本发明涉及空调制冷技术领域，具体为一种蓄冰式热源塔热泵系统装置及方法。
背景技术：
热源塔热泵相比于空气源热泵在冬季工况下可以解决结霜问题，且能够在不停机的情况下连续运行，其制热效率相较空气源热泵略高，在夏季工况下，热源塔转换为冷却塔模式运行后，整个热泵系统变为一个水冷机组，其制冷效率更是大大高于空气源热泵，具有很大的节能优势。
热源塔热泵目前所存在的主要问题是防冻液再生，防冻液再生技术也是热源塔热泵系统的核心技术之一。防冻液再生的技术路线总体上可以分为三类：膜再生，热蒸发再生和冷冻再生。其中冷冻再生技术是将溶液中的水分冷冻为冰排出，由于冰的溶解热是水蒸发潜热的1/7～1/8，因此冷冻再生相比热蒸发再生更为节能，已经在食品工业中得到广泛应用。
申请号为201510030075.1的专利申请提出一种基于冻结再生的热泵系统，即将防冻溶液喷淋到换热面上后冷却到冰点，将水从溶液中冷冻析出，再通过分离装置将冰从冰水混合物中分离出来，得到再生后的浓溶液，该法需要在热泵机组外再附加一套单独的制冷设备，成本较高，而且没有解决换热面上冰层附着的脱冰问题。申请号为201610603582.1的专利申请提出了一种冷冻再生的空气源热泵系统，该系统不需要附加额外的制冷系统，系统较简单，但其再生原理为渐进式冷冻再生，再生换热器面积巨大，而且冷冻再生换热器要经常在结冰与脱冰模式之间转换，另外没有考虑冰层的溶质夹带问题，在实际运行中容易产生严重的溶质损失。申请号为201610703659.2的专利申请提出一种基于真空蒸发的冷冻再生热源塔系统，该系统需要一个单独的真空冷冻浓缩系统来完成防冻溶液再生，系统冰晶生成率高，但容易产生二次蒸汽带液问题和真空保持问题，另外系统也比较复杂。
可见，现有的冷冻再生热源塔热泵都存在各自的缺点，有必要对这些缺点进行改进，对优点进行综合，以提高热源塔热泵系统的技术经济性能。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种高效的蓄冰式热源塔热泵系统装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种蓄冰式热源塔热泵系统装置：包括热源塔、热泵机组、冰晶阻断器、促晶器、蓄冰池、溶液池、冰晶过滤器、预热器、融冰泵、循环泵、融冰换热器、热水进水阀、冷却水进水阀、溶液进水阀、蓄冰池进液阀、冷水出水阀、冷水进水阀、冷水旁通阀、制冰进水阀、融冰阀、循环泵调节阀、冷却水出水阀和热水出水阀、热源塔循环泵、溶液池进液阀和防冻液进水阀；
所述热泵机组中设置有蒸发通道和冷凝通道；所述热泵机组上设置有与蒸发通道连通的热泵蒸发器进液口和热泵蒸发器出液口；所述热泵机组上设置有与冷凝通道连通的热泵冷凝器进液口和热泵冷凝器出液口；
所述蓄冰池上设置有蓄冰池冰浆进口、蓄冰池回水进口和蓄冰池出水口；
所述溶液池上设置有溶液池进液口和溶液池出液口；
所述热源塔的热源塔出液口连接热源塔循环泵后分为两路，一路连接溶液进水阀后与热泵蒸发器进液口连接，另一路连接冷却水进水阀后与热泵冷凝器进液口连接；
所述热泵蒸发器出液口分为两路，一路依次连接冰晶阻断器和促晶器，另一路连接冷水出水阀后与冷水出水口连接；
所述促晶器的出口分为两路，一路通过溶液池进液阀后与溶液池的溶液池进液口连接，另一路通过蓄冰池进液阀后与蓄冰池的蓄冰池冰浆进口连接；
