基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，包括制冷剂回路，溶液回路，真空维持回路，空气回路。本发明充分利用了在真空下溶液沸点降低的特性进行溶液再生，实现利用一套制冷系统的冷凝热量和蒸发冷量为溶液的再生提供再生热源和凝结冷量，并可实现对溶液再生速率和溶液再生浓度的灵活可调，同时通过空气回路中翅片管换热器中的工作压力可调，实现制冷系统的蒸发温度可调，从而在使该装置紧凑，灵活方便的同时，具有更高的溶液再生效率，提高了系统能效。
【专利说明】基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于制冷空调系统设计和制造领域，涉及一种利用在真空下溶液沸点较低的特性，基于溶液真空沸腾并可实现水分凝结可控的溶液再生装置。
[0003]【背景技术】
[0004]热源塔热泵系统在冬季制热运行时，利用溶液在热源塔中与空气换热，在这过程中，由于空气中水蒸汽与溶液表面的水蒸汽存在分压力差，空气中的水分将进入溶液，使溶液的浓度变稀，溶液的冰点将上升，为了保证系统运行的安全可靠，需要将溶液从空气中吸入的水分从溶液中排出，提高溶液的浓度，即实现溶液的再生。
[0005]在夏热冬冷地区，热源塔热泵克服了现有的常规建筑冷热源方案的各种不足，同时具有节能高效的特点，在该地区具有广大的应用前景。除了应用于新建建筑外，对既有建筑的节能改造，也是热源塔热泵系统应用的重点。而在既有建筑改造过程中，由于机组已经固定，难以改动，所以必须单独设置热源塔的溶液再生装置，这就对溶液再生装置的使用灵活方便提出了要求，而溶液再生需要外界提供热量，溶液再生装置的高效又影响热源塔热泵系统的效率，同时，溶液再生装置的再生速度和效率制约着热源塔热泵系统的应用规模。可见使用方便、灵活，再生速度快、再生效率高的溶液再生装置对提高热源塔热泵系统整体性能，保证系统安全可靠运行具有重要意义。
[0006]因此，如何解决热源塔热泵系统的溶液再生装置的使用方便、灵活，同时实现高效和高速的溶液再生等问题，设计出一种新型高效的溶液再生装置成为本领域技术人员迫切需要解决的技术 难题。
[0007]
【发明内容】
[0008]技术问题:本发明的目的是提供一种解决热源塔热泵系统在既有建筑改造中应用所提出的要求溶液再生装置紧凑、灵活，同时实现高效和高速溶液再生问题的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置。
技术方案:本发明的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，包括制冷剂回路，溶液回路，真空维持回路，空气回路；
制冷剂回路包括压缩机、溶液沸腾再生器、储液器、干燥过滤器、电子膨胀阀、翅片管换热器、气液分离器及其相关连接管道，溶液沸腾再生器也是溶液回路、真空维持回路和空气回路的构成部件，翅片管换热器也是空气回路的构成部件。
[0009]制冷剂回路中，压缩机的输出端与溶液沸腾再生器第一输入端连接，溶液沸腾再生器第一输出端与储液器的输入端连接，储液器的输出端通过干燥过滤器与电子膨胀阀的输入端连接，电子膨胀阀的输出端与翅片管换热器制冷剂输入端连接，翅片管换热器制冷剂输出端与气液分离器的输入端连接，气液分离器的输出端与压缩机的输入端连接。
[0010]溶液回路包括溶液沸腾再生器、溶液泵、热回收器、第二电磁阀、第三电磁阀及其相关连接管道。溶液回路中，机组的再生溶液进口端通过第二电磁阀与热回收器第一输入端连接，热回收器第一输出端与溶液沸腾再生器第二输入端连接，溶液沸腾再生器第二输出端与溶液泵的输入端连接，溶液泵的输出端与热回收器第二输入端连接，热回收器第二输出端经过第三电磁阀与机组的再生溶液出口端连接，溶液沸腾再生器上装有溶液温度传感器和溶液密度传感器。
