CN105135750A - 一种适合低温环境的凝固热水源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适合低温环境的凝固热水源热泵系统，属于地表水热能利用领域。该系统包括板冰换热器、涡旋压缩机、板式换热器、电子膨胀阀、四通换向阀、末端设备，所述板冰换热器由多个并联板片组成，采用不锈钢材料，耐腐蚀，所述涡旋压缩机采用变频及并联技术，改善部分负荷效率，减少运行费用，所述电子膨胀阀，可以精确控制吸入蒸发器的制冷剂流量，防止压缩机产生液击现象。该系统解决了寒冷地区常规水源热泵制热量不足、制热效率低的问题，具有换热效率高，结构紧凑，水深要求低，占地面积小等特点。

Description

一种适合低温环境的凝固热水源热泵系统

技术领域

本发明涉及地表水热能利用领域，特别是一种适合低温环境的凝固热水源热泵系统。

技术背景

常规水源热泵应用于寒冷地区存在制热能力衰减、制热效率降低及压缩机排气温度升高等问题。随着气温降低，供热量需求增加，而河水温度降低，显热换热量有限，无法满足供热量需求。

已知水的凝固潜热为334KJ/g·K，是单位温降显热放热量的80倍(水的比热4.2KJ/g·k)，以凝固热作为热泵机组热源，可解决冬季供热源换热量不足的问题。目前尚未有相关应用公布，但与该技术相近的应用有制冰技术。两种技术都通过水的凝固实现能量传递，所不同的是制冰机主要目的是获得冰，制冷剂的蒸发温度更低；而热泵的目的是提取低温热源的热量。因此，提取河水凝固热的热泵技术可以参照已有制冰技术及制冰机的结构进行开发。

发明内容

本发明的目的是设计一种适宜寒冷地区冬季制热的热泵系统，保证低温水源条件下热泵的制热能力、运行效率。

本发明的技术方案：一种适合低温环境的凝固热水源热泵系统，包括板冰换热器、涡旋压缩机、板式换热器、电子膨胀阀、四通换向阀、末端设备、循环水泵、水循环管道和制冷剂循环管道；所述的凝固热水源热泵系统包括两个闭合回路，第一个回路，即制冷剂循环回路：涡旋压缩机的制冷剂进出口分别与四通换向阀的两个端口连接，四通换向阀的剩余两个端口分别与板冰换热器、板式换热器连接，板冰换热器与板式换热器通过电子膨胀阀形成闭合回路；第二个回路，即水循环回路：板式换热器与末端设备、循环水泵形成闭合回路；

所述的板冰换热器固定在水中，制冷剂在板冰换热器中蒸发吸热，水在板冰换热器表面结冰，电子膨胀阀控制制冷剂在板冰换热器中的流量，从板冰换热器流出的制冷剂通过涡旋压缩机、四通换向阀进入板式换热器，制冷剂在板式换热器中凝结放热，所释放的热量用于末端设备供暖。

所述的板冰换热器板片为长方形，板片数目、相邻板片间距可调整。

所述的涡旋压缩机采用变频和多台机器并联的技术。

所述的凝固热水源热泵系统利用自身产生的高温制冷剂蒸汽融冰。

所述的末端设备可以是供暖设备，或空调设备。

所述的四通换向阀，通过改变从压缩机中流出的制冷剂流向，实现制热或制冷。

本发明的效果和益处：本发明解决了寒冷地区水源热泵制热量不足、制热效率低的问题，从系统的每一个组成部件考虑，还包括以下优点：

1)采用制冷剂热气脱冰，脱冰速度快；

2)压缩机变频及并联技术，改善部分负荷效率，减少运行费用；

3)电子膨胀阀，可以精确控制制冷剂流量，防止压缩机产生液击现象。

附图说明

图1凝固热水源热泵系统原理图。

图2板冰换热器。

图3板冰换热器板片。

图中：1板冰换热器；2涡旋压缩机；3板式换热器；4电子膨胀阀；5四通换向阀；6末端设备；7循环水泵；8水循环管道；9制冷剂循环管道；101板冰换热器板片；102固定框架；103制冷剂入口；104制冷剂出口；a、b、c、d四通换向阀的四个端口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

本发明一种适合低温环境的凝固热水源热泵系统，由板冰换热器1、涡旋压缩机2、板式换热器3、电子膨胀阀4、四通换向阀5、末端设备6、循环水泵7、水循环管道8和制冷剂循环管道9组成。

涡旋压缩机2的制冷剂进、出口分别与四通换向阀5的b、d端口连接，四通换向阀的c、a端口分别与板冰换热器1、板式换热器连接3，板冰换热器与板式换热器通过电子膨胀阀4形成闭合回路；板式换热器与末端设备6、循环水泵7形成闭合回路。

所述的板式换热器1通过固定钢框102安装在河水中，由7个板片并联组成，板式换热器板片101做成长方形，这样可以减少流道的转弯次数，降低阻力损失。

本实施例的工作原理：制冷剂在板冰换热器1中蒸发吸热，水在板冰换热器表面结冰，电子膨胀阀4控制制冷剂在板冰换热器1中的流量，从板冰换热器流出的制冷剂通过涡旋压缩机2、四通换向阀5进入板式换热器3，制冷剂在板式换热器中凝结放热，所释放的热量用于末端设备6供暖。

本发明提供的水源热泵系统，能够利用较低温度的地表水，受水温的限制小，水的凝固潜热值高，换热量大，运行效率高，结构紧凑；同时夏季可制取空调冷水，过渡季节制取生活热水，系统综合利用率高。

Claims (5)

1.一种适合低温环境的凝固热水源热泵系统，其特征在于，该凝固热水源热泵系统包括板冰换热器、涡旋压缩机、板式换热器、电子膨胀阀、四通换向阀和末端设备；所述的凝固热水源热泵系统包括两个闭合回路，第一个回路：板冰换热器两端分别通过电子膨胀阀和四通换向阀与板式换热器形成闭合回路，四通换向阀连接有涡旋压缩机；第二个回路：板式换热器与末端设备形成闭合循环；

所述的板冰换热器垂直固定在水中，通过板冰换热器中的制冷剂蒸发吸热，水在板冰换热器表面结冰，电子膨胀阀控制制冷剂在板冰换热器中的流量及流向，制冷剂凝结放热，板式换热器将制冷剂凝结放出的热量用于末端设备供暖；

所述的板冰换热器由多个板片并联组成水平蛇形管道，水平蛇形管道上设有制冷剂入口和出口；通过固定框架固定板冰换热器。

2.根据权利要求1所述的凝固热水源热泵系统，其特征在于，所述的板片为长方形，长宽比为2:1，采用高级不锈钢制作。

3.根据权利要求1或2所述的凝固热水源热泵系统，其特征在于，所述的涡旋压缩机为变频压缩双机。

4.根据权利要求1或2所述的凝固热水源热泵系统，其特征在于，所述的末端设备是供暖设备或空调设备。

5.根据权利要求3所述的凝固热水源热泵系统，其特征在于，所述的末端设备是供暖设备或空调设备。