CN216307936U - 离子溶液三循环耦合低温供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，包括低温采热子系统、热泵供能子系统、增焓再生子系统，低温采热子系统设有离子溶液采热循环回路，热泵供能子系统设有离子溶液供能循环回路，增焓再生子系统设有离子溶液再生循环回路。低温采热子系统与增焓再生子系统之间通过离子溶液再生循环回路相互接通，增焓再生子系统通过离子溶液再生循环回路对低温采热子系统供输再生离子溶液，低温采热子系统与热泵供能子系统之间通过离子溶液供能循环回路相互接通，低温采热子系统通过离子溶液供能循环回路对热泵供能子系统传递热量，本实用新型通过热泵机组输入少量电能便可以实现冰点以下低温热能向高温位转移，实现建筑供暖、供热的需求。

Description

离子溶液三循环耦合低温供热系统

技术领域

本实用新型涉及供热设备技术领域，尤其涉及一种离子溶液三循环耦合低温供热系统。

背景技术

随着我国经济的高速发展和气候的不规律变化，南方冬季“低温高湿”地区供暖供热需求会逐渐增长起来，由于传统供暖方式不科学、设备能效低，能源没有合理的利用而遭到极大的浪费，低温供热技术应运而生。

针对我国南方冬季低温高湿的气候特点，空气中蕴含了大量由太阳能转换而成的低温位热能，由于湿球温度高，空气中低品位能源储藏巨大，但是，低于冰点的低温位热能正成为传统窄带空气源热泵的有害低温热源，造成换热器结霜、阻塞空气流通，频繁融霜导致空气源热泵不能正常工作，而高品位电热能、燃油锅炉、燃煤锅炉等能耗极高且污染环境。开发基于低温位空气能源的离子溶液三循环耦合低温供热技术是解决城市建筑给供暖的最佳解决方案，其原理是利用低于冰点载体介质，通过能源塔循环喷淋的方式，高效提取冰点以下的空气热能，对热泵机组输入少量高品位能源，实现冰点以下低温热能向高温位转移，避免了传统窄带空气源热泵频繁化霜。

众所周知地源热泵节能环保，但是能够适应地源热泵的地质条件受到很大的制约，我国南方省市经济发展迅速，城市中心是能耗大户，土地紧张，地源热泵没有立足之地。喷淋塔热泵适合于南方任何山区及城市中心地区域内推广喷淋塔技术，所带来的经济效益十分显著。

而现有空气源热泵供热系统在零度以下低温高湿环境运行时，设备易结霜、换热性能差、无法正常连续工作，并且地源、水源热泵受自然环境制约严重，如地质条件限制、地下水与地表水限制等，另外，电能、燃油、燃煤锅炉等能耗高、污染严重。

实用新型内容

针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种离子溶液三循环耦合低温供热系统及使用方法，通过热泵机组输入少量的电能，便可以实现冰点以下低温热能向高温位转移，避免了空气源热泵频繁化霜及地源热泵受用地条件限制，实现建筑供暖、供热的需求，并且高效节能，有助于防结霜，并且工作温区宽泛、不受地理因素限制。

本实用新型提供一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，包括：

低温采热子系统，内部设有离子溶液采热循环回路，用于向环境空气采集热量，实现离子溶液的储能；

热泵供能子系统，内部设有离子溶液供能循环回路，用于向热泵机组供能，实现对外供热；

增焓再生子系统，内部设有离子溶液再生循环回路，用于浓缩再生离子溶液，为所述低温采热子系统提供再生离子溶液；

其中，低温采热子系统设有离子溶液采热循环回路，热泵供能子系统设有离子溶液供能循环回路，增焓再生子系统设有离子溶液再生循环回路。低温采热子系统与增焓再生子系统之间通过离子溶液再生循环回路相互接通，增焓再生子系统通过离子溶液再生循环回路对低温采热子系统供输再生离子溶液，低温采热子系统与热泵供能子系统之间通过离子溶液供能循环回路相互接通，低温采热子系统通过离子溶液供能循环回路对热泵供能子系统传递热量。

根据本实用新型提供的一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，所述低温采热子系统包括喷淋塔，所述喷淋塔的内腔从上往下依次分布有第一风机、喷淋组件、波纹通道以及离子溶液，所述离子溶液采热循环回路的两端分别接通所述喷淋组件和所述喷淋塔底部的离子溶液，所述喷淋塔的侧壁设置有连通内腔的进风口，所述喷淋组件与所述进风口分居于所述波纹通道的上、下方。

根据本实用新型提供的一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，所述热泵供能子系统包括离子溶液供能循环回路、热泵工质循环回路、供热回路、第一换热器以及第二换热器，所述离子溶液供能循环回路接通于所述喷淋塔底部的离子溶液，收集热量后的储能离子溶液进入所述离子溶液供能循环回路内循环流动，所述离子溶液供能循环回路与所述热泵工质循环回路在所述第一换热器内相互热交换接触，所述热泵工质循环回路与所述供热回路在所述第二换热器内相互完成热交换接触。