[0011]真空维持回路包括溶液沸腾再生器、调压阀、调压罐、第一电磁阀、真空泵及其相关连接管道。真空维持回路中，溶液沸腾再生器调压端通过调压阀与调压罐输入端连接，调压罐输出端通过第一电磁阀与真空泵输入端连接，溶液沸腾再生器上装有用以测量其中压力的第一压力传感器。
[0012]空气回路包括通过连接管道依次连接的翅片管换热器、电动节流风阀、溶液沸腾再生器和大压头变频风机，大压头变频风机的空气出口与翅片管换热器的空气进口连接，构成一个循环回路，翅片管换热器凝结水输出端通过第四电磁阀接储水罐的输入端，储水罐输出端接第五电磁阀，在大压头变频风机和翅片管换热器之间的管路上设置有第二压力传感器。
[0013]本发明中，沸腾溶液再生器上设置有第一压力传感器、溶液温度传感器和溶液密度传感器。
[0014]本发明中，利用压缩机排出的制冷剂的冷凝热量加热溶液沸腾再生器中的溶液，使溶液中水分在真空的状态下通过沸腾的方式蒸发，并利用经过电子膨胀阀节流后的液态制冷剂在翅片管换热器中蒸发所产生的冷量，对溶液中蒸发出的水分进行凝结，实现溶液再生。
[0015]本发明中，溶液沸腾再生器中的溶液加热盘管的管外侧采取加翅片强化换热，提高溶液再生的速度和效率，翅片方向垂直向上，实现膜化与导流作用。
[0016]本发明中，利用真空泵、调压罐和调压阀调节溶液沸腾再生器的工作压力，来控制溶液沸腾再生器中的溶液再生速度和浓度。
[0017]本发明中，通过控制大压头变频风机的频率和电动节流风阀的开度，实现翅片管换热器中工作压力的调节，使水蒸汽在高温下凝结，从而实现翅片管换热器中制冷剂蒸发温度的控制。
[0018]本发明的优选方案中，压缩机为容量可调的压缩机。
[0019]本发明的优选方案中，大压头变频风机为具有大压头的运行频率可调的风机。
[0020]热源塔热泵在冬季运行时，当空气中湿度较大或在热源塔中由空气进入溶液中的水分较多时，此时溶液需要再生，可运行该溶液再生装置。该装置的制冷剂回路中，气液分离器中的低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入、压缩后进入溶液沸腾再生器，制冷剂通过溶液沸腾再生器中的翅片式盘管与溶液进行换热，制冷剂放出热量，加热溶液沸腾再生器中的溶液后，自身冷凝成液体，此时，溶液沸腾再生器相当于常规制冷系统中的冷凝器，制冷剂流出溶液沸腾再生器后，依次通过储液器、干燥过滤器、电子膨胀阀后，被节流成低温低压的气液两相进入翅片管换热器，在翅片管换热器中，制冷剂与高湿的空气进行换热，制冷剂吸热蒸发，完全蒸发后，进入气液分离器，制冷剂再次被压缩机吸入压缩，如此循环。
[0021]溶液回路中，需要再生的低浓度溶液从再生溶液进口端进入溶液再生装置后，经过第二电磁阀从热回收器第一输入端进入热回收器，在热回收器中，与从溶液沸腾再生器中出来的高浓度溶液进行换热，溶液温度升高后，从热回收器第一输出端流出进入溶液沸腾再生器。溶液在溶液沸腾再生器中被翅片式盘管中制冷剂加热，溶液沸腾，溶液中水分蒸发，溶液浓度升高后，从溶液沸腾再生器中流出进入溶液泵，被加压后进入热回收器，与从溶液再生装置的进口端进来的低浓度溶液换热后，温度降低，从热回收器第二输出端流出，经过第三电磁阀从再生溶液出口端流出溶液再生装置。溶液回路中，通过溶液温度传感器测量出溶液的温度，通过溶液密度传感器测量出溶液的密度，通过所测得的温度和密度确定出溶液的浓度。
[0022]真空维持回路中，利用真空泵对调压罐抽真空，保持调压罐在设定的压力值，当调压罐中压力低于设定压力值时，真空泵不工作，关闭第一电磁阀，当调压罐中压力高于设定压力值时，真空泵工作，第一电磁阀打开；利用调压罐和调压阀对空气回路中的溶液沸腾再生器中的工作压力进行调节，溶液沸腾再生器中溶液一直处于被加热沸腾状态，实现溶液的高速再生。真空维持回路中，通过第一压力传感器测量出溶液沸腾再生器中的工作压力。