所述蓄冰池的蓄冰池出水口与溶液池的溶液池出液口连接后分为两路，一路依次与循环泵调节阀、循环泵和冰晶过滤器连接，另一路依次与融冰阀、融冰泵和融冰换热器的吸热通道连接后与蓄冰池回水进口连接；
所述冰晶过滤器的出口分为两路，一路连接防冻液进水阀后与热源塔进液口连接，另一路依次连接制冰进水阀和预热器后与热泵蒸发器进液口连接；
热水进水口连接热水进水阀后与热泵冷凝器进液口连接，热泵冷凝器出液口分为两路，一路连接热水出水阀后与热水出水口连接，另一路连接冷却水出水阀后与热源塔进液口连接；
冷水进水口分为两路，一路连接冷水进水阀与热泵蒸发器进液口连接，另一路依次连接冷水旁通阀和融冰换热器的放热通道后与冷水出水阀出口连接。
作为对本发明蓄冰式热源塔热泵系统装置的改进：蓄冰式热源塔热泵系统装置还包括冰晶分离器；
所述溶液池设置有溶液池冰晶出口和溶液池浓溶液进液口；
所述冰晶分离器上设有冰晶分离器出液口、冰晶分离器出冰口和冰晶分离器进口；
所述溶液池的溶液池冰晶出口与冰晶分离器进口连接，冰晶分离器出液口连接溶液池浓溶液进液口。
作为对本发明蓄冰式热源塔热泵系统装置的进一步改进：蓄冰式热源塔热泵系统装置还包括冰晶输送器；
所述溶液池的溶液池冰晶出口连接冰晶输送器后与冰晶分离器进口连接。
本发明还提供一种蓄冰式热源塔热泵系统使用方法，包括以下步骤：
热源塔中的冷却水从热源塔出液口流出后，通过热源塔循环泵加压，从冷却水进水阀从热泵冷凝器进液口进入热泵机组中的冷凝管道，吸收热泵机组内的冷凝器中的冷凝热后，温度变高；
然后从热泵冷凝器出液口流出，经过冷却水出水阀后进入热源塔进液口，冷却水在热源塔中与室外空气进行热质交换后，温度重新降低，又从热源塔出液口流出；
外部冷水回水从冷水进水口进入后，通过冷水进水阀从热泵蒸发器进液口进入热泵机组中的蒸发管道，向热泵机组内的蒸发器释放显热后，温度降低，成为外部冷水供水，再从热泵蒸发器出液口流出，经过冷水出水阀从冷水出水口流出。
本发明还提供另一种蓄冰式热源塔热泵系统使用方法，包括以下步骤：
热源塔中的冷却水从热源塔出液口流出后，通过热源塔循环泵加压，从冷却水进水阀从热泵冷凝器进液口进入热泵机组中的冷凝管道，吸收热泵机组内的冷凝器中的冷凝热后，温度变高；
然后从热泵冷凝器出液口流出，经过冷却水出水阀后进入热源塔进液口，冷却水在热源塔中与室外空气进行热质交换后，温度重新降低，又从热源塔出液口流出；
外部冷水回水从冷水进水口进入后，通过冷水旁通阀进入融冰换热器的放热通道，向融冰换热器吸热通道内的冰浆水放热后，温度降低，成为外部冷水供水，通过冷水出水口流出；
蓄冰池内的冰浆水从蓄冰池出水口流出后分为两路，一路依次通过融冰阀和融冰泵后进入融冰换热器的吸热通道，吸收融冰换热器的放热通道内的外部冷水回水释放的显热后，冰浆水中的冰浆融化释放融化热，冰浆水温度增加，然后通过蓄冰池回水进口进入蓄冰池，在蓄冰池向冰浆水释放热量后，温度重新降低；
从蓄冰池出水口流出的另外一路冰浆水依次经过循环泵调节阀和循环泵后进入冰晶过滤器，在冰晶过滤器中过滤部分冰晶后成为冰水，冰水通过制冰进水阀后进入预热器，预热器将冰水加热到冰点以上以融化冰水中剩余部分的冰晶；
之后冰水进入热泵蒸发器进液口，向热泵机组内的蒸发器释放显热后，温度降低成为过冷水，过冷水从热泵蒸发器出液口流出，经过冰晶阻断器后流入促晶器，在促晶器中解除过冷后，部分冷水变成冰晶，温度回升到冰点，过冷水成为冰浆水，冰浆水通过蓄冰池进液阀和蓄冰池冰浆进口后进入蓄冰池内蓄积。
