CN108344205A - 用于水产养殖的滩涂源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水产养殖的滩涂源热泵系统，包括养殖塘盘管换热子系统、地下埋管换热器、冷水子系统和滩涂源热泵机组；所述养殖塘盘管换热子系统包括曲形散热盘管、温度传感器以及变频箱；所述滩涂源热泵机组包括压缩机、冷凝器、蒸发器以及节流阀；所述冷水子系统包括冷冻水模块和冷却水模块；所述养殖塘盘管换热子系统与所述冷凝器相连，所述地下埋管换热器与所述蒸发器相连。本发明的优点是在不破坏滩涂的生态环境、能够提高能源的利用率，保证水产品生存的前提下，有效地降低水产养殖的造价，为渔民的盈利提供了保证。

Description

用于水产养殖的滩涂源热泵系统

技术领域

本发明涉及一种热泵系统，具体涉及的是一种用于解决水产养殖过程中水温变化问题的滩涂源热泵系统。

背景技术

我国由于海岸线延长，因此滩涂资源丰富。我国目前海洋滩涂总面积达217.04万顷，且该数字仍在不断增加。水产养殖是目前滩涂农业的主要发展方向之一。随着我国对滩涂的开发利用，水产养殖也随之迅猛发展。由于水温随着环境温度会发生较大的变化，而水生动物的生长对水温要求很高，所以如何高效的控制水温，是目前阶段制约水产养殖的主要问题。

当前一种较为普遍的对水温的控制方法是利用电能实现加热，以此将水温控制在适宜的范围。这种方法需要耗费较高的电能，是水产过程中的重要支出，所以如何以较低的成本实现水温的控制，是水产养殖的迫切需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，而提供了一种用于水产养殖的滩涂源热泵系统，该系统从滩涂土壤中汲取热量释放给养殖塘，实现冬季养殖塘内水温的高效控制，可达到在保证水产品正常生长的同时降低养殖过程的能耗的效果。本系统具有结构简单、成本较低、系统效率高、可靠性好的特点。

为解决传统热管式换热器设计上存在的上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种用于水产养殖的滩涂源热泵系统，其特征在于：包括养殖塘盘管换热子系统、地下埋管换热器、冷水子系统和滩涂源热泵机组；所述养殖塘盘管换热子系统包括曲形散热盘管、温度传感器以及变频箱；所述滩涂源热泵机组包括压缩机、冷凝器、蒸发器以及节流阀；所述冷水子系统包括冷冻水模块和冷却水模块；所述养殖塘盘管换热子系统与所述冷凝器相连，所述地下埋管换热器与所述蒸发器相连；所述曲形散热盘管按一下曲线方程在养殖塘的底部布置：

其中是以2为周期的周期函数。在闭区间[0，2]上的的表达式为：

m为整数；λ为系数，λ≥1。

所述地下埋管换热器为水平交叉对称绕圆8形盘管换热器，绕圆数a≥2。

所述水平交叉对称绕圆8形盘管换热器采用水平敷设方式，入口处分成两股盘管对称分布，盘管绕圆交叉布置，两股盘管在出口处汇集。

所述养殖塘盘管换热子系统中的温度传感器与所述变频箱连接，通过所述变频箱控制水泵的频率，进而控制冷却水流量来实现养殖塘的水温控制。

本发明滩涂源热泵系统，包括养殖塘盘管换热子系统、地下埋管换热器、冷水子系统和滩涂源热泵机组。滩涂源热泵系统利用滩涂土壤作为热源，从中汲取热量释放给养殖塘，滩涂地带由于潮汐作用，土壤含水量高，地下水流速高，使得滩涂土壤的换热系数增加；由于土壤含水量高而水的比热容大，滩涂地带的地下温度变化率低，土壤热平衡性好，有利于所述的滩涂源热泵系统的长久运行。

曲形盘管，由养殖塘一侧引入，经曲线方程的曲线遍历整个养殖塘底部，由养殖塘另一侧引出，由于曲线具有能够填满一个正方形的特点，所述曲形盘管的管道敷设能够历经整个养殖塘，向养殖塘内释放热量，使得养殖塘内各处水温趋于均匀，并且有效地增大了与养殖塘内水的接触面积，在其他换热条件一样的情况下，换热量更大。

