专利名称：一种可实现预凝的热源塔装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种针对热源塔热泵机组运行特点及要求而提出的新型热源塔装置，属于制冷、空调系统设计与制造技术领域。
背景技术：
随着人们生活水平的提高以及对人居环境舒适性要求越来越高，空调系统已成为建筑系统中必不可少的部分。热源塔热泵机组作为一种新型的建筑空调系统冷热源，在夏季制冷工况下其与传统的水冷冷水机组无异，具有稳定、高效的特点；在冬季供暖工况下其借助溶液在热源塔内与空气换热，吸收空气的热量为热泵机组蒸发端提供低品位热量，从根本上避免了常规空气源热泵冬季运行结霜的问题。这种机组兼具多种空调系统优点，与水冷冷水机组、空气源热泵机组、地源热泵机组相比都有其独特优势，尤其是在冬季空气温度不太低，而湿度较大的夏热冬冷地区具有很大的应用前景。热源塔热泵机组冬季制热运行时，通过溶液在热源塔内与空气进行传热传质，从空气中吸收热量，所交换的热量可分为显热部分和潜热部分，其中显热部分(热传递)的大小取决于溶液与空气二者间温差大小，潜热部分(质传递)的大小取决于二者接触面上水蒸气分压力差大小。当环境空气湿度较大，空气中水蒸气分压力大于溶液表面水蒸气分压力时，在热源塔内空气中的水蒸气便会凝结进入溶液，使溶液浓度变稀、凝固点温度升高。为保证热泵机组持续可靠运行，避免系统中溶液凝固，必须使溶液凝固点温度低于机组蒸发温度及室外环境温度。因此，随着塔内热质传递过程中凝结水量的增加，当溶液浓度降低后，需要通过再生系统对溶液进行再生，提高其浓度，降低其凝固点温度，而溶液浓度再生过程是一个消耗能量的过程，再生耗能的多少对于机组综合性能优劣影响很大。因此，解决怎样减少热源塔热泵机组冬季工况下在热源塔中从空气进入溶液的凝结水量，以减少溶液浓度再生的能耗需求，同时又最大程度利用空气中水蒸气凝结潜热的问题，设计出一种具有预凝功能的热源塔装置成为本领域技术人员迫切需要解决的技术难题。
发明内容技术问题本实用新型的目的是解决怎样减少热源塔热泵机组冬季工况下在热源塔中从空气进入溶液的凝结水量，以减少溶液浓度再生的能耗需求，同时又最大程度利用空气中水蒸气凝结潜热的问题，提出一种可实现预凝的热源塔装置。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种可实现预凝的热源塔装置，该装置包括溶液回路、空气及凝结水回路和控制回路；溶液回路包括喷淋装置、填料、第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、第三翅片管换热器、第四翅片管换热器、电动三通调节阀、溶液收集槽及其连接管道；溶液回路中，溶液入口端接电动三通调节阀输入端，电动三通调节阀第一输出端分别接第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、第三翅片管换热器、第四翅片管换热器的输入端；第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、第三翅片管换热器、第四翅片管换热器的输出端与电动三通调节阀第二输出端合并后接喷淋装置的输入端，填料位于喷淋装置下部，溶液收集槽位于填料下部，溶液收集槽的溶液输出端接该装置的溶液出口 ；空气及凝结水回路包括第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、第三翅片管换热器、第四翅片管换热器、预凝水集水槽、填料风机及其连接通道；空气及凝结水回路中，第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、第三翅片管换热器、第四翅片管换热器于热源塔装置外侧面的下部空气进口处，四个换热器实现将热源塔装置的整个空气入口围住，使得进入热源塔的空气首先经过四个换热器。预凝水集水槽位于第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、第三翅片管换热器、第四翅片管换热器的下部，填料位于热源塔装置中部，风机位于热源塔装置上部出风口 ；控制回路包括控制模块、空气温度传感器、空气湿度传感器、翅片管换热器表面温度传感器、溶液温度传感器、溶液浓度传感器和电动三通调节阀；控制回路中，空气温度传感器、空气湿度传感器、翅片管换热器表面温度传感器、溶液温度传感器、溶液浓度传感器和电动三通调节阀分别与控制模块连接，空气温度传感器、空气湿度传感器分别位于该热源塔装置的空气进口处，翅片管换热器表面温度传感器位于第一翅片管换热器表面，溶液温度传感器和溶液浓度传感器都位于热源塔装置的溶液入口端。