[0023]空气回路中，其内部的压力低于大气压力，处于真空状态，在此状态下，溶液的沸点将降低。在溶液沸腾再生器中溶液被加热沸腾，溶液中水分蒸发，水蒸汽进入空气回路中形成高湿的空气，高湿的空气经过大压头变频风机加压后，其压力大幅度升高，进入翅片管换热器，高湿的空气与翅片管换热器中的制冷剂换热，空气中水蒸汽凝结放出热量(因相比溶液沸腾再生器中的工作压力，翅片管换热器中具有更高的压力，使得此时高湿空气的露点温度提高，从而提高了翅片管换热器中的制冷剂的蒸发温度)，空气温度降低，空气从翅片管换热器流出后经过电动节流风阀，空气被节流，空气压力降低至溶液沸腾再生器中的工作压力，重新进入溶液沸腾再生器中，如此循环。此时第四电磁阀打开，第五电磁阀关闭，储水罐处于接水的状态，当水位到达一定高度时，关闭第四电磁阀，打开第五电磁阀，将储水罐中的水排空后重新关闭第五电磁阀，打开第四电磁阀。空气回路中，通过第二压力传感器测出翅片管换热器的工作压力。
[0024]在系统运行时，溶液沸腾再生器中，溶液一直处于被加热沸腾状态，溶液具有较快的再生速度。系统运行时，利用第二压力传感器检测空气回路中翅片管换热器的工作压力，通过控制大压头变频风机的频率和电动节流风阀的开度，实现翅片管换热器中工作压力的调节，较高的压力将对应较高的空气中水分凝结的露点温度，使得水蒸汽在较高的温度下凝结，从而实现翅片管换热器中制冷剂蒸发温度的控制。空气回路中翅片管换热器的工作压力越高，翅片管换热器中制冷剂蒸发温度也越高，从而减小压缩机的压缩比及耗功，使得整个溶液再生装置的效率提高。
[0025]本装置通过调节溶液沸腾再生器中的工作压力，以及压缩机的频率可实现溶液沸腾再生器中溶液再生速率和再生溶液浓度的控制，当需要提高溶液再生速度时可增大压缩机的运行频率，当需要提高流出溶液沸腾再生器中的溶液浓度时，可增大溶液沸腾再生器中的工作压力，反之相反。
[0026]该装置不仅可用于热源塔热泵系统的溶液再生，对热源塔热泵系统中的溶液浓度进行调节和控制，同时还可用于溶液除湿等需要对溶液浓度进行再生和控制的场合，本发明装置都适用。
有益效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点:
本发明提出的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，充分利用了在真空下溶液沸点降低的特性进行溶液再生，实现利用一套制冷系统的冷凝热量和蒸发冷量为溶液的再生提供再生热源和凝结冷量，并可实现对溶液再生速率和溶液再生浓度的灵活可调，同时通过空气回路中翅片管换热器中的工作压力可调，实现制冷系统的蒸发温度可调，从而在使该装置紧凑，灵活方便的同时，具有更高的溶液再生效率，提高了系统能效。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置的示意图。
[0028]图中有:压缩机I ;溶液沸腾再生器2 ;溶液沸腾再生器第一输入端2a ;溶液沸腾再生器第一输出端2b ;溶液沸腾再生器第二输入端2c ;溶液沸腾再生器第二输出端2d ;溶液沸腾再生器调压端2e ;第一压力传感器3 ;溶液温度传感器4 ;溶液密度传感器5 ;储液器6 ;干燥过滤器7 ;电子膨胀阀8 ;翅片管换热器9 ;翅片管换热器制冷剂输入端9a ;翅片管换热器制冷剂输出端％ ;翅片管换热器凝结水输出端9c ;气液分离器10 ;大压头变频风机11 ;第二压力传感器12 ;电动节流风阀13 ;调压阀14 ;调压罐15 ;第一电磁阀16 ;真空泵17 ;溶液泵18 ;热回收器19 ;热回收器第一输入端19a ;热回收器第一输出端19b ;热回收器第二输入端19c ;热回收器第二输出端19d ;第二电磁阀20 ;第三电磁阀21 ;第四电磁阀22 ;储水罐23 ;第五电磁阀24。
