專利名稱：具有預凝功能的熱源塔裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種針對熱源塔熱泵機組運行特點及要求而提出的新型熱源塔裝置，屬于制冷、空調系統(tǒng)設計與制造技術領域。
背景技術：
隨著人們生活水平的提高以及對人居環(huán)境舒適性要求越來越高，空調系統(tǒng)已成為建筑系統(tǒng)中必不可少的部分。熱源塔熱泵機組作為一種新型的建筑空調系統(tǒng)冷熱源，在夏季制冷工況下其與傳統(tǒng)的水冷冷水機組無異，具有穩(wěn)定、高效的特點；在冬季供暖工況下其借助溶液在熱源塔內與空氣換熱，吸收空氣的熱量為熱泵機組蒸發(fā)端提供低品位熱量，從根本上避免了常規(guī)空氣源熱泵冬季運行結霜的問題。這種機組兼具多種空調系統(tǒng)優(yōu)點，與水冷冷水機組、空氣源熱泵機組、地源熱泵機組相比都有其獨特優(yōu)勢，尤其是在冬季空氣溫度不太低，而濕度較大的夏熱冬冷地區(qū)具有很大的應用前景?！嵩此岜脵C組冬季制熱運行時，通過溶液在熱源塔內與空氣進行傳熱傳質，從空氣中吸收熱量，所交換的熱量可分為顯熱部分和潛熱部分，其中顯熱部分(熱傳遞)的大小取決于溶液與空氣二者間溫差大小，潛熱部分(質傳遞)的大小取決于二者接觸面上水蒸氣分壓力差大小。當環(huán)境空氣濕度較大，空氣中水蒸氣分壓力大于溶液表面水蒸氣分壓力時，在熱源塔內空氣中的水蒸氣便會凝結進入溶液，使溶液濃度變稀、凝固點溫度升高。為保證熱泵機組持續(xù)可靠運行，避免系統(tǒng)中溶液凝固，必須使溶液凝固點溫度低于機組蒸發(fā)溫度及室外環(huán)境溫度。因此，隨著塔內熱質傳遞過程中凝結水量的增加，當溶液濃度降低后，需要通過再生系統(tǒng)對溶液進行再生，提高其濃度，降低其凝固點溫度，而溶液濃度再生過程是一個消耗能量的過程，再生耗能的多少對于機組綜合性能優(yōu)劣影響很大。因此，解決怎樣減少熱源塔熱泵機組冬季工況下在熱源塔中從空氣進入溶液的凝結水量，以減少溶液濃度再生的能耗需求，同時又最大程度利用空氣中水蒸
氣凝結潛熱的問題，設計出一種具有預凝功能的熱源塔裝置成為本領域技術人員迫切需要解決的技術難題。

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明的目的是解決怎樣減少熱源塔熱泵機組冬季工況下在熱源塔中從空氣進入溶液的凝結水量，以減少溶液濃度再生的能耗需求，同時又最大程度利用空氣中水蒸氣凝結潛熱的問題，提出一種具有預凝功能的熱源塔裝置。技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種具有預凝功能的熱源塔裝置，該裝置包括溶液回路、空氣及凝結水回路和控制回路；
溶液回路包括噴淋裝置、填料、第一翅片管換熱器、第二翅片管換熱器、第三翅片管換熱器、第四翅片管換熱器、電動三通調節(jié)閥、溶液收集槽及其連接管道；
溶液回路中，溶液入口端接電動三通調節(jié)閥輸入端，電動三通調節(jié)閥第一輸出端分別接第一翅片管換熱器、第二翅片管換熱器、第三翅片管換熱器、第四翅片管換熱器的輸入端；第一翅片管換熱器、第二翅片管換熱器、第三翅片管換熱器、第四翅片管換熱器的輸出端與電動三通調節(jié)閥第二輸出端合并后接噴淋裝置的輸入端，填料位于噴淋裝置下部，溶液收集槽位于填料下部，溶液收集槽的溶液輸出端接該裝置的溶液出口 ；
空氣及凝結水回路包括第一翅片管換熱器、第二翅片管換熱器、第三翅片管換熱器、第四翅片管換熱器、預凝水集水槽、填料風機及其連接通道；
