利用燃气机余热实现溶液再生的热源塔热泵装置

1.本实用新型属于制冷空调装置设计和制造领域，具体涉及利用燃气机余热实现溶液再生的热源塔热泵装置。


背景技术：

2.随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的日渐提高，人们对居住、工作环境的舒适性要求也逐渐提高，建筑制冷和供暖需求也越来越大。冬季采暖用的传统的燃煤、燃气锅炉一次能源利用率低，造成能源的浪费同时产生空气污染物。夏季使用的空调设备大部分由电驱动，而火力发电占我国发电总容量的50％以上，从而间接造成环境污染。因此使用节能环保的热泵装置是很有必要的。燃气机热泵通过燃气发动机驱动压缩机做功，具有以下明显的优势：采用清洁能源天然气为驱动能源，污染物生成少；能回收利用发动机缸套热及烟气余热，一次能源利用率较高。
3.热源塔热泵与水冷冷水机组+锅炉、空气源热泵、水源/地源热泵这些常规建筑空调装置相比较，具有兼顾制冷制热，无结霜问题，且不受地理条件限制的优势。但热源塔热泵，冬季制热运行时，溶液与空气在热源塔内进行热质交换，溶液吸湿后浓度下降冰点上升。溶液再生就是将溶液从空气中吸收的水分排出，使溶液浓度提高。溶液再生无论依靠热驱动或是电驱动，其代价均较高，会使装置成本上升，所以实际工程中往往采用加溶质来提升溶液浓度，这是一种不可持续但成本较低的办法。可见，如何获得溶液的再生热源保证在装置运行过程中溶液的高速再生对保证装置高效稳定运行是非常重要的。
4.因此，将燃气机与热源塔热泵相结合，设计出一种污染少、能源利用率高、同时能利用燃气机余热解决热源塔热泵的溶液再生问题的热源塔热泵具有重要意义。


技术实现要素：

5.为了弥补现有技术的不足，本实用新型提出了利用燃气机余热实现溶液再生的热源塔热泵装置，可充分利用燃气机余热解决热源塔热泵的溶液再生问题，有效提升能源利用率。
6.为实现上述技术效果本实用新型采用以下技术方案：
7.本实用新型利用燃气机余热实现溶液再生的热源塔热泵装置，包括制冷剂回路、溶液循环回路、真空维持回路、空气循环回路、燃气机余热利用回路、冷热水回路；
8.所述制冷剂回路至少包括往复式压缩机1、四通换向阀2、第一板式换热器3、第一单向阀4、第二单向阀5、储液器6、过滤器7、电子膨胀阀8、第三单向阀9、第四单向阀10、第二板式换热器11、气液分离器12。所述第一板式换热器3同时也是溶液循环回路的构成部件；其中往复式压缩机1与四通换向阀2相连，四通换向阀2与第一板式换热器3、气液分离器12、第二板式换热器11相连，第一板式换热器3与第一单向阀4相连，第一单向阀4一路与储液器6、过滤器7、电子膨胀阀8依次相连，另外一路与第二单向阀5、第二板式换热器11依次相连，电子膨胀阀8一路与第三单向阀9相连，另一路与第四单向阀10相连，制冷剂回路在夏季进
行制冷循环，在冬季进行制热循环。
9.所述溶液循环回路至少包括第一板式换热器3、热源塔13、第一溶液泵14、第一电磁阀15、第二电磁阀16、溶液沸腾再生器26、第三电磁阀17、储液罐18、第二溶液泵19、第四电磁阀20。所述溶液沸腾再生器26同时是空气循环回路、燃气机余热利用回路和真空维持回路的构成部件；其中热源塔13与第一溶液泵14相连后分成两路，一路与第一电磁阀15、第一板式换热器3依次相连，另一路与第二电磁阀16、溶液沸腾再生器26、第三电磁阀17、储液罐18、第二溶液泵19、第四电磁阀20相连，储液罐用来储存再生以后的浓溶液，待热源塔内溶液吸收空气中的水分浓度降低后，稀溶液流入溶液沸腾再生器中，在低压环境下燃气机余热加热稀溶液使之沸腾再生，储液罐中的浓溶液进入热源塔中进行热质交换。
10.所述真空维持回路至少包括真空泵21、第五电磁阀22、调压罐23、调压阀24、溶液沸腾再生器26。其中真空泵21、第五电磁阀22、调压罐23、调压阀24、溶液沸腾再生器26依次相连，真空维持回路在溶液需要再生时控制溶液沸腾再生器中的压力，以实现溶液再生。
11.所述空气循环回路至少包括溶液沸腾再生器26、风机33、翅片式换热器34、第八电磁阀35、储水罐36。翅片式换热器34同时也是冷热水回路的构成部件，其中溶液沸腾再生器26、风机33和翅片式换热器34的连接管道构成一个循环回路，翅片管换热器34与第八电磁阀35、储水罐36依次相连，空气循环回路在溶液再生时段将溶液沸腾后产生的水蒸气冷凝换热，用以制取生活热水，实现溶液再生热的利用。
12.所述燃气机余热利用回路至少包括第一旁通阀32、烟气换热器31、第七电磁阀30、第三板式换热器28、第六电磁阀29、防冻液循环泵27、溶液沸腾再生器26、燃气发动机25。其中燃气发动机25与烟气换热器31相连后分成两路，一路与第六电磁阀29相连，另一路与第七电磁阀30、第三板式换热器28、防冻液循环泵27依次相连后又分为两路，一路与溶液沸腾再生器26相连，另一路与第一旁通阀32相连，燃气机余热利用回路在冬季溶液再生时段利用燃气机余热实现溶液再生，在夏季和冬季非溶液再生时段利用燃气机余热制取热水。
