[发明专利]利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统

权利要求书

1.一种利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统，其特征在于，包括：

溶液/水回路，用于在制热工况下捕集空气中的全热，制冷工况下向空气释放全热；

热泵回路，串联在所述溶液/水回路的后端，将溶液/水回路捕捉的热量或通过释热后的冷量进一步提质后用于建筑的供冷或供热；

储液/储能回路，串联在所述溶液/水回路的前端，用于实现制热工况下储液，制冷工况下储冷；

LNG冷能利用回路，与所述储液/储能回路串联，用于依靠液化天然气气化释放的大量冷能，在制热工况下实现所述溶液/水回路中溶液再生与浓度控制，在制冷工况下实现制冰蓄冷；

所述溶液/水回路包括：空气溶液全热交换设备（1）、第二换热器（8）、第一循环泵（10）以及循环工质，空气溶液全热交换设备（1）和第二换热器（8）通过第一循环泵（10）串联成回路，所述循环工质在回路中循环流动；制热工况下循环工质为低温溶液，实现空气全热的捕集；制冷工况下循环工质为水，向空气释放全热；

所述热泵回路包括：压缩机（5）、第一换热器（7）、膨胀阀（6）及第二换热器（8），四个设备依次串联；制热工况下第二换热器（8）作为蒸发器与溶液/水回路相连，制冷工况下第二换热器（8）作为冷凝器与溶液/水回路相；热泵回路将第二换热器（8）或第一换热器（7）提供的热量或冷量提质后为建筑供冷供热；

所述储液/储能回路包括：空气溶液全热交换设备（1）、第一调节阀（13）、储液储能罐（4）及第二循环泵（11），四个设备依次串联；制热工况下循环工质为溶液，储液储能罐（4）用于储存溶液；制冷工况下循环工质为水，储液储能罐（4）用于蓄冰储冷；

所述LNG冷能利用回路包括：LNG接收站（3）、第二调节阀（14）、LNG冷能释放装置（2）及第三换热器（9），四个设备依次连接；所述LNG冷能释放装置（2）一端连接所述储液/储能回路的储液储能罐（4），另一端连接所述LNG接收站（3），用于通过释放的冷量制冷所述储液储能罐（4）中的循环工质；

所述LNG冷能释放装置（2）内置布液器（16）和间壁式蒸发换热器（17），布液器（16）用于均匀分布循环工质至间壁式蒸发换热器（17）表面，间壁式蒸发换热器（17）壁内为气液共存状态的天然气，LNG气化产生的大量冷能用于将布液器（16）喷出的循环工质制取成冰，从而实现制热工况下溶液的冷冻再生，制冷工况下水的制冷蓄冰。

2.根据权利要求1所述的一种利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统，其特征在于：所述第三换热器（9）为空温式气化器，进一步加热从LNG冷能释放装置（2）出来的天然气，使其完全气化成气态并送至下游用户。

3.根据权利要求1-2 任一所述的一种利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统，其特征在于：所述无霜空气源热泵系统包括制热工况和制冷工况；

制热工况下，用户侧通过热泵回路和溶液/水回路获取热量；通过LNG冷能利用回路对所述溶液/水回路中的溶液进行再生与浓度控制；

制冷工况下，用户侧通过热泵回路和溶液/水回路获取冷量；通过LNG冷能利用回路将所述溶液/水回路中的水冷却成冰晶。

4.根据权利要求3所述的一种利用LNG冷能实现冷冻再生与冰蓄冷的无霜空气源热泵系统，其特征在于：

制热工况下，第一调节阀（13）、第二调节阀（14）、第三调节阀（15）开启，热泵循环中制冷剂依次经过第二换热器（8）、压缩机（5）、第一换热器（7）、膨胀阀（6），第二换热器（8）作为蒸发器，第一换热器（7）作为冷凝器，用户侧供热水回水通过第一换热器（7）从热泵机组获取热量，第二换热器（8）通过低温循环溶液从空气溶液全热交换设备（1）中获取热量，空气溶液全热交换设备（1）中溶液通过喷淋布液在填料表面与室外空气进行全热交换，吸收空气显热；当建筑负荷较低，且室外温度较高湿度较低时，溶液/水回路处于被动蒸发再生状态，潜热传递方向为溶液至空气，水分蒸发，溶液浓度升高，系统安全稳定；当建筑负荷较高，且室外湿度较高时，系统处于吸湿状态，潜热传递方向为空气至溶液，水分凝结，溶液浓度降低，冰点升高，系统有冰冻风险，此时，溶液需要再生，以保证其冰点裕量；第一调节阀（13）开启，塔内吸湿后的溶液进入储液储能罐（4），第三调节阀（15） 和第三循环泵（12）开启，储液储能罐（4）内的稀溶液进入LNG冷能释放装置（2），并通过布液器（16）将稀溶液均匀喷淋至间壁式蒸发换热器（17）的外表面，第二调节阀（14）开启，LNG接收站（3）中的液化天然气流入LNG冷能释放装置（2）中的间壁式蒸发换热器（17）内管，与间壁式蒸发换热器（17）外表面上的溶液进行热交换，释放冷能，变成气-液共存状态，而后进入第三换热器（9）与室外空气进一步换热，释放剩余的低品位冷能，完全成为气态，工给下游用户；间壁式蒸发换热器（17）外表面上的溶液在获取了LNG释放的冷能以后，温度降低至冰点以下，纯水先凝结成冰晶析出，无机盐仍留在原液中随壁面流下，通过第三调节阀（15）进入储液储能罐（4），第二循环泵（11）间歇性开启，将冷冻再生后的溶液补充至空气溶液全热交换设备（1）中；

制冷工况下，第一调节阀（13）关闭，第二调节阀（14）及第三调节阀（15）开启，热泵循环中制冷剂依次经过第一换热器（7）、压缩机（5）、第二换热器（8）、膨胀阀（6）；第二换热器（8）作为冷凝器，第一换热器（7）作为蒸发器，用户侧供热水回水通过第一换热器（7）从热泵机组获取冷量，第二换热器（8）通过冷却水在空气溶液全热交换设备（1）中释放热量，空气溶液全热交换设备（1）中冷却水通过喷淋布液在填料表面与室外空气进行全热交换，释放全热，显热和潜热的传递方向均为从水至空气，溶液/水循环内的水分蒸发后依靠补水实现质量平衡；第一调节阀（13）与第二循环泵（11）关闭，溶液/水回路与储液/储能回路断开，第三调节阀（15）与第三循环泵（12）开启，储液储能罐（4）内水进入LNG冷能释放装置（2），并通过布液器（ 16） 将水均匀喷淋至间壁式蒸发换热器（17）的外表面，第二调节阀（14）开启，LNG接收站（3）中的液化天然气流入LNG冷能释放装置（2）中的间壁式蒸发换热器（17）内管，与间壁式蒸发换热器（17）外表面上的水进行热交换，释放冷能，变成气-液共存状态，而后进入第三换热器（9）与室外空气进一步换热，释放剩余的低品位冷能，完全成为气态，工给下游用户；间壁式蒸发换热器（17）外表面上的水在获取了LNG释放的冷能以后，温度降低至冰点以下，凝结成冰晶析出，通过第三调节阀（15）进入储液储能罐（4），LNG冷能释放装置（2）中形成的冰晶可在储液储能罐（4）中与用户侧冷冻水回水进行热交换，为建筑供冷。