水汽悬浮冷凝热源塔热泵供热站的制作方法

本实用新型涉及的“水汽悬浮冷凝热源塔热泵供热站”涉及到我国新能源节能技术、环境保护与资源两大领域。

背景技术：

冬季湿冷热源是由太阳能加热地球表面产生水体蒸发形成的水汽循环，并与人类使用化石能源排放的废气+余热形成水汽温室雾霾混合源即温室效应可再生能源，适量的温室效应能使太阳能短波辐射热到达地球，并阻止地球表面长波热辐射热向外太空扩散热能，使地表温度处于平衡状态。自工业革命以来，以化石能源为主要消耗包括热电联产供热废气+余热、汽车动力尾气、工农业生产向大气中排入过量的温室气体打破了地球温室效应平衡，地球表面温度逐年增加全球气候变暖破坏了稳定的大气环流，气象灾难频繁。因此人类需要一种以规模化人工冷源系统，高效吸收温室效应可再生能源提升供热减少化石能能源消耗，是阻止全球气候变暖的人工治理措施。目前我国中纬度地区域部分寒冷天气相对湿度达到80%与化石能源排放温室气体与混合而形成大气逆温层，水汽温室雾霾天气频发持续周期长，空气中蕴藏的太阳能次生源湿冷热源潜热等可再生能源未能得到有效利用。

圉家为治理雾霾应用煤改电能效清洁能源政策，目前传统小型煤改电能效空气源热泵设备容量小、压缩机设计简单低强度易损坏，冬季供热吸收湿冷热源水汽温室雾霾混合源）结霜严重效率低，难以形成规模化扰动大气逆温层循环，未能实现蝴蝶效应冷峰驱霾，同时室外热泵机组噪音大和热量损失严重。

早期至目前创新开发的热源塔热泵系统仍处于持续改进和更新设计理念阶段。

热泵机组存在的改进问题：各生产厂家还停留在水源热泵10～15℃热源基础上的大温差结构设计，采用单机头压缩机构造，无法满足-15℃以下超低温环境压缩机衰减需要模块补偿的需求，导致供热能力上的减少，在-15℃较低的热源温度下蒸发器吸收低温位热源性能差，进入压缩机气体均为未饱和湿蒸汽，造成压缩机结霜严重，低COP值成为第一瓶颈。

热源吸收传热装置需要改进的问题：闭式热源塔吸收热低温位热源所用内置传热载体为传统水剂防冻溶液，水剂防冻溶液随热源温度下降粘度增加，传热性能低达不到预计的性能指标，只限于-10℃空气温度运行，突破-15℃以下吸收超低温空气热源成为第二瓶颈。