根据本实用新型提供的一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，所述增焓再生子系统包括离子溶液再生循环回路、蒸发腔、电补热器和抽气管路，所述喷淋塔内腔与所述蒸发腔分别接通于所述离子溶液再生循环回路，以使离子溶液能在喷淋塔与蒸发腔之间循环流动，所述电补热器设置在所述蒸发腔内以加热蒸发腔内的离子溶液，所述抽气管路从顶部接通所述蒸发腔以抽取蒸发腔内的气体。

根据本实用新型提供的一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，所述热泵工质循环回路上设置有第一压缩机以及并联有若干个阀门组，通过所述第一压缩机驱使所述热泵工质循环回路内的冷媒工质流动，并通过若干个所述阀门组控制冷媒工质的流动方向，所述热泵供能子系统还包括第二风机，所述第二风机的出风口对应所述第二换热器。

根据本实用新型提供的一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，所述蒸发腔内设置有换热管组，换热管组的进水口接通所述抽气管路的输出端，所述抽气管路上设置有第二压缩机和单向阀，所述第二压缩机用于抽真空和压缩水蒸气，所述单向阀用于防止抽气管路中的水蒸气回流，起到保护第二压缩机的作用，所述换热管组的出水口延伸至所述蒸发腔的外部。

根据本实用新型提供的一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，还包括第三换热器和接通于所述换热管组出水口的排水管，所述排水管路上设置第六水泵，所述离子溶液再生循环回路包括稀释液管段和再生液管段，所述稀释液管段设置第五水泵，所述再生液管段设置第四水泵，所述喷淋塔内被稀释的离子溶液通过所述稀释液管段进入所述蒸发腔，所述蒸发腔内被浓缩再生的离子溶液通过所述再生液管段返回至所述喷淋塔，所述稀释液管段、再生液管段以及所述排水管在所述第三换热器内相互热交换接触。

根据本实用新型提供的一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，所述喷淋塔和所述蒸发腔内分别设置有用于监控离子溶液密度的第一密度传感器和第二密度传感器，所述第一密度传感器根据所述喷淋塔内的离子溶液密度阈值触发启动所述第五水泵，将喷淋塔内的稀释离子溶液输送至蒸发腔内，所述第二密度传感器根据所述蒸发腔内的离子溶液密度阈值触发启动所述第四水泵，将蒸发腔内的浓缩再生离子溶液输送至喷淋塔内，开通离子溶液再生循环回路，实现离子溶液的增焓浓缩再生。

根据本实用新型提供的一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，所述喷淋塔和所述第二换热器内分别设置有用于监控离子溶液温度的第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器根据所述喷淋塔内的离子溶液温度阈值触发启动所述第一水泵，开通离子溶液采热循环回路，实现离子溶液低温采热，所述第二温度传感器根据所述第二换热器内的离子溶液温度阈值触发启动第二水泵，开通离子溶液热泵供能循环回路，实现离子溶液的热泵供能。

本实用新型还提供一种基于上述的离子溶液三循环耦合低温供热系统的使用方法：

启动低温采热子系统时，通过运行离子溶液采热循环回路把喷淋塔底部的离子溶液抽送到喷淋组件，离子溶液通过喷淋组件向下喷洒并顺着波纹通道自上而下流动，同时启动第一风机并通过进风口吸入外部环境空气，促使环境空气在喷淋塔内自下而上流动并与波纹通道内的离子溶液进行相互逆流的热交换，以使离子溶液吸收外部环境空气中的热量；

启动热泵供能子系统时，通过运行离子溶液供能循环回路，将热量传递给热泵工质循环回路，最后传递给供热回路，热泵工质循环回路通过第一换热器吸收离子溶液供能循环回路中离子溶液的热量、并通过第二换热器把热量传递给供热回路，通过供热回路对外输出热能；

启动增焓再生子系统时，通过运行离子溶液再生循环回路，启动第五水泵，通过稀释液管段把喷淋塔内的被稀释的离子溶液输送到蒸发腔，启动电补热器加热离子溶液，启动第二压缩机，通过抽气管路抽取蒸发腔的内部空气以降低蒸发腔的内部气压，促使蒸发腔内部的离子溶液沸腾，通过沸腾产生的蒸汽分离出离子溶液中的水分，以浓缩再生离子溶液，蒸汽上升后通过抽气管路抽出，蒸汽进入压缩机经压缩增焓后返回换热管组，实现对蒸汽余热的回收利用，通过运行离子溶液再生循环回路的再生液管段把浓缩再生后的离子溶液输送回喷淋塔。