13.所述冷热水回路至少包括循环水泵37、第三板式换热器28、翅片式换热器34、第二旁通阀38、第三旁通阀39。循环水泵37分两路，一路与第三板式换热器28相连。另一路与第二旁通阀38相连，第三板式换热器28分两路，一路与翅片式换热器34相连，另一路与第三旁通阀39相连，在冬季溶液再生时段第三板式换热器28停止工作，冷水通过第二旁通阀38进入翅片式换热器34中吸收水蒸气冷凝释放的热量温度升高，在夏季和冬季非溶液再生时段翅片式换热器34停止工作，冷水在第三板式换热器28中吸收燃气机余热温度升高后经过第三旁通阀39从回水端流出。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下增益效果：
15.非溶液再生时：利用燃气机余热制取热水，溶液再生时：充分利用了溶液在低压下沸点降低的特性进行溶液再生，并采用燃气机余热作为溶液再生热源，并利用溶液再生热制取热水，充分利用各部分热源，保证了热源塔热泵在各工况下的高效稳定运行。
附图说明
16.图1是本实用新型利用燃气机余热实现溶液再生的热源塔热泵装置的示意图。
17.图中：1
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往复式压缩机、2
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四通换向阀、3
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第一板式换热器、4
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第一单向阀、5
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第二单向阀、6
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储液器、7
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干燥过滤器、8
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膨胀阀、9
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第三单向阀、10
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第四单向阀、11
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第二板式
换热器、12
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气液分离器、13
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热源塔、14
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第一溶液泵、15
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第一电磁阀、16
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第二电磁阀、17
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第三电磁阀、18
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储液罐、19
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第二溶液泵、20
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第四电磁阀、21
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真空泵、22
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第五电磁阀、23调压罐、24
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调压阀、25
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燃气发动机、26
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溶液沸腾再生器、27
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防冻液循环泵、28
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第三板式换热器、29
