CN104296286B - 一种带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备，包括热源塔、热泵主机、溶液浓缩装置和室内机，所述热泵主机包括依次连接并组成回路的压缩机、二次油分离器、冷凝器、干燥过滤器、电子膨胀阀和蒸发器，蒸发器包括制冷换热器和蓄冰换热器，压缩机与二次油分离器之间通过二次回油管路相连接，二次回油管路上设有用于杂质过滤的油过滤器；在蒸发器上设有蒸发器回油管路，蒸发器回油管路上设有引射泵。本发明能够使现有热源塔热泵空调机组具备蓄冰或蓄热功能，从而充分利用夏天城市谷电进行蓄冰或蓄热，大幅度降低运行费用，且本发明实现了从蒸发器到压缩机的回油，达到使整个系统能够稳定、可靠运行的目的。

Description

一种带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备

技术领域

本发明涉及热源塔热泵空调机组技术领域，特别涉及一种带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备。

背景技术

热源塔热泵空调机组是一种冬季吸收室外空气中的热量为系统提供热量、夏季将系统的热量排出到室外的组合配套设备装置。热源塔热泵空调机组主要由热源塔、热泵（小温差水源热泵）和除霜机组合。热泵主要由蒸发器、压缩机、膨胀阀、二次油分离器和冷凝器组成，工质依次在五个部件中循环流动，不断改变状态，完成吸热与放热。夏季，通过热源塔利用蒸发冷却为热泵机组提供稳定冷源；冬季，热源塔利用低于冰点载体介质，高效提取冰点以下的空气湿球潜热能，从而为热泵机组提供可靠的热源。热源塔热泵空调机组不存在风冷热泵严重结霜以及地源热泵适用区域受限的问题，它改变了传统水冷空调只适用单季节使用的历史，取代了环保城市单机制冷+燃油锅炉的制冷供暖方式，是空调领域的一场革命。热源塔热泵空调机组结构简单、操作方便，广泛适用于商场、医院、宾馆、公寓、酒店等场所。目前，热源塔热泵空调机组的主要功能是夏天制冷、冬天采暖，即热源塔热泵空调机组能在制冷工况和采暖工况下运行。但是，在部分场合，有较大的峰谷电价差，如需要蓄冰，则需要另购蓄冰机组，会增加初投资，并且空调机组的利用效率低，施工周期长，占用有效空间大，影响机房的整体布置。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备，能够使热源泵热泵空调机组具备蓄冰及蓄热功能，从而达到使整个系统能够稳定、可靠的运行的目的，达到节能环保效果。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备，包括热源塔、热泵主机、溶液浓缩装置和室内机，所述热泵主机包括依次连接并组成回路的压缩机、二次油分离器、冷凝器、干燥过滤器、电子膨胀阀和蒸发器；所述蒸发器包括制冷换热器和蓄冰换热器，所述制冷换热器通过冷冻水进口和冷冻水出口与所述热源塔的冷冻水管路系统相连接，所述蓄冰换热器通过蓄冰液进口和蓄冰液出口与蓄冰换热系统相连接；所述压缩机与所述二次油分离器之间通过二次回油管路相连接，所述二次回油管路上设有用于杂质过滤的油过滤器；在所述的蒸发器上设有蒸发器回油管路，在所述蒸发器回油管路上设有引射泵，所述引射泵具有高压接入端、吸入端和低压排出端，所述高压接入端接入所述二次油分离器的油分进口，所述吸入端接入所述蒸发器，所述低压排出端接入所述压缩机的吸气口；所述的冷凝器换括冷凝换热器和蓄热换热器，所述的冷凝换热器通过冷却水进口、冷却水出口与热源塔（冷却塔）相连，所述的蓄热换热器通过蓄热液进口、蓄热液出口与蓄热池相连接。