本实用新型提供的一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，通过低温采热子系统内循环运动的离子溶液收集空气环境中储存的大量低品位能源，然后低温采热子系统通过离子溶液供能循环回路对热泵供能子系统传递收集到的热量，使热泵供能子系统能通过与低温采热子系统的热交换接触收集离子溶液的热量，从而热泵供能子系统可以把低温采热子系统收集到的热能对外移至终端用户场景，实现建筑供暖、供热等；低温采热子系统与增焓再生子系统之间接通有离子溶液再生循环回路，当低温采热子系统内的离子溶液经过循环采热被稀释后，可以通过离子溶液再生循环回路输送至增焓再生子系统，被稀释的离子溶液经过增焓再生子系统的浓缩再生后，可以通过离子溶液再生循环回路返回至低温采热子系统，从而可以确保整套供热系统稳定、可靠运行；本实用新型在使用过程中，仅需要通过热泵机组输入少量的电能，便可以实现冰点以下低温热能向高温位转移，有助于避免空气源热泵频繁化霜及地源热泵受用地条件限制，便于实现建筑供暖、供热的需求，具备高效节能，有助于防结霜，并且工作温区宽泛、不受地理因素限制的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的整体结构示意图之一；

图2是本实用新型的整体结构示意图之二；

图3是本实用新型的整体结构示意图之三。

附图标记：

100:离子溶液；

1:低温采热子系统；

1-1:离子溶液采热循环回路；1-2:喷淋塔；1-3:第一风机；1-4:喷淋组件；1-5:波纹通道；1-6:进风口；1-7:出风口；1-8:第一水泵；

2:热泵供能子系统；

2-1:离子溶液供能循环回路；2-2:热泵工质循环回路；2-3:供热回路；2-4:第一换热器；2-5:第二换热器；2-6:第一压缩机；2-7:第二风机；2-8:第一支路；2-9:第二支路；2-10:第一阀门；2-11:第二阀门； 2-12:第三阀门；2-13:第四阀门；2-14:节流阀；2-15:第二水泵；2-16: 第三水泵；

3:增焓再生子系统；

3-1:离子溶液再生循环回路；3-2:第三换热器；3-3:蒸发腔；3-4: 电补热器；3-5:抽气管路；3-6:换热管组；3-7:排水管；3-8:第二压缩机；3-9:单向阀；3-10:稀释液管段；3-11:再生液管段；3-12:第四水泵； 3-13:第五水泵；3-14:第六水泵。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1至图3描述本实用新型的一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，包括：低温采热子系统1、热泵供能子系统2、增焓再生子系统3，低温采热子系统1的内部装载有离子溶液100，低温采热子系统1内部设有离子溶液采热循环回路1-1，低温采热子系统 1用于向环境空气采集热量，热泵供能子系统2内部设有离子溶液供能循环回路2-1，热泵供能子系统2用于吸收离子溶液的储存能量，实现对外供热，增焓再生子系统3内部设有离子溶液再生循环回路 3-1，增焓再生子系统3用于浓缩再生离子溶液，为低温采热子系统1 提供再生离子溶液，其中，低温采热子系统1与热泵供能子系统2之间通过离子溶液供能循环回路完成离子溶液能量交换，低温采热子系统1与增焓再生子系统3之间通过离子溶液再生循环回路3-1完成离子溶液物质交换。工作时，低温采热子系统1通过离子溶液采热循环回路，完成循环运动的离子溶液与环境空气的逆流热质交换，收集环境空气中的热量，低温采热子系统1通过离子溶液供能循环回路2-1 对热泵供能子系统2传递收集到的热量，增焓再生子系统3通过离子溶液再生循环回路3-1对低温采热子系统1供输经浓缩的再生离子溶液。

本实施例中，通过低温采热子系统1内循环运动的离子溶液100 收集空气环境中储存的大量低品位能源，然后由于低温采热子系统1 通过离子溶液供能循环回路2-1对热泵供能子系统2传递收集到的热量，使热泵供能子系统2能通过与低温采热子系统1的热交换接触收集离子溶液100的热量，从而热泵供能子系统2可以把低温采热子系统1收集到的热能对外移至终端用户场景，实现建筑供暖、供热等；由于低温采热子系统1与增焓再生子系统3之间接通有离子溶液再生循环回路3-1，当低温采热子系统1内的离子溶液经过循环采热被稀释后，可以通过离子溶液再生循环回路3-1输送至增焓再生子系统3，被稀释的离子溶液经过增焓再生子系统3的浓缩再生后，可以通过离子溶液再生循环回路3-1返回至低温采热子系统1，从而可以确保整套供热系统稳定、可靠运行；本实用新型在使用过程中，仅需要通过热泵机组输入少量的电能，便可以实现冰点以下低温热能向高温位转移，有助于避免空气源热泵频繁化霜及地源热泵受用地条件限制，便于实现建筑供暖、供热的需求，具备高效节能，有助于防结霜，并且工作温区宽泛、不受地理因素限制的优点。

具体地，离子溶液再生循环回路3-1内通过安装第四水泵3-12和第五水泵3-13驱使离子溶液在低温采热子系统1与增焓再生子系统3 之间流动。

作为对本实施例的可选具体方案，结合图1和图2所示，低温采热子系统1包括喷淋塔1-2和离子溶液采热循环回路1-1，喷淋塔1-2 的内腔从上往下依次分布有第一风机1-3、喷淋组件1-4、波纹通道 1-5以及离子溶液，离子溶液采热循环回路1-1的上端接通喷淋组件 1-4，下端接通喷淋塔1-2底部的离子溶液，喷淋塔1-2的侧壁开有连通内腔的进风口1-6，喷淋组件1-4与进风口1-6分居于波纹通道1-5 的上方和下方。