技术实现要素：

本实用新型提供一种水汽悬浮冷凝热源塔热泵供热站，系统具有内置纳米流体（系统内置纳米流体制备再生系统）和外置纳米涂层抗盐雾腐蚀合金翅片所具备地高导传热特性，吸收温室雾霾湿冷热源可再生能源，实现湿冷热源悬浮相变雪无霜取热吸收的高效利用。系统通过多联定频压缩机模块补偿，满足-15℃以下对超低温环境压缩机衰减补偿，寒冷天气热电联产供热和电力输出增加，启动谷电叠加热装置补偿寒冷天气热泵供热不足，系统同时向大气输送低温冷气流引峰驱霾，实现人工冷源治霾的经济性和社会效益。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括悬浮凝结纳米液吸收热源系统1和超低温热泵谷电叠加供热系统2，所述悬浮凝结纳米液吸收热源系统1包括水汽源悬浮凝结热源塔1 100、纳米流体配制搅拌膨胀箱1200、纳米流体制备再生乳化泵1300、谷电速热分块清霜霾定压装置1400和源侧纳米流体驱动循环系统1500，水汽源悬浮凝结热源塔1100通过阀门和管道分别与源侧管道接点15A、谷电速热分块清霜霾定压装置1400中的模块融霜单向阀1440出口连接；模块融霜单向阀1440迸口通过管道与融霜模块管道进口接点14C连接；水汽源悬浮凝结热源塔1100中的V型纳米憎水高效宽翅片管表冷器1150出口1152通过阀门和管道分别与源侧管道接点15B、谷电速热分块清霜霾定压装置1400中的模块融霜控制阀1450进口连接；模块融霜控制阀1450出口通过管道与源侧管道接点15B连接；水汽源悬浮凝结热源塔1100的表冷器排气阀1153通过管道与纳米流体配制搅拌膨胀箱1200回液口接点1230连接；纳米流体配制搅拌膨胀箱1200出液口1220与纳米制备管道输入接点14E连接；纳米流体配制搅拌膨胀箱1200顶部和侧部分别装有溶液搅拌器1240、溶液比重计1250、溶液勾兑进料口1260、软化水进口1210；纳米流体配制搅拌膨胀箱1200回液口接点1230通过管道分别与谷电速热分块清霜霾定压装置1400中的泄压阀1460、模块融霜单向阀1440出口1442连接；模块融霜单向阀1440进口1441通过管道与源侧管道接点15C连接；纳米流体制备再生乳化泵1300吸入口1311通过管道与纳米制备管道输入接点14E连接；纳米流体制备再生乳化泵1300排出口13 12通过管道与纳米刮备管道输出接点14A连接；谷电速热分块清霜霾定压装置1400的融霜循环泵定压模块1410吸入口1411通过管道与融霜管道输入接点14F连接；融霜循环泵定压模块1410输出口1412通过管道与溶液谷电速热器1420进口1421连接；溶液谷电速热器1420出口1422通过管道经融霜管道输出接点14B与融霜模块管道进口接点14C连接；谷电速热分块清霜霾定压装置1400的融霜总管回流控制阀1430出口通过管道与融霜管道输入接点14F连接；源侧纳米流体驱动循环系统1500的流体驱动循环泵组1510进口1511通过管道与源侧管道接点15D、源侧管道接点15C、源侧管道接点15B连接；流体驱动循环泵组1510出口1512通过管道与源侧管道接点15E、源侧管道接点15H连接；源侧管道接点15F通过管道与源侧管道接点15A连接；源侧管道接点15H、源侧管道接点15F分别通过管道与超低温热泵谷电叠加供热系统2连接。

所述水汽源悬浮凝结热源1100包括底桁架维护支撑1110、上部维护桁架1120、V型对称维护板1130、负压传感器1140、V型纳米憎水高效宽翅片管表冷器1150、高静压风动装置1160，V型纳米憎水高效宽翅片管表冷器1150底部由底桁架维护支撑1110支撑、顶部与上部维护桁架1120固定；V型纳米憎水高效宽翅片管表冷器1150中部边侧由V型对称维护板1130连接固定；V型对称维护板1130 -侧装有负压传感器1140;上部维护桁架1120上面安装有高静压风动装置1160。

