集管2-3为加温循环介质出口与外部设备低热源热泵蒸发器（图中未示出）连接。  
所述湿热源凝结水分离装置，由热泵加热系统、膜凝结水分离系统组成。
所述热泵加热系统包括热泵压缩机3-11、加热冷凝器3-12、膨胀阀3-13、汽雾蒸发器3-14；热泵压缩机3-11设于塔体内部底端，热泵压缩机3-11排气口通过管路和加热冷凝器3-12工质进气口连接，加热冷凝器3-12工质出气口通过管路与过滤器和膨胀阀3-13进口连接，膨胀阀3-13出口通过管路与汽雾蒸发器3-14进口连接，汽雾蒸发器3-14出口通过管路与热泵压缩机3-11吸汽口连接，汽雾蒸发器3-14设于横流外翅片换热器1-2与变风量风动装置1-4之间。
所述膜凝结水分离系统包括高压泵3-21、与热泵加热系统共用的加热冷凝器3-12、多介质过滤器3-22、膜分离管3-23、溶液喷淋组件3-24、主溶液盘3-25和溶液缓冲箱3-26；主溶液盘3-25设于塔体维护结构1-6的塔体下中部且位于湿热源凝结水分离装置上方，主溶液盘3-25底部集液池出液口通过管道与电动阀和溶液缓冲箱3-26进液口连接，溶液缓冲箱3-26出液口通过管道和高压泵3-21进液口连接，高压泵3-21出液口通过管道与阀门和加热冷凝器3-12介质进液口连接，加热冷凝器3-12介质出液口通过管道与阀门和多介质过滤器3-22进液口连接，多介质过滤器3-22出液口通过管道与阀门和膜分离管3-23进口连接，膜分离管3-23出液口通过管道、电动阀与控制阀和溶液喷淋组件3-24进液口连接，溶液喷淋组件3-24设于翅片横流内管换热器2-2上端。
工作原理：
外翅片空气源热交换系统工作原理：低温湿热源空气经塔体侧面横流进风栅1-1进入横流外翅片换热器1-2释放空气携带的低温位热能，循环空气温度下降进入低温汽雾分离栅1-3，经由变风量风动装置1-4加压，加压气流压入旋流分离消声器1-5除去雾汽后排入环境空气进行热交换加温循环，再由塔体侧面横流进风栅1-1进入完成外翅片空气源热交换系统循环。
翅片内管液体热交换系统工作原理：低热源热泵热源侧（图中未示出）低温循环介质由横流内管换热器下集管2-1进入翅片横流内管换热器2-2管组吸收由横流外翅片换热器1-2释放空气携带的低温位热能，循环溶液温度升高经横流内管换热器上集管2-3排出进入低热源热泵蒸发器（图中未示出），完成循环过程。
所述湿热源凝结水分离装置的热泵加热系统的工作原理：热泵压缩机3-11高压排气通过管路进入加热冷凝器3-12工质侧，向加热冷凝器3-12介质侧释放凝结潜热后冷凝为高压液体，高压液体通过管路与过滤器进入膨胀阀3-13节流降压，通过管路进入汽雾蒸发器3-14吸收塔内循环空气中的低温位热能蒸发为低压蒸汽，低压蒸汽通过管路进入热泵压缩机3-11吸汽口经热泵作功提升完成循环。
所述湿热源凝结水分离装置的膜凝结水分离系统的工作原理：主溶液盘3-25接收了由横流外翅片换热器1-2翅片表面凝结水分加溶液成为的稀释溶液，由主溶液盘3-25底部集液池出液口通过管道与电动阀进入溶液缓冲箱3-26后，再经溶液缓冲箱3-26出液口通过管道进入高压泵3-21加压循环，加压溶液出通过管道与阀门进入加热冷凝器3-12介质侧加热升温，加热升温后的溶液通过管道与阀门进入多介质过滤器3-22过滤，过滤的溶液通过管道与阀门进入膜分离管3-23分离出浓缩溶液与凝结水，浓缩溶液通过管道、电动阀与控制阀进入溶液喷淋组件3-24向横流外翅片换热器1-2喷淋，降低换热器表面冰点，吸收空气中水分，浓缩溶液成为稀释溶液进入主溶液盘3-25，完成膜凝结水分离循环。

Claims (1)

1. 一种闭式集成防霜热源塔，其特征在于，包括塔体，塔体上设有外翅片空气源热交换系统、翅片内管液体热交换系统和湿热源凝结水分离装置；
所述外翅片空气源热交换系统包括塔体侧面横流进风栅、横流外翅片换热器、低温汽雾分离栅、变风量风动装置、旋流分离消声器和塔体维护结构；塔体侧面横流进风栅设于塔体维护结构侧面与横流外翅片换热器相通，横流外翅片换热器设于湿热源凝结水分离装置的主溶液盘上方与低温汽雾分离栅相通，低温汽雾分离栅设于横流外翅片换热器与变风量风动装置之间，变风量风动装置设于塔体内部上端，旋流分离消声器设于塔体外部顶端，塔体维护结构是热源塔的主体结构连接其它部件的框架；
所述翅片内管液体热交换系统，包括横流内管换热器下集管、翅片横流内管换热器、横流内管换热器上集管；翅片横流内管换热器由并联的翅片内管组成设于湿热源凝结水分离装置的主溶液盘上方，横流内管换热器下集管为低温循环介质进口与外部设备低热源热泵热源侧相连，横流内管换热器上集管为加温循环介质出口与外部设备低热源热泵蒸发器连接；
所述湿热源凝结水分离装置，由热泵加热系统、膜凝结水分离系统组成；
所述热泵加热系统包括热泵压缩机、加热冷凝器、膨胀阀、汽雾蒸发器；热泵压缩机设于塔体内部底端，热泵压缩机排气口通过管路和加热冷凝器工质进气口连接，加热冷凝器工质出气口通过管路与过滤器和膨胀阀进口连接，膨胀阀出口通过管路与汽雾蒸发器进口连接，汽雾蒸发器出口通过管路与热泵压缩机吸汽口连接，汽雾蒸发器设于横流外翅片换热器与变风量风动装置之间；
所述膜凝结水分离系统包括高压泵、与热泵加热系统共用的加热冷凝器、多介质过滤器、膜分离管、溶液喷淋组件、主溶液盘和溶液缓冲箱；主溶液盘设于塔体维护结构的塔体下中部且位于湿热源凝结水分离装置上方，主溶液盘底部集液池出液口通过管道与电动阀和溶液缓冲箱进液口连接，溶液缓冲箱出液口通过管道和高压泵进液口连接，高压泵出液口通过管道与阀门和加热冷凝器介质进液口连接，加热冷凝器介质出液口通过管道与阀门和多介质过滤器进液口连接，多介质过滤器出液口通过管道与阀门和膜分离管进口连接，膜分离管出液口通过管道、电动阀与控制阀和溶液喷淋组件进液口连接，溶液喷淋组件设于翅片横流内管换热器上端。
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