上述可选方案中，低温采热子系统1运行时，通过第一水泵1-8 驱使离子溶液采热循环回路1-1运行，利用离子溶液采热循环回路1-1 抽取喷淋塔1-2底部的离子溶液，并把离子溶液向上输送给喷淋组件1-4，然后利用喷淋组件1-4把离子溶液向下喷洒，让离子溶液向下进入波纹通道1-5，并在顺着波纹通道1-5的延伸方向自上而下流动，与此同时，启动第一风机1-3，利用第一风机1-3驱使喷淋塔1-2的内部空气向上流动，此时外部的环境空气便可以通过进风口1-6进入喷淋塔1-2的内腔，促使环境空气在喷淋塔1-2内自下而上地流动，从而可以让离子溶液与环境空气在波纹通道1-5内相互逆流并热交换，实现利用离子溶液收集空气环境中储存的大量低品位热量，因此空气中的低品位能量可以传递给低温的离子溶液，让低温采热子系统1完成离子溶液采热循环。

需要说明的是，由于所述喷淋组件1-4与进风口1-6分居于波纹通道1-5的上方和下方，因此可以有助于环境空气与离子溶液相互逆向地流动接触，实现两种介质的热交换。

可选地，波纹通道1-5的数量为多个并且呈横向排列分布，因此向下喷洒的离子溶液可以同时通过多个波纹通道1-5向下分散流动，有效扩大离子溶液与环境空气的接触面积，热交换面积增大，从而换热效果更加充分。

可选地，波纹通道1-5为曲折的延伸轨迹，故可以增大离子溶液的流动行程，从而可以增加离子溶液与环境空气的接触时长，让换热效果更加充分。

可选地，喷淋塔1-2的顶部开设有对应于第一风机1-3的出风口 1-7，以便于空气向上流出，实现环境空气可以在喷淋塔1-2内自下而上地流动。

可选地，喷淋组件1-4优先采用轴流实心喷嘴，喷嘴角度120度，喷嘴压力0.5-1.5bar，另外，波纹通道1-5的波纹板与喷淋塔1-2的塔轴之间构成的角度为30或45度，波纹通道1-5的孔径尺寸为 4mm-6mm。

作为对本实施例的可选具体方案，如图3所示，热泵供能子系统 2包括离子溶液供能循环回路2-1、热泵工质循环回路2-2、供热回路 2-3、第一换热器2-4以及第二换热器2-5，离子溶液供能循环回路2-1 接通于喷淋塔1-2底部的离子溶液，收集热量后的储能离子溶液进入离子溶液供能循环回路2-1内循环流动，离子溶液供能循环回路2-1 与热泵工质循环回路2-2在第一换热器2-4内相互热交换接触，热泵工质循环回路2-2与供热回路2-3在第二换热器2-5内相互热交换接触。

当喷淋塔1-2内的离子溶液采集足够的热量后，通过第二水泵 2-15运行离子溶液供能循环回路2-1，让喷淋塔1-2底部的离子溶液进入离子溶液供能循环回路2-1并循环流动，由于离子溶液供能循环回路2-1与热泵工质循环回路2-2在第一换热器2-4内相互热交换，因此热泵工质循环回路2-2可以通过离子溶液供能循环回路2-1获取低温采热子系统1收集到的热量，同时由于热泵工质循环回路2-2与供热回路2-3在第二换热器2-5内相互热交换接触，因此热泵工质循环回路2-2获取到的热量可以传递给供热回路2-3，在第三水泵2-16 的循环驱动下，供热回路2-3便可以把热能向外传递，实现向外供暖、供热，满足用热需要。

可选地，离子溶液供能循环回路2-1的下端口接通于喷淋塔1-2 底部的离子溶液100，离子溶液供能循环回路2-1的上端口接通喷淋塔1-2的内腔并且位于波纹通道1-5的上方，从而离子溶液经过换热后可以通过离子溶液供能循环回路2-1的上端口返回喷淋塔1-2的内腔，并且重新落入波纹通道1-5向下流动，实现离子溶液的循环换热。

作为对本实施例的可选具体方案，如图3所示，增焓再生子系统 3包括蒸发腔3-3、电补热器3-4和抽气管路3-5，喷淋塔1-2内腔与蒸发腔3-3分别接通于离子溶液再生循环回路3-1，以使离子溶液能在喷淋塔1-2与蒸发腔3-3之间循环流动，电补热器3-4设置在蒸发腔3-3内，实现对热蒸发腔3-3内的离子溶液的补热和预热功能，抽气管路3-5从顶部接通蒸发腔3-3以抽取蒸发腔3-3内的蒸汽，蒸汽进入压缩机经压缩3-8增焓后返回换热管组3-1，实现对蒸汽余热的回收利用。