本发明还提供另一种蓄冰式热源塔热泵系统使用方法，包括以下步骤：
外部冷水回水从冷水进水口进入后，通过冷水旁通阀进入融冰换热器的放热通道，向融冰换热器吸热通道内的冰浆水放热后，温度降低，成为外部冷水供水，通过冷水出水口流出；
蓄冰池内的冰浆水从蓄冰池出水口流出后分为两路，一路依次通过融冰阀和融冰泵后进入融冰换热器的吸热通道，吸收融冰换热器的放热通道内的外部冷水回水释放的显热后，冰浆水中的冰浆融化释放融化热，冰浆水温度增加，然后通过蓄冰池回水进口进入蓄冰池，在蓄冰池向冰浆水释放热量后，温度重新降低。
本发明还提供另一种蓄冰式热源塔热泵系统使用方法，包括以下步骤：
热源塔中的防冻液从热源塔出液口流出后，依次通过热源塔循环泵和溶液进水阀后从热泵蒸发器进液口进入热泵机组的蒸发管道，向热泵机组内的蒸发器释放显热后，温度降低成为过冷液，过冷液从热泵蒸发器出液口流出，经过冰晶阻断器后流入促晶器，在促晶器中解除过冷后，部分水析出变成小冰晶，温度回升到防冻液冰点，过冷液成为冰浆，冰浆通过溶液池进液阀后从溶液池进液口进入溶液池内蓄积，溶液池冰浆中的小冰晶逐渐成长为大冰晶并漂浮在表面；
溶液池中的含有溶液的冰晶从溶液池冰晶出口流出，被冰晶输送器送入冰晶分离器，含有溶液的冰晶分离成冰晶和浓防冻溶液，冰晶从冰晶分离器出冰口排出，浓防冻溶液则通过冰晶分离器出液口流出，通过流入溶液池浓溶液进液口重新回到溶液池内；
溶液池中的浓防冻溶液从溶液池出液口流出，依次通过循环泵调节阀和循环泵后进入冰晶过滤器，浓防冻溶液中所夹带的微小冰晶被冰晶过滤器过滤分离，之后浓防冻溶液通过防冻液进水阀，从热源塔进液口进入热源塔，浓防冻溶液在热源塔中与室外空气进行热质交换后，温度升高，同时吸收空气中的水分后，浓度略有降低，成为防冻液，然后从热源塔出液口流出；
外部热水回水从热水进水口进入后，通过热水进水阀从热泵冷凝器进液口进入热泵机组的冷凝管道，吸收热泵机组内的冷凝器的冷凝热后，温度变高，成为外部热水供水，然后从热泵冷凝器出液口流出，经过热水出水阀后，再通过热水出水口流出。
本发明蓄冰式热源塔热泵系统装置及方法的技术优势为：
1、利用过冷法冷冻再生防冻溶液，传热系数大，出冰率高，所需传热面积小，溶质夹带少；
2、利用热泵机组的蒸发器完成吸热及对防冻溶液过冷的双重任务，不再需要另设专门的冷冻再生制冷系统；
3、在夏季工况下，热泵机组可按照冰蓄冷模式运行；
4、利用过冷法冷冻再生时，可减少热源塔吸热量；
5、系统防冻液的冰点较高，可减少从环境空气的吸湿量；
6、系统功能丰富，型式简单。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明蓄冰式热源塔热泵系统装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、蓄冰式热源塔热泵系统装置，如图1所示，包括热源塔1、热泵机组2、冰晶阻断器3、促晶器4、蓄冰池5、溶液池6、冰晶过滤器24、预热器25、冰晶输送器7、冰晶分离器8、融冰泵9、循环泵10、融冰换热器11、热水进水阀12、冷却水进水阀13、溶液进水阀14、蓄冰池进液阀15、冷水出水阀16、冷水进水阀17、冷水旁通阀18、制冰进水阀19、融冰阀20、循环泵调节阀21、冷却水出水阀22和热水出水阀23、热源塔循环泵26、溶液池进液阀27和防冻液进水阀28。