优选的，在该热源塔装置的外侧面下部的空气入口处并联安装有第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、第三翅片管换热器、第四翅片管换热器，热源塔装置的整个空气入口分别与第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、第三翅片管换热器、第四翅片管换热器的空气入口相连，第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、第三翅片管换热器、第四翅片管换热器的出口与热源塔内空气通道相连。优选的，第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、第三翅片管换热器、第四翅片管换热器分别采用疏水型翅片。有益效果本实用新型提出的一种可实现预凝的热源塔装置，在保证热源塔取热效果前提下，可大大减小热源塔内直接进入溶液的凝结水量，从而减少机组运行过程中的溶液浓度再生量及其再生能耗，同时，可利用翅片管换热器的水分预凝结作用，充分吸收空气中水分凝结潜热，从而显著提升热源塔热泵机组综合性能。
图I是本实用新型具有预凝功能的热源塔装置的示意图；图2是具有预凝功能的热源塔装置的俯视图。以上图中有风机I ;喷淋装置2;填料3 ；第一翅片管换热器4;第二翅片管换热器5 ；第三翅片管换热器6;[0026]第四翅片管换热器7;电动三通调节阀8;电动三通调节阀输入端8a ；电动三通调节阀第一输出端Sb ；电动三通调节阀第二输出端8c ；溶液收集槽9 ；预凝水集水槽10 ；控制模块11;空气温度传感器12 ；空气湿度传感器13 ；翅片管换热器表面温度传感器14 ；溶液温度传感器15 ；溶液浓度传感器16。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型做进一步说明。本实用新型提供的一种可实现预凝的热源塔装置，该装置包括溶液回路、空气及凝结水回路和控制回路。溶液回路包括喷淋装置2、填料3、第一翅片管换热器4、第二翅片管换热器5、第三翅片管换热器6、第四翅片管换热器7、电动三通调节阀8、溶液收集槽9及其连接管道。溶液回路中，溶液入口端接电动三通调节阀输入端8a，电动三通调节阀第一输出端8b分别接第一翅片管换热器4、第二翅片管换热器5、第三翅片管换热器6、第四翅片管换热器7的输入端；第一翅片管换热器4、第二翅片管换热器5、第三翅片管换热器6、第四翅片管换热器7的输出端与电动三通调节阀第二输出端Sc合并后接喷淋装置2的输入端，填料3位于喷淋装置2下部，溶液收集槽9位于填料3下部，溶液收集槽9的溶液输出端接该装置的溶液出口。空气及凝结水回路包括第一翅片管换热器4、第二翅片管换热器5、第三翅片管换热器6、第四翅片管换热器7、预凝水集水槽10、填料3、风机I及其连接通道。空气及凝结水回路中，第一翅片管换热器4、第二翅片管换热器5、第三翅片管换热器6、第四翅片管换热器7位于热源塔装置外侧面下部的空气进口处，四个换热器实现将热源塔装置的整个空气入口围住，使得进入热源塔的空气首先经过四个换热器。预凝水集水槽10位于第一翅片管换热器4、第二翅片管换热器5、第三翅片管换热器6、第四翅片管换热器7换热器的下部，填料3位于热源塔装置中部，风机I位于热源塔装置上部出风口。控制回路包括控制模块11、空气温度传感器12、空气湿度传感器13、翅片管换热器表面温度传感器14溶液温度传感器15、溶液浓度传感器16和电动三通调节阀8。控制回路中，空气温度传感器12、空气湿度传感器13、翅片管换热器表面温度传感器14、溶液温度传感器15、溶液浓度传感器16和电动三通调节阀8分别与控制模块11连接，空气温度传感器12、空气湿度传感器13分别位于该热源塔装置的空气进口处，翅片管换热器表面温度传感器14位于第一翅片管换热器4表面，溶液温度传感器15和溶液浓度传感器16都位于热源塔装置的溶液入口端。