空氣及凝結水回路中，第一翅片管換熱器、第二翅片管換熱器、第三翅片管換熱器、第四翅片管換熱器于熱源塔裝置外側面的下部空氣進口處，四個換熱器實現將熱源塔裝置的整個空氣入口圍住，使得進入熱源塔的空氣首先經過四個換熱器。預凝水集水槽位于第一翅片管換熱器、第二翅片管換熱器、第三翅片管換熱器、第四翅片管換熱器的下部，填料位于熱源塔裝置中部，風機位于熱源塔裝置上部出風口 ；
控制回路包括控制模塊、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、翅片管換熱器表面溫度傳感器、溶液溫度傳感器、溶液濃度傳感器和電動三通調節(jié)閥；
控制回路中，空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、翅片管換熱器表面溫度傳感器、溶液溫度傳感器、溶液濃度傳感器和電動三通調節(jié)閥分別與控制模塊連接，空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器分別位于該熱源塔裝置的空氣進口處，翅片管換熱器表面溫度傳感器位于第一翅片管換熱器表面，溶液溫度傳感器和溶液濃度傳感器都位于熱源塔裝置的溶液入口端。優(yōu)選的，在該熱源塔裝置的外側面下部的空氣入口處并聯(lián)安裝有第一翅片管換熱器、第二翅片管換熱器、第三翅片管換熱器、第四翅片管換熱器，熱源塔裝置的整個空氣入口分別與第一翅片管換熱器、第二翅片管換熱器、第三翅片管換熱器、第四翅片管換熱器的空氣入口相連，第一翅片管換熱器、第二翅片管換熱器、第三翅片管換熱器、第四翅片管換熱器的出口與熱源塔內空氣通道相連。優(yōu)選的，第一翅片管換熱器、第二翅片管換熱器、第三翅片管換熱器、第四翅片管換熱器分別采用疏水型翅片。有益效果
本發(fā)明提出的具有預凝功能的熱源塔裝置，在保證熱源塔取熱效果前提下，可大大減小熱源塔內直接進入溶液的凝結水量，從而減少機組運行過程中的溶液濃度再生量及其再生能耗，同時，可利用翅片管換熱器的水分預凝結作用，充分吸收空氣中水分凝結潛熱，從而顯著提升熱源塔熱泵機組綜合性能。


圖I是本發(fā)明具有預凝功能的熱源塔裝置的示意 圖2是具有預凝功能的熱源塔裝置的俯視圖。以上圖中有
風機I ;
噴淋裝置2 ；
填料3 ；
第一翅片管換熱器4 ；
第二翅片管換熱器5 ；第三翅片管換熱器6 ；
第四翅片管換熱器7;
電動三通調節(jié)閥8 ；
電動三通調節(jié)閥輸入端8a ;電動三通調節(jié)閥第一輸出端8b ;電動三通調節(jié)閥第二輸出端8c ；
溶液收集槽9 ；
預凝水集水槽10 ；
控制模塊11 ;
空氣溫度傳感器12 ；
空氣濕度傳感器13 ；
翅片管換熱器表面溫度傳感器14 ；
溶液溫度傳感器15 ；
溶液濃度傳感器16。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明提供的具有預凝功能的熱源塔裝置，該裝置包括溶液回路、空氣及凝結水回路和控制回路。溶液回路包括噴淋裝置2、填料3、第一翅片管換熱器4、第二翅片管換熱器5、第三翅片管換熱器6、第四翅片管換熱器7、電動三通調節(jié)閥8、溶液收集槽9及其連接管道。溶液回路中，溶液入口端接電動三通調節(jié)閥輸入端8a，電動三通調節(jié)閥第一輸出端8b分別接第一翅片管換熱器4、第二翅片管換熱器5、第三翅片管換熱器6、第四翅片管換熱器7的輸入端；第一翅片管換熱器4、第二翅片管換熱器5、第三翅片管換熱器6、第四翅片管換熱器7的輸出端與電動三通調節(jié)閥第二輸出端Sc合并后接噴淋裝置2的輸入端，填料3位于噴淋裝置2下部，溶液收集槽9位于填料3下部，溶液收集槽9的溶液輸出端接該裝置的溶液出口?？