所述蒸发器包括壳体，在所述壳体内设所述制冷换热器的换热管和所述蓄冰换热器的换热管，所述冷冻水进口和所述冷冻水出口设于所述壳体一端，所述冷冻水进口连通所述制冷换热器的换热管的入端口，所述冷冻水出口连通所述制冷换热器的换热管的出端口；所述蓄冰液进口和所述蓄冰液出口设于所述壳体另一端，所述蓄冰液进口连通所述蓄冰换热器的换热管的入端口，所述蓄冰液出口连通所述蓄冰换热器的换热管的入端口。

所述冷凝器包括壳体，在所述壳体内设所述冷凝换热器的换热管和所述蓄热换热器的换热管，所述冷却水进口和所述冷却水出口设于所述壳体一端，所述冷却水进口连通所述冷凝换热器的换热管的入端口，所述冷却水出口连通所述冷凝换热器的换热管的出端口；所述蓄热液进口和所述蓄热液出口设于所述壳体另一端，所述蓄热液进口连通所述蓄热换热器的换热管的入端口，所述蓄热液出口连通所述蓄热换热器的换热管的入端口。

在所述二次回油管路上还设有回油电磁阀、第一视镜和第一单向阀，所述二次回油管路的管线自所述二次油分离器的回油口引出，依次经过所述油过滤器、所述回油电磁阀、所述第一视镜、所述第一单向阀后与自所述压缩机的储油罐引出的管线相连接。

在所述蒸发器回油管路上还设有第三单向阀、第二视镜和球阀，所述蒸发器回油管路的管线自所述蒸发器引出，依次经过所述第三单向阀、所述引射泵的吸入端、所述引射泵的低压排出端、所述第二视镜和所述球阀后与自所述压缩机的吸气口引出的管线相连接，且所述引射泵的高压接入端与自所述二次油分离器的油分进口引出的管线相连接。

所述蓄冰液换热系统包括载冷剂泵和蓄冰装置，所述载冷剂泵一端通过蓄冰液管与所述蓄冰液出口相连，另一端通过蓄冰液管与所述蓄冰装置一端相连，所述蓄冰装置另一端通过蓄冰液管与所述蓄冰液进口相连。

所述蓄热池为采用石蜡相变材料做成的蓄热池，在蓄热池内设蓄热槽。

有益效果：与现有技术相比，本发明的带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备，在热泵机组内设具有蓄冰功能的蒸发器以及蓄冰液换热系统，具有蓄热功能的冷凝器以及蓄热池，利用蒸发器的高防腐设计与低出液温度控制，通过增设蒸发器的换热管，形成独立的水室，并将现有制冷蒸发器与蓄冰蒸发器结合起来形成双蒸发器，从而充分利用夏天城市谷电进行蓄冰，同理也可以利用增设冷凝器的换热管，形成独立的水室，并将现有的冷凝器与蓄热换热器结合起来形成双冷凝器，从而在冬季工况时利用城市谷电进行蓄热，大幅度降低运行费用，即本发明带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备是一种能够在制冷工况、采暖工况和制冰工况、蓄热工况下运行、并在这四种工况下都能达到高能效比的热泵机组。目前，在城市中央空调系统的改造过程中，采用热源塔热泵去改造冷水机组加燃气锅炉，通常能够节能达到20%以上，本发明增加蓄冰功能和蓄热功能，利用城市峰谷电价差，经过测算，可以节能30%以上，并且减少蓄冰的初投资，降低系统综合能耗与运行费用，产生很好的经济效益和社会效益。此外，本发明通过在二次回油管路上引入引射泵，利用二次油分离器的油分进口与压缩机的吸气口之间的高低压差所产生的压力，将二次油分离器中的高压气体以一定流速传输到压缩机吸气口，并在射流紊动扩散作用下，将低压排出端的蒸发器壳体中的冷冻油与制冷剂的混合物，引射到压缩机的吸气口，使压缩机中冷冻油的量控制在能够保证压缩机正常、稳定运行的范围内，从而进一步解决从蒸发器到压缩机回油困难的问题，达到了使整个系统能够稳定、可靠的运行的目的。