[0045]在该热源塔装置的外侧面下部的空气入口处并联安装有第一翅片管换热器4、第二翅片管换热器5、第三翅片管换热器6、第四翅片管换热器7，热源塔装置的整个空气入口分别与第一翅片管换热器4、第二翅片管换热器5、第三翅片管换热器6、第四翅片管换热器7的空气入口相连，第一翅片管换热器4、第二翅片管换热器5、第三翅片管换热器6、第四翅片管换热器7的出口与热源塔内空气通道相连。第一翅片管换热器4、第二翅片管换热器5、第三翅片管换热器6、第四翅片管换热器7分别采用疏水型翅片。本实用新型的具体方法是在夏季制冷运行工况下，热源塔在夏季制冷工况运行时，冷水机组冷凝器中出来高温水从溶液入口进入热源塔，进入电动三通调节阀8后直接全部从电动三通调节阀第二输出端8c流出进入喷淋装置2，经喷淋后在填料3中与空气进行换热，降温后水经溶液出口管路流出热源塔回到冷水机组冷凝器端，如此循环；空气从热源塔外侧面下部被吸入经过四个翅片管换热器4、5、6、7后(此时翅片管换热器中无液体流动)进入热源塔内，在填料2中与水进行换热，然后经过风机I排出热源塔；控制回路在制冷运行工况下不工作。在冬季制热运行工况下系统分三种模式运行。模式一环境温度大于0°C且环境空气湿度较小，空气中水蒸气分压力小于或等于热源塔中溶液的水蒸气分压力时，此时不需要对凝结水量进行控制，溶液回路、空气及凝结水回路、控制回路的运行与夏季制冷运行工况下相同，不同仅是溶液回路流动的是溶液而不是水。模式二 环境温度大于0°C且环境空气湿度较大，空气中水蒸气分压力大于热源塔中溶液的水蒸气分压力，需要对空气中水量进行控制，运行时翅片管换热器表面温度低于空气露点温度，溶液回路中低温溶液从热泵机组蒸发器端出来后通过溶液入口进入热源塔管路，溶液进入电动三通调节阀8后被分成两路，溶液一路从电动三通调节阀第一输出端8b流出后又被分成四路，分别进入第一翅片管换热器4，第二翅片管换热器5，第三翅片管换热器6和第四翅片管换热器7，在翅片管换热器中与空气进行换热，溶液温度升高，溶液表面的水蒸气分压力增大，溶液分别从四个翅片管换热器输出端流出后与从电动三通调节阀第二输出端8c流出的溶液汇合后进入喷淋装置2，溶液经过喷淋后在填料3中与空气进行传热传质，溶液的温度进一步升高后落入溶液收集槽9，从溶液收集槽9的输出端流出，通过溶液出口流出装置；空气及凝结水回路中环境空气从热源塔外侧面下部吸入，进入四个翅片管换热器，在翅片管换热器中空气与溶液换热，空气的温度降低，同时空气中水蒸气在翅片管换热器表面凝结，空气中的水蒸气分压力降低，凝结后的凝结水落入预凝水集水槽10后从凝水出口流出装置，经过翅片管换热器的空气进入热源塔，在填料3中与溶液进行热质交换，因之前空气与溶液在翅片管换热器中的换热，此时空气中水蒸气分压力与溶液表面水蒸气分压力的差值大为减小，空气中水分进入溶液的凝结量也大大减小，空气温度进一步降低后，被风机I吸入排出热源塔。如翅片管换热器表面温度低于0°c，虽环境空气温度大于0°c，但在翅片管换热器表面所凝结的水将会变成霜或冰，影响通过翅片管换热器进入热源塔的风量。为减弱这种不利影响，本实用新型装置选用疏水型材料的翅片管换热器。疏水型翅片表面接触角大，凝结水更易脱落，结霜慢且霜层稀疏，这样在结霜时有延迟作用，且化霜时速度也更快。当换热器表面霜层达到一定厚度时，通过控制电动三通调节阀8调节溶液流量，减少甚至关闭进入翅片管换热器的溶液流量，因空气温度大于0°C，在空气的强制对流换热作用下可实现翅片管换热器化霜，化霜水落入预凝水集水槽10后从凝水出口流出装置，化霜结束后，恢复到正常运行。模式三当环境温度小于或等于0°C时，装置不对空气中水分进行控制，溶液回路、空气及凝结水回路的流动与夏季制冷运行模式相同，不同仅是溶液回路中流动的是溶液而不是水，此时翅片管换热器中没有溶液流动，全部溶液直接与空气在热源塔的填料中进行热质交换。本实用新型装置在各种工况下的运行模式切换与调节由控制回路完成通过空气温度传感器12和空气湿度传感器13可测得热源塔入口空气的温度、湿度，进而计算出空气的水蒸气分压力和露点温度。通过溶液温度传感器15和溶液浓度传感器16可测得溶液温度和浓度，进而计算出热源塔中溶液的水蒸气分压力，翅片管换热器表面温度由翅片管换热器表面温度传感器14测出，因四个翅片管换热器是并联安装，运行情况相同，因此只在第一翅片管换热器4表面安装一个翅片管换热器表面温度传感器14。控制模块11根据所测得的各种参数，作为运行模式选择和控制的判断依据，从而通过控制电动三通调节阀8实现各模式的运行。以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