具体地，抽气管路3-5上设置有单向阀3-9，蒸汽经过第二压缩机3-8的压缩后再流过单向阀3-9，从而防止蒸汽逆流。当喷淋塔1-2 内的离子溶液长时间与环境空气中的水分接触后，会造成离子溶液被稀释，吸热效果会逐渐下降，通过运行离子溶液再生循环回路3-1可以把喷淋塔1-2内的被稀释的离子溶液输送到蒸发腔3-3内，然后利用电补热器3-4对离子溶液加热，同时结合利用抽气管路3-5抽取蒸发腔3-3的内部空气以降低蒸发腔3-3的内部气压，促使蒸发腔3-3 内部的离子溶液沸腾，通过沸腾产生的蒸汽分离出离子溶液中的水分，便可以浓缩再生离子溶液，蒸汽上升后通过抽气管路3-5被抽出，再经换热管组3-6冷凝后排出。通过运行离子溶液再生循环回路3-1把浓缩再生后的离子溶液输送回喷淋塔1-2，从而便可以恢复喷淋塔1-2 内的离子溶液浓度，确保离子溶液的采热功能和吸热效果。

作为对本实施例的可选具体方案，如图3所示，热泵工质循环回路2-2上设有第一压缩机2-6以及并联有若干个阀门组，通过第一压缩机2-6驱使热泵工质循环回路2-2内的冷媒工质流动，并通过并联的若干个阀门组控制冷媒工质的流动方向，热泵供能子系统2还包括第二风机2-7，第二风机2-7的出风口对应第二换热器2-5。

使用时，通过启动第一压缩机2-6驱使热泵工质循环回路2-2内的冷媒工质流动，并通过并联的各个阀门组控制冷媒工质的流动方向，让第一压缩机2-6的输出端连通第二换热器2-5、输入端连通第一换热器2-4，即第一换热器2-4作为蒸发器，第二换热器2-5作为冷凝器，当冷媒工质在第一换热器2-4处完成与离子溶液的热交换后，离子溶液的热量传递给冷媒工质，然后经过第一压缩机2-6的增压后输出至第二换热器2-5，并在第二换热器2-5处冷凝放热，最后通过运行的供热回路2-3把热能向外传递，实现向外供暖、供热，实现热泵的冬季供热功能。相反，也可以通过并联的各个阀门组控制冷媒工质反方向流动，让第一压缩机2-6的输出端接通第一换热器2-4，输入端连通第二换热器2-5，即第一换热器2-4作为冷凝器，第二换热器 2-5作为蒸发器，由于第二风机2-7的出风口对应第二换热器2-5，通过启动第二风机2-7对第二换热器2-5送风，流动的冷媒工质在第二换热器2-5处通过蒸发吸收送风的热量，以使送出的风为低温冷风，最终将低温冷风输送至建筑物供冷、热敏性物质低温烘干、果蔬保鲜等应用场景，完成夏季制冷功能。因此不但可以实现冬季供热功能，也可以实现夏季制冷功能，实用性更强。

具体地，热泵工质循环回路2-2上并联有第一支路2-8和第二支路2-9，第一支路2-8上串接有第一阀门2-10和第二阀门2-11，第二支路2-9上串接有第三阀门2-12和第四阀门2-13，第一压缩机2-6 的输入端接通于第一支路2-8并连接在第一阀门2-10与第二阀门2-11 之间，第一压缩机2-6的输出端接通于第二支路2-9并连接在第三阀门2-12与第四阀门2-13之间。

使用时，可以通过关闭第二阀门2-11和第三阀门2-12，并打开第一阀门2-10和第四阀门2-13，实现第一压缩机2-6的输出端连通第二换热器2-5、输入端连通第一换热器2-4，从而控制冷媒工质的流动方向，实现冬季供热功能；相反，可以通过打开第二阀门2-11和第三阀门2-12，并关闭第一阀门2-10和第四阀门2-13，实现第一压缩机2-6的输出端接通第一换热器2-4，输入端连通第二换热器2-5，从而控制冷媒工质反方向流动，实现夏季制冷功能。

具体地，热泵工质循环回路2-2上设有节流阀2-14，节流阀2-14 串接在第一换热器2-4和第二换热器2-5之间。

作为对本实施例的可选具体方案，如图3所示，蒸发腔3-3内设置有换热管组3-6，换热管组3-6的进水口接通所述抽气管路3-5的输出端，抽气管路3-5上设置有第二压缩机3-8，换热管组3-6的出水口延伸至蒸发腔3-3的外部。还包括第三换热器3-2和接通于换热管组3-6出水口的排水管3-7，离子溶液再生循环回路3-1包括稀释液管段3-10和再生液管段3-11，稀释液管段3-10内的离子溶液通过第五水泵3-13驱动运行，再生液管段3-11内的离子溶液通过第四水泵3-12驱动运行，喷淋塔1-2内被稀释的离子溶液通过稀释液管段 3-10进入蒸发腔3-3，蒸发腔3-3内被浓缩再生的离子溶液通过再生液管段3-11返回至喷淋塔1-2，稀释液管段3-10、再生液管段3-11 以及排水管3-7在第三换热器3-2内相互热交换接触。

