[发明专利]一种基于冻结再生及其热回收的溶液热泵系统

说明书

技术领域

一种基于冻结再生及其热回收的溶液热泵系统，属于热泵空调设备领域。该系统是将能源塔机组内需要进行再生的稀溶液送入冷冻法溶液再生机组的冷冻再生冰槽内，使溶液中的一部分水结冰析出，并且通过冰溶液分离装置进行分离，从而得到浓溶液，同时对冷冻法溶液再生机组产生的冷凝热进行回收。

背景技术

根据《中国建筑节能年度发展研究报告2007》中提供的数据和分析，建筑能耗占我国总的商品能耗的20％～30％，而建筑材料和建造过程所消耗的能源一般只占其总的能源消耗的20％左右，大部分能源消耗发生在建筑物运行过程中。不同的地理位置和建筑类型具有不同的用能特点，但总体来说，空调/采暖能耗是建筑能耗里最重要的一部分。

近年来，在传统空调的基础上，发展出了新型的溶液喷淋型空调/热泵，以满足人们对更高的空气品质的需求以及长江中下游地区的采暖需求。相对于传统的空气源热泵，通过在室外机侧喷淋防冻液，溶液喷淋型热泵的结霜风险大大降低，这不仅保证了冬季供热安全，更提高了居住环境的舒适性。但是，目前所有形式的溶液喷淋型热泵都存在一个核心问题，即如何将运行过程中不断稀释的溶液进行再生，使得系统能够持续高效地运行？

人们对这一问题进行了广泛而深入的研究，目前常见的几种技术包括利用太阳能、电能、余热或者热泵系统提供的热量对溶液进行加热再生，或者利用反渗透、电渗析等膜技术对溶液进行再生，但是这些技术都有相应的优缺点。

对于加热法，其最大的特点是使溶液发生沸腾蒸发所需的能耗是理论上的最小再生能耗的200～500倍，因此如果不进行潜热回收，其再生能耗会导致整个系统的能效比严重下降，而即使采用了相应的热回收技术，系统的能耗仍然比较高，且随着系统的进一步复杂化，运行稳定性也进一步降低；即使采用了太阳能或余热等可再生或廉价能源，其储存要求或地域要求也相对较高，难以实现大范围的技术推广。

对于膜技术法，由于防冻液的浓度比较高，导致利用反渗透法再生所需的压力高于100个大气压。这样的高压对膜本身的抗压性要求很高，并且对整个系统的安全性要求也较高。而且，不论是反渗透法还是电渗析法，所需的能耗都随着溶液浓度的提高而快速增加。研究表明，在对高浓度的海水进行再生时，反渗透法和电渗析法的系统能耗与多效蒸馏加热法相当，而防冻液的浓度是海水的35倍，再生所需的能耗甚至会比加热法能耗更大。

从热力学分析里可知，除了利用加热法使得溶液发生气液相变进行再生，还可以利用冷冻法使得溶液发生固液相变进行再生，而固液相变的能耗只有气液相变的1/7～1/8，并且，对于冬季供暖工况来说，使溶液冷却到结冰温度的温差也远低于将其加热到蒸发所需的温差，因此，利用冷冻法进行再生分离，并且通过热回收冷凝器对再生过程中产生的冷凝热进行回收，较之前两类技术，降低了再生能耗，提高了系统的运行效率，同时也提高了系统安全性。

发明内容

本发明提出了一种基于冻结再生及其热回收的溶液热泵系统，使用制冷循环冷量将适当浓度的稀溶液中的水分冻结成冰后析出而得到浓溶液，同时对再生冷凝热量进行了回收，保证了溶液空调设备的高效连续运行，无需大容量溶液储罐，溶液使用量减少。

本发明提出如下技术方案：

一种基于冻结再生及其热回收的溶液热泵系统，包括用户侧机组、能源塔机组及冷冻法溶液再生机组，所述的冷冻法溶液再生机组包括工质出口、工质入口、溶液出口、溶液入口、压缩机、节流阀、冷冻再生冰槽、溶液泵、第一电磁阀和第二电磁阀，所述的冷冻再生冰槽包括换热盘管、溶液喷头、保温外壳、冰溶液分离装置和过滤网；从能源塔机组的溶液出口出来的溶液经过溶液入口进入冷冻再生冰槽，经喷淋、换热后流入冷冻再生冰槽的底部，然后依次经过溶液泵、第一电磁阀、溶液出口和溶液入口返回能源塔机组；其特征在于：所述的冷冻法溶液再生机组还包括热回收冷凝器，热回收冷凝器的一侧依次与节流阀、换热盘管和压缩机连接构成制冷循环；热回收冷凝器的另一侧工质回路的出口经冷冻法溶液再生机组的工质出口与能源塔机组的工质入口连接，能源塔机组的工质出口与用户侧机组的工质入口相连；热回收冷凝器的另一侧工质回路的入口经冷冻法溶液再生机组的工质入口与用户侧机组的工质出口相连。

本发明提出的另一种技术方案：