热泵机组2上设置有与其蒸发通道连通的热泵蒸发器进液口211和热泵蒸发器出液口212，热泵机组2上设置有与其冷凝通道连通的热泵冷凝器进液口213和热泵冷凝器出液口214。
蓄冰池5上设置有蓄冰池冰浆进口51、蓄冰池回水进口52和蓄冰池出水口53。
溶液池6上设置有溶液池进液口61、溶液池出液口62、溶液池冰晶出口63和溶液池浓溶液进液口64。
热源塔1的热源塔出液口112连接热源塔循环泵26后分为两路，一路连接溶液进水阀14后与热泵蒸发器进液口211连接，另一路连接冷却水进水阀13后与热泵冷凝器进液口213连接。
热泵蒸发器出液口212分为两路，一路依次连接冰晶阻断器3和促晶器4，另一路连接冷水出水阀16后与冷水出水口161连接。
促晶器4的出口分为两路，一路通过溶液池进液阀27后与溶液池6的溶液池进液口61连接，另一路通过蓄冰池进液阀15后与蓄冰池5的蓄冰池冰浆进口51连接。
蓄冰池5的蓄冰池出水口53与溶液池6的溶液池出液口62连接后分为两路，一路依次与循环泵调节阀21、循环泵10和冰晶过滤器24连接，另一路依次与融冰阀20、融冰泵9和融冰换热器11的吸热通道连接后与蓄冰池回水进口52连接。
冰晶过滤器24的出口分为两路，一路连接防冻液进水阀28后与热源塔进液口111连接，另一路依次连接制冰进水阀19和预热器25后与热泵蒸发器进液口211连接。
热水进水口121连接热水进水阀12后与热泵冷凝器进液口213连接，热泵冷凝器出液口214分为两路，一路连接热水出水阀23后与热水出水口231连接，另一路连接冷却水出水阀22后与热源塔进液口111连接。
冷水进水口171分为两路，一路连接冷水进水阀17与热泵蒸发器进液口211连接，另一路依次连接冷水旁通阀18和融冰换热器11的放热通道后与冷水出水阀出口161连接。
溶液池6的溶液池冰晶出口63连接冰晶输送器7后与冰晶分离器进口83连接，冰晶分离器出液口81连接溶液池浓溶液进液口64，冰晶分离器8上还设有冰晶分离器出冰口82。
本发明的蓄冰式热源塔热泵系统方法的运行模式分为冬季制热模式和夏季制冷模式，夏季制冷模式分为一般制冷模式和冰蓄冷模式。其中冰蓄冷模式又分为两种，一种为制冰、融冰联合运行模式，另一种为单融冰模式。即为本发明一共有四种模式：一般制冷模式、冰蓄冷模式(制冰、融冰联合运行)、冰蓄冷模式(单融冰模式)和冬季制热模式。
一般制冷模式：
打开冷却水进水阀13、冷水出水阀16、冷水进水阀17、冷却水出水阀22、热源塔循环泵26、热源塔1和热泵机组2。其余阀门和设备关闭。
冷却水从热源塔出液口112流出后，通过热源塔循环泵26加压，从冷却水进水阀13从热泵冷凝器进液口213进入热泵机组2中的冷凝管道，吸收热泵机组2内的冷凝器中的高温高压气态工质所释放的冷凝热后，温度变高；
然后从热泵冷凝器出液口214流出，经过冷却水出水阀22后进入热源塔进液口111，冷却水在热源塔1中与室外空气进行热质交换后，温度重新降低，又从热源塔出液口112流出。
外部冷水回水从冷水进水口171进入后，通过冷水进水阀17从热泵蒸发器进液口211进入热泵机组2中的蒸发管道，向热泵机组2内的蒸发器中的低温低压液态工质释放显热后，温度降低，成为外部冷水供水，再从热泵蒸发器出液口212流出，经过冷水出水阀16进入冷水出水口161。
冰蓄冷模式(制冰、融冰联合运行模式)