蒸发腔3-3内蒸发产生的二次蒸汽进入抽气管路3-5后，在第二压缩机3-8的作用下进入换热管组3-6，蒸汽经由换热管组3-6与蒸发腔3-3内的稀释液进行热交换，从而蒸汽在换热管组3-6内形成冷凝水，产生的冷凝水进入排水管3-7，并在第三换热器3-2内与稀释液管段3-10和再生液管段3-11相互热交换，在第六水泵3-14的驱动下，被冷却后的冷凝水通过排水管3-7向外排出。由于稀释液管段3-10、再生液管段3-11以及排水管3-7在第三换热器3-2内相互热交换接触，因此可以充分回收热量。

作为对本实施例的可选具体方案，喷淋塔1-2和所述蒸发腔3-3 内分别设置有用于监控离子溶液密度的第一密度传感器和第二密度传感器，第一密度传感器根据喷淋塔1-2内的离子溶液密度阈值触发启动第五水泵3-13，第二密度传感器根据蒸发腔3-3内的离子溶液密度阈值触发启动第四水泵3-12，完成离子溶液再生循环回路的稳定运转，因此可以通过离子溶液的密度参数将低温采热循环和增焓再生循环进行耦合，当第一密度传感器测量值低于预定值时，控制稀释的离子溶液进入增焓再生子系统3，当第二密度传感器测量值达到预定值后，控制浓缩再生的离子溶液返回低温采热子系统2，通过对第一密度传感器和第二密度传感器检测数据的配合使用，实现离子溶液在低温采热子系统2和增焓再生子系统3之间往复循环，完成离子溶液再生任务，从而可以实现整个系统的自动化，使用更为方便。

作为对本实施例的可选具体方案，喷淋塔1-2和所述蒸发腔3-3 内分别设置有用于监控离子溶液温度的第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器根据喷淋塔1-2内的离子溶液温度阈值触发启动第一水泵1-8，开通离子溶液采热循环回路1-1，实现离子溶液低温采热，第二温度传感器根据蒸发腔3-3内的离子溶液温度阈值触发启动第二水泵2-15，开通离子溶液热泵供能循环回路，实现离子溶液的热泵供能。

因此可以通过离子溶液的温度参数将低温采热循环和热泵供能循环进行耦合。开启热泵供能子系统2，压缩机冷媒工质循环过程吸收离子溶液储存的热量，当第一温度传感器测量值偏离预定值时，调整离子溶液采热循环流量，进而控制采热离子溶液温度，直至第一温度传感器的测量温度达到预设值，当第二温度传感器测量数据低于预设值时，调整离子溶液供能循环流量，进而控制供能离子溶液温度，直至第二温度传感器的测量温度达到预设值，最终可以实现整个系统的自动化，使用更为方便。

具体地，离子溶液进出第一换热器2-4的温度差在2-4℃范围，温差太大，溶液有结晶风险，同时会进一步降低热泵蒸发温度、降低机组能能效比，温差若太小，需求配置低的换热器会很大，且需要配置较大的动力水泵维持溶液在超大流量运转，增加泵设备功率。

具体地，第三换热器3-2为三介质换热器，被稀释的低温离子溶液可以为浓缩再生的离子溶液和冷凝水进行逆流换热，高效回收热流体的显热热量，第三换热器3-2选用板式或管壳式，当采用管壳式时，稀释液冷流体在壳程，再生液和冷凝水热流体在管程。

具体地，第二压缩机3-8优选单螺杆或罗茨型式水蒸气压缩机，可在10-50Hz范围内变频操作，对处理量进行无极调节；单向阀3-9 安装在第二压缩机3-8的出口管路上，可以避免第二压缩机3-8停机后反转，确保压缩机3-8稳定安全运转。

具体地，蒸发腔3-3内的换热管组3-6采用盘管型式或列管型式，当蒸发量小于100kg/h时，可选择盘管型式或列管型式，当蒸发量大于100kg/h时，优先选用列管型式，换热管直径优先选用20-38mm之间。

具体地，离子溶液可选择有机或无机盐溶液，比如溴化锂、氯化锂、硝酸钠、硝酸铵、碳酸钾、甲酸钾、甲酸铵、醋酸甲、乙酸甲、乙酸铵、氯化钾、甲酸铵、氯化钙等离子溶液。

本实施例还提供一种基于上述的离子溶液三循环耦合低温供热系统的使用方法：

启动低温采热子系统1时，通过运行离子溶液采热循环回路1-1 把喷淋塔1-2底部的离子溶液抽送到喷淋组件1-4，离子溶液通过喷淋组件1-4向下喷洒并顺着波纹通道1-5自上而下流动，同时启动第一风机1-3并通过进风口1-6吸入外部环境空气，促使环境空气在喷淋塔1-2内自下而上流动并与波纹通道1-5内的离子溶液进行相互逆流的热交换，以使离子溶液吸收外部环境空气中的热量；

启动热泵供能子系统2时，通过运行离子溶液供能循环回路2-1，将热量传递给热泵工质循环回路2-2，最后传递给供热回路2-3，热泵工质循环回路2-2通过第一换热器2-4吸收离子溶液供能循环回路2-1 中离子溶液的热量、并通过第二换热器2-5把热量传递给供热回路2-3，通过供热回路2-3对外输出热能；