諝饧澳Y水回路包括第一翅片管換熱器4、第二翅片管換熱器5、第三翅片管換熱器6、第四翅片管換熱器7、預凝水集水槽10、填料3、風機I及其連接通道?？諝饧澳Y水回路中，第一翅片管換熱器4、第二翅片管換熱器5、第三翅片管換熱器6、第四翅片管換熱器7位于熱源塔裝置外側面下部的空氣進口處，四個換熱器實現將熱源塔裝置的整個空氣入口圍住，使得進入熱源塔的空氣首先經過四個換熱器。預凝水集水槽10位于第一翅片管換熱器4、第二翅片管換熱器5、第三翅片管換熱器6、第四翅片管換熱器7換熱器的下部，填料3位于熱源塔裝置中部，風機I位于熱源塔裝置上部出風口?？刂苹芈钒刂颇K11、空氣溫度傳感器12、空氣濕度傳感器13、翅片管換熱器表面溫度傳感器14溶液溫度傳感器15、溶液濃度傳感器16和電動三通調節(jié)閥8?？刂苹芈分?，空氣溫度傳感器12、空氣濕度傳感器13、翅片管換熱器表面溫度傳感器14、溶液溫度傳感器15、溶液濃度傳感器16和電動三通調節(jié)閥8分別與控制模塊11連接，空氣溫度傳感器12、空氣濕度傳感器13分別位于該熱源塔裝置的空氣進口處，翅片管換熱器表面溫度傳感器14位于第一翅片管換熱器4表面，溶液溫度傳感器15和溶液濃度傳感器16都位于熱源塔裝置的溶液入口端。在該熱源塔裝置的外側面下部的空氣入口處并聯(lián)安裝有第一翅片管換熱器4、第二翅片管換熱器5、第三翅片管換熱器6、第四翅片管換熱器7，熱源塔裝置的整個空氣入口分別與第一翅片管換熱器4、第二翅片管換熱 器5、第三翅片管換熱器6、第四翅片管換熱器7的空氣入口相連，第一翅片管換熱器4、第二翅片管換熱器5、第三翅片管換熱器6、第四翅片管換熱器7的出口與熱源塔內空氣通道相連。第一翅片管換熱器4、第二翅片管換熱器5、第三翅片管換熱器6、第四翅片管換熱器7分別采用疏水型翅片。本發(fā)明的具體方法是在夏季制冷運行工況下，熱源塔在夏季制冷工況運行時，冷水機組冷凝器中出來高溫水從溶液入口進入熱源塔，進入電動三通調節(jié)閥8后直接全部從電動三通調節(jié)閥第二輸出端8c流出進入噴淋裝置2，經噴淋后在填料3中與空氣進行換熱，降溫后水經溶液出口管路流出熱源塔回到冷水機組冷凝器端，如此循環(huán)；空氣從熱源塔外側面下部被吸入經過四個翅片管換熱器4、5、6、7后(此時翅片管換熱器中無液體流動)進入熱源塔內，在填料2中與水進行換熱，然后經過風機I排出熱源塔；控制回路在制冷運行工況下不工作。在冬季制熱運行工況下系統(tǒng)分三種模式運行。模式一環(huán)境溫度大于0°C且環(huán)境空氣濕度較小，空氣中水蒸氣分壓力小于或等于熱源塔中溶液的水蒸氣分壓力時，此時不需要對凝結水量進行控制，溶液回路、空氣及凝結水回路、控制回路的運行與夏季制冷運行工況下相同，不同僅是溶液回路流動的是溶液而不是水。模式二 環(huán)境溫度大于0°C且環(huán)境空氣濕度較大，空氣中水蒸氣分壓力大于熱源塔中溶液的水蒸氣分壓力，需要對空氣中水量進行控制，運行時翅片管換熱器表面溫度低于空氣露點溫度，溶液回路中低溫溶液從熱泵機組蒸發(fā)器端出來后通過溶液入口進入熱源塔管路，溶液進入電動三通調節(jié)閥8后被分成兩路，溶液一路從電動三通調節(jié)閥第一輸出端8b流出后又被分成四路，分別進入第一翅片管換熱器4，第二翅片管換熱器5，第三翅片管換熱器6和第四翅片管換熱器7，在翅片管換熱器中與空氣進行換熱，溶液溫度升高，溶液表面的水蒸氣分壓力增大，溶液分別從四個翅片管換熱器輸出端流出后與從電動三通調