CN103322733B - 基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置及排除冰方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置。普通水源热泵机组在冬季工况下无法采集地表水的低位热源，因为温度过低导致表层结冰以至于系统无法正常运行而被迫停机。本发明的组成包括：水轮（1），水轮通过皮带（2）连接从动轮（3），从动轮连接正弦机构（4），正弦机构连接传动杆（5），传动杆与削刀架（6）成为一体，削刀架连接一组环形削刀（7），环形削刀环扣住换热器（8）内部的换热管（9），换热管两端分别连接集气管（10）和集液管（11），换热管上部还安装制冷液进口（12）；换热器的侧壁具有冰与水溢流口（13），换热器的另一端还连接储水区（14）。本发明应用作采集凝固潜热排除冰。

Description

基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置及排除冰方法

技术领域

本发明涉及一种基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置及排除冰方法。

背景技术

在我国秦岭- 淮河线以北广大地区地表径流或湖泊冬季会出现封冻，冰层下的水接近冰点的现象，普通水源热泵机组在冬季工况下无法采集地表水的低位热源，换热器表面会因为温度过低导致表层结冰以至于系统无法正常运行而被迫停机。

在冬季工况下，水体温度低，接近水的凝固点，可采集的显热量少，但是凝固在换热管表面的冰层如不及时除去就会影响换热效果，甚至造成系统停机，目前的热泵系统需要被改善，令其在冬季工况下正常运行，令其运行效率得到大幅度的提高，使其在节能的基础上获得更多的能量。

因此我们针对这一点进行了研究和设计，提出一种新型的削冰换热器。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置及排除冰方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，其组成包括：水轮，所述的水轮通过皮带连接从动轮，所述的从动轮连接正弦机构，所述的正弦机构连接传动杆，所述的传动杆与削刀架成为一体，所述的削刀架连接一组环形削刀，所述的环形削刀环扣住换热器内部的换热管，所述的换热管两端分别连接集气管和集液管，所述的换热管上部还安装制冷液进口；所述的换热器的侧壁具有冰与水溢流口，所述的换热器的另一端还连接储水区。

所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，所述的环形削刀为两个半圆形削刀对扣，所述的半圆形削刀通过螺栓连接，所述的半圆形削刀还具有削刀架孔。

所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，所述的水轮还具有一组水斗，所述的集气管还连接压缩机。

所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，所述的储水区的一面侧壁还具有进水口，所述的储水区的另一面侧壁还具有集污器，所述的集污器连接滤网。

所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，所述的储水区的一面侧壁还具有进水口，所述的储水区的另一面侧壁还具有集污器，所述的集污器连接滤网。

一种基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置的排除冰方法，水源通过水泵提升到水轮的顶端，水在下落的过程中进入水轮四周的水斗，水的自重带动水轮运转，实现水的重力势能转化为水轮运转的动能的过程，运转的水轮通过皮带的传动带动从动轮旋转，进而使与之连接的正弦机构实现上下往复运动，正弦机构的上下往复运动带动传动杆上下往复运动，而传动杆与削刀架的一体式实现了环形削刀环刮换热管的过程，完成排除换热管上冰晶的过程。

所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置排除冰方法，水循环过程：

随着水轮转动，水从水斗中垂直落入储水区，过滤后经进水口进入换热器内部的换热管后与内制冷剂换热，温度降低；其中，一小部分水在换热管外凝结成冰晶后被环形削刀刮落，与另一部分水组成冰水混合物通过换热器的冰与水溢流口流出。

所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置排除冰方法，制冷剂循环过程：

换热器的换热管采用立式直管，液态制冷剂由制冷液进口进入下部的集液管后向上流入两端的换热管中，液态制冷剂通过吸收水的凝固潜热后变成气态制冷剂，进入上部的集气管后被压缩机吸气端吸入。

本发明的有益效果：

1. 本发明的水轮通过皮带连接从动轮，从动轮带动正弦机构，正弦机构又与一体结构的传动杆和削刀架连接，因为本发明属于开式系统，江河湖海等水源通过水泵提升到水轮的上方，水在下落的过程中进入水轮上具有的水斗，水的自重带动水轮运转，实现水的重力势能转化为水轮运转的动能，通过皮带的传动使从动轮旋转，进而使正弦机构实现上下往复运动，避免资源闲置浪费，既开发了可再生资源，有提高了能源利用率，实现了节能减排。

本发明设置了环形削刀，并套在换热管上，而环形削刀安装在了削刀架上，由于正弦机构做上下往复运动，无需电机带动削刀架，所以环形削刀环套住换热管做上下往复运动，将凝固的冰排除掉。在冬季工况下，水体温度低，接近水的凝固点，可采集的显热量少，但是水的比热大，其蕴含的潜热量大，我们就利用水在换热器表面凝固与管内制冷剂换热来采集这部分能量，既避免了热泵系统在冬季无法运行而停机所造成的资源浪费又节约了冬季以锅炉供暖所需的煤、燃气等不可再生能源，通过采集凝固潜热型热泵系统来采集冬季水体蕴含的大量潜热量，并且能够结合原有的热泵系统为其添加新的辅助装置使其在冬季工况下正常运。