所述超低温热泵谷电叠加供热系统2构成包括超低温热源模块补偿压缩机2100、重力丝网油分离器2200、液浸多流程逆流蒸发器2300、一级经济器过冷装置2400、二级过冷热动力回油装置2500、液控节流装置2600、供热冷凝器2700、谷电叠加超低温供热补偿器2800和负荷侧循环系组2900;所述超低温热源模块补偿压缩机2100进气口2110通过管路经多模块回气三通21A、热动力回油回气三通21B、回气过热度油冷却器2170与液浸多流程逆流蒸发器2300回气口23 12连接；超低温热源模块补偿压缩机2100排气口2120通过管路经多模块排气三通21H与重力丝网油分离器2200进气口2210连接；重力丝网油分离器2200排气口2220通过管路与供热冷凝器2700进气口2711连接；重力丝网油分离器2200排油控制口2230通过管路经回油三通21E与超低温热源模块补偿压缩机2100补油口2140连接；超低温热源模块补偿压缩机2100油冷出口2150通过管路、油冷三通21D经与回气过热度油冷却器(2170油冷进口217A连接；超低温热源模块补偿压缩机2100油冷回口2160通过管路经、油冷三通21C与回气过热度油冷却器2170油冷出口217B连接；油温调节阀217C跨接于油冷进口217A和油冷出口217B之间；液浸多流程逆流蒸发器2300进液口2311通过管路与液控节流装置2600出液口2620连接；液控节流装置2600进液口2610通过管路与二级过冷热动力回油装置2500幽液口2520连接；二级过冷热动力回油装置2500进液口2510通过管路经液流三通24X与一级经济器过冷装置2400出液口2420连接；二级过冷热动力回油装置2500液油进口2530通过管路与多通道回油管2330连接；二级过冷热动力回油装置2500低压蒸发出口2540通过管路与热动力回油回气三通21B连接；一级经济器过冷装置2400过冷进液口2440通过管路与节流阀组2430出口连接；节流阀组2430进口通过管路与液流三通24X连接；一级经济器过冷装置2400中压蒸发出口2450通过管路经中压三通21F与超低温热源模块补偿压缩机2100中压接口2130连接；供热冷凝器2700出液口2712通过管路与一级经济器过冷装置2400液体进口2410连接；供热冷凝器2700热水出口2732通过管道与谷电叠加超低温供热补偿器2800进水口2811连接；谷电叠加超低温供热补偿器2800出水口2812通过管道与负荷侧供水接口28A连接；负荷侧回水接口28B通过管道经膨胀定压三通29X、回水三通29A与负荷侧循环泵组2900吸入口291 1连接；负荷侧循环泵组2900压出口2912通过管道与供热冷凝器2700热水回口273 1连接；负荷侧定压膨胀装置2920通过管道与膨胀定压三通29X连接；液浸多流程逆流蒸发器2300管程源液进口2351通过管道与源侧管道接点15H连接；液浸多流程逆流蒸发器2300管程冷液出口2352通过管道与源侧管道接点15F连接。

所述液浸多流程逆流蒸发器2300壳体内部由下至上分别布置有下均流板2321、浸泡竖排蒸发管簇2322、液泡吸收管簇2323、气雾吸收防霜管簇2324、上均流板2325。

液浸多流程逆流蒸发器2300壳体外部一侧中心位置装有低压工质液位控制器2340；供热冷凝器2700克体内部装有冷凝壳程管簇2720。

本实用新型的有益效果是：具有高导传热特性，吸收湿冷热源可再生能源，实现湿冷热源悬浮相变雪无霜取热吸收的高效利用。系统通过多联定频压缩机模块补偿，满足-15℃以下对超低温环境压缩机衰减补偿，寒冷天气热电联产供热和电力输出增加，启动谷电叠加热装置补偿寒冷天气热泵供热不足。系统同时向大气输送低温冷气流引峰驱霾，实现人工冷源治霾的经济性和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型的系统原理图；

说明：图中空心箭头表示空气流动方向，实心箭头表示循环介质、水体循环流动方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。

参照附图，本实用新型由悬浮凝结纳米液吸收热源系统1和超低温热泵谷电叠加供热系统2组成。

所述悬浮凝结纳米液吸收热源系统1构成包括水汽源悬浮凝结热源塔1100，纳米流体配制搅拌膨胀箱1200，纳米流体制备再生乳化泵1300。谷电速热分块清霜霾定压装置1400，源侧纳米流体驱动循环系统1500。