[0029]
【具体实施方式】
[0030]下面结合图1和具体实施例来进一步说明本发明。
[0031]本发明的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，包括制冷剂回路，溶液回路，真空维持回路，空气回路。具体连接方法是制冷剂回路中，压缩机I的输出端与溶液沸腾再生器第一输入端2a连接，溶液沸腾再生器第一输出端2b与储液器6的输入端连接，储液器6的输出端通过干燥过滤器7与电子膨胀阀8的输入端连接，电子膨胀阀8的输出端与翅片管换热器制冷剂输入端9a连接，翅片管换热器制冷剂输出端9b与气液分离器10的输入端连接，气液分离器10的输出端与压缩机I的输入端连接。
[0032]溶液回路中，机组的再生溶液进口端通过第二电磁阀20与热回收器第一输入端19a连接，热回收器第一输出端19b与溶液沸腾再生器第二输入端2c连接，溶液沸腾再生器第二输出端2d与溶液泵18的输入端连接,溶液泵18的输出端与热回收器第二输入端19c连接，热回收器第二输出端19d经过第三电磁阀21与机组的再生溶液出口端连接，溶液沸腾再生器2上装有溶液温度传感器4和溶液密度传感器5。
[0033]真空维持回路中，溶液沸腾再生器调压端2e通过调压阀14与调压罐15的输入端连接，调压罐15的输出端通过第一电磁阀16与真空泵17的输入端连接，溶液沸腾再生器2上装有用以测量其中压力的第一压力传感器3。
[0034]空气回路中通过连接管道依次连接翅片管换热器9、电动节流风阀13、溶液沸腾再生器2和大压头变频风机11，大压头变频风机11的空气出口与翅片管换热器9的空气进口连接，构成一个循环回路，翅片管换热器凝结水输出端9c通过第四电磁阀22接储水罐23的输入端，储水罐23的输出端接第五电磁阀24，在大压头变频风机11和翅片管换热器9之间的管路上设置有第二压力传感器12。
[0035]热源塔热泵在冬季运行时，当空气中湿度较大或在热源塔中由空气进入溶液中的水分较多时，此时溶液需要再生，可运行该溶液再生装置。该装置的制冷剂回路中，气液分离器10中的低温低压的制冷剂气体被压缩机I吸入、压缩后进入溶液沸腾再生器2，制冷剂通过溶液沸腾再生器2中的翅片式盘管与溶液进行换热，制冷剂放出热量，加热溶液沸腾再生器2中的溶液后，自身冷凝成液体，此时，溶液沸腾再生器2相当于常规制冷系统中的冷凝器，制冷剂流出溶液沸腾再生器2后，依次通过储液器6、干燥过滤器7、电子膨胀阀8后，被节流成低温低压的气液两相进入翅片管换热器9，在翅片管换热器9中，制冷剂与高湿的空气进行换热，制冷剂吸热蒸发，完全蒸发后，进入气液分离器10，制冷剂再次被压缩机I吸入压缩，如此循环。
[0036]溶液回路中，需要再生的低浓度溶液从再生溶液进口端进入溶液再生装置后，经过第二电磁阀20从热回收器第一输入端19a进入热回收器19，在热回收器19中，与从溶液沸腾再生器2中出来的高浓度溶液进行换热，溶液温度升高后，从热回收器第一输出端19b流出进入溶液沸腾再生器2。溶液在溶液沸腾再生器2中被翅片式盘管中制冷剂加热，溶液沸腾，溶液中水分蒸发，溶液浓度升高后，从溶液沸腾再生器2中流出进入溶液泵18，被加压后进入热回收器19，与从溶液再生装置的进口端进来的低浓度溶液换热后，温度降低，从热回收器第二输出端19d流出，经过第三电磁阀21从再生溶液出口端流出溶液再生装置。溶液回路中，通过溶液温度传感器4测量出溶液的温度，通过溶液密度传感器5测量出溶液的密度，通过所测得的温度和密度确定出溶液的浓度。