本发明设置了下进水口和上冰与水溢流口，这样密度小于水的冰水混合物就能畅通的流出，有效的防止换热器中冰晶积存。

本发明采用了立式直管式换热器，可以有效的减少由于换热管自重引起的弯曲变形所带来的换热管与环形削刀的摩擦，同时环形削刀结构简单，采用螺栓组合连接，易于加工制造、更换和维修，具有降低成本增强换热器的可拓展性。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的换热管内循环流动制冷液时的截面示意图。

附图3是本发明环形削刀的俯视图。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，其组成包括：水轮1，所述的水轮通过皮带2连接从动轮3，所述的从动轮连接正弦机构4，所述的正弦机构连接传动杆5，所述的传动杆与削刀架6成为一体，所述的削刀架连接一组环形削刀7，所述的环形削刀环扣住换热器8内部的换热管9，所述的换热管两端分别连接集气管10和集液管11，所述的换热管上部还安装制冷液进口12；所述的换热器的侧壁具有冰与水溢流口13，所述的换热器的另一端还连接储水区14。

所述的水轮位于所述的储水区上方。

所述的水轮下方还具有水道15，所述水道连通所述的储水区。

江河湖海等水源通过水泵提升到所述的水轮上方，水在下落的过程中进入所述的水斗中。

所述的冰与水溢流口位于所述的侧壁的上部。

实施例2：

实施例1所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，所述的环形削刀为两个半圆形削刀16 对扣，所述的半圆形削刀通过螺栓17 连接，所述的半圆形削刀还具有削刀架孔18。

实施例3：

实施例1或2所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，所述的水轮还具有一组水斗19。

实施例4：

实施例1或2所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，所述的储水区的一面侧壁还具有进水口20，所述的储水区的另一面侧壁还具有集污器21，所述的集污器连接滤网22，所述的滤网安装在所述的储水区的上口。

所述的进水口位于所述的侧壁的下部。

实施例5：

实施例1或2所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，所述的集气管还连接压缩机23。

实施例6：

一种基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置的排除冰方法：江河湖海等水源通过水泵提升到水轮的顶端，水在下落的过程中进入水轮西周的水斗，水的自重带动水轮运转，实现水的重力势能转化为水轮运转的动能的过程，运转的水轮通过皮带的传动带动从动轮旋转，进而使与之连接的正弦机构实现上下往复运动，正弦机构的上下往复运动带动传动杆上下往复运动，而传动杆与削刀架的一体式实现了环形削刀环刮换热管的过程，完成排除换热管上冰晶的过程。

实施例7：

根据实施例6所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置排除冰方法，水循环过程：随着水轮转动，水从水斗中垂直落入储水区，过滤后经进水口进入换热器内部的换热管后与内制冷剂换热，温度降低；其中，一小部分水在换热管外凝结成冰晶后被环形削刀刮落，与另一部分水组成冰水混合物通过换热器的冰与水溢流口流入江河湖海中。

实施例8：

根据实施例6所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置排除冰方法，制冷剂循环过程：换热器的换热管采用立式直管，液态制冷剂由制冷液进口进入下部的集液管后向上流入两端的换热管中，液态制冷剂通过吸收水的凝固潜热后变成气态制冷剂，进入上部的集气管后被压缩机吸气端吸入。

实施例9：

实施例1或2所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，由于需要水泵将水源输送到水车上方，将所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置减少与水源的距离而设置在江河湖海等水源附近。

实施例10：

实施例1或2所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置，将所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置建设在水坝落水口下方，增加挡板等调节水量装置，当水坝有水流时可以关掉水泵；当无水流通过时打开水泵，或同时调节水坝水流和水泵。

实施例11：

上述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置的控制过程：通过变流量控制法来控制削冰的频率，进而控制潜热换热器的换热量，当抽水水泵的功率降低/增大时，流经水轮的水流量减小/增大时，削刀架往复运动减慢/加快，进而换热器表面的凝结速度降低/升高，最终换热器表面换热量减少/增大，达到控制换热量目的；通过控制流经换热器的水的流速，实现提高换热系数，当换热量较大时能能够及时清除产生的冰晶，当左侧的进水口水位减小/增加，由于重力势能作用，说流经换热器速度降低/升高，最后冰晶与水通过溢流口流出。

Claims (2)

1.一种基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置的排除冰方法：其特征是：水源通过水泵提升到水轮的顶端，水在下落的过程中进入水轮四周的水斗，水的自重带动水轮运转，实现水的重力势能转化为水轮运转的动能的过程，运转的水轮通过皮带的传动带动从动轮旋转，进而使与之连接的正弦机构实现上下往复运动，正弦机构的上下往复运动带动传动杆上下往复运动，而传动杆与削刀架的一体式实现了环形削刀环刮换热管的过程，完成排除换热管上冰晶的过程。

2.根据权利要求1 所述的基于机械传动除排冰采集凝固潜热装置排除冰方法，其特征是：水循环过程：

随着水轮转动，水从水斗中垂直落入储水区，过滤后经进水口进入换热器内部的换热管后与内制冷剂换热，温度降低；其中，一小部分水在换热管外凝结成冰晶后被环形削刀刮落，与另一部分水组成冰水混合物通过换热器的冰与水溢流口流出。