附图说明

图1是带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备的结构示意图；

图2是热泵主机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备，主要设备包括热源塔10、溶液浓缩装置101、室内机102、集水器103、分水器104、热泵主机和控制系统；在热源塔10通过换热溶液进管路和换热溶液出管路串联分水器104、室内机102、集水器103形成制冷供热回路，并在换热溶液进管路和换热溶液出管路之间并联上热泵主机和溶液浓缩装置101，在各连接管路上设有必要的控制阀门，用于控制系统的控制。该设备典型的管路连接以及控制方式可以参照CN101915479A所公开的内容或依据该内容进行合理的改进来进行。

其中，如图2所示，本发明设备中的热泵主机包括依次连接并组成回路的压缩机1、二次油分离器2、冷凝器3、干燥过滤器4、电子膨胀阀5和蒸发器6；蒸发器6包括制冷换热器和蓄冰换热器，制冷换热器通过冷冻水进口61和冷冻水出口62与热源塔的冷冻水管路系统相连接，蓄冰换热器通过蓄冰液进口63和蓄冰液出口64与蓄冰液换热系统9相连接；压缩机1与二次油分离器2之间通过二次回油管路7相连接；二次回油管路上设有用于杂质过滤的油过滤器71；另设有蒸发器回油管路8，在蒸发器回油管路8上设有引射泵81，引射泵81具有高压接入端、吸入端和低压排出端，高压接入端接入二次油分离器2的油分进口21，吸入端接入蒸发器6，低压排出端接入压缩机1的吸气口11；冷凝器3换括冷凝换热器和蓄热换热器，冷凝换热器通过冷却水进口31、冷却水出口32与热源塔（冷却塔）相连，蓄热换热器通过蓄热液进口33、蓄热液出口34与蓄热池35相连接。控制系统控制所述热泵主机择一运行工作在制冷工况、蓄冰工况和采暖工况。

蒸发器6包括一壳体，在壳体内设制冷换热器的换热管和蓄冰换热器的换热管，冷冻水进口和冷冻水出口设于壳体一端，冷冻水进口连通制冷换热器的换热管的入端口，冷冻水出口连通制冷换热器的换热管的出端口。蓄冰液进口和蓄冰液出口设于所述壳体另一端，蓄冰液进口连通蓄冰换热器的换热管的入端口，蓄冰液出口连通所述蓄冰换热器的换热管的入端口。

冷凝器3包括壳体，在壳体内设冷凝换热器的换热管和蓄热换热器的换热管，冷却水进口31和冷却水出口32设于壳体一端，冷却水进口31连通冷凝换热器的换热管的入端口，冷却水出口32连通冷凝换热器的换热管的出端口；蓄热液进口33和蓄热液出口34设于壳体另一端，蓄热液进口33连通蓄热换热器的换热管的入端口，蓄热液出口34连通蓄热换热器的换热管的入端口。蓄热池35为采用石蜡相变材料做成的蓄热池，在蓄热池35内设蓄热槽36。

在二次回油管路7上还设有回油电磁阀72、第一视镜73和第一单向阀74，二次回油管路7的管线自二次油分离器2的回油口22引出，依次经过油过滤器71、回油电磁阀72、第一视镜73、第一单向阀74后与自压缩机1的储油罐引出的管线相连接。

在蒸发器回油管路8上还设有第三单向阀82、第二视镜83和球阀84，蒸发器回油管路8的管线自蒸发器8引出，依次经过第三单向阀81、引射泵的吸入端、引射泵的低压排出端、第二视镜83和球阀84后与自压缩机1的吸气口引出的管线相连接，且引射泵的高压接入端与自二次油分离器的油分进口引出的管线相连接。

蓄冰液换热系统9包括载冷剂泵91和蓄冰装置92，载冷剂泵91一端通过蓄冰液管与蓄冰液出口相连，另一端通过蓄冰液管与蓄冰装置92一端相连，蓄冰装置92另一端通过蓄冰液管与蓄冰液进口相连。