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第六电磁阀、30
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第七电磁阀、31
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烟气换热器、32
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第一旁通阀、33
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风机、34
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翅片式换热器、35
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第八电磁阀、36
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储水罐、37
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循环水泵、38
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第二旁通阀、39
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第三旁通阀。
具体实施方式
18.下面结合附图对本实用新型作进一步描述
19.本实用新型利用燃气机余热实现溶液再生的热源塔热泵装置，包括制冷剂回路、溶液循环回路、真空维持回路、空气循环回路、燃气机余热利用回路、冷热水回路。
20.热源塔热泵夏季制冷运行时，制冷剂循环回路中第一板式换热器3作为冷凝器，第二板式换热器11作为蒸发器，制冷剂依次流过往复式压缩机1、四通换向阀2、第一板式换热器3、第一单向阀4、储液器6、过滤器7、电子膨胀阀8、第三单向阀9、第二板式换热器11，再次经过四通换向阀2进入气液分离器12最后流回往复式压缩机1。制冷剂循环回路中从气液分离器12中分离出的低温低压气态制冷剂进入往复式压缩机1被压缩后变成高温高压过热蒸气排出，经过四通换向阀2进入第一板式换热器3中，制冷剂冷凝放热为液态，再依次经过第一单向阀4、储液器6、过滤器7、电子膨胀阀8后变成低温低压的气液两相，然后经过第三单向阀9后进入第二板式换热器11，制冷剂在第二板式换热器11中吸热蒸发制取冷水，制冷剂完全蒸发后的过热气体经过四通换向阀2进入气液分离器12，然后再次被往复式压缩机1吸入，完成制冷循环。
21.此时溶液循环回路中充满冷水，溶液循环回路中除热源塔13、第一溶液泵14、第一电磁阀15、第一板式换热器3工作外，其余部分都停止工作。在溶液循环回路中冷水从热源塔13出来被第一溶液泵14吸入，经过第一溶液泵14加压后经过第一电磁阀15进入第一板式换热器3，在第一板式换热器3中吸收热量将制冷剂气体冷凝成液体，自身温度升高后从第一板式换热器3流出，进入热源塔13与空气进行热质交换，温度降低后再次从热源塔13流出。
22.燃气机余热利用回路中，防冻液依次流过燃气发动机25、烟气换热器31、第七电磁阀30、第三板式换热器28、防冻液循环泵27、第一旁通阀32，最后流回燃气发动机25。防冻液先在发动机缸套中吸收发动机余热，然后经过烟气换热器31温度进一步升高，经过第七电磁阀30后在第三板式换热器28中与冷水换热温度降低，经过防冻液循环泵27和第一旁通阀32，最后回到燃气发动机25。
23.冷热水回路中，冷水依次经过循环水泵37、第三板式换热器28、第三旁通阀39从回水端流出。冷水经过循环水泵37进入第三板式换热器28吸收燃气机余热，从第三板式换热器30出来后通过第三旁通阀39从回水端流出，作为生活热水。
24.此模式下空气循环回路、真空维持回路都不工作。
25.热源塔热泵冬季制热运行时分为二种模式，制热运行模式一：热源塔热泵冬季制热运行，溶液无需再生时。
26.制冷剂循环回路中第一板式换热器3作为蒸发器，第二板式换热器11作为冷凝器，制冷剂依次流过往复式压缩机1、四通换向阀2、第二板式换热器11、第二单向阀5、储液器6、
过滤器7、电子膨胀阀8、第四单向阀10、第一板式换热器3，再次经过四通换向阀2进入气液分离器12最后流回往复式压缩机1。制冷剂循环回路中从气液分离器12中分离出的低温低压的制冷剂气体被往复式压缩机1吸入、压缩后变成高温高压过热蒸气排出，经过四通换向阀2进入第二板式换热器11中冷凝为液态，制取热水，再依次经过第二单向阀5、储液器6、过滤器7、电子膨胀阀8后变成低温低压的气液两相，再经过第四单向阀10后进入第一板式换热器3，制冷剂在第一板式换热器3中吸热蒸发，制冷剂完全蒸发后的过热气体从第一板式换热器3出来经过四通换向阀2进入气液分离器12，然后再次被往复式压缩机1吸入，从而完成制热循环。