打开热源塔1、热泵机组2、冷水旁通阀18、融冰换热器11、冰晶阻断器3、促晶器4、蓄冰池5、冰晶过滤器24、融冰泵9、预热器25、循环泵10、冷却水进水阀13、蓄冰池进液阀15、制冰进水阀19、融冰阀20、循环泵调节阀21、冷却水出水阀22、热源塔循环泵26和防冻液进水阀28。其余阀门和设备关闭。
冷却水从热源塔出液口112流出后，通过热源塔循环泵26加压，从冷却水进水阀13从热泵冷凝器进液口213进入热泵机组2中的冷凝管道，吸收热泵机组2内的冷凝器中的高温高压气态工质所释放的冷凝热后，温度变高；
然后从热泵冷凝器出液口214流出，经过冷却水出水阀22后进入热源塔进液口111，冷却水在热源塔1中与室外空气进行热质交换后，温度重新降低，又从热源塔出液口112流出。
外部冷水回水从冷水进水口171进入后，通过冷水旁通阀18进入融冰换热器11的放热通道，向融冰换热器11吸热通道内的冰浆水放热后，温度降低，再通过冷水出水口161，成为外部冷水供水。
蓄冰池5内的冰浆水从蓄冰池出水口53流出后分为两路，一路依次通过融冰阀20和融冰泵9后进入融冰换热器11的吸热通道，吸收放热通道内的外部冷水回水释放的显热后，冰浆融化释放融化热，冰浆水温度略增加，然后进入蓄冰池回水进口52，在蓄冰池5向冰浆水释放热量后，温度重新降低。
从蓄冰池出水口53流出的另外一路冰浆水依次经过循环泵调节阀21和循环泵10后进入冰晶过滤器24，在冰晶过滤器24中过滤大部分冰晶后成为冰水，冰水通过制冰进水阀19后进入预热器25，预热器25将冰水略微加热到冰点以上以融化冰水中的微冰晶(冰晶过滤器24过滤后剩余的冰晶)，之后冰水进入热泵蒸发器进液口211，向热泵机组2内的蒸发器中的低温低压液态工质释放显热后，温度降低成为过冷水，过冷水从热泵蒸发器出液口212流出，经过冰晶阻断器3后流入促晶器4，在促晶器4中解除过冷后，一部分过冷水迅速变成冰晶，过冷水成为冰浆，同时温度回升到冰点，冰浆通过蓄冰池进液阀15和蓄冰池冰浆进口51后进入蓄冰池5内蓄积。
冰蓄冷模式(单融冰模式)
打开冷水旁通阀18，融冰换热器11，蓄冰池5，融冰阀20，融冰泵9，其余阀门和设备关闭。
外部冷水回水从冷水进水口171进入后，通过冷水旁通阀18进入融冰换热器11的放热通道，向融冰换热器11的吸热通道内的冰浆水放热后，温度降低，成为外部冷水供水，从冷水出水口161流出。
蓄冰池5内的冰浆水从蓄冰池出水口53流出，依次通过融冰阀20和融冰泵9后进入融冰换热器11的吸热通道，吸收融冰换热器11的放热通道内的外部冷水回水释放的显热后，冰浆水中的冰浆融化释放融化热，冰浆水的温度略增加，然后通过蓄冰池回水进口52进入蓄冰池5，冰浆水在蓄冰池5向冰浆水释放热量后，温度重新降低。蓄冰池5中有大量的冰，所以能够使得其中温度保持为0度，除非把冰全部化完，否则蓄冰池5的温度是不会变化的。
冬季制热模式：
打开热源塔1、热泵机组2、冰晶阻断器3、促晶器4、溶液池6、冰晶输送器7、冰晶分离器溶液池8、循环泵10、热水进水阀12、溶液进水阀14、循环泵调节阀21、热水出水阀23、冰晶过滤器24、热源塔循环泵26、进液阀27和防冻液进水阀28，其余阀门和设备关闭。