本发明的蒸发器分为两个换热器，分别为制冷换热器和蓄冰换热器，制冷换热器与热源塔的冷冻水管路系统相连接，即与常规的空调水系统进行换热，蓄冰换热器与蓄冰液换热系统进行换热，具体实施时蓄冰液换热系统包括通过管路连接的蓄冰装置和载冷剂泵。本发明热源塔热泵空调机组的运行可以通过控制系统，选择制冷工况或采暖工况或蓄冰工况。

在制冷工况时，通过热泵把室内的多余热量转移至热源塔并排放出去，达到制冷的目的，具体过程如下：在控制系统的自动控制下，从压缩机1的排气口12压缩出来的高温高压制冷剂气体和润滑油的混合气体经油分离器2的油分进口进入油分离器进行分离，分离后的冷冻油经一次回油管路再送回压缩机低压侧的储油罐中，分离后的制冷剂气体（含少量润滑油）经油分离器的油分出口23进入冷凝器3中，通过与流经冷凝器的换热管内的冷却水换热，一方面冷却水吸收制冷剂冷凝热而温度上升，另一方面，高温高压的气态制冷剂冷凝成低温高压的液态制冷剂（含少量润滑油），液态制冷剂流出冷凝器后，经过干燥过滤器4杂质过滤、电子膨胀阀5节流控制后，进入到蒸发器6的制冷换热器内，通过与流经制冷换热器内的冷冻水换热，一方面制冷剂蒸发而吸收冷冻水的热量，而降低冷冻水水温，提供用户使用，降低使用环境温度，另外一方面压缩机吸入流自蒸发器的低温低压制冷剂蒸气，对制冷剂蒸气进行做功压缩后变成高温高压的制冷剂气体，如此循环压缩，达到制冷目的。

在蓄冰工况时，利用电力负荷很低的夜间用电低谷期，采用蓄冰换热器制冷，使蓄冷介质结成冰，利用蓄冷介质的显热及潜热特性，将冷量储存起来；具体过程如下：在控制系统的自动控制下，从压缩机1的排气口压缩出来的高温高压制冷剂气体和润滑油的混合气体经油分离器2的油分进口进入油分离器进行分离，分离后的冷冻油经回油管路再送回压缩机低压侧的储油罐中，分离后的制冷剂气体（含少量润滑油）经油分出口进入冷凝器3，通过与流经冷凝器的换热管内的冷却水换热，一方面冷却水吸收制冷剂冷凝热而温度上升，另一方面，高温高压的气态制冷剂冷凝成低温高压的液态制冷剂，流出冷凝器后，经过干燥过滤器4杂质过滤、电子膨胀阀5节流控制后，进入到蒸发器6内的蓄冰换热器内，与流经蓄冰换热器内的蓄冰液进行换热，一方面制冷剂蒸发而吸收蓄冰液的热量，而降低蓄冰液的温度，使蓄冰液结成冰，利用蓄冷介质（蓄冰液）的显热及潜热特性，将冷量储存起来，达到冰蓄冷的目的，另一方面压缩机吸入流自蒸发器的低温低压制冷剂蒸气，对制冷剂蒸气进行做功压缩后变成高温高压的制冷剂气体，如此循环压缩，达到制冷目的。

在采暖工况下，热源塔直接采集室外低品位能设备。热源塔利用低焓值盐类循环溶液在换热层表面形成液膜直接与焓值较高的湿冷空气充分接触，把冷量传给空气。接触传热的循环液体温度趋近于室外空气的湿球温度，为水循环热泵空调提供了稳定的热源来源。具体过程为现有技术，在此不再赘述。

