一種多效再生的熱源塔熱泵系統及方法

2023-05-01 16:19:41

一種多效再生的熱源塔熱泵系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種多效再生的熱源塔熱泵系統，包括閉式熱源塔、熱源塔循環泵、旁通調節閥、熱泵機組、有機溶液循環泵、進口調節閥、出口調節閥、冷凝器旁通調節閥、回水調節閥、供水調節閥、冷凝器、第一、第二、第三和第四效換熱室、凝水換熱器、溶液換熱器、脫氣室、第一、第二換熱器、冷凝脫氣室、冷凝水泵、第一、第二溶液增壓泵、真空泵、壓力開關、濃溶液調節閥、冷凝器調節閥、冷凝脫氣室調節閥、冷凝脫氣室疏水調節閥、冷凝器疏水調節閥、稀溶液調節閥、第一、第二、第三和第四效溶液出口調節閥、第一、第二、第三和第四效供水調節閥、第二、第三和第四效疏水調節閥、第一、第二、第三效旁路疏水調節閥和第一效熱水調節閥。
【專利說明】一種多效再生的熱源塔熱泵系統及方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及空調製冷領域，具體是一種多效再生的熱源塔熱泵系統及方法。

【背景技術】
[0002] 熱源塔熱泵可有效解決空氣源熱泵在冬季容易產生的結霜問題，可在冬、夏兩季 使用，具有較好的技術經濟價值，近年來，針對熱源塔熱泵系統的研究和應用越來越多。
[0003] 目前，熱源塔熱泵中存在的一個主要問題是防凍溶液的再生。當熱源塔在冬季使 用時，防凍溶液會吸收空氣中的水蒸汽，水蒸汽凝結所傳遞的潛熱通常小於防凍溶液在熱 源塔中吸熱量的30%。吸收空氣中的水分後，防凍溶液濃度變稀，冰點升高，因此需要重 新對防凍溶液進行再生以維持溶液的冰點始終處於要求水平。熱源塔防凍溶液再生的方 式包括反滲透再生和熱力再生兩大類，其中反滲透再生因防凍溶液的滲透壓過高使得技術 經濟性能較低。目前的主流再生方式是熱力再生，它又包括沸騰式再生和非沸騰式再生兩 種。非沸騰式再生利用再生空氣和高溫防凍溶液直接接觸，使得防凍溶液中的水分在水蒸 汽分壓差的作用下轉移到再生空氣中。非沸騰式再生在常壓下進行，簡單方便，但傳質效 果差，所需傳質推動力較大。沸騰式再生在真空環境下對防凍溶液進行沸騰再生，傳質效 果好，只需1?:TC的溫差就可以獲得較好的再生效果。但是由於防凍溶液在熱源塔中與 空氣直接接觸，其中含有的不凝性氣體在真空環境下會大量逸出並隨著水蒸汽進入冷凝 器，嚴重影響冷凝換熱效果，因此必須對防凍溶液中的不凝性氣體進行預處理，申請號為 201410038285. 8的專利提出採用正滲透膜技術來隔絕不凝性氣體，但正滲透膜容易產生泥 垢和溶質反滲透問題。另外，在對防凍溶液進行沸騰式再生時，目前的方式都是單效，當熱 源溫度較高時（比如利用熱泵機組提供熱量），就會產生較大的能量浪費。
[0004] 綜上所述，沸騰式再生是比較簡單且高效的一種再生方式，它可有效利用低品位 熱源，無需加高壓，也不需要能量回收器，但要讓該技術具有可行性，則需解決不凝性氣體 以及高溫熱源驅動時的熱量再利用問題。


【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種結構簡單的多效再生的熱源塔熱泵系統。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明提供一種多效再生的熱源塔熱泵系統，包括工作 子系統和再生子系統；所述工作子系統包括內置循環溶液的閉式熱源塔、熱源塔循環泵、旁 通調節閥、熱泵機組、有機溶液循環泵、進口調節閥、出口調節閥、冷凝器旁通調節閥、回水 調節閥、供水調節閥；所述再生子系統包括冷凝器、第四效換熱室、第三效換熱室、第二效換 熱室、第一效換熱室、凝水換熱器、溶液換熱器、脫氣室、第一換熱器、第二換熱器、冷凝脫氣 室、冷凝水泵、第一溶液增壓泵、第二溶液增壓泵、真空泵、第四效換熱室壓力開關、第三效 換熱室壓力開關、第二效換熱室壓力開關、第一效換熱室壓力開關、冷凝脫氣室壓力開關、 脫氣室壓力開關、濃溶液調節閥、冷凝器調節閥、冷凝脫氣室調節閥、冷凝脫氣室疏水調節 閥、冷凝器疏水調節閥、第四效溶液出口調節閥、第四效供水調節閥、稀溶液調節閥、第三效 溶液出口調節閥、第四效疏水調節閥、第二效溶液出口調節閥、第三效疏水調節閥、第三效 旁路疏水調節閥、第二效旁路疏水調節閥、第一效溶液出口調節閥、第二效疏水調節閥、第 三效供水調節閥、第一效旁路疏水調節閥、第二效供水調節閥、第二效供水調節閥和第一效 熱水調節閥；所述閉式熱源塔的循環溶液出口通過熱源塔循環泵分為兩路，第一路連接旁 通調節閥後與濃溶液調節閥出口相連，再接入閉式熱源塔的循環溶液進口；第二路依次連 接凝水換熱器的低溫液體管道、溶液換熱器的低溫液體管道和稀溶液調節閥後接入脫氣 室；脫氣室頂部的水蒸汽出口連接冷凝脫氣室的水蒸汽進口，冷凝脫氣室的冷凝水出口連 接冷凝脫氣室疏水調節閥的進口；脫氣室的溶液出口連接第二溶液增壓泵後分為兩路，第 一路通過第四效供水調節閥後連接至第四效換熱室頂部的溶液進口，第二路連接第一換熱 器的低溫液體管道後分為兩路，其中一路通過第三效供水調節閥後連接至第三效換熱室頂 部的溶液進口，第二路連接第二換熱器的低溫液體管道後分為兩路，其中一路通過第二效 供水調節閥後連接至第二效換熱室頂部溶液進口，第二路通過第一效供水調節閥後連接至 第一效換熱室頂部溶液進口；第一效換熱室的底部溶液出口通過第一效溶液出口調節閥連 接第二效換熱室的底部溶液進口；第一效換熱室的蒸汽主管路出口、第二效換熱室的冷凝 管道、第二效疏水調節閥以及冷凝器疏水調節閥的出口依次相互連接；第一效換熱室的蒸 汽旁路出口、第二溶液換熱器的冷凝管道和第一效旁路疏水調節閥依次連接；第二效換熱 室的底部溶液出口通過第二效溶液出口調節閥連接第三效換熱室的底部溶液進口；第二效 換熱室的蒸汽主管路出口、第三效換熱室的冷凝管道、第三效疏水調節閥以及冷凝器疏水 調節閥的出口依次相互連接；第二效換熱室的蒸汽旁路出口、第一溶液換熱器的冷凝管道 和第二效旁路疏水調節閥依次連接；第三效換熱室的底部溶液出口通過第三效溶液出口調 節閥連接第四效換熱室的底部溶液進口；第三效換熱室的蒸汽主管路出口、第四效換熱室 的冷凝管道、第四效疏水調節閥以及冷凝器疏水調節閥的出口依次相互連接；第三效換熱 室的蒸汽旁路出口、脫氣室的冷凝管道、和第三效旁路疏水調節閥依次連接；第四效換熱室 的底部溶液出口、第四效溶液出口調節閥、第一溶液增壓泵、溶液換熱器的高溫液體管道以 及濃溶液調節閥的進口依次連接；第四效換熱室的蒸汽主管路出口、冷凝器的冷凝管道和 冷凝器疏水調節閥依次連接；冷凝器疏水調節閥的出口、冷凝脫氣室疏水調節閥的出口、第 四效疏水調節閥的出口、第三效疏水調節閥、出口以及第二效疏水調節閥的出口、第三效旁 路疏水調節閥的出口、第二效旁路疏水調節閥的出口、以及第一效旁路疏水調節閥的出口 相互連接後通過冷凝水泵連通凝水換熱器的高溫液體管道；冷凝脫氣室的氣體出口連接冷 凝脫氣室壓力開關；脫氣室的氣體出口連接脫氣室壓力開關；第四效換熱室的氣體出口連 接第四效換熱室壓力開關；第三效換熱室的氣體出口連接第三效換熱室壓力開關；第二效 換熱室的氣體出口連接第二效換熱室壓力開關；第一效換熱室的氣體出口連接第一效換熱 室壓力開關；冷凝脫氣室壓力開關、脫氣室壓力開關、第四效換熱室壓力開關、第三效換熱 室壓力開關、第二效換熱室壓力開關以及第一效換熱室壓力開關相互並聯後與真空泵的進 氣口相互連接；熱泵機組的出水口分為兩路，一路通過供水調節閥連接至外部換熱系統供 水管路；另外一路通過第一效熱水調節閥連接第一效換熱室的加熱管道；外部換熱系統回 水管路通過回水調節閥後與第一效換熱室的加熱管道出口連接後再接至熱泵機組的進水 口；熱泵機組的有機溶液出口、溶液循環泵、進口調節閥和閉式熱源塔的有機溶液進口依次 連接；閉式熱源塔的有機溶液出口連接出口調節閥後分為三路，一路連接冷凝器旁通閥； 第二路依次連接通過冷凝器調節閥、冷凝器的低溫液體管道後與冷凝器旁通閥的出口連 接；第三路依次通過冷凝脫氣室調節閥以及冷凝脫氣室的冷凝管道後與冷凝器旁通閥的出 口連接。