当系数λ一定时，使参变量t的数值发生连续变化，即可得到所需的曲线。

水平交叉对称绕圆8形盘管换热器，采用水平敷设方式，入口处分成两股盘管对称分布，盘管绕圆交叉布置，两股盘管在出口处汇集，由于只供单季使用，水平埋管投资更低，且由于绕圆形的盘管换热面积大，在相同的换热条件下，绕圆形盘管与土壤换热效果比普通的U型换热器的换热效果更好。

养殖塘盘管换热子系统中的温度传感器与变频箱连接，将测得的养殖塘水温与设定温度相比较产生偏差信号得到相应的控制量，通过变频箱控制水泵的频率，进而控制冷却水流量来维持养殖塘内水温的恒定。

冬季时，养殖塘内水温很低，因此所述的滩涂源热泵机组对养殖塘提供一定的热量。冷水子系统中较低温度的冷冻水流入地下埋管换热器，由于地下滩涂土壤温度较高，因此冷冻水吸收热量，温度升高。冷冻水流经滩涂源热泵蒸发器，由于冷冻水与滩涂源热泵蒸发器内的制冷剂存在温差，因此制冷剂吸收热量蒸发，实现冷冻水的降温，从而实现热量自地下向热泵机组的传递。从滩涂源热泵蒸发器出来的制冷剂低温低压蒸汽经过滩涂源热泵压缩机压缩，成为制冷剂高温高压蒸汽，当流经滩涂源热泵冷凝器时，由于制冷剂高温高压蒸汽与冷水子系统中冷却水之间存在温差，因此制冷剂温度降低，由气态变为液态。制冷剂高压液体流经节流阀节流降压后又变为制冷剂低压液体重新流入滩涂源热泵蒸发器，完成供热循环。冷却水吸收来自滩涂源热泵冷凝器的热量后温度升高，经过曲形盘管把热量传给塘水，再经过水泵的作用重新进入滩涂源热泵冷凝器，从而实现了热量自滩涂源热泵机组向养殖塘的持续传递。

研究证明，土壤的传热系数随着土壤含水量的增大而增大；且地下水流速越高，土壤的传热系数越大。对于滩涂地带，由于潮汐作用的影响，土壤含水量高，且地下水流速高，所以滩涂源热泵系统的换热器的换热系数较普通的地源热泵系统的换热器换热系数要高，滩涂源热泵系统换热器的换热量要比普通的地源热泵系统的换热器的换热量要多。在滩涂地区设置滩涂源热泵系统，由于净功量不变，但是换热量增大，故而滩涂源热泵系统的效率将会比普通的地源热泵系统效率要高。此外，由于水的比热容大，滩涂地区的地下温度变化率低，有利于滩涂源热泵系统的长久运行。

本发明提供的滩涂源热泵系统，该系统中包含了曲形盘管以及具有交叉对称绕圆结构特征的地下埋管换热器，能够高效地从滩涂土壤中汲取热量，并将汲取到的热量高效传递给养殖塘中，能够在冬季实现水温控制的效果，更好地达到节能的目的。

有益效果

本发明涉及一种用于水产养殖的滩涂源热泵系统，该滩涂源热泵系统利用滩涂土壤作为热源，从中汲取热量释放给养殖塘，滩涂地带由于潮汐作用，土壤含水量高，地下水流速高，使得滩涂土壤的换热系数增加，滩涂源热泵系统换热器的换热量要比普通的地源热泵系统的换热器的换热量要多，在滩涂地区设置滩涂源热泵系统，净功量不变，但换热量增大，故而滩涂源热泵系统的效率将会比普通的地源热泵系统效率要高；由于土壤含水量高而水的比热容大，滩涂地带的地下温度变化率低，土壤热平衡性好，有利于该热泵系统的长久运行。养殖塘盘管换热子系统中采用特殊曲线布置形式，有效地增大了与养殖塘内水的接触面积，在其他换热条件一样的情况下，换热量更大；并且，由于特殊曲线能够有效地铺满养殖塘底部，因此能够与养殖塘内的水接触更加均匀，使得养殖塘的均温性更好，避免了局部温度过高或者局部温度过低的情形。水平交叉对称绕圆8形盘管换热器，采用水平敷设方式，水平埋管投资更低，且由于交叉对称绕圆形的盘管换热面积大，在相同的换热条件下，交叉对称绕圆形盘管与土壤换热效果比普通的U型换热器的换热效果更好。本发明的优点是在不破坏滩涂的生态环境、能够提高能源的利用率，保证水产品生存的前提下，有效地降低水产养殖的造价，为渔民的盈利提供了保证。