所述水汽源悬浮凝结热源塔1100V型纳米憎水高效宽翅片管表冷器1150底部由底椅架维护支撑1110支撑、顶部与上部维护桁架1120固定；V型纳米憎水高效宽翅片管表冷器1150中部边侧由V型对称维护板1130连接固定；V型对称维护板1130 -侧装有负压传感器1140；上部维护桁架1120上面安装有高静压风动装置1160；V型纳米憎水高效宽翅片管表冷器1150进口1151通过阀门和管道分别与模块融霜单向阀1440出口、源侧管道接点15A连接；模块融霜单向阀1440进口通过管道与融霜模块管道进口接点14C连接；V型纳米憎水高效宽翅片管表冷器1150出口1152通过阀门和管道分别与模块融霜控制阀1450进口、源侧管道接点15B连接；模块融霜控制阀1450出口通过管道与源侧管道接点15B连接；表冷器排气阀1153通过管道与纳米流体配制搅拌膨胀箱1200回液口接点1230连接；纳米流体配制搅拌膨胀箱1200出液口1220与纳米制备管道输入接点14E连接；纳米流体配制搅拌膨胀箱1200顶部和侧部分别装有溶液搅拌器1240、溶液比重计1250、溶液勾兑进料口1260、软化水进口1210；纳米流体配制搅拌膨胀箱1200回液口接点1230通过管道分别与泄压阀1460、模块融霜单向阀1440出口1442连接；模块融霜单向阀1440进口1441通过管道与源侧管道接点15C连接；纳米流体制备再生乳化泵1300啜入口1311通过管道与纳米制备管道输入接点14E连接；纳米流体制备再生乳化泵1300排出口13 12通过管道与纳米制备管道输出接点14A连接；谷电速热分块清霜霾定压装置1400融霜循环泵定压模块1410吸入口1411通过管道与融霜管道输入接点14F连接；融霜循环泵定压模块1410输出口1412通过管道与溶液谷电速热器1420进口1421连接；溶液谷电速热器1420出口1422通过管道经融霜管道输出接点14B与融霜模块管道进口接点14C连接；融霜总管回流控制阀1430出口通过管道与融霜管道输入接点14F连接；源侧纳米流体驱动循环系统1500流体驱动循环泵组1510进口1511通过管道与源侧管道接点15D、源侧管道接点15C、源侧管道接点15B连接；流体驱动循环泵组1510出口1512通过管道与源侧管道接点15E、源侧管道接点15H连接；源侧管道接点15F通过管道与源侧管道接点15A连接。

所述超低温热泵谷电叠加供热系统2构成包括超低温热源模块补偿压缩机2100，重力丝网油分离器2200，液浸多流程逆流蒸发器2300，一级经济器过冷装置2400，二级过冷热动力回油装置2500，滚控节流装置2600，供热冷凝器2700，谷电叠加超低温供热补偿器2800，负荷侧循环泵组2900。

所述超低温热源模块补偿压缩机2100进气口21 10通过管路经多模块回气三通21A、热动力回油回气三通21B、回气过热度油冷却器(2170)与液浸多流程逆流蒸发器2300回气口2312连接；超低温热源模块补偿压缩机2100排气口2120通过管路经多模块排气三通21H与重力丝网油分离器2200进气口2210连接；重力丝网油分离器2200排气口2220通过管路与供热冷凝器2700进气口2711连接；重力丝网油分离器2200排油控制口2230通过管路经回油三通21E与超低温热源模块补偿压缩机2100补油口2140连接；超低温热源模块补偿压缩机2100油冷出口2150通过管路、油冷三通21D经与回气过热度油冷却器2170油冷进口217A连接；超低温热源模块补偿压缩机2100油冷回口2160通过管路经、油冷三通21C与回气过热度油冷却器2170油冷出口217B连接；油温调节阀217C跨接于油冷进口217A和油冷出口217B之间；液浸多流程逆流蒸发器2300进液口2311通过管路与液控节流装置2600出液口2620连接；液控节流装置2600进液口2610通过管路与二级过冷热动力回油装置2500出液口2520连接；二级过冷热动力回油装置2500进液口2510通过管路经液流三通24X与一级经济器过冷装置2400出液口2420连接；二级过冷热动力回油装置2500液油进口2530通过管路与多通道回油管2330连接；二级过冷热动力回油装置2500低压蒸发出口2540通过管路与热动力回油回气三通21B连接；一级经济器过冷装置2400过冷进液口2440通过管路与节流阀组2430出口连接；节流阀组2430进口通过管路与液流三通24X连接；一级经济器过冷装置2400中压蒸发出口2450通过管路缢中压三通21F与超低温热源模块补偿压缩机2100中压接口2130连接；供热冷凝器2700出液口2712通过管路与一级经济器过冷装置2400液体进口2410连接；供热冷凝器2700热水出口2732通过管道与谷电叠加超低温供热补偿器2800进水口2811连接；谷电叠加超低温供热补偿器2800出水口2812通过管道与负荷侧供水接口28A连接；负荷侧回水接口28B通过管道经膨胀定压三通29X、回水三通29A与负荷侧循环泵组2910吸入口2911连接；负荷侧循环泵组2910压出口2912通过管道与供热冷凝器2700热水回口273 1连接；负荷侧定压膨胀装置2920通过管道与膨胀定压三通29X连接；液浸多流程逆流蒸发器2300管程源液进口2351通过管道与源侧管道接点15H连接；液浸多流程逆流蒸发器2300管程冷液出口2352通过管道与源侧管道接点15F连接；液浸多流程逆流蒸发器2300壳体内部由下至上分别布置有下均流板2321、浸泡竖排蒸发管簇2322、液泡吸收管簇2323、气雾吸收防霜管簇2324、上均流板2325;液浸多流程逆流蒸发器2300壳体外部一侧中心位置装有低压工质液位控制器2340;侠热冷凝器2700壳体内部装有冷凝壳程管簇2720。