[0007] 作為對本發明所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的改進：所述循環溶液在夏 季工況下為水，冬季工況下為防凍溶液；所述防凍溶液選用有機物水溶液或無機物水溶液。
[0008] 作為對本發明所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的進一步改進：所述有機溶 液為乙二醇溶液。
[0009] -種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法；通過調整再生子系統關閉，工作子 系統的開與關完成。
[0010] 作為對本發明所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法的改進：夏季工 況下的使用步驟如下：再生子系統關閉，工作子系統打開，閉式熱源塔中的循環溶液為水， 閉式熱源塔實際上按蒸髮式冷卻塔使用；有機溶液從熱泵機組的有機溶液出口流出，並依 次通過溶液循環泵、進口調節閥以及閉式熱源塔的有機溶液進口進入閉式熱源塔內部換熱 管道，向換熱管道外表面上的水膜放出熱量，溫度降低，再從閉式熱源塔的有機溶液出口流 出，依次通過調節閥和冷凝器旁通閥後，通過熱泵機組的有機溶液進口進入熱泵機組；水從 閉式熱源塔的循環溶液出口流出，經過熱源塔循環泵加壓，並通過旁通調節閥從閉式熱源 塔的循環溶液進口流入；水在閉式熱源塔內部被布灑在內部換熱管道外表面形成水膜下 落，與閉式熱源塔從外界抽吸進來的環境空氣進行直接接觸，水膜中的一部分水分蒸發，同 時水膜吸收內部換熱管道中有機溶液的熱量，使其溫度降低；熱泵機組出水依次通過出水 口和供水調節閥後進入外部換熱系統供水管路；水在外部換熱系統供水管路內換熱後，溫 度升高，再從外部換熱系統回水管路經回水調節閥從進水口流入熱泵機組，並吸收熱泵機 組內的蒸發器提供的冷量。
[0011] 作為對本發明所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法的進一步改進： 冬季工況下，沒有防凍要求時的具體使用步驟如下：閉式熱源塔中的循環溶液為防凍溶液， 工作子系統打開，再生子系統關閉，同時熱源塔循環泵關閉，此時：有機溶液從熱泵機組的 有機溶液出口流出，並依次通過溶液循環泵、進口調節閥以及閉式熱源塔有機溶液進口進 入閉式熱源塔內部換熱管道，與閉式熱源塔抽吸的環境空氣進行間接換熱，溫度升高，再從 有機溶液出口流出，依次經過出口調節閥和冷凝器旁通閥後，通過有機溶液進口進入熱泵 機組，並吸收熱泵機組內蒸發器提供的冷量；熱泵機組出水依次通過出水口和供水調節閥 進入外部換熱系統供水管路，換熱後，溫度降低，再從外部換熱系統回水管路通過回水調節 閥從進水口流入熱泵機組，並吸收熱泵機組內的冷凝器提供的熱量；當有防凍要求，但防凍 溶液無需再生時，工作子系統打開，再生子系統關閉，此時：有機溶液從熱泵機組的有機溶 液出口流出，並依次通過溶液循環泵、進口調節閥以及閉式熱源塔的有機溶液進口進入閉 式熱源塔內部的換熱管道，吸收換熱管道外表面上的液膜放出熱量，溫度升高，再從有機溶 液出口流出，依次經出口調節閥、冷凝器旁通閥以及有機溶液進口進入熱泵機組，並吸收熱 泵機組內的蒸發器提供的冷量；防凍溶液從閉式熱源塔的循環溶液出口流出，經過熱源塔 循環泵加壓，並通過旁通調節閥從閉式熱源塔循環溶液進口流入，防凍溶液被布灑在閉式 熱源塔內部的換熱管道外表面形成液膜下落，與閉式熱源塔從外界抽吸進來的環境空氣進 行直接接觸，液膜吸收空氣中的顯熱和水蒸汽，同時液膜向內部換熱管道中有機溶液放出 熱量，使其溫度升高；熱泵機組出水依次通過出水口和供水調節閥進入外部換熱系統供水 管路，換熱後，溫度降低，再從外部換熱系統回水管路通過回水調節閥從進水口流入熱泵機 組，並吸收熱泵機組內的冷凝器提供的熱量。
[0012] 作為對本發明所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法的進一步改進： 冬季工況下，有防凍要求時的具體使用步驟如下：防凍溶液需再生，工作子系統和再生子 系統都打開，此時：有機溶液從熱泵機組的有機溶液出口流出，並依次通過溶液循環泵、進 口調節閥以及閉式熱源塔的有機溶液進口進入閉式熱源塔內部換熱管道，吸收換熱管道外 表面上的液膜放出熱量，溫度升高，再從閉式熱源塔的有機溶液出口流出，經出口調節閥後 分為三路，一路直接通過冷凝器旁通閥；第二路經過冷凝器調節閥進入冷凝器的低溫液體 管道，吸收冷凝管道中水蒸汽釋放的汽化潛熱後，溫度升高，再與從冷凝器旁通閥出口的溶 液混合；第三路經過冷凝脫氣室調節閥後進入冷凝脫氣室的低溫液體管道，吸收水蒸汽冷 凝釋放的汽化潛熱後，溫度升高，再與從冷凝器旁通閥出口的溶液混合；混合後的有機溶液 溫度略升高，再通過熱泵機組的有機溶液進口進入熱泵機組，吸收熱泵機組內的蒸發器提 供的冷量，溫度降低，再從熱泵機組的有機溶液出口流出，如此循環；防凍溶液從閉式熱源 塔的循環溶液出口流出，經過熱源塔循環泵加壓後分為兩路，一路通過旁通調節閥，與濃溶 液調節閥出口的防凍溶液混合後，濃度增加，再從從閉式熱源塔的循環溶液進口流入，防凍 溶液被布灑在閉式熱源塔內部換熱管道外表面形成液膜下落，與閉式熱源塔從外界抽吸進 來的環境空氣進行直接接觸，液膜吸收空氣中的顯熱和水蒸汽，同時液膜向內部換熱管道 中有機溶液放出熱量，使其溫度升高；另外一路進入凝水換熱器的低溫液體管道；防凍溶 液在凝水換熱器的低溫液體管道中吸收凝水換熱器的高溫液體管道中的冷凝水所放出的 熱量後，溫度升高，再流入溶液換熱器的低溫液體管道，並在其中吸收溶液換熱器的高溫液 體管道中的防凍溶液釋放的熱量後，溫度進一步升高，然後通過稀溶液調節閥降壓到脫氣 室壓力後進入脫氣室；溶液在脫氣室中吸收冷凝管道中水蒸汽釋放的冷凝潛熱，溫度升高 到脫氣室壓力下對應的沸點溫度，溶液中的一部分水分沸騰蒸發，同時溶液中含有的不凝 性氣體大量逸出，溶液濃度略微增加，不凝性氣體含量大幅降低；混合有不凝性氣體的水蒸 汽從脫氣室頂部流出進入冷凝脫氣室，水蒸汽在冷凝脫氣室中將熱量傳遞給冷凝脫氣室的 低溫液體管道中的有機溶液，變為冷凝水，同時冷凝脫氣室內的水蒸汽分壓力降低，不凝性 氣體分壓力升高；冷凝脫氣室中產生的冷凝水從冷凝水出口流出後經冷凝脫氣室疏水調節 閥與從冷凝室疏水調節閥流出的冷凝水混合；脫氣後的溶液從脫氣室流出後流入第二溶液 增壓泵，壓力增加後分為兩路，第一路通過第四效供水調節閥後從第四效換熱室的頂部溶 液進口進入第四效換熱室，第二路連接第一換熱器的低溫液體管道，吸收第一換熱器的冷 凝管道中水蒸汽釋放的冷凝潛熱，溫度升高，之後分為兩路，其中一路通過第三效供水調節 閥從頂部溶液進口進入第三效換熱室，第二路連接第二換熱器的低溫液體管道，吸收第二 換熱器的冷凝管道中水蒸汽釋放的冷凝潛熱，溫度升高，之後分為兩路，其中一路通過第二 效供水調節閥從頂部溶液進口進入第二效換熱室，另外一路通過第一效供水調節閥從頂部 溶液進口進入第一效換熱室；流入第一效換熱室的溶液在加熱管道外表面上形成液膜，液 膜被加熱管道中的熱水加熱到第一效換熱室壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收加 熱管道中熱水釋放的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第一效換熱室的底部，在壓 差作用下，從底部溶液出口通過第一效溶液出口調節閥流入第二效換熱室，並在第二效換 熱室內產生閃蒸；第一效換熱室中產生的大部分水蒸汽從蒸汽主管路出口流入第二效換熱 室的冷凝管道，向冷凝管道外表面上的液膜釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第二效疏 水調節閥流出，第一效換熱室中的小部分水蒸汽從蒸汽旁路出口流入第二換熱器的冷凝管 道，向第二換熱器的低溫液體管道中的防凍溶液釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第一 效旁路疏水調節閥流出，與從冷凝器疏水調節閥流出的冷凝水混合；流入第二效換熱室的 溶液在冷凝管道外表面上形成液膜，液膜被冷凝管道中的水蒸汽加熱到第二效換熱室壓力 下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收冷凝管道中水蒸汽釋放的熱量，水分蒸發後的溶液 濃度增加，積聚在第二效換熱室的底部，在壓差作用下，從底部溶液出口通過第二效溶液出 口調節閥流入第三效換熱室，並在第三效換熱室內產生閃蒸。