附图说明

图1是本发明的滩涂源热泵系统的示意图；

图2的曲形盘管的平面示意图；

图3的水平交叉对称绕圆8形盘管换热器平面示意图；

图中1.蒸发器；2.压缩机；3.冷凝器；4.节流阀；5.养殖塘；6.水泵；7.地下埋管换热器；8.温度传感器；9.变频箱。

具体实施方式

为了使本发明更容易被清楚理解，下面将结合附图对本发明的技术方案做以详细的说明。

图1示意了本发明的系统结构。本发明提出的滩涂源热泵系统，包括养殖塘盘管换热子系统、地下埋管换热器、冷水子系统和滩涂源热泵机组。滩涂源热泵机组包括压缩机2、冷凝器3、蒸发器1以及节流阀4。养殖塘盘管换热子系统包括曲形盘管、温度传感器8和变频箱9。冷水子系统包括冷冻水模块和冷却水模块。冷水子系统中的冷冻水模块流经滩涂源热泵蒸发器1，进入地下埋管换热器7；冷水子系统中的冷却水模块流经滩涂源热泵冷凝器3，进入曲形盘管。

该滩涂源热泵系统的工作流程：地下埋管换热器7、滩涂源热泵机组和养殖塘盘管换热子系统通过冷水子系统连接起来。冬季时，养殖塘5内水温很低，因此滩涂源热泵机组对养殖塘5提供一定的热量。冷水子系统中较低温度的冷冻水流入地下埋管换热器7，由于地下滩涂土壤温度较高，因此冷冻水吸收热量，温度升高。冷冻水流经滩涂源热泵蒸发器1，由于冷冻水与滩涂源热泵蒸发器1内的制冷剂存在温差，因此制冷剂吸收热量蒸发，实现冷冻水的降温，从而实现热量自地下向热泵机组的传递。从滩涂源热泵蒸发器1出来的制冷剂低温低压蒸汽经过滩涂源热泵压缩机2压缩，成为制冷剂高温高压蒸汽，当流经滩涂源热泵冷凝器3时，由于制冷剂高温高压蒸汽与冷水系统中冷却水之间存在温差，因此制冷剂温度降低，由气态变为液态。制冷剂高压液体流经节流阀4节流降压后又变为制冷剂低压液体重新流入滩涂源热泵蒸发器1，完成供热循环。冷却水吸收来自滩涂源热泵冷凝器3的热量后温度升高，经过希曲形盘管把热量传给塘水，经过水泵6的作用重新进入滩涂源热泵冷凝器3，从而实现了热量自滩涂源热泵机组向养殖塘5的持续传递。

图2示意了曲形盘管的平面布置图。曲形盘管，根据养殖塘大小合理选择类方形块数，由养殖塘一侧引入，经方形曲线遍历整个养殖塘底部，由养殖塘另一侧引出。

图3示意了水平交叉对称绕圆形盘管换热器示意图。采用水平敷设方式，入口处分成两股盘管对称分布，盘管绕圆交叉布置，根据所需供热量合理选择绕圆数，两股盘管在出口处汇集。

Claims (4)

1.一种用于水产养殖的滩涂源热泵系统，其特征在于：包括养殖塘盘管换热子系统、地下埋管换热器、冷水子系统和滩涂源热泵机组；所述养殖塘盘管换热子系统包括曲形散热盘管、温度传感器以及变频箱；所述滩涂源热泵机组包括压缩机、冷凝器、蒸发器以及节流阀；所述冷水子系统包括冷冻水模块和冷却水模块；所述养殖塘盘管换热子系统与所述冷凝器相连，所述地下埋管换热器与所述蒸发器相连；所述曲形散热盘管按以下曲线方程在养殖塘的底部布置：

其中是以2为周期的周期函数。在闭区间[0，2]上的的表达式为：

m为整数；λ为系数，λ≥1。

2.根据权利要求1所述的滩涂源热泵系统，其特征在于：所述地下埋管换热器为水平交叉对称绕圆8形盘管换热器，绕圆数a≥2。

3.根据权利要求2所述的滩涂源热泵系统，其特征在于：所述的水平交叉对称绕圆8形盘管换热器采用水平敷设方式，入口处分成两股盘管对称分布，盘管绕圆交叉布置，两股盘管在出口处汇集。

4.根据权利要求1所述的滩涂源热泵系统，其特征在于：所述养殖塘盘管换热子系统中的温度传感器与所述变频箱连接，通过所述变频箱控制水泵的频率，进而控制冷却水流量来实现养殖塘的水温控制。