CN105953289A - 一种利用凝固潜热的热泵系统 - Google Patents

Abstract

一种利用凝固潜热的热泵系统。本发明属于能源技术领域。本发明的目的是将水源中所蕴含的水的凝固潜热有效利用，最大限度的减少系统用水量，在特定温度条件下通过另外设置冷却塔进行融冰，进一步解决水量不足的问题。本发明由热泵机组、换热设备、旋流除砂器、引射器组成，并通过末端供水管、末端回水管、中介水供水管、中介水回水管、水源供水管、水源回水管、水源排水管和水源进水管连接相通，利用水变为冰时释放凝固热这一特性，使用低温换热介质使换热器管内壁结冰，同时利用砂水混合物的冲击碰撞作用对换热管内壁进行除冰，周而复始，不间断释放热量。本发明适用于水源热泵系统。

Description

一种利用凝固潜热的热泵系统

技术领域

本发明涉及一种利用凝固潜热的热泵系统，属于能源技术领域。

背景技术

采用热泵技术从水源中提取低品位冷热量为建筑物供热供冷具有重要节能减排和经济价值。我国部分地区水资源十分匮乏，即使水资源丰富的地区也存在分布不均的状况。常规水源热泵系统是提取水中显热，但是冬季当水温接近0℃时，已经没有取热的空间。相对于有限的显热，水源中还存在着巨大的凝固潜热。将水源中的凝固潜热充分开发利用对整个水源热泵行业具有重要意义。

利用水的凝固潜热时，一方面可大幅度减少水的用量，另一方面可解决空气源热泵系统夜间温度降低时的效率问题，即夜间提取凝固热，白天利用空气进行融冰。

然而利用水的凝固潜热时，其关键难题是不断结冰和及时有效的除冰问题。虽然冰蓄冷技术已经成熟，但冰蓄冷通常是夜间蓄冰而白天用冷融冰，结冰后很快被利用，是蓄冷过程，与凝固热热泵系统形式上类似，但本质不同，凝固热热泵系统是以用热为主。

另外，此领域一直处于理论研究阶段，所涉及的装置及专利较少，且都未能进行实际应用。例如发明人以前发明的专利：专利号为“ZL200610009740.7”，名称为“地表水源热泵系统凝固热利用及防污染装置”的专利，该专利其主要问题是螺杆的驱动和除冰的可靠性问题，另外造价较高；专利号为“ZL200610009617.5”，名称为“利用低位热源供水显热进行除霜的凝固潜热型热泵”的专利，该专利的主要问题是利用供水来进行除霜，本质上还是主要利用了水的显热，另外只适合小型系统；专利申请号为“ZL200610009616.0”，名称为“冷水凝固热的采集装置”的专利，该专利通过绞龙刮板除冰，也是一个机械问题，空间大、成本高，另外无法保证换热管内壁均匀，有绞龙被卡死问题。另外还有壁面弹性剥冰、热隔等工艺，都缺乏实用性。本发明通过采用固液流化床和旋流除砂工艺进行在线结冰和除冰，保证系统实现水的连续结冰、除冰和再结冰的不间断循环，从而保证利用凝固潜热的热泵系统的正常运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用凝固潜热的热泵系统，实现热泵系统中水的连续结冰、除冰和再结冰的不间断循环，从而保证利用凝固潜热的热泵系统的正常运行，提高系统效率，进一步节省水源。

本发明为解决以上技术问题，所采取的技术方案是：

本发明提出的一种利用凝固潜热的热泵系统，它由热泵机组、换热设备、旋流除砂器、调砂阀、引射器、水箱或水池、中介水泵、水源水泵、末端供水管、末端回水管、中介水供水管、中介水回水管、水源供水管、水源回水管、水源排水管、水源进水管组成，所述的旋流除砂器上分别设置有旋流除砂器进水口、旋流除砂器出水口、旋流除砂器出砂口；所述的引射器上设置有引射器进砂口、引射器进水口、引射器出水口；所述的引射器进水口与水箱或水池通过水源进水管相连通；所述的水源水泵设置在水源进水管上；所述的换热设备与引射器出水口通过水源供水管相连通；所述的换热设备与旋流除砂器进水口通过水源回水管相连通；所述的旋流除砂器出水口与水箱或水池通过水源排水管相连通；所述的旋流除砂器出砂口与引射器进砂口相连通，两者之间设置有调砂阀；所述的热泵机组与换热设备之间通过中介水供水管、中介水回水管组成闭合循环；所述的中介水泵设置在中介水回水管上；所述的末端供水管、末端回水管分别与热泵机组相连接。