第二效換熱室中產生的大部 分水蒸汽從蒸汽主管路出口流入第三效換熱室的冷凝管道，向冷凝管道外表面上的液膜釋 放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第三效疏水調節閥流出，第二效換熱室中的小部分水蒸 汽從蒸汽旁路出口流入第一換熱器的冷凝管道，向低溫液體管道的防凍溶液釋放冷凝潛熱 後成為冷凝水，然後從第二效旁路疏水調節閥流出，與從冷凝器疏水調節閥流出的冷凝水 混合；流入第三效換熱室的溶液在冷凝管道外表面上形成液膜，液膜被冷凝管道中的水蒸 汽加熱到第三效換熱室壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收冷凝管道中水蒸汽釋放 的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第三效換熱室的底部，在壓差作用下，從底部 溶液出口通過第三效溶液出口調節閥流入第四效換熱室，並在第四效換熱室內產生閃蒸。 第三效換熱室中的大部分水蒸汽從蒸汽主管路出口流入第四效換熱室的冷凝管道，向冷凝 管道外表面上的液膜釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第四效疏水調節閥流出，第三效 換熱室中的小部分水蒸汽從蒸汽旁路出口流入脫氣室的冷凝管道，向進入脫氣室的防凍溶 液釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第三效旁路疏水調節閥流出，與從冷凝器疏水調節 閥流出的冷凝水混合；流入第四效換熱室的溶液在冷凝管道外表面上形成液膜，液膜被冷 凝管道中的水蒸汽加熱到第四效換熱室壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收冷凝管 道中水蒸汽釋放的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第四效換熱室的底部，溶液從 底部溶液出口流出後通過第四效溶液出口調節閥進入第一溶液增壓泵，被增壓後進入溶液 換熱器的高溫液體管道，向溶液換熱器的低溫液體管道中的防凍溶液釋放熱量後，再通過 濃溶液調節閥與從旁通調節閥出口的溶液混合，溶液濃度降低，但比從閉式熱源塔的循環 溶液出口流出的溶液濃度大；第四效換熱室中的水蒸汽從蒸汽主管路出口流入冷凝器的冷 凝管道，向冷凝器的低溫液體管道中的有機溶液釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從冷凝 器疏水調節閥流出；分別從第四效疏水調節閥、第三效疏水調節閥、第二效疏水調節閥、第 一效旁路疏水調節閥、第二效旁路疏水調節閥、第三效旁路疏水調節閥流出的冷凝水在冷 凝器疏水調節閥出口混合後，通過冷凝水泵加壓後，流入凝水換熱器的高溫液體管道，將熱 量傳遞給凝水換熱器的低溫液體管道中的防凍溶液後，溫度降低，然後排至外界；熱泵機組 的出水分為兩路，一路通過供水調節閥向外部換熱系統供應熱水，另一路通過第一效熱水 調節閥進入第四效換熱室的加熱管道，向管道外的液膜放熱後，溫度降低，然後與通過回水 調節閥的熱水回水混合後從進水口流入熱泵機組，吸收熱泵機組內的冷凝器提供的熱量， 溫度升高，再從出水口流出，如此循環。
[0013] 作為對本發明所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法的進一步改進： 所述冷凝脫氣室、脫氣室、第一效換熱室、第二效換熱室、第三效換熱室、第四效換熱室的真 空度靠真空泵及冷凝脫氣室壓力開關、脫氣室壓力開關、第一效換熱室壓力開關、第二效換 熱室壓力開關、第三效換熱室壓力開關和第四效換熱室壓力開關相互配合後控制。
[0014] 作為對本發明所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法的進一步改進： 當冷凝脫氣室的真空度較低時，冷凝脫氣室壓力開關打開，真空泵從冷凝脫氣室的氣體出 口抽出不凝性氣體，增壓到常壓後排放，反之，當冷凝脫氣室的真空度較高時，冷凝脫氣室 壓力開關關閉；當脫氣室的真空度較低時，脫氣室壓力開關打開，真空泵從脫氣室的氣體出 口抽出水蒸汽，增壓到常壓後排放，反之，當脫氣室的真空度較高時，脫氣室壓力開關關閉； 其餘第一效換熱室、第二效換熱室、第三效換熱室和第四效換熱室的真空度保持方法與脫 氣室相似。
[0015] 本發明與現有熱源塔防凍溶液再生系統相比，本發明具有以下優點：
[0016] 1)利用熱源塔熱泵機組冬季工況下所提供的40?45°C熱水為熱源驅動再生過 程，解決了驅動熱源的供給問題，且對蒸汽冷凝熱進行了多效利用，大大提高了再生C0P。
[0017] 2)在防凍液再生循環的加熱及冷卻過程中，進行了梯級加熱及閃蒸熱回收，提高 了熱能利用率。
[0018] 3)對防凍溶液進行脫氣預處理，確保了冷凝傳熱效果，減少了傳熱溫差。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0020] 圖1是實施實例1主要結構示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 實施例1、圖1給出了一種多效再生的熱源塔熱泵系統及方法，包括工作子系統和 再生子系統。
[0022] 工作子系統包括的閉式熱源塔1 (內置循環溶液）、熱源塔循環泵14、旁通調節閥 29、 熱泵機組7、有機溶液循環泵18、進口調節閥26、出口調節閥27、冷凝器旁通調節閥28、 回水調節閥51和供水調節閥52。再生子系統包括冷凝器2、第四效換熱室3、第三效換熱 室4、第二效換熱室5、第一效換熱室6、凝水換熱器8、溶液換熱器9、脫氣室10、第一換熱器 11、第二換熱器12、冷凝脫氣室13、冷凝水泵15、第一溶液增壓泵16、第二溶液增壓泵17、 真空泵19、第四效換熱室壓力開關20、第三效換熱室壓力開關21、第二效換熱室壓力開關 22、第一效換熱室壓力開關23、冷凝脫氣室壓力開關24、脫氣室壓力開關25、濃溶液調節閥 30、 冷凝器調節閥31、冷凝脫氣室調節閥32、冷凝脫氣室疏水調節閥33、冷凝器疏水調節閥 34、第四效溶液出口調節閥35、第四效供水調節閥36、稀溶液調節閥37、第三效溶液出口調 節閥38、第四效疏水調節閥39、第二效溶液出口調節閥40、第三效疏水調節閥41、第三效旁 路疏水調節閥42、第二效旁路疏水調節閥43、第一效溶液出口調節閥44、第二效疏水調節 閥45、第三效供水調節閥46、第一效旁路疏水調節閥47、第二效供水調節閥48、第二效供水 調節閥49和第一效熱水調節閥50。