悬浮凝结纳米液吸收热源系统1技术原理与工作原理：

传统空气源热泵技术利用窄翅片管低面积结构，以低压工质膨胀湿气体在窄翅片管内吸收空气中水汽低温位热源，窄翅片管结霜，空气与工质间传热差平均在15℃以上，热泵供热性能低。随之而来的派生技术以外置盐溶液，曝气循环吸收吸收空气中水汽低温位热源由传统低性能的水源热泵提升，造成稀释溶液排放污染水体，空气循环盐雾漂移污染空气，盐溶液蒸发吸热热源温度低，热泵供热性能低。

采用模块化组合高面积宽带片翅管小温差传热结构设计，集溶液定压循环、膨胀泄压、纳米流体制备再生循环为多功能装置为一体，以10倍上的循环流量湍流速率在宽翅片管内置纳米流体吸收来自空气中水汽低温位热源，减少翅片管结霜几率超过98%以上，空气热源温度与工质间温度传热差平均小于5℃，热源温度高，热泵供热性能高。主要设备装置工作原理如下：水汽源悬浮凝结热源塔1100工作原理：来自大气环境的湿冷热源经V型纳米憎水高效宽翅片管表冷器1150内置低温纳米高导冷冻溶液吸收焓值下降）成为超低温净化冷空气，经高静压风动装置1160驱动将低于大气温度的冷空气射向空中完成冷热交换过程。

纳米流体配制搅拌膨胀箱1200与纳米流体制备再生乳化泵1300联合工作原理：纳米流体配制搅拌膨胀箱1200由溶液勾兑进料口1260按系统运行冰点比例和箱体容积装入计量的浓溶液，按系统运行冰点比例和箱体容积由软化水进口1200输入计量的软化水，按设计的导热性能由溶液勾兑进料口1260加入纳米导热材料，启动溶液搅拌器1240搅拌混合，通过溶液比重计1250显示调整溶液比重，搅拌合格后关闭溶液搅拌器1240，启动纳米流体制备再生乳化泵1300，纳米沆体配制搅拌膨胀箱1200混合溶液经出液口1220进入纳米流体制备再生乳化泵1300乳化为纳米流体，经纳米制备管道输出接点14A压入源侧管道循环系统完成纳米流体制备过程，当源侧管道循环系统过久停止运行时纳米导热材料发生半悬浮状态，可启动纳米流体制备再生乳化泵1300再生乳化。

谷电速热分块清霜霾定压装置1400工作原理：水汽源悬浮凝结热源塔1 100具备了吸收湿冷热源悬浮相变雪的设计，为了防止空气负温度100%相对湿度，持续周期超过12H，系统以安全稳定运行为宗旨采用预防性措施，增加了谷电速热分块清霜霾定压装置1400，关闭模块融霜控制阀1450，开启融霜总管回流控制阀1430，启动融霜循环泵定压模块1410正常运行，再启动溶液谷电速热器1420对其负温度纳米冷冻溶液迅速加热为正温度冷冻溶液经融霜管道输出接点14B、融霜模块管道进口接点14C、模块融霜单向阀1440进入水汽源悬浮凝结热源塔1100放热融霜，冷冻溶液温度下降经融霜模块管道回口接点14D、融霜总管回流控制阀1430、融霜管道接点14F进入融霜循环泵定压模块1410完成模块化融霜循环过程。模块化融霜循环过程结束后将融霸循环泵定压模块1410切入变频状态，对源侧纳米流体驱动循环系统1 500实施定压补偿，运行或停止运行期间溶液受热膨胀超压由泄压阀1460泄压排入纳米流体配制搅拌膨胀箱1200回液口接点1230避免溶液损失。