所述一种利用凝固潜热的热泵系统，它还包括冷却塔、冷却塔供水管、冷却塔循环泵、冷却塔回水管，所述的冷却塔供水管连接水箱或水池和冷却塔；所述的冷却塔回水管连接冷却塔和水箱或水池；所述的冷却塔循环泵设置在冷却塔供水管上。

所述一种利用凝固潜热的热泵系统，它还包括排冰管、排冰阀、补水管、补水阀，所述的排冰管和补水管分别与水箱或水池相连通，排冰阀设置在排冰管上，补水阀设置在补水管上。

本发明的运行原理为：

水箱或水池中的水经水泵提升后进入引射器，与引射器引射出的砂混合后进入换热设备，部分水在换热设备中凝结释放出潜热后变成冰，冰水混合物和砂返回旋流除砂器，旋流除砂器将冰水混合物和砂分离，分离后的砂进入引射器并被再次引射，同时冰水混合物进入水箱或水池，继而进行再循环。中介换热介质在换热设备中吸取水的凝固潜热后进入热泵机组，机组通过制冷剂循环吸收中介换热介质的热量加热末端来水，被加热的末端来水经水泵输送至用户供热。

本发明相对于现有技术具有如下特点及其有益效果：

1.本发明采用液固流床和旋流除砂与引射回砂相结合的结冰、除冰工艺，较机械除冰和热融冰相比，无运转部件，工艺形式简单，运行相对稳定、可靠。

2.本发明采用流态化换热，较现有机械除冰工艺，可显著提高效率30％以上，且可节省初投资40％以上。

3.本发明可充分利用空气源，当室外气温的湿球温度大于0℃时，启动冷却塔，一方面提高效率，另一方面减少用水量。

4.本发明较灵活，既可利用池水或湖水热能，也可利用空气热能，当水量充足时，可仅提取显热，当水量有限时，可提取不同比例的水的凝固热，例如可提取10％-90％范围内的水的凝固潜热。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明具体实施方式二的结构示意图

图3是本发明具体实施方式三的结构示意图

热泵机组1、换热设备2、旋流除砂器3、旋流除砂器进水口4、旋流除砂器出水口5、旋流除砂器出砂口6、调砂阀7、引射器8、引射器进砂口9、引射器进水口10、引射器出水口11、水箱或水池12、中介水泵13、水源水泵14、末端供水管15、末端回水管16、中介水供水管17、中介水回水管18、水源供水管19、水源回水管20、水源排水管21、水源进水管22、冷却塔23、冷却塔供水管24、冷却塔循环泵25、冷却塔回水管26、排冰管27、排冰阀28、补水管29、补水阀30。

具体实施方式

具体实施方式一，如图1所示，本实施方式的一种利用凝固潜热的热泵系统，它由热泵机组1、换热设备2、旋流除砂器3、调砂阀7、引射器8、水箱或水池12、中介水泵13、水源水泵14、末端供水管15、末端回水管16、中介水供水管17、中介水回水管18、水源供水管19、水源回水管20、水源排水管21、水源进水管22组成，所述的旋流除砂器3上分别设置有旋流除砂器进水口4、旋流除砂器出水口5、旋流除砂器出砂口6；所述的引射器8上设置有引射器进砂口9、引射器进水口10、引射器出水口11；所述的引射器进水口10与水箱或水池12通过水源进水管22相连通；所述的水源水泵14设置在水源进水管22上；所述的换热设备2与引射器出水口11通过水源供水管19相连通；所述的换热设备2与旋流除砂器进水口4通过水源回水管20相连通；所述的旋流除砂器出水口5与水箱或水池12通过水源排水管21相连通；所述的旋流除砂器出砂口6与引射器进砂口9相连通，两者之间设置有调砂阀7；所述的热泵机组1与换热设备2之间通过中介水供水管17、中介水回水管18组成闭合循环；所述的中介水泵13设置在中介水回水管18上；所述的末端供水管15、末端回水管16分别与热泵机组1相连接。

具体实施方式二，如图2所示，本实施方式的系统，它与具体实施方式一的不同点是，它还包括冷却塔23、冷却塔供水管24、冷却塔循环泵25、冷却塔回水管26，所述的冷却塔供水管24连接水箱或水池12和冷却塔23；所述的冷却塔回水管26连接冷却塔23和水箱或水池12；所述的冷却塔循环泵25设置在冷却塔供水管24上。该实施方式的有益效果是利用冷却塔融冰，减少系统所需用水量，并且当室外湿球温度达到一定数值时，冷却塔加热系统清洁水使其温度升高的程度较大，换热设备中不再产生冰，在这种情况下，系统运行效率更高。