[0023] 閉式熱源塔1的循環溶液出口通過熱源塔循環泵14分為兩路，第一路連接旁通調 節閥29後與濃溶液調節閥30出口相連，再接入閉式熱源塔1的循環溶液進口；第二路依次 連接凝水換熱器8的低溫液體管道、溶液換熱器9的低溫液體管道和稀溶液調節閥37後接 入脫氣室10 ;脫氣室10頂部的水蒸汽出口連接冷凝脫氣室13的水蒸汽進口，冷凝脫氣室 13的冷凝水出口連接冷凝脫氣室疏水調節閥33的進口；脫氣室10的溶液出口連接第二溶 液增壓泵17後分為兩路，第一路通過第四效供水調節閥36後連接至第四效換熱室3頂部 的溶液進口，第二路連接第一換熱器11的低溫液體管道後分為兩路，其中一路通過第三效 供水調節閥46後連接至第三效換熱室4頂部的溶液進口，第二路連接第二換熱器12的低 溫液體管道後分為兩路，其中一路通過第二效供水調節閥48後連接至第二效換熱室5頂部 溶液進口，第二路通過第一效供水調節閥49後連接至第一效換熱室6頂部溶液進口；第一 效換熱室6的底部溶液出口通過第一效溶液出口調節閥44連接第二效換熱室5的底部溶 液進口；第一效換熱室6的蒸汽主管路出口、第二效換熱室5的冷凝管道、第二效疏水調節 閥45以及冷凝器疏水調節閥34的出口依次相互連接；第一效換熱室6的蒸汽旁路出口、 第二溶液換熱器12的冷凝管道和第一效旁路疏水調節閥47依次連接；第二效換熱室5的 底部溶液出口通過第二效溶液出口調節閥40連接第三效換熱室4的底部溶液進口；第二 效換熱室5的蒸汽主管路出口、第三效換熱室4的冷凝管道、第三效疏水調節閥41以及冷 凝器疏水調節閥34的出口依次相互連接；第二效換熱室5的蒸汽旁路出口、第一溶液換熱 器11的冷凝管道和第二效旁路疏水調節閥43依次連接；第三效換熱室4的底部溶液出口 通過第三效溶液出口調節閥38連接第四效換熱室3的底部溶液進口；第三效換熱室4的蒸 汽主管路出口、第四效換熱室3的冷凝管道、第四效疏水調節閥39以及冷凝器疏水調節閥 34的出口依次相互連接；第三效換熱室4的蒸汽旁路出口、脫氣室10的冷凝管道、和第三 效旁路疏水調節閥42依次連接；第四效換熱室3的底部溶液出口、第四效溶液出口調節閥 35、第一溶液增壓泵16、溶液換熱器9的高溫液體管道以及濃溶液調節閥30的進口依次連 接；第四效換熱室3的蒸汽主管路出口、冷凝器2的冷凝管道和冷凝器疏水調節閥34依次 連接；冷凝器疏水調節閥34的出口、冷凝脫氣室疏水調節閥33的出口、第四效疏水調節閥 39的出口、第三效疏水調節閥41、出口以及第二效疏水調節閥45的出口、第三效旁路疏水 調節閥42的出口、第二效旁路疏水調節閥43的出口、以及第一效旁路疏水調節閥47的出 口相互連接後通過冷凝水泵15連通凝水換熱器8的高溫液體管道；冷凝脫氣室13的氣體 出口連接冷凝脫氣室壓力開關24 ;脫氣室10的氣體出口連接脫氣室壓力開關25 ;第四效 換熱室3的氣體出口連接第四效換熱室壓力開關20 ;第三效換熱室4的氣體出口連接第三 效換熱室壓力開關21 ;第二效換熱室5的氣體出口連接第二效換熱室壓力開關22 ;第一效 換熱室6的氣體出口連接第一效換熱室壓力開關23 ;冷凝脫氣室壓力開關24、脫氣室壓力 開關25、第四效換熱室壓力開關20、第三效換熱室壓力開關21、第二效換熱室壓力開關22 以及第一效換熱室壓力開關23相互並聯後與真空泵19的進氣口相互連接。
[0024] 熱泵機組7的出水口分為兩路，一路通過供水調節閥52連接至外部換熱系統供水 管路；另外一路通過第一效熱水調節閥50連接第一效換熱室6的加熱管道；外部換熱系統 回水管路通過回水調節閥51後與第一效換熱室6的加熱管道出口連接後再接至熱泵機組 7的進水口；熱泵機組7的有機溶液出口、溶液循環泵18、進口調節閥26和閉式熱源塔1的 有機溶液進口依次連接；閉式熱源塔1的有機溶液出口連接出口調節閥27後分為三路，一 路連接冷凝器旁通閥28 ;第二路依次連接通過冷凝器調節閥31、冷凝器2的低溫液體管道 後與冷凝器旁通閥28的出口連接；第三路依次通過冷凝脫氣室調節閥32以及冷凝脫氣室 13的冷凝管道後與冷凝器旁通閥28的出口連接。
[0025] 閉式熱源塔1內置的循環溶液在夏季工況下為水，冬季工況下為防凍溶液，防凍 溶液可選用有機物水溶液（如乙二醇溶液，本發明的本實施例中，使用乙二醇溶液）或無機 物水溶液（如氯化鈣溶液）。
[0026] 本發明在實際的運行過程中，分為如下的步驟：
[0027] 系統運行工況分為夏季工況和冬季工況兩種（因為閉式熱源塔1內置的循環溶液 在夏季工況下為水，冬季工況下為防凍溶液）；
[0028] 一、夏季工況下的具體使用步驟如下：
[0029] 1、夏季工況下再生子系統關閉，工作子系統打開，閉式熱源塔1中的循環溶液為 水，閉式熱源塔1實際上按蒸髮式冷卻塔使用。
[0030] 2、有機溶液（乙二醇溶液）從熱泵機組7的有機溶液出口流出，並依次通過溶液 循環泵18、進口調節閥26以及閉式熱源塔1的有機溶液進口進入閉式熱源塔1內部換熱管 道，向換熱管道外表面上的水膜放出熱量，溫度降低，再從閉式熱源塔1的有機溶液出口流 出，依次通過調節閥27和冷凝器旁通閥28後，通過熱泵機組7的有機溶液進口進入熱泵機 組7 (為熱泵機組7內部的冷凝器提供冷卻水）。
[0031] 3、水從閉式熱源塔1的循環溶液出口流出，經過熱源塔循環泵24加壓，並通過旁 通調節閥29從閉式熱源塔1的循環溶液進口流入；
[0032] 水在閉式熱源塔1內部被布灑在內部換熱管道外表面，形成水膜下落，與閉式熱 源塔1從外界抽吸進來的環境空氣進行直接接觸，水膜中的一部分水分蒸發，同時水膜吸 收內部換熱管道中有機溶液（步驟2所述）的熱量，使其溫度降低。
[0033] 4、熱泵機組7出水依次通過出水口和供水調節閥52後進入外部換熱系統供水管 路；水在外部換熱系統供水管路內換熱後，溫度升高，再從外部換熱系統回水管路經回水調 節閥51從進水口流入熱泵機組7,並吸收熱泵機組7內的蒸發器提供的冷量。
[0034] 二、冬季工況下的具體使用步驟如下：
[0035] 1、閉式熱源塔1中的循環溶液為防凍溶液（乙二醇溶液），當沒有防凍要求時，工 作子系統打開，再生子系統關閉，同時熱源塔循環泵14關閉，此時：
[0036] 1. 1、有機溶液從熱泵機組7的有機溶液出口流出，並依次通過溶液循環泵18、進 口調節閥26以及閉式熱源塔1有機溶液進口進入閉式熱源塔1內部換熱管道，與閉式熱源 塔1抽吸的環境空氣進行間接換熱，溫度升高，再從有機溶液出口流出，依次經過出口調節 閥27和冷凝器旁通閥28後，通過有機溶液進口進入熱泵機組7,並吸收熱泵機組7內蒸發 器提供的冷量。
[0037] 1. 2、熱泵機組7出水依次通過出水口和供水調節閥52進入外部換熱系統供水管 路，換熱後，溫度降低，再從外部換熱系統回水管路通過回水調節閥51從進水口流入熱泵 機組，並吸收熱泵機組7內的冷凝器提供的熱量。
[0038] 2、當有防凍要求，但防凍溶液無需再生時，工作子系統打開，再生子系統關閉，此 時：
[0039] 2. 1、有機溶液從熱泵機組7的有機溶液出口流出，並依次通過溶液循環泵18、進 口調節閥26以及閉式熱源塔1的有機溶液進口進入閉式熱源塔1內部的換熱管道，吸收換 熱管道外表面上的液膜放出的熱量，溫度升高，再從有機溶液出口流出，依次經出口調節閥 27、冷凝器旁通閥28以及有機溶液進口進入熱泵機組7,並吸收熱泵機組7內的蒸發器提供 的冷量。
[0040] 2. 2、防凍溶液從閉式熱源塔1的循環溶液出口流出，經過熱源塔循環泵24加壓， 並通過旁通調節閥29從閉式熱源塔循環溶液進口流入，防凍溶液被布灑在閉式熱源塔1內 部的換熱管道外表面形成液膜下落，與閉式熱源塔1從外界抽吸進來的環境空氣進行直接 接觸，液膜吸收空氣中的顯熱和水蒸汽，同時液膜向內部換熱管道中有機溶液放出熱量，使 其溫度升高。
[0041] 2. 3、同1. 2 (熱泵機組7出水依次通過出水口和供水調節閥52進入外部換熱系統 供水管路，換熱後，溫度降低，再從外部換熱系統回水管路通過回水調節閥51從進水口流 入熱泵機組，並吸收熱泵機組7內的冷凝器提供的熱量。）
[0042] 3、當有防凍要求，防凍溶液需再生時，工作子系統和再生子系統都打開，此時：
[0043] 3. 1、有機溶液從熱泵機組7的有機溶液出口流出，並依次通過溶液循環泵18、進 口調節閥26以及閉式熱源塔1的有機溶液進口進入閉式熱源塔1內部換熱管道，吸收換熱 管道外表面上的液膜放出熱量，溫度升高，再從閉式熱源塔1的有機溶液出口流出，經出口 調節閥27後分為三路，一路直接通過冷凝器旁通閥28 ;第二路經過冷凝器調節閥31進入 冷凝器2的低溫液體管道，吸收冷凝管道中水蒸汽釋放的汽化潛熱後，溫度升高，再與從冷 凝器旁通閥28出口的溶液混合；第三路經過冷凝脫氣室調節閥32後進入冷凝脫氣室13的 低溫液體管道，吸收水蒸汽冷凝釋放的汽化潛熱後，溫度升高，再與從冷凝器旁通閥28出 口的溶液混合。