在蓄热工况时，利用电力负荷很低的夜间用电低谷期，采用蓄热换热器制热，使蓄热介质融化为液态，利用蓄热介质的显热及潜热特性，将热量储存起来；具体过程如下：在控制系统的自动控制下，从压缩机1的排气口压缩出来的高温高压制冷剂气体和润滑油的混合气体经油分离器2的油分进口进入油分离器进行分离，分离后的冷冻油经回油管路再送回压缩机低压侧的储油罐中，分离后的制冷剂气体（含少量润滑油）经油分出口进入蓄热换热器3，通过与流经蓄热换热器的换热管内的热媒水换热，一方面热媒水吸收制冷剂冷凝热而温度上升，而提高了蓄热介质的温度，使蓄热介质融化为液态，利用蓄热介质的显热及潜热特性，将热量储存起来，达到相变蓄热的目的另一方面，高温高压的气态制冷剂冷凝成低温高压的液态制冷剂，流出蓄热换热器后，经过干燥过滤器4杂质过滤、电子膨胀阀5节流控制后，进入到蒸发器6内，与流经蒸发器内的冷冻水换热，另一方面压缩机吸入流自蒸发器的低温低压制冷剂蒸气，对制冷剂蒸气进行做功压缩后变成高温高压的制冷剂气体，如此循环压缩，达到制冷目的。

二次回油管路上的回油原理是利用二次油分离器的回油口将经二次油分离器分离后的冷冻油经二次回油管路再送回压缩机低压侧的储油罐内，在二次回油管路上设置油过滤器，对回油进行杂质过滤，保证进入到压缩机内的回油质量。在二次回油管路上设置视镜，可随时观察二次回油管路中冷冻油的流动情况，起到监视生产、避免生产过程中事故发生的作用。

蒸发器回油管路上的回油原理是利用二次油分离器的油分进口与压缩机的吸气口之间的高低压差所产生的压力，将二次油分离器中的高压气体以一定流速传输到压缩机吸气口，并在射流紊动扩散作用下，将低压排出端的蒸发器壳体中的冷冻油与制冷剂的混合物，引射到压缩机的吸气口，使压缩机中冷冻油的量控制在能够保证压缩机正常、稳定运行的范围内，从而进一步解决从蒸发器到压缩机回油困难的问题，达到了使整个系统能够稳定、可靠的运行的目的。

本发明带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备，它与常规的热源塔制冷供热节能系统的区别在于：通过改进现有热泵机组的结构，增设具有蓄冰功能的蒸发器以及蓄冰液换热系统，利用现有的蒸发器的高防腐设计与低出液温度控制，通过增设换热管，形成独立的水室，并将现有制冷蒸发器与蓄冰蒸发器结合起来形成双蒸发器，从而充分利用夏天城市谷电进行蓄冰，大幅度降低运行费用，即本发明带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备是一种能够在制冷工况、采暖工况和制冰工况下运行、并在这三种工况下都能达到高能效比的制冷机组。目前，在城市中央空调系统的改造过程中，采用热源塔热泵去改造冷水机组加燃气锅炉，本发明通常能够节能达到20%以上，如果增加蓄冰功能，利用城市峰谷电价差，经过测算，可以节能30%以上，并且减少冰蓄冰的初投资，降低系统综合能耗与运行费用，产生很好的经济效益和社会效益。此外，本发明通过在增设的蒸发器回油管路上引入引射泵，利用二次油分离器的油分进口与压缩机的吸气口之间的高低压差所产生的压力，将低压排出端的蒸发器壳体中的冷冻油与制冷剂的混合物，引射到压缩机的吸气口，使压缩机中冷冻油的量控制在能够保证压缩机正常、稳定运行的范围内，从而进一步解决从蒸发器到压缩机回油困难的问题，达到了使整个系统能够稳定、可靠的运行的目的。