[0037]真空维持回路中，利用真空泵17对调压罐15抽真空，保持调压罐15在设定的压力值，当调压罐15中压力低于设定压力值时，真空泵17不工作，关闭第一电磁阀16，当调压罐15中压力高于设定压力值时，真空泵17工作，第一电磁阀16打开；利用调压罐15和调压阀14对空气回路中的溶液沸腾再生器2中的工作压力进行调节，溶液沸腾再生器2中溶液一直处于被加热沸腾状态，实现溶液的高速再生。真空维持回路中，通过第一压力传感器3测量出溶液沸腾再生器2中的工作压力。
[0038]空气回路中，其内部的压力低于大气压力，处于真空状态，在此状态下，溶液的沸点将降低。在溶液沸腾再生器2中溶液被加热沸腾，溶液中水分蒸发，水蒸汽进入空气回路中形成高湿的空气，高湿的空气经过大压头变频风机11加压后，其压力大幅度升高，进入翅片管换热器9，高湿的空气与翅片管换热器9中的制冷剂换热，空气中水蒸汽凝结放出热量(因相比溶液沸腾再生器2中的工作压力，翅片管换热器9中具有更高的压力，使得此时高湿空气的露点温度提高，从而提高了翅片管换热器9中的制冷剂的蒸发温度)，空气温度降低，空气从翅片管换热器9流出后经过电动节流风阀13，空气被节流，空气压力降低至溶液沸腾再生器2中的工作压力，重新进入溶液沸腾再生器2中，如此循环。此时第四电磁阀22打开，第五电磁阀24关闭，储水罐23处于接水的状态，当水位到达一定高度时，关闭第四电磁阀22，打开第五电磁阀24，将储水罐23中的水排空后重新关闭第五电磁阀24，打开第四电磁阀22。空气回路中，通过第二压力传感器12测出翅片管换热器9的工作压力。
[0039]在系统运行时，溶液沸腾再生器2中，溶液一直处于被加热沸腾状态，溶液具有较快的再生速度。同时，利用第二压力传感器12检测空气回路中翅片管换热器9的工作压力，通过控制大压头变频风机11的频率和电动节流风阀13的开度，实现翅片管换热器9中工作压力的调节，较高的压力将对应较高的空气中水分凝结的露点温度，使得水蒸汽在较高的温度下凝结，从而实现翅片管换热器9中制冷剂蒸发温度的控制。空气回路中翅片管换热器9的工作压力越高，翅片管换热器9中制冷剂蒸发温度也越高，从而减小压缩机I的压缩比及耗功，使得整个溶液再生装置的效率提高。
[0040]本装置通过调节溶液沸腾再生器2中的工作压力，以及压缩机I的频率可实现溶液沸腾再生器2中溶液再生速率和再生溶液浓度的控制，当需要提高溶液再生速度时可增大压缩机I的运行频率，当需要提高流出溶液沸腾再生器2中的溶液浓度时，可增大溶液沸腾再生器2中的工作压力，反之相反。
【权利要求】
1.一种基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，其特征在于，该装置包括制冷剂回路,溶液回路,真空维持回路,空气回路: 所述制冷剂回路包括压缩机(I)、溶液沸腾再生器(2)、储液器(6)、干燥过滤器(7)、电子膨胀阀(8)、翅片管换热器(9)、气液分离器(10)及其相关连接管道，所述溶液沸腾再生器(2)也是溶液回路、真空维持回路和空气回路的构成部件，翅片管换热器(9)也是空气回路的构成部件； 所述制冷剂回路中，压缩机(I)的输出端与溶液沸腾再生器第一输入端(2a)连接，溶液沸腾再生器第一输出端(2b)与储液器(6)的输入端连接，储液器(6)的输出端通过干燥过滤器(7)与电子膨胀阀(8)的输入端连接，电子膨胀阀(8)的输出端与翅片管换热器制冷剂输入端(9a)连接,翅片管换热器制冷剂输出端(9b)与气液分离器(10)的输入端连接,气液分离器(10)的输出端与压缩机(I)的输入端连接； 