[0044] 混合後的有機溶液溫度略升高，再通過熱泵機組7的有機溶液進口進入熱泵機組 7,吸收熱泵機組7內的蒸發器提供的冷量，溫度降低，再從熱泵機組7的有機溶液出口流 出，如此循環。
[0045] 3. 2、防凍溶液從閉式熱源塔1的循環溶液出口流出，經過熱源塔循環泵24加壓後 分為兩路，一路通過旁通調節閥29,與濃溶液調節閥出口 30的防凍溶液混合後，濃度增加， 再從從閉式熱源塔1的循環溶液進口流入，防凍溶液被布灑在閉式熱源塔1內部換熱管道 外表面形成液膜下落，與閉式熱源塔1從外界抽吸進來的環境空氣進行直接接觸，液膜吸 收空氣中的顯熱和水蒸汽，同時液膜向內部換熱管道中有機溶液放出熱量，使其溫度升高； 另外一路進入凝水換熱器8的低溫液體管道。
[0046] 3. 3、防凍溶液在凝水換熱器8的低溫液體管道中吸收凝水換熱器8的高溫液體管 道中的冷凝水所放出的熱量後，溫度升高，再流入溶液換熱器9的低溫液體管道，並在其中 吸收溶液換熱器9的高溫液體管道中的防凍溶液釋放的熱量後，溫度進一步升高，然後通 過稀溶液調節閥37降壓到脫氣室壓力後進入脫氣室10。
[0047] 3. 4、溶液在脫氣室10中吸收冷凝管道中水蒸汽釋放的冷凝潛熱，溫度升高到脫 氣室10壓力下對應的沸點溫度，溶液中的一部分水分沸騰蒸發，同時溶液中含有的不凝性 氣體大量逸出，溶液濃度略微增加，不凝性氣體含量大幅降低。
[0048] 3. 5、混合有不凝性氣體的水蒸汽從脫氣室10頂部流出進入冷凝脫氣室13,水蒸 汽在冷凝脫氣室13中將熱量傳遞給冷凝脫氣室13的低溫液體管道中的有機溶液，變為冷 凝水，同時冷凝脫氣室13內的水蒸汽分壓力降低，不凝性氣體分壓力升高。
[0049] 冷凝脫氣室13中產生的冷凝水從冷凝水出口流出後經冷凝脫氣室疏水調節閥33 與從冷凝室疏水調節閥34流出的冷凝水混合。
[0050] 3. 6、脫氣後的溶液從脫氣室10流出後流入第二溶液增壓泵17,壓力增加後分為 兩路，第一路通過第四效供水調節閥36後從第四效換熱室3的頂部溶液進口進入第四效換 熱室3,第二路連接第一換熱器11的低溫液體管道，吸收第一換熱器11的冷凝管道中水蒸 汽釋放的冷凝潛熱，溫度升高，之後分為兩路，其中一路通過第三效供水調節閥46從頂部 溶液進口進入第三效換熱室4,第二路連接第二換熱器12的低溫液體管道,吸收第二換熱 器12的冷凝管道中水蒸汽釋放的冷凝潛熱，溫度升高，之後分為兩路，其中一路通過第二 效供水調節閥48從頂部溶液進口進入第二效換熱室5,另外一路通過第一效供水調節閥49 從頂部溶液進口進入第一效換熱室6。
[0051] 3. 7、流入第一效換熱室6的溶液在加熱管道外表面上形成液膜，液膜被加熱管道 中的熱水加熱到第一效換熱室6壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收加熱管道中熱 水釋放的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第一效換熱室6的底部，在壓差作用 下，從底部溶液出口通過第一效溶液出口調節閥44流入第二效換熱室5,並在第二效換熱 室內產生閃蒸。
[0052] 第一效換熱室6中產生的大部分水蒸汽從蒸汽主管路出口流入第二效換熱室5的 冷凝管道，向冷凝管道外表面上的液膜釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第二效疏水調 節閥40流出，第一效換熱室6中的小部分水蒸汽從蒸汽旁路出口流入第二換熱器12的冷 凝管道，向第二換熱器12的低溫液體管道中的防凍溶液釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後 從第一效旁路疏水調節閥47流出，與從冷凝器疏水調節閥34流出的冷凝水混合。
[0053] 3. 8、流入第二效換熱室5的溶液在冷凝管道外表面上形成液膜，液膜被冷凝管道 中的水蒸汽加熱到第二效換熱室5壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收冷凝管道中 水蒸汽釋放的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第二效換熱室5的底部，在壓差作 用下，從底部溶液出口通過第二效溶液出口調節閥40流入第三效換熱室4,並在第三效換 熱室4內產生閃蒸。第二效換熱室5中產生的大部分水蒸汽從蒸汽主管路出口流入第三效 換熱室4的冷凝管道，向冷凝管道外表面上的液膜釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第 三效疏水調節閥38流出，第二效換熱室5中的小部分水蒸汽從蒸汽旁路出口流入第一換熱 器6的冷凝管道，向低溫液體管道的防凍溶液釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第二效 旁路疏水調節閥45流出，與從冷凝器疏水調節閥34流出的冷凝水混合。
[0054] 3. 9、流入第三效換熱室4的溶液在冷凝管道外表面上形成液膜，液膜被冷凝管道 中的水蒸汽加熱到第三效換熱室4壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收冷凝管道中 水蒸汽釋放的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第三效換熱室4的底部，在壓差作 用下，從底部溶液出口通過第三效溶液出口調節閥38流入第四效換熱室3,並在第四效換 熱室3內產生閃蒸。第三效換熱室2中的大部分水蒸汽從蒸汽主管路出口流入第四效換熱 室3的冷凝管道，向冷凝管道外表面上的液膜釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第四效 疏水調節閥39流出，第三效換熱室4中的小部分水蒸汽從蒸汽旁路出口流入脫氣室10的 冷凝管道，向進入脫氣室10的防凍溶液釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第三效旁路疏 水調節閥42流出，與從冷凝器疏水調節閥34流出的冷凝水混合。
[0055] 3. 10、流入第四效換熱室3的溶液在冷凝管道外表面上形成液膜，液膜被冷凝管 道中的水蒸汽加熱到第四效換熱室3壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收冷凝管道 中水蒸汽釋放的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第四效換熱室3的底部，溶液從 底部溶液出口流出後通過第四效溶液出口調節閥35進入第一溶液增壓泵16,被增壓後進 入溶液換熱器9的高溫液體管道，向溶液換熱器9的低溫液體管道中的防凍溶液釋放熱量 後，再通過濃溶液調節閥30與從旁通調節閥29出口的溶液混合，溶液濃度降低，但比從閉 式熱源塔1的循環溶液出口流出的溶液濃度大。第四效換熱室3中的水蒸汽從蒸汽主管路 出口流入冷凝器2的冷凝管道，向冷凝器2的低溫液體管道中的有機溶液釋放冷凝潛熱後 成為冷凝水，然後從冷凝器疏水調節閥34流出。
[0056] 3. 11、從各疏水調節閥（第四效疏水調節閥39、第三效疏水調節閥41、第二效疏水 調節閥45、第一效旁路疏水調節閥47、第二效旁路疏水調節閥43、第三效旁路疏水調節閥 42)流出的冷凝水在冷凝器疏水調節閥34出口混合後，通過冷凝水泵15加壓後，流入凝水 換熱器8的高溫液體管道，將熱量傳遞給凝水換熱器8的低溫液體管道中的防凍溶液後，溫 度降低，然後排至外界。