27.此制热工况下溶液循环回路中充满溶液，溶液循环回路中除热源塔13、第一溶液泵14、第一电磁阀15、第一板式换热器3工作外，其余部分都停止工作。在溶液循环回路中溶液从热源塔13出来后被第一溶液泵14吸入，经过第一溶液泵14加压后，溶液进入第一电磁阀15，溶液全部经第一电磁阀15进入第一板式换热器3与制冷剂换热，放出热量给制冷剂，自身温度降低后流出第一板式换热器3，进入热源塔13与空气进行热质交换，溶液温度升高后再次从热源塔13流出。
28.燃气机余热利用回路中，防冻液依次流过燃气发动机25、烟气换热器31、第七电磁阀30、第三板式换热器28、防冻液循环泵27、第一旁通阀32，最后流回燃气发动机25。燃气机余热利用回路中防冻液先在燃气发动机25中吸收发动机缸套余热，然后在烟气换热器31中使温度进一步升高，经过第七电磁阀30后在第三板式换热器28中与冷水换热温度降低，经过防冻液循环泵27和第一旁通阀32后回到燃气发动机25。
29.冷热水回路中，冷水依次经过循环水泵37、第三板式换热器28、第三旁通阀39从回水端流出。冷热水回路中水从供水端经循环水泵进入第三板式换热器28吸收燃气机余热温度升高，再经过第三旁通阀39从回水端流出。
30.此模式下真空维持回路、空气循环回路都不工作。
31.制热运行模式二：当在热源塔中由空气进入溶液中的水分较多时，溶液浓度下降，溶液需要进行再生。
32.制冷剂循环回路中第一板式换热器3作为蒸发器，第二板式换热器11作为冷凝器，制冷剂依次流过往复式压缩机1、四通换向阀2、第二板式换热器11、第二单向阀5、储液器6、过滤器7、电子膨胀阀8、第四单向阀10、第一板式换热器3，再次经过四通换向阀2进入气液分离器12最后流回往复式压缩机1。制冷剂回路中气液分离器12中的低温低压的制冷剂气体被往复式压缩机1吸入、压缩后排出经过四通换向阀2进入第二板式换热器11，制冷剂在第二板式换热器11中冷凝放热，制取热水，同时自身冷凝成液体，然后依次通过第二单向阀5、储液器6、过滤器7、电子膨胀阀8。在电子膨胀阀8中节流降压后以气液两相经过第四单向阀10进入第一板式换热器3中，在第一板式换热器3中与溶液换热，吸热蒸发，制冷剂完全蒸发后从第一板式换热器3流出，通过四通换向阀2进入气液分离器12，再次被往复式压缩机1吸入压缩，如此循环。
33.溶液循环回路中溶液依次经过热源塔13、第一溶液泵14、第二电磁阀16、溶液沸腾再生器26、第三电磁阀17、储液罐18、第二溶液泵19、第四电磁阀20。
34.热源塔13中的稀溶液经过第一溶液泵14加压后，经第二电磁阀16进入溶液沸腾再生器26中，稀溶液在溶液沸腾再生器26中与防冻液进行换热，沸腾蒸发出水分浓缩成浓溶
液，浓溶液经第三电磁阀17进入储液罐18中，当热源塔13需要换溶液时，浓溶液经第二溶液泵19加压，通过第四电磁阀20进入热源塔13中。
35.真空维持回路中，真空泵21、第五电磁阀22、调压罐23、调压阀24、溶液沸腾再生器26依次连接。真空维持回路中，利用真空泵21对调压罐23降压，保持调压罐23在设定的压力范围，当调压罐23中压力低于设定压力值时，真空泵21不工作，关闭第五电磁阀22，当调压罐23中压力高于设定压力值时，真空泵21工作，第五电磁阀22打开，利用调压罐23和调压阀24对空气回路中的工作压力进行调节，控制溶液沸腾再生器26中的工作压力达到设定压力值，使得溶液沸腾再生器26中溶液处于沸腾状态，实现溶液的高速再生。
36.空气循环回路中，溶液沸腾再生器26、风机33、翅片式换热器34、第八电磁阀35、储水罐36依次连接。空气循环回路中，其内部的压力低于大气压力，在溶液沸腾再生器26中溶液被加热，在空气回路工作压力下溶液沸腾，水蒸汽进入空气循环回路中形成高温高湿的空气，高温高湿的空气从溶液沸腾再生器26流出后，经风机33后进入翅片式换热器34，在翅片式换热器34中与冷热水回路中的冷水进行换热，用于制取生活热水，高温高湿的空气温度降低，空气中水蒸气凝出，含湿量下降，空气从翅片式换热器34流出后，再次进入溶液沸腾再生器26，如此循环。此时第八电磁阀35打开，储水罐36处于接水状态。
37.燃气机余热利用回路中，防冻液依次流过燃气发动机25、烟气换热器31、第六电磁阀29、防冻液循环泵27、溶液沸腾再生器26，最后流回燃气发动机25。燃气机余热利用回路中，防冻液经过发动机缸套换热后再经过烟气换热器31进一步升温，经过第六电磁阀29，被防冻液循环泵27吸入加压后进入溶液沸腾再生器26，在其中与溶液进行换热，防冻液的温度降低后流出溶液沸腾再生器26流回燃气发动机25，如此循环。
38.冷热水回路中，冷水依次经过循环水泵37、第二旁通阀38、翅片式换热器34，从回水端流出。冷热水回路中，冷水从供水端经循环水泵36、第二旁通阀38后进入翅片式换热器34，在其中与高温高湿的空气进行换热，温度升高后从回水端流出。
39.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，元件造型、连接方式不经创造性的设计，与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。