启动增焓再生子系统3时，通过运行离子溶液再生循环回路3-1，启动第五水泵3-13，通过稀释液管段3-10把喷淋塔1-2内的被稀释的离子溶液输送到蒸发腔3-3，启动电补热器3-4加热离子溶液，启动第二压缩机3-8，通过抽气管路3-5抽取蒸发腔3-3的内部空气以降低蒸发腔3-3的内部气压，促使蒸发腔3-3内部的离子溶液沸腾，通过沸腾产生的蒸汽分离出离子溶液中的水分，以浓缩再生离子溶液，蒸汽上升后通过抽气管路3-5抽出，蒸汽进入压缩机经压缩3-8增焓后返回换热管组3-1，实现对蒸汽余热的回收利用，通过运行离子溶液再生循环回路3-1的再生液管段3-11把浓缩再生后的离子溶液输送回喷淋塔1-2。

本实施例的使用方法仅需要通过热泵机组输入少量的电能，便可以实现冰点以下低温热能向高温位转移，有助于避免空气源热泵频繁化霜及地源热泵受用地条件限制，便于实现建筑供暖、供热的需求，具备高效节能，有助于防结霜，并且工作温区宽泛、不受地理因素限制的优点。

以下为本实用新型的项目案例：

以南京地区某建筑物1MW低温供热机组项目需求为例，进行说明。

南京属于北亚热带湿润气候，四季分明，雨水充沛，常年平均降雨117天，平均降雨量1106.5毫米，相对湿度76％，无霜期237天，每年6月下旬到7月上旬为梅雨季节。年平均温度15.4℃，年极端气温最高39.7℃，最低-13.1℃，年平均降水量1106毫米。

低温采热子系统1的实施如下：

喷淋塔1-2的送风与出风温差控制在3-5℃，例如送风温度为-5℃，出风温度为-8～-10℃。

离子溶液采热循环回路1-1内的第一水泵1-8流量为250-300m3/h，扬程优选10-15米，第一风机1-3的流量优选为400000-500000m3/h，压升优选为50-150Pa。

喷淋塔1-2的喷淋组件1-4采用超大通径防堵塞，选用轴流实心锥体喷嘴，喷嘴角度120度，喷嘴压力为0.5-1.5bar；

波纹通道1-5是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴相互成30或45度的夹角。

波纹通道1-5垂直装于塔内，相邻两盘填料成90°排列，波纹板片上冲压有5mm左右小孔，的换热面积优选为1800-2200㎡，各盘填料起到粗分配液体和横向混合作用。

热泵供能子系统2的实施如下：

优选地，离子溶液进出第一换热器2-4的温差在1-3℃，离子溶液供能循环回路2-1内的第四水泵2-15的流量优选250-400m3/h。

优选地，离子溶液优选冰点温度在-20℃以下。

优选地，供能的离子溶液温度比大气环境低2-4℃，例如当地大气环境-5℃，供能离子溶液温度为-7～-9℃。

第一换热器2-4为热泵蒸发器，蒸发温度比供能离子溶液温度低 2～4℃，例如供能离子溶液温度为-8℃，冷媒工质蒸发温度为-10～ -12℃；

第二换热器2-5为热泵冷凝器，冷凝温度比供热管网热水温度高 3-6℃，例如热水温度为45℃，冷凝温度为48-51℃。

所述第一换热器2-4和第二换热器2-5优选采用板式或管壳式，第一换热器2-4换热面积优选100-150m²，第二换热器2-5换热面积优选100-150m²。

第一压缩机2-6选用螺杆式，冷媒工质优选R22。

增焓再生子系统3的实施如下：

增焓再生子系统3内蒸发腔3-3的蒸发水量优选100-150kg/h，蒸发温度优选90-100℃。

第二压缩机3-8为单螺杆或罗茨型式，优选单螺杆型式，压缩机温升优选13-17℃，采用冷凝水喷水润滑、降温，喷水量为 1000-1500L/h。

蒸发腔3-3内的电补热器3-4起到的作用是，在开机前将离子溶液预热至蒸发温度，在运行时起到补热功能，提供热量以维持系统稳定运行。

单向阀3-9采用弹簧型式，开启压力优选10-20kpa，安装方式优选为竖直管路，上进下出方式，流通面积为所在管路面积的1.1-1.3 倍。

蒸发腔3-3内的换热管组3-6的换热面积优选在10-15m²。

蒸发腔3-3内的换热管组3-6采用盘管型式或列管型式，当时蒸发量小于100kg/h时，可选择盘管型式或列管型式，换热管直径优先选用20-38mm之间。

第三换热器3-2为三介质换热器，稀释液冷流体分别为再生液热流体和冷凝水热流体进行逆流传热，高效回收热流体显热热量。

第三换热器3-2选用板式或管壳式，当采用管壳式时，稀释液冷流体在壳程，再生液和冷凝水热流体在管程。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种离子溶液三循环耦合低温供热系统，其特征在于，包括：