[0057] 3. 12、冷凝脫氣室13、脫氣室10、第一效換熱室6、第二效換熱室5、第三效換熱室 4、第四效換熱室3的真空度靠真空泵及各自的壓力開關（真空泵為真空泵19、各自的壓力 開關分別為冷凝脫氣室壓力開關24、脫氣室壓力開關25、第一效換熱室壓力開關23、第二 效換熱室壓力開關22、第三效換熱室壓力開關21、第四效換熱室壓力開關20)保證。當冷 凝脫氣室13的真空度較低時，冷凝脫氣室壓力開關24打開，真空泵19從冷凝脫氣室13的 氣體出口抽出不凝性氣體，增壓到常壓後排放，反之，當冷凝脫氣室13的真空度較高時，冷 凝脫氣室壓力開關24關閉。當脫氣室10的真空度較低時，脫氣室壓力開關25打開，真空 泵從脫氣室10的氣體出口抽出水蒸汽，增壓到常壓後排放，反之，當脫氣室10的真空度較 高時，脫氣室壓力開關25關閉。其餘第一效換熱室、第二效換熱室、第三效換熱室和第四效 換熱室的真空度保持方法與脫氣室相似。
[0058] 3. 13、熱泵機組7的出水分為兩路，一路通過供水調節閥52向外部換熱系統供應 熱水，另一路通過第一效熱水調節閥50進入第四效換熱室3的加熱管道，向管道外的液膜 放熱後，溫度降低，然後與通過回水調節閥51的熱水回水混合後從進水口流入熱泵機組7， 吸收熱泵機組7內的冷凝器提供的熱量，溫度升高，再從出水口流出，如此循環。
[0059] 實施實例1的計算參數見表1(針對熱源塔熱泵系統從空氣中吸收的1kg水蒸 汽），系統處於冬季工況下的再生模式，設計條件為：環境溫度〇°C，防凍溶液採用氯化鈣 溶液，質量濃度為20 %，防凍溶液的冰點為-20°C，防凍溶液再生質量濃度為28 %，熱水進 出水溫度為45/40°C，採用4效再生，效間傳熱溫差為3°C，系統最小壓力為863. 6pa(絕對 壓力），最大壓力為第一效換熱室壓力4459pa，脫氣室乏汽佔進液量的0? 5%，冷凝脫氣室 凝結水溫2°C，凝水率98. 5%，冷凝脫氣室中真空泵抽取的水蒸汽和不凝性氣體的體積比 為4. 15:1，再生時稀溶液的循環倍率為9. 33,脫水率為10. 7%，因冷凝器和冷凝脫氣室熱 回收而減少的熱源塔熱負荷為579 kj/kg，再生耗熱量為786 kj/kg，熱泵、真空泵、第一溶 液增壓泵、第二溶液增壓泵、冷凝水泵耗電量分別為393、13、1. 62、0. 28、0. 23 kj/kg，再生 C0P(定義為lkg水的潛熱和再生耗電量之比）為6. 12,再生火用效為9.7%。相比目前採 用單效再生約3. 7的再生C0P，本發明提高了 60%的效率，對高品位熱量進行了很好的利 用，此外直接採用熱泵所產生的熱水進行再生，而不是直接連接熱泵冷凝器或再冷器，因此 更具有現實可行性。
[0060] 由此可見，本發明與現有技術相比，再生效率高，且解決了不凝氣體問題，具有更 好的技術經濟價值，有效實現了本發明的初衷。
[0061] 以上實施實例中，可綜合考慮具體的使用條件與要求、技術經濟性能等因素合理 確定系統的設計參數，以兼顧系統的適用性和經濟性。
[0062] 表1實施實例1的熱力計算結果（針對熱源塔熱泵系統從空氣中吸收的1kg水蒸 汽）
[0063]

【權利要求】
1. 一種多效再生的熱源塔熱泵系統，其特徵是：包括工作子系統和再生子系統；所述 工作子系統包括內置循環溶液的閉式熱源塔（1)、熱源塔循環泵（14)、旁通調節閥（29)、熱 泵機組（7)、有機溶液循環泵（18)、進口調節閥（26)、出口調節閥（27)、冷凝器旁通調節閥 (28)、回水調節閥（51)、供水調節閥（52);所述再生子系統包括冷凝器（2)、第四效換熱室 (3)、第三效換熱室（4)、第二效換熱室（5)、第一效換熱室（6)、凝水換熱器（8)、溶液換熱器 (9) 、脫氣室（10)、第一換熱器（11)、第二換熱器（12)、冷凝脫氣室（13)、冷凝水泵（15)、第 一溶液增壓泵（16)、第二溶液增壓泵（17)、真空泵（19)、第四效換熱室壓力開關（20)、第 三效換熱室壓力開關（21)、第二效換熱室壓力開關（22)、第一效換熱室壓力開關（23)、冷 凝脫氣室壓力開關（24)、脫氣室壓力開關（25)、濃溶液調節閥（30)、冷凝器調節閥（31)、 冷凝脫氣室調節閥（32)、冷凝脫氣室疏水調節閥（33)、冷凝器疏水調節閥（34)、第四效溶 液出口調節閥（35)、第四效供水調節閥（36)、稀溶液調節閥（37)、第三效溶液出口調節閥 (38)、第四效疏水調節閥（39)、第二效溶液出口調節閥（40)、第三效疏水調節閥（41)、第三 效旁路疏水調節閥（42)、第二效旁路疏水調節閥（43)、第一效溶液出口調節閥（44)、第二 效疏水調節閥（45)、第三效供水調節閥（46)、第一效旁路疏水調節閥（47)、第二效供水調 節閥（48)、第一效供水調節閥（49)和第一效熱水調節閥（50);所述閉式熱源塔（1)的循 環溶液出口通過熱源塔循環泵（14)分為兩路，第一路連接旁通調節閥（29)後與濃溶液調 節閥（30)出口相連，再接入閉式熱源塔（1)的循環溶液進口；第二路依次連接凝水換熱器 (8)的低溫液體管道、溶液換熱器（9)的低溫液體管道和稀溶液調節閥（37)後接入脫氣室 (10) ； 脫氣室（10)頂部的水蒸汽出口連接冷凝脫氣室（13)的水蒸汽進口，冷凝脫氣室（13) 的冷凝水出口連接冷凝脫氣室疏水調節閥（33)的進口； 脫氣室（10)的溶液出口連接第二溶液增壓泵（17)後分為兩路，第一路通過第四效供 水調節閥（36)後連接至第四效換熱室（3)頂部的溶液進口，第二路連接第一換熱器（11) 的低溫液體管道後分為兩路，其中一路通過第三效供水調節閥（46)後連接至第三效換熱 室（4)頂部的溶液進口，第二路連接第二換熱器（12)的低溫液體管道後分為兩路，其中一 路通過第二效供水調節閥（48)後連接至第二效換熱室（5)頂部溶液進口，第二路通過第一 效供水調節閥（49)後連接至第一效換熱室（6)頂部溶液進口； 第一效換熱室（6)的底部溶液出口通過第一效溶液出口調節閥（44)連接第二效換熱 室（5)的底部溶液進口； 第一效換熱室（6)的蒸汽主管路出口、第二效換熱室（5)的冷凝管道、第二效疏水調節 閥（45)以及冷凝器疏水調節閥（34)的出口依次相互連接； 第一效換熱室（6)的蒸汽旁路出口、第二溶液換熱器（12)的冷凝管道和第一效旁路疏 水調節閥（47)依次連接； 第二效換熱室（5)的底部溶液出口通過第二效溶液出口調節閥（40)連接第三效換熱 室⑷的底部溶液進口； 第二效換熱室（5)的蒸汽主管路出口、第三效換熱室（4)的冷凝管道、第三效疏水調節 閥（41)以及冷凝器疏水調節閥（34)的出口依次相互連接； 第二效換熱室（5)的蒸汽旁路出口、第一溶液換熱器（11)的冷凝管道和第二效旁路疏 水調節閥（43)依次連接； 第三效換熱室（4)的底部溶液出口通過第三效溶液出口調節閥（38)連接第四效換熱 室⑶的底部溶液進口； 第三效換熱室（4)的蒸汽主管路出口、第四效換熱室（3)的冷凝管道、第四效疏水調節 閥（39)以及冷凝器疏水調節閥（34)的出口依次相互連接； 第三效換熱室（4)的蒸汽旁路出口、脫氣室（10)的冷凝管道、和第三效旁路疏水調節 閥（42)依次連接； 第四效換熱室（3)的底部溶液出口、第四效溶液出口調節閥（35)、第一溶液增壓泵 (16)、溶液換熱器（9)的高溫液體管道以及濃溶液調節閥（30)的進口依次連接； 第四效換熱室（3)的蒸汽主管路出口、冷凝器（2)的冷凝管道和冷凝器疏水調節閥 (34)依次連接； 冷凝器疏水調節閥（34)的出口、冷凝脫氣室疏水調節閥（33)的出口、第四效疏水調節 閥（39)的出口、第三效疏水調節閥（41)、出口以及第二效疏水調節閥（45)的出口、第三效 旁路疏水調節閥（42)的出口、第二效旁路疏水調節閥（43)的出口、以及第一效旁路疏水調 節閥（47)的出口相互連接後通過冷凝水泵（15)連通凝水換熱器（8)的高溫液體管道； 冷凝脫氣室（13)的氣體出口連接冷凝脫氣室壓力開關（24); 脫氣室（10)的氣體出口連接脫氣室壓力開關（25); 