权利要求1.一种可实现预凝的热源塔装置，其特征在于该装置包括溶液回路、空气及凝结水回路和控制回路； 溶液回路包括喷淋装置(2)、填料(3)、第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)、电动三通调节阀(8)、溶液收集槽(9)及其连接管道； 溶液回路中，溶液入口端接电动三通调节阀输入端(8a)，电动三通调节阀第一输出端(8b)分别接第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)的输入端；第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)的输出端与电动三通调节阀第二输出端(Sc)合并后接喷淋装置(2)的输入端，填料(3)位于喷淋装置(2)下部，溶液收集槽(9)位于填料(3)下部，溶液收集槽(9)的溶液输出端接该装置的溶液出口 ； 空气及凝结水回路包括第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)、预凝水集水槽(10)、填料(3)、风机(I)及其连接通道； 空气及凝结水回路中，第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)分别位于热源塔装置外侧面的下部空气进口处，预凝水集水槽(10)位于第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)的下部，填料(3)位于热源塔装置中部，风机(I)位于热源塔装置上部出风口 ； 控制回路包括控制模块(11)、空气温度传感器(12)、空气湿度传感器(13)、翅片管换热器表面温度传感器(14)、溶液温度传感器(15)、溶液浓度传感器(16)和电动三通调节阀(8)； 控制回路中，空气温度传感器(12)、空气湿度传感器(13)、翅片管换热器表面温度传感器(14)、溶液温度传感器(15 )、溶液浓度传感器(16 )和电动三通调节阀(8 )分别与控制模块(11)连接，空气温度传感器(12)、空气湿度传感器(13)分别位于该热源塔装置的空气进口处，翅片管换热器表面温度传感器(14)位于第一翅片管换热器(4)表面，溶液温度传感器(15 )和溶液浓度传感器(16 )都位于热源塔装置的溶液入口端。
2.根据权利要求I所述的可实现预凝的热源塔装置，其特征在于在该热源塔装置的外侧面下部的空气入口处并联安装有第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)，热源塔装置的整个空气入口分别与第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)的空气入口相连，第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)的出口与热源塔内空气通道相连。
3.根据权利要求I所述的可实现预凝的热源塔装置，其特征在于第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)分别采用疏水型翅片。
专利摘要本实用新型公开了一种可实现预凝的热源塔装置，其特征在于该装置包括溶液回路、空气及凝结水回路和控制回路；溶液回路包括喷淋装置(2)、填料(3)、第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)、电动三通调节阀(8)、溶液收集槽(9)及其连接管道；溶液入口端接电动三通调节阀输入端(8a)，电动三通调节阀第一输出端(8b)分别接第一翅片管换热器(4)、第二翅片管换热器(5)、第三翅片管换热器(6)、第四翅片管换热器(7)的输入端。本实用新型解决了减少热源塔热泵机组冬季工况下在热源塔中从空气进入溶液的凝结水量，同时又利用空气中水蒸气凝结潜热的问题。
文档编号F24F11/02GK202813624SQ20122049925
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者梁彩华, 刘成兴, 文先太, 张小松 申请人:东南大学