節(jié)閥第二輸出端8c流出的溶液匯合后進入噴淋裝置2，溶液經過噴淋后在填料3中與空氣進行傳熱傳質，溶液的溫度進一步升高后落入溶液收集槽9，從溶液收集槽9的輸出端流出，通過溶液出口流出裝置；空氣及凝結水回路中環(huán)境空氣從熱源塔外側面下部吸入，進入四個翅片管換熱器，在翅片管換熱器中空氣與溶液換熱，空氣的溫度降低，同時空氣中水蒸氣在翅片管換熱器表面凝結，空氣中的水蒸氣分壓力降低，凝結后的凝結水落入預凝水集水槽10后從凝水出口流出裝置，經過翅片管換熱器的空氣進入熱源塔，在填料3中與溶液進行熱質交換，因之前空氣與溶液在翅片管換熱器中的換熱，此時空氣中水蒸氣分壓力與溶液表面水蒸氣分壓力的差值大為減小，空氣中水分進入溶液的凝結量也大大減小，空氣溫度進一步降低后，被風機I吸入排出熱源塔。如翅片管換熱器表面溫度低于o°c，雖環(huán)境空氣溫度大于0°c，但在翅片管換熱器表面所凝結的水將會變成霜或冰，影響通過翅片管換熱器進入熱源塔的風量。為減弱這種不利影響，本發(fā)明裝置選用疏水型材料的翅片管換熱器。疏水型翅片表面接觸角大，凝結水更易脫落，結霜慢且霜層稀疏，這樣在結霜時有延遲作用，且化霜時速度也更快。當換熱器表面霜層達到一定厚度時，通過控制電動三通調節(jié)閥8調節(jié)溶液流量，減少甚至關閉進入翅片管換熱器的溶液流量，因空氣溫度大于0°C，在空氣的強制對流換熱作用下可實現翅片管換熱器化霜，化霜水落入預凝水集水槽10后從凝水出口流出裝置，化霜結束后，恢復到正常運行。模式三當環(huán)境溫度小于或等于0°C時，裝置不對空氣中水分進行控制，溶液回路、空氣及凝結水回路的流動與夏季制冷運行模式相同，不同僅是溶液回路中流動的是溶液而不是水，此時翅片管換熱器中沒有溶液流動，全部溶液直接與空氣在熱源塔的填料中進行熱質交換。本發(fā)明裝置在各種工況下的運行模式切換與調節(jié)由控制回路完成通過空氣溫度傳感器12和空氣濕度傳感器13可測得熱源塔入口空氣的溫度、濕度，進而計算出空氣的水蒸氣分壓力和露點溫度。通過溶液溫度傳感器15和溶液濃度傳感器16可測得溶液溫度和濃度，進而計算出熱源塔中溶液的水蒸氣分壓力，翅片管換熱器表面溫度由翅片管換熱器表面溫度傳感器14測出，因四個翅片管換熱器是并聯(lián)安裝，運行情況相同，因此只在第一·翅片管換熱器4表面安裝一個翅片管換熱器表面溫度傳感器14。控制模塊11根據所測得的各種參數，作為運行模式選擇和控制的判斷依據，從而通過控制電動三通調節(jié)閥8實現各模式的運行。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本發(fā)明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內。
權利要求
1.一種具有預凝功能的熱源塔裝置，其特征在于該裝置包括溶液回路、空氣及凝結水回路和控制回路； 溶液回路包括噴淋裝置(2)、填料(3)、第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)、電動三通調節(jié)閥(8)、溶液收集槽(9)及其連接管道； 溶液回路中，溶液入口端接電動三通調節(jié)閥輸入端(8a)，電動三通調節(jié)閥第一輸出端(8b)分別接第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)的輸入端；第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)的輸出端與電動三通調節(jié)閥第二輸出端(Sc)合并后接噴淋裝置(2)的輸入端，填料(3)位于噴淋裝置(2)下部，溶液收集槽(9)位于填料(3)下部，溶液收集槽(9)的溶液輸出端接該裝置的溶液出口 ； 空氣及凝結水回路包括第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)、預凝水集水槽(10)、填料(3)、風機(I)及其連接通道； 空氣及凝結水回路中，第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)分別位于熱源塔裝置外側面的下部空氣進口處，預凝水集水槽(10)位于第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)的下部，填料(3)位于熱源塔裝置中部，風機(I)位于熱源塔裝置上部出風口 ； 控制回路包括控制模塊(11)、空氣溫度傳感器(12)、空氣濕度傳感器(13)、翅片管換熱器表面溫度傳感器(14)、溶液溫度傳感器(15)、溶液濃度傳感器(16)和電動三通調節(jié)閥(8)； 控制回路中，空氣溫度傳感器(12)、空氣濕度傳感器(13)、翅片管換熱器表面溫度傳感器(14)、溶液溫度傳感器(15 )、溶液濃度傳感器(16 )和電動三通調節(jié)閥(8 )分別與控制模塊(11)連接，空氣溫度傳感器(12)、空氣濕度傳感器(13)分別位于該熱源塔裝置的空氣進口處，翅片管換熱器表面溫度傳感器(14)位于第一翅片管換熱器(4)表面，溶液溫度傳感器(15)和溶液濃度傳感器(16)都位于熱源塔裝置的溶液入口端。
2.根據權利要求I所述的具有預凝功能的熱源塔裝置，其特征在于在該熱源塔裝置的外側面下部的空氣入口處并聯(lián)安裝有第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)，熱源塔裝置的整個空氣入口分別與第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)的空氣入口相連，第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)的出口與熱源塔內空氣通道相連。
3.根據權利要求I所述的具有預凝功能的熱源塔裝置，其特征在于第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)分別采用疏水型翅片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有預凝功能的熱源塔裝置，其特征在于該裝置包括溶液回路、空氣及凝結水回路和控制回路；溶液回路包括噴淋裝置(2)、填料(3)、第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)、電動三通調節(jié)閥(8)、溶液收集槽(9)及其連接管道；溶液入口端接電動三通調節(jié)閥輸入端(8a)，電動三通調節(jié)閥第一輸出端(8b)分別接第一翅片管換熱器(4)、第二翅片管換熱器(5)、第三翅片管換熱器(6)、第四翅片管換熱器(7)的輸入端。本發(fā)明解決了減少熱源塔熱泵機組冬季工況下在熱源塔中從空氣進入溶液的凝結水量，同時又利用空氣中水蒸氣凝結潛熱的問題。
文檔編號F28C1/14GK102901374SQ20121036569
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權日2012年9月28日
發(fā)明者梁彩華, 劉成興, 文先太, 張小松 申請人:東南大學