低温采热子系统，内部设有离子溶液采热循环回路，用于向环境空气采集热量，实现离子溶液的储能；

热泵供能子系统，内部设有离子溶液供能循环回路，用于向热泵机组供能，实现对外供热；

增焓再生子系统，内部设有离子溶液再生循环回路，用于浓缩再生离子溶液，为所述低温采热子系统提供再生离子溶液；

其中，所述低温采热子系统与所述热泵供能子系统通过所述离子溶液供能循环回路相互接通，所述低温采热子系统与所述增焓再生子系统之间通过所述离子溶液再生循环回路相互接通，所述低温采热子系统通过循环运动的离子溶液与环境空气的接触收集空气环境中的热量，所述低温采热子系统通过所述离子溶液供能循环回路对所述热泵供能子系统传递收集到的热量，所述低温采热子系统通过所述离子溶液再生循环回路对所述增焓再生子系统输送被稀释的离子溶液，所述增焓再生子系统通过所述离子溶液再生循环回路对所述低温采热子系统供输经浓缩再生的离子溶液。

2.根据权利要求1所述的离子溶液三循环耦合低温供热系统，其特征在于，所述低温采热子系统包括离子溶液采热循环回路、喷淋塔，所述喷淋塔的内腔从上往下依次分布有第一风机、喷淋组件、波纹通道以及离子溶液，所述离子溶液采热循环回路的两端分别接通所述喷淋组件和所述喷淋塔底部的离子溶液，所述喷淋塔的侧壁设置有连通内腔的进风口，所述喷淋组件与所述进风口分居于所述波纹通道的上、下方。

3.根据权利要求2所述的离子溶液三循环耦合低温供热系统，其特征在于，所述热泵供能子系统包括离子溶液供能循环回路、热泵工质循环回路、供热回路、第一换热器以及第二换热器，所述离子溶液供能循环回路接通于所述喷淋塔底部的离子溶液，收集热量后的储能离子溶液进入所述离子溶液供能循环回路内循环流动，所述离子溶液供能循环回路与所述热泵工质循环回路在所述第一换热器内相互热交换接触，所述热泵工质循环回路与所述供热回路在所述第二换热器内完成热交换。

4.根据权利要求2所述的离子溶液三循环耦合低温供热系统，其特征在于，所述增焓再生子系统包括离子溶液再生循环回路、蒸发腔、电补热器和抽气管路，所述喷淋塔内腔与所述蒸发腔分别接通于所述离子溶液再生循环回路，以使离子溶液能在喷淋塔与蒸发腔之间循环流动，所述电补热器设置在所述蒸发腔内以加热蒸发腔内的离子溶液，所述抽气管路从顶部接通所述蒸发腔以抽取蒸发腔内的气体。

5.根据权利要求3所述的离子溶液三循环耦合低温供热系统，其特征在于，所述热泵工质循环回路上设置有第一压缩机以及并联有若干个阀门组，通过所述第一压缩机驱使所述热泵工质循环回路内的冷媒工质流动，并通过若干个所述阀门组控制冷媒工质的流动方向，所述热泵供能子系统还包括第二风机，所述第二风机的出风口对应所述第二换热器。

6.根据权利要求4所述的离子溶液三循环耦合低温供热系统，其特征在于，所述蒸发腔内设置有换热管组，换热管组的进水口接通所述抽气管路的输出端，所述抽气管路上设置有第二压缩机、单向阀，换热管组的出水口延伸至所述蒸发腔的外部。

7.根据权利要求6所述的离子溶液三循环耦合低温供热系统，其特征在于，还包括第三换热器和接通于所述换热管组出水口的排水管，所述离子溶液再生循环回路包括稀释液管段和再生液管段，所述喷淋塔内被稀释的离子溶液通过所述稀释液管段进入所述蒸发腔，所述蒸发腔内被浓缩再生的离子溶液通过所述再生液管段返回至所述喷淋塔，所述稀释液管段、再生液管段以及所述排水管在所述第三换热器内相互热交换接触。

8.根据权利要求4所述的离子溶液三循环耦合低温供热系统，其特征在于，所述喷淋塔和所述蒸发腔内分别设置有用于监控离子溶液密度的第一密度传感器和第二密度传感器，所述第一密度传感器根据所述喷淋塔内的离子溶液密度阈值触发启动第五水泵，将喷淋塔内的稀释离子溶液输送至蒸发腔内，所述第二密度传感器根据所述蒸发腔内的离子溶液密度阈值触发启动第四水泵，将蒸发腔内的浓缩再生离子溶液输送至喷淋塔内，开通离子溶液再生循环回路，实现离子溶液的增焓浓缩再生。

9.根据权利要求3所述的离子溶液三循环耦合低温供热系统，其特征在于，所述喷淋塔和所述第二换热器内分别设置有用于监控离子溶液温度的第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器根据所述喷淋塔内的离子溶液温度阈值触发启动第一水泵，开通离子溶液采热循环回路，实现离子溶液低温采热，所述第二温度传感器根据所述第一换热器内的离子溶液温度阈值触发启动第二水泵，开通离子溶液热泵供能循环回路，实现离子溶液的热泵供能。

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