本发明带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备在控制系统的控制下能在制冷工况、采暖工况和制冰工况下运行、并在这两种工况下都能达到高能效比的制冷机组。夏季工况时，利用类似于冷却塔的热源塔，向空气中释放冷凝热，冬季工况时，利于热源塔与载冷剂从空气中吸收热量。在制冷工况下运行时，热源塔的冷冻水出水温度为7℃；在制冰工况下运行时，蓄冰液换热系统的载冷剂出口温度为-5℃～-15℃，在采暖工况下，热源塔的空调热水出水温度为45℃。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明，本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备，包括热源塔(10)、热泵主机、溶液浓缩装置和室内机，所述热泵主机包括依次连接并组成回路的压缩机(1)、二次油分离器(2)、冷凝器(3)、干燥过滤器(4)、电子膨胀阀(5)和蒸发器(6)；其特征在于：所述蒸发器包括制冷换热器和蓄冰换热器，所述制冷换热器通过冷冻水进口(61)和冷冻水出口(62)与所述热源塔的冷冻水管路系统相连接，所述蓄冰换热器通过蓄冰液进口(63)和蓄冰液出口(64)与蓄冰液换热系统(9)相连接；所述压缩机与所述二次油分离器之间通过二次回油管路(7)相连接，所述二次回油管路上设有用于杂质过滤的油过滤器(71)；在所述的蒸发器(6)上设有蒸发器回油管路(8)，在所述蒸发器回油管路(8)上设有引射泵(81)，所述引射泵具有高压接入端、吸入端和低压排出端，所述高压接入端接入所述二次油分离器(2)的油分进口(21)，所述吸入端接入所述蒸发器，所述低压排出端接入所述压缩机的吸气口(11)；所述的冷凝器(3)换括冷凝换热器和蓄热换热器，所述的冷凝换热器通过冷却水进口(31)、冷却水出口(32)与热源塔相连，所述的蓄热换热器通过蓄热液进口(33)、蓄热液出口(34)与蓄热池(35)相连接；所述蒸发器包括壳体，在所述壳体内设所述制冷换热器的换热管和所述蓄冰换热器的换热管，所述冷冻水进口和所述冷冻水出口设于所述壳体一端，所述冷冻水进口连通所述制冷换热器的换热管的入端口，所述冷冻水出口连通所述制冷换热器的换热管的出端口；所述蓄冰液进口和所述蓄冰液出口设于所述壳体另一端，所述蓄冰液进口连通所述蓄冰换热器的换热管的入端口，所述蓄冰液出口连通所述蓄冰换热器的换热管的入端口；所述冷凝器包括壳体，在所述壳体内设所述冷凝换热器的换热管和所述蓄热换热器的换热管，所述冷却水进口和所述冷却水出口设于所述壳体一端，所述冷却水进口连通所述冷凝换热器的换热管的入端口，所述冷却水出口连通所述冷凝换热器的换热管的出端口；所述蓄热液进口和所述蓄热液出口设于所述壳体另一端，所述蓄热液进口连通所述蓄热换热器的换热管的入端口，所述蓄热液出口连通所述蓄热换热器的换热管的入端口；所述蓄热池(35)为采用石蜡相变材料做成的蓄热池，在蓄热池内设蓄热槽(36)。

2.根据权利要求1所述的带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备，其特征在于：在所述二次回油管路(7)上还设有回油电磁阀(72)、第一视镜(73)和第一单向阀(74)，所述二次回油管路的管线自所述二次油分离器的回油口(22)引出，依次经过所述油过滤器(71)、所述回油电磁阀(72)、所述第一视镜(73)、所述第一单向阀(74)后与自所述压缩机的储油罐引出的管线相连接。

3.根据权利要求1所述的带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备，其特征在于：在所述蒸发器回油管路(8)上还设有第三单向阀(82)、第二视镜(83)和球阀(84)，所述蒸发器回油管路的管线自所述蒸发器引出，依次经过所述第三单向阀(82)、所述引射泵的吸入端、所述引射泵的低压排出端、所述第二视镜(83)和所述球阀(84)后与自所述压缩机的吸气口引出的管线相连接，且所述引射泵的高压接入端与自所述二次油分离器的油分进口引出的管线相连接。

4.根据权利要求1所述的带蓄冰蓄热功能的热源塔制冷供热节能设备，其特征在于：所述蓄冰液换热系统(9)包括载冷剂泵(91)和蓄冰装置(92)，所述载冷剂泵一端通过蓄冰液管与所述蓄冰液出口相连，另一端通过蓄冰液管与所述蓄冰装置一端相连，所述蓄冰装置另一端通过蓄冰液管与所述蓄冰液进口相连。