热源塔1中的防冻液从热源塔出液口112流出后，依次通过热源塔循环泵26和溶液进水阀14后从热泵蒸发器进液口211进入热泵机组2的蒸发管道，向热泵机组2内的蒸发器中的低温低压液态工质释放显热后，温度降低成为过冷液，过冷液从热泵蒸发器出液口212流出，经过冰晶阻断器3后流入促晶器4，冰晶阻断器3能防止过冷水在解除过冷后，因冰晶逆向生长使得蒸发器都结冰。在促晶器4中解除过冷后，一部分水析出迅速变成小冰晶，过冷液成为冰浆，同时温度回升到防冻液冰点，冰浆通过溶液池进液阀27后从溶液池进液口61进入溶液池6内蓄积，溶液池6冰浆中的小冰晶逐渐成长为大冰晶并漂浮在表面，同时冰晶中所含有的溶质量也有所降低。
溶液池6中的含有溶液的冰晶从溶液池冰晶出口63流出，被冰晶输送器7送入冰晶分离器8，在冰晶分离器8中冰晶中所含有的浓防冻溶液大幅减少(因为蓄冰池5中漂浮在表面的冰晶实际上其中还夹杂了很多溶液，不纯，所以冰晶分离器8的作用是把冰晶中所包含的溶液分离出来，使得冰晶纯度变高，然后再将纯冰晶排放掉。这样可以减少防冻溶液的溶质损失，否则很多防冻溶液溶质都会随着纯度不高冰晶的排放而排放掉)，得到纯度较高的冰晶(纯冰晶)，纯度较高的冰晶从冰晶分离器出冰口82排出，分离出的浓防冻溶液则通过冰晶分离器出液口81流出，通过流入溶液池浓溶液进液口64重新回到溶液池6内，溶液池6内的防冻液变成浓防冻溶液。
溶液池6中的浓防冻溶液从溶液池出液口62流出，依次通过循环泵调节阀21和循环泵10后进入冰晶过滤器24，浓防冻溶液中所夹带的微小冰晶被冰晶过滤器24过滤分离，之后浓溶液通过防冻液进水阀28，通过热源塔进液口111进入热源塔1，浓防冻溶液在热源塔1中与室外空气进行热质交换后，温度升高，同时吸收空气中的水分后，浓度略有降低，成为防冻液，然后从热源塔出液口112流出。
外部热水回水从热水进水口121进入后，通过热水进水阀12从热泵冷凝器进液口213进入热泵机组2的冷凝管道，吸收热泵机组2内的冷凝器中的高温高压气态工质所释放的冷凝热后，温度变高，成为外部热水供水，然后从热泵冷凝器出液口214流出，经过热水出水阀23后，再通过热水出水口231流出。
实施例1的计算参数见表1(针对1kw冷凝排热量)。设计条件为：在冬季制热模式下运行，环境空气温度5℃，相对湿度80％，冷冻再生时最大过冷度为2℃，蒸发温度-14℃，冷凝温度48℃，热泵制热cop为3，防冻液冰点-8℃，防冻液浓度12％(以氯化钙溶液为例计算)，溶质飘逸损失为0.02％，计算结果表明，系统吸水量为170kg/h，排冰能力为384kg/h，冰晶溶质损失1.7kg/h，冷冻再生时热源塔1吸热量400kw。而当采用传统的渐进冷冻再生系统时(见表1)，所需防冻溶液冰点为-20℃，防冻溶液浓度为20％，系统从空气的吸水量为192kg/h，冰晶溶质损失为1.92kg/h，冷冻再生时热源塔1吸热量为688kw，额外的冷冻再生及脱冰耗功3.93kw。可见，本发明的吸水量小，冰晶溶质损失小，冷冻再生时热源塔1吸热负担小，技术指标相比渐进冷冻再生有很大提升，而且不需要另设冷冻再生制冷机组，也不涉及复杂的制冰、脱冰转换，没有额外的冷冻再生能耗，另外本发明还可以在夏季运行模式下按冰蓄冷模式运行，可充分利用夜间低价电力蓄冷，提高了设备利用率和系统的技术经济性，系统型式简单，有效实现了本发明的初衷。
表1实施实例1的热力计算结果(针对1kw冷凝排热量)
以上实施实例中，可综合考虑具体的使用条件与要求、技术经济性能等因素合理确定系统的设计参数，以兼顾系统的适用性和经济性。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。