所述溶液回路包括溶液沸腾再生器(2)、溶液泵(18)、热回收器(19)、第二电磁阀(20)、第三电磁阀(21)及其相关连接管道；所述溶液回路中，机组的再生溶液进口端通过第二电磁阀(20)与热回收器第一输入端(19a)连接,热回收器第一输出端(19b)与溶液沸腾再生器第二输入端(2c)连接，溶液沸腾再生器第二输出端(2d)与溶液泵(18)的输入端连接，溶液泵(18)的输出端与热回收器第二输入端(19c)连接，热回收器第二输出端(19d)经过第三电磁阀(21)与机组的再生溶液出口端连接，溶液沸腾再生器(2)上装有溶液温度传感器(4)和溶液密度传感器(5)； 所述真空维持回路包括溶液沸腾再生器(2)、调压阀(14)、调压罐(15)、第一电磁阀(16)、真空泵(17)及其相关连接管道；所述真空维持回路中，溶液沸腾再生器调压端(2e)通过调压阀(14)与调压罐(15)的输入端连接，调压罐(15)的输出端通过第一电磁阀(16)与真空泵(17)的输入端 连接，溶液沸腾再生器(2)上装有用以测量其中压力的第一压力传感器(3)； 所述空气回路包括通过连接管道依次连接的翅片管换热器(9)、电动节流风阀(13)、溶液沸腾再生器(2 )和大压头变频风机(11)，所述大压头变频风机(11)的空气出口与翅片管换热器(9)的空气进口连接，构成一个循环回路，所述翅片管换热器凝结水输出端(9c)通过第四电磁阀(22)连接储水罐(23)的输入端，储水罐(23)的输出端连接第五电磁阀(24)，在大压头变频风机(11)和翅片管换热器(9)之间的管路上设置有第二压力传感器(12)。
2.根据权利要求1所述的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，其特征在于，所述沸腾溶液再生器(2)上设置有第一压力传感器(3)、溶液温度传感器(4)和溶液密度传感器(5)。
3.根据权利要求1所述的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，其特征在于，利用所述压缩机(I)排出的制冷剂的冷凝热量加热溶液沸腾再生器(2)中的溶液，使溶液中水分在真空的状态下通过沸腾的方式蒸发，并利用经过电子膨胀阀(8)节流后的液态制冷剂在翅片管换热器(9)中蒸发所产生的冷量，对溶液中蒸发出的水分进行凝结，实现溶液再生。
4.根据权利要求1所述的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，其特征在于，所述液沸腾再生器(2)中的溶液加热盘管的管外侧采取加翅片强化换热，以提高溶液再生的速度和效率，翅片方向垂直向上，实现膜化与导流作用。
5.根据权利要求1所述的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，其特征在于，利用所述真空泵(17)、调压罐(15)和调压阀(14)调节溶液沸腾再生器(2)的工作压力，来控制溶液沸腾再生器(2)中的溶液再生速度和浓度。
6.根据权利要求1所述的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，其特征在于，通过控制所述大压头变频风机(11)的频率和电动节流风阀(13)的开度，实现翅片管换热器(9)中工作压力的调节，使水蒸汽在高温下凝结，从而实现翅片管换热器(9)中制冷剂蒸发温度的控制。
7.根据权利要求1所述的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，其特征在于，所述压缩机(I)为容量可调的压缩机。
8.根据权利要求1所述的基于真空沸腾并实现凝结可控的溶液再生装置，其特征在于，所述大压头变频风机( 11)为具有大压头的运行频率可调的风机。
【文档编号】F25B29/00GK103438614SQ201310389595
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】梁彩华, 郜骅, 蒋冬梅, 张小松 申请人:东南大学