源侧纳米流体驱动循环系统1500工作原理：来自超低温热泵谷电叠加供热系统2液浸多流程逆流蒸发器2300管程冷液出口2352低温冷冻纳米流体，经源侧管道接点15F、源侧管道接点15A、水汽源悬浮凝结热源塔1100纳米憎水高效宽翅片管表冷器1150吸收来自放大气环境的湿冷热源，低温冷冻纳米流体温度上升，经模块融霜控制阀1450、源侧管道接点15B、源侧管道接点15D进入流体驱动循环泵组1510驱动加压，经源侧管道接点15E、源侧管道接点15H进入超低温热泵谷电叠加供热系统2液浸多流程逆流蒸发器2300管程源液进口2351进入液浸多流程逆流蒸发器2300管程释放低温位能。

超低温热泵谷电叠加供热系统2技术原理与工作原理：传统水源热泵技术利用二流程蒸发器吸收低温位热源，传热效率只有空调工况的50%，机组蒸发器进出液温差普遍只有2度，过量未饱和湿气体进入热泵压缩机继续吸热，造成压缩机结霜严重，蒸发压力偏高，导致循环冷冻溶液出液温度高与空气温度差减小，吸收低温位热源能力不足成为本领域技术难题。

在低温位热源工况下，源侧循环系统采用高效纳米流体循环介质进行多流程微通道传热，采用一级经济器过冷吸收进行中压增焓补偿，二级微通道热动力泡沫回油虹吸回气同时工质液体再过冷）多项技术应用确保了制冷工质低压蒸发充分，蒸发气体回气为饱和状态，压缩机运行摩擦温度发热量足以抵消低温蒸发气体饱和回气耐压缩机冷冻油温度降低的影响，并对低压回气进行油冷却负荷加温，保证压缩机低压区部件润滑油膜形成稳定，其主要表现为蒸发压力低压缩机呈现不结霜状态，机组蒸发器进出液温差大获取低温位能量多，实现压缩机以少量的电能驱动，冷冻溶液出液温度低与空气温度差加大，吸收低温位热源能力加大，工作原理如下：来自水汽源悬浮凝结热源塔1100纳米流体低温位热源经源侧管道接点15H进入液浸多流程逆流蒸发器2300管程释放低温位能。液浸多流程逆流蒸发器2300壳体内部浸泡竖排蒸发管簇2322壳程低压工质液体吸热蒸发一液泡吸收管簇2323壳程吸收除去液泡一气雾吸收防霜管簇2324壳程微通道吸收低压工质未饱和气体为低压工质饱和气体，进入超低温热源模块补偿压缩机2100吸气口21 10，经压缩机做功提升为工质高压过热气体，由排气口2120进入重力丝网油分离器2200进气口2210，工质高压过热气体在油分中分离出油雾沉积于容器底部间歇回油，工质高压过热气体经出气口2220进入供热冷凝器2700凝壳程管簇2720释放高温位能潜热冷凝为高压工质液体，进入一级经济器过冷装置2400，高压工质饱和液体释放显热温度下降中间冷却蒸发气体白压缩机中间接口吸入实现补气增焓的性能），再进入二级过冷热动力回油装置2500吸收多通道回油管2330所携带的制冷剂液泡，蒸发气体由回气虹吸三通21B进入压缩机，高压工质饱和液体经过二次过冷蒸发温度更低，由二级过冷热动力回油装置2500接口2520进入液控节流装置2600节流降压后，低压工质液体进入液浸多流程逆流蒸发器2300壳体内部多流程蒸发管簇完成制冷工质逆卡诺循环。回气过热度油冷却器2170作用，提高回气过热度稳定运行油膜，减少运行阻力能耗。供热冷凝器2700供热循环介质吸收了壳程管簇高压工质气体释放的冷凝潜热，供热循环介质温度上升经谷电叠加超低温供热补偿器2800根据天气状况供热负荷来确定是否采用谷电叠加供热）经负荷侧供水接口28A向负荷侧系统释放高温位热能温度下降，经负荷侧回水接口28B进入负荷侧循环泵组2910驱动加压，进入供热冷凝器2700循环吸收高温位热能。