第四效換熱室（3)的氣體出口連接第四效換熱室壓力開關（20); 第三效換熱室（4)的氣體出口連接第三效換熱室壓力開關（21); 第二效換熱室（5)的氣體出口連接第二效換熱室壓力開關（22); 第一效換熱室（6)的氣體出口連接第一效換熱室壓力開關（23); 冷凝脫氣室壓力開關（24)、脫氣室壓力開關（25)、第四效換熱室壓力開關（20)、第三 效換熱室壓力開關（21)、第二效換熱室壓力開關（22)以及第一效換熱室壓力開關（23)相 互並聯後與真空泵（19)的進氣口相互連接； 熱泵機組（7)的出水口分為兩路，一路通過供水調節閥（52)連接至外部換熱系統供水 管路；另外一路通過第一效熱水調節閥（50)連接第一效換熱室（6)的加熱管道； 外部換熱系統回水管路通過回水調節閥（51)後與第一效換熱室（6)的加熱管道出口 連接後再接至熱泵機組（7)的進水口； 熱泵機組⑵的有機溶液出口、溶液循環泵（18)、進口調節閥（26)和閉式熱源塔（1) 的有機溶液進口依次連接； 閉式熱源塔（1)的有機溶液出口連接出口調節閥（27)後分為三路，一路連接冷凝器旁 通閥（28);第二路依次連接通過冷凝器調節閥（31)、冷凝器（2)的低溫液體管道後與冷凝 器旁通閥（28)的出口連接；第三路依次通過冷凝脫氣室調節閥（32)以及冷凝脫氣室（13) 的冷凝管道後與冷凝器旁通閥（28)的出口連接。
2. 根據權利要求1所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統，其特徵是：所述循環溶液 在夏季工況下為水，冬季工況下為防凍溶液； 所述防凍溶液選用有機物水溶液或無機物水溶液。
3. 根據權利要求2所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統，其特徵是：所述有機溶液 為乙二醇溶液。
4. 一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法；其特徵是：通過調整再生子系統關 閉，工作子系統的開與關完成。
5. 根據權利要求4所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法，其特徵是：夏 季工況下的使用步驟如下： 再生子系統關閉，工作子系統打開，閉式熱源塔（1)中的循環溶液為水，閉式熱源塔 (1)實際上按蒸髮式冷卻塔使用； 有機溶液從熱泵機組（7)的有機溶液出口流出，並依次通過溶液循環泵（18)、進口調 節閥（26)以及閉式熱源塔（1)的有機溶液進口進入閉式熱源塔（1)內部換熱管道，向換熱 管道外表面上的水膜放出熱量，溫度降低，再從閉式熱源塔（1)的有機溶液出口流出，依次 通過調節閥（27)和冷凝器旁通閥（28)後，通過熱泵機組（7)的有機溶液進口進入熱泵機 組⑵； 水從閉式熱源塔（1)的循環溶液出口流出，經過熱源塔循環泵（24)加壓，並通過旁通 調節閥（29)從閉式熱源塔（1)的循環溶液進口流入； 水在閉式熱源塔（1)內部被布灑在內部換熱管道外表面形成水膜下落，與閉式熱源塔 (1)從外界抽吸進來的環境空氣進行直接接觸，水膜中的一部分水分蒸發，同時水膜吸收內 部換熱管道中有機溶液的熱量，使其溫度降低； 熱泵機組（7)出水依次通過出水口和供水調節閥（52)後進入外部換熱系統供水管路； 水在外部換熱系統供水管路內換熱後，溫度升高，再從外部換熱系統回水管路經回水調節 閥（51)從進水口流入熱泵機組（7)，並吸收熱泵機組（7)內的蒸發器提供的冷量。
6. 根據權利要求4所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法，其特徵是：冬 季工況下，沒有防凍要求時的具體使用步驟如下： 閉式熱源塔（1)中的循環溶液為防凍溶液，工作子系統打開，再生子系統關閉，同時熱 源塔循環泵（14)關閉，此時： 有機溶液從熱泵機組（7的有機溶液出口流出，並依次通過溶液循環泵（18)、進口調節 閥（26)以及閉式熱源塔（1)有機溶液進口進入閉式熱源塔（1)內部換熱管道，與閉式熱源 塔（1)抽吸的環境空氣進行間接換熱，溫度升高，再從有機溶液出口流出，依次經過出口調 節閥（27)和冷凝器旁通閥（28)後，通過有機溶液進口進入熱泵機組（7)，並吸收熱泵機組 (7)內蒸發器提供的冷量； 熱泵機組（7)出水依次通過出水口和供水調節閥（52)進入外部換熱系統供水管路， 換熱後，溫度降低，再從外部換熱系統回水管路通過回水調節閥（51)從進水口流入熱泵機 組，並吸收熱泵機組（7)內的冷凝器提供的熱量； 當有防凍要求，但防凍溶液無需再生時，工作子系統打開，再生子系統關閉，此時： 有機溶液從熱泵機組（7)的有機溶液出口流出，並依次通過溶液循環泵（18)、進口調 節閥（26)以及閉式熱源塔（1)的有機溶液進口進入閉式熱源塔（1)內部的換熱管道，吸收 換熱管道外表面上的液膜放出熱量，溫度升高，再從有機溶液出口流出，依次經出口調節閥 (27)、冷凝器旁通閥（28)以及有機溶液進口進入熱泵機組（7)，並吸收熱泵機組（7)內的蒸 發器提供的冷量； 防凍溶液從閉式熱源塔（1)的循環溶液出口流出，經過熱源塔循環泵（24)加壓，並通 過旁通調節閥（29)從閉式熱源塔循環溶液進口流入，防凍溶液被布灑在閉式熱源塔（1)內 部的換熱管道外表面形成液膜下落，與閉式熱源塔（1)從外界抽吸進來的環境空氣進行直 接接觸，液膜吸收空氣中的顯熱和水蒸汽，同時液膜向內部換熱管道中有機溶液放出熱量， 使其溫度升高； 熱泵機組（7)出水依次通過出水口和供水調節閥（52)進入外部換熱系統供水管路， 換熱後，溫度降低，再從外部換熱系統回水管路通過回水調節閥（51)從進水口流入熱泵機 組，並吸收熱泵機組（7)內的冷凝器提供的熱量。
7.根據權利要求4所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法，其特徵是：冬 季工況下，有防凍要求時的具體使用步驟如下： 防凍溶液需再生，工作子系統和再生子系統都打開，此時： 有機溶液從熱泵機組（7)的有機溶液出口流出，並依次通過溶液循環泵（18)、進口調 節閥（26)以及閉式熱源塔（1)的有機溶液進口進入閉式熱源塔（1)內部換熱管道，吸收換 熱管道外表面上的液膜放出熱量，溫度升高，再從閉式熱源塔（1)的有機溶液出口流出，經 出口調節閥（27)後分為三路，一路直接通過冷凝器旁通閥（28);第二路經過冷凝器調節閥 (31)進入冷凝器（2)的低溫液體管道，吸收冷凝管道中水蒸汽釋放的汽化潛熱後，溫度升 高，再與從冷凝器旁通閥（28)出口的溶液混合；第三路經過冷凝脫氣室調節閥（32)後進入 冷凝脫氣室（13)的低溫液體管道，吸收水蒸汽冷凝釋放的汽化潛熱後，溫度升高，再與從 冷凝器旁通閥（28)出口的溶液混合； 混合後的有機溶液溫度略升高，再通過熱泵機組（7)的有機溶液進口進入熱泵機組 (7)，吸收熱泵機組（7)內的蒸發器提供的冷量，溫度降低，再從熱泵機組（7的有機溶液出 口流出，如此循環； 防凍溶液從閉式熱源塔（1)的循環溶液出口流出，經過熱源塔循環泵（24)加壓後分為 兩路，一路通過旁通調節閥（29)，與濃溶液調節閥出口（30)的防凍溶液混合後，濃度增加， 再從從閉式熱源塔（1)的循環溶液進口流入，防凍溶液被布灑在閉式熱源塔（1)內部換熱 管道外表面形成液膜下落，與閉式熱源塔1從外界抽吸進來的環境空氣進行直接接觸，液 膜吸收空氣中的顯熱和水蒸汽，同時液膜向內部換熱管道中有機溶液放出熱量，使其溫度 升高；另外一路進入凝水換熱器（8)的低溫液體管道； 防凍溶液在凝水換熱器（8)的低溫液體管道中吸收凝水換熱器（8)的高溫液體管道中 的冷凝水所放出的熱量後，溫度升高，再流入溶液換熱器（9)的低溫液體管道，並在其中吸 收溶液換熱器（9)的高溫液體管道中的防凍溶液釋放的熱量後，溫度進一步升高，然後通 過稀溶液調節閥（37)降壓到脫氣室壓力後進入脫氣室（10); 溶液在脫氣室（10)中吸收冷凝管道中水蒸汽釋放的冷凝潛熱，溫度升高到脫氣室 (10)壓力下對應的沸點溫度，溶液中的一部分水分沸騰蒸發，同時溶液中含有的不凝性氣 體大量逸出，溶液濃度略微增加，不凝性氣體含量大幅降低； 混合有不凝性氣體的水蒸汽從脫氣室（10)頂部流出進入冷凝脫氣室（13)，水蒸汽在 冷凝脫氣室（13)中將熱量傳遞給冷凝脫氣室（13)的低溫液體管道中的有機溶液，變為冷 凝水，同時冷凝脫氣室（13)內的水蒸汽分壓力降低，不凝性氣體分壓力升高； 冷凝脫氣室（13)中產生的冷凝水從冷凝水出口流出後經冷凝脫氣室疏水調節閥（33) 與從冷凝室疏水調節閥（34)流出的冷凝水混合； 脫氣後的溶液從脫氣室（10)流出後流入第二溶液增壓泵（17)，壓力增加後分為兩路， 第一路通過第四效供水調節閥（36後從第四效換熱室3的頂部溶液進口進入第四效換熱室 (3)，第二路連接第一換熱器（11)的低溫液體管道，吸收第一換熱器（11)的冷凝管道中水 蒸汽釋放的冷凝潛熱，溫度升高，之後分為兩路，其中一路通過第三效供水調節閥（46)從 頂部溶液進口進入第三效換熱室（4)，第二路連接第二換熱器（12)的低溫液體管道，吸收 第二換熱器12的冷凝管道中水蒸汽釋放的冷凝潛熱，溫度升高，之後分為兩路，其中一路 通過第二效供水調節閥48從頂部溶液進口進入第二效換熱室（5)，另外一路通過第一效供 水調節閥（49)從頂部溶液進口進入第一效換熱室（6); 流入第一效換熱室￠)的溶液在加熱管道外表面上形成液膜，液膜被加熱管道中的熱 水加熱到第一效換熱室（6)壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收加熱管道中熱水釋 放的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第一效換熱室￠)的底部，在壓差作用下， 從底部溶液出口通過第一效溶液出口調節閥（44)流入第二效換熱室（5)，並在第二效換熱 室內產生閃蒸； 第一效換熱室（6)中產生的大部分水蒸汽從蒸汽主管路出口流入第二效換熱室（5)的 冷凝管道，向冷凝管道外表面上的液膜釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從第二效疏水調 節閥（40)流出，第一效換熱室（6)中的小部分水蒸汽從蒸汽旁路出口流入第二換熱器（12) 的冷凝管道，向第二換熱器（12)的低溫液體管道中的防凍溶液釋放冷凝潛熱後成為冷凝 水，然後從第一效旁路疏水調節閥（47)流出，與從冷凝器疏水調節閥（34)流出的冷凝水混 合； 流入第二效換熱室（5)的溶液在冷凝管道外表面上形成液膜，液膜被冷凝管道中的水 蒸汽加熱到第二效換熱室（5)壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收冷凝管道中水蒸 汽釋放的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第二效換熱室（5)的底部，在壓差作用 下，從底部溶液出口通過第二效溶液出口調節閥（40)流入第三效換熱室（4)，並在第三效 換熱室（4)內產生閃蒸；第二效換熱室（5)中產生的大部分水蒸汽從蒸汽主管路出口流入 第三效換熱室（4)的冷凝管道，向冷凝管道外表面上的液膜釋放冷凝潛熱後成為冷凝水， 然後從第三效疏水調節閥（38)流出，第二效換熱室（5)中的小部分水蒸汽從蒸汽旁路出 口流入第一換熱器￠)的冷凝管道，向低溫液體管道的防凍溶液釋放冷凝潛熱後成為冷凝 水，然後從第二效旁路疏水調節閥（45)流出，與從冷凝器疏水調節閥（34)流出的冷凝水混 合； 流入第三效換熱室（4)的溶液在冷凝管道外表面上形成液膜，液膜被冷凝管道中的水 蒸汽加熱到第三效換熱室（4)壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收冷凝管道中水蒸 汽釋放的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第三效換熱室（4)的底部，在壓差作用 下，從底部溶液出口通過第三效溶液出口調節閥（38)流入第四效換熱室（3)，並在第四效 換熱室（3)內產生閃蒸；第三效換熱室（2)中的大部分水蒸汽從蒸汽主管路出口流入第四 效換熱室（3)的冷凝管道，向冷凝管道外表面上的液膜釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後 從第四效疏水調節閥（39)流出，第三效換熱室（4)中的小部分水蒸汽從蒸汽旁路出口流入 脫氣室（10)的冷凝管道，向進入脫氣室（10)的防凍溶液釋放冷凝潛熱後成為冷凝水，然後 從第三效旁路疏水調節閥（42)流出，與從冷凝器疏水調節閥（34)流出的冷凝水混合； 流入第四效換熱室（3)的溶液在冷凝管道外表面上形成液膜，液膜被冷凝管道中的水 蒸汽加熱到第四效換熱室（3)壓力下所對應的沸點後沸騰蒸發，同時吸收冷凝管道中水蒸 汽釋放的熱量，水分蒸發後的溶液濃度增加，積聚在第四效換熱室（3)的底部，溶液從底部 溶液出口流出後通過第四效溶液出口調節閥（35)進入第一溶液增壓泵（16)，被增壓後進 入溶液換熱器（9)的高溫液體管道，向溶液換熱器9的低溫液體管道中的防凍溶液釋放熱 量後，再通過濃溶液調節閥（30)與從旁通調節閥29出口的溶液混合，溶液濃度降低，但比 從閉式熱源塔（1)的循環溶液出口流出的溶液濃度大；第四效換熱室（3)中的水蒸汽從蒸 汽主管路出口流入冷凝器2的冷凝管道，向冷凝器（2)的低溫液體管道中的有機溶液釋放 冷凝潛熱後成為冷凝水，然後從冷凝器疏水調節閥（34)流出； 分別從第四效疏水調節閥（39)、第三效疏水調節閥（41)、第二效疏水調節閥（45)、第 一效旁路疏水調節閥（47)、第二效旁路疏水調節閥（43)、第三效旁路疏水調節閥（42)流出 的冷凝水在冷凝器疏水調節閥（34)出口混合後，通過冷凝水泵（15)加壓後，流入凝水換熱 器（8)的高溫液體管道，將熱量傳遞給凝水換熱器（8)的低溫液體管道中的防凍溶液後，溫 度降低，然後排至外界； 熱泵機組（7)的出水分為兩路，一路通過供水調節閥（52)向外部換熱系統供應熱水， 另一路通過第一效熱水調節閥（50)進入第四效換熱室3的加熱管道，向管道外的液膜放熱 後，溫度降低，然後與通過回水調節閥（51)的熱水回水混合後從進水口流入熱泵機組（7)， 吸收熱泵機組7內的冷凝器提供的熱量，溫度升高，再從出水口流出，如此循環。
8. 根據權利要求5、6、7所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法，其特徵 是：所述冷凝脫氣室（13)、脫氣室（10)、第一效換熱室（6)、第二效換熱室（5)、第三效換熱 室（4)、第四效換熱室（3)的真空度靠真空泵（19)及冷凝脫氣室壓力開關（24)、脫氣室壓 力開關（25)、第一效換熱室壓力開關（23)、第二效換熱室壓力開關（22)、第三效換熱室壓 力開關（21)和第四效換熱室壓力開關（20)相互配合後控制。
9. 根據權利要求8所述的一種多效再生的熱源塔熱泵系統的使用方法，其特徵是：當 冷凝脫氣室（13)的真空度較低時，冷凝脫氣室壓力開關（24)打開，真空泵（19)從冷凝脫 氣室（13)的氣體出口抽出不凝性氣體，增壓到常壓後排放，反之，當冷凝脫氣室（13)的真 空度較高時，冷凝脫氣室壓力開關（24)關閉； 當脫氣室（10)的真空度較低時，脫氣室壓力開關（25)打開，真空泵從脫氣室（10)的 氣體出口抽出水蒸汽，增壓到常壓後排放，反之，當脫氣室（10)的真空度較高時，脫氣室壓 力開關（25)關閉； 其餘第一效換熱室、第二效換熱室、第三效換熱室和第四效換熱室的真空度保持方法 與脫氣室相似。
【文檔編號】F25B29/00GK104235986SQ201410495836
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】王厲, 駱菁菁 申請人:浙江理工大學