具体实施方式三，如图3所示，本实施方式的系统，它与具体实施方式一的不同点是，它还包括排冰管27、排冰阀28、补水管29、补水阀30，所述的排冰管27和补水管29分别与水箱或水池12相连通，排冰阀28设置在排冰管27上，补水阀30设置在补水管29上。该实施方式的有益效果是当水量受限时，不足以支撑整个系统正常运行时，开启补水阀30对水箱或水池12进行补水，同时开启排冰阀28对水箱或水池12进行排冰。

工作原理

水源水泵14抽取水箱或水池12中的水经由水源进水管22进入引射器8，水在引射器8中与经旋流除砂器3分离出的砂混合为水砂混合物，水砂混合物经由水源供水管19进入换热设备2中换热，部分水在换热设备2中释放出凝固潜热后变成冰，换热设备2中的冰水混合物和砂经水源回水管20流入旋流除砂器3中，由于水、冰、砂的密度不同，旋流除砂器3将冰水混合物和砂分离，砂下沉并通过调砂阀7进入引射器8中并被再次引射，冰水混合物经由水源排水管21进入到水箱或水池12中，继而进行再循环。在中介水泵13的作用下中介换热介质从换热设备2中流出，并经由中介水回水管18进入热泵机组1，中介换热介质在热泵机组1中释放出热量后经中介水供水管17流入换热设备2中完成密闭循环。末端来水经由末端回水管16进入热泵机组1加热升温，被加热后的末端来水经由末端供水管15进入末端供暖系统中被用于循环供热。

当室外大气的湿球温度高于0℃时，冷却塔循环泵25抽取水箱或水池12中的水经由冷却塔供水管24进入冷却塔23，水在冷却塔23中与空气换热完成升温后经由冷却塔回水管26流回水箱或水池12，进而对水箱或水池12中的冰、水进行升温。若室外湿球温度达到一定温度数值，水从冷却水塔23中吸收空气中的热量大于热泵机组1所需的热量时，此状态下换热设备2中的换热管内壁将不再结冰。

若水箱中的水不足以支持整个系统的运行，并且室外大气的湿球温度小于0℃时，开启补水阀30对水箱或水池12进行补水，同时开启排冰阀28对水箱或水池12进行排冰，以保证水量足以支持系统的正常稳定运行。

以上所述仅为本发明的优选实施方案，并不用于限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用凝固潜热的热泵系统，其特征在于它由热泵机组(1)、换热设备(2)、旋流除砂器(3)、调砂阀(7)、引射器(8)、水箱或水池(12)、中介水泵(13)、水源水泵(14)、末端供水管(15)、末端回水管(16)、中介水供水管(17)、中介水回水管(18)、水源供水管(19)、水源回水管(20)、水源排水管(21)、水源进水管(22)组成，所述的旋流除砂器(3)上分别设置有旋流除砂器进水口(4)、旋流除砂器出水口(5)、旋流除砂器出砂口(6)；所述的引射器(8)上设置有引射器进砂口(9)、引射器进水口(10)、引射器出水口(11)；所述的引射器进水口(10)与水箱或水池(12)通过水源进水管(22)相连通；所述的水源水泵(14)设置在水源进水管(22)上；所述的换热设备(2)与引射器出水口(11)通过水源供水管(19)相连通；所述的换热设备(2)与旋流除砂器进水口(4)通过水源回水管(20)相连通；所述的旋流除砂器出水口(5)与水箱或水池(12)通过水源排水管(21)相连通；所述的旋流除砂器出砂口(6)与引射器进砂口(9)相连通，两者之间设置有调砂阀(7)；所述的热泵机组(1)与换热设备(2)之间通过中介水供水管(17)、中介水回水管(18)组成闭合循环；所述的中介水泵(13)设置在中介水回水管(18)上；所述的末端供水管(15)、末端回水管(16)分别与热泵机组(1)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用凝固潜热的热泵系统，其特征在于它还包括冷却塔(23)、冷却塔供水管(24)、冷却塔循环泵(25)、冷却塔回水管(26)，所述的冷却塔供水管(24)连接水箱或水池(12)和冷却塔(23)；所述的冷却塔回水管(26)连接冷却塔(23)和水箱或水池(12)；所述的冷却塔循环泵(25)设置在冷却塔供水管(24)上。

3.根据权利要求1所述的一种利用凝固潜热的热泵系统，其特征在于它还包括排冰管(27)、排冰阀(28)、补水管(29)、补水阀(30)，所述的排冰管(27)和补水管(29)分别与水箱或水池(12)相连通，排冰阀(28)设置在排冰管(27)上，补水阀(30)设置在补水管(29)上。