CN109140855A - 一种冷水相变能热泵排冰装置及系统 - Google Patents
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Abstract
一种冷水相变能热泵排冰装置及系统，属于能源技术领域。本发明的目的是提供一种冷水相变能热泵排冰装置及系统，以解决取热制冰后冰的排出和冰量过大造成的管道堵塞问题。本发明的装置及系统由水箱、排冰器、水箱进水口、水箱出水口、拨冰器、螺旋叶片、排冰装置，相变换热器、热泵机组等组成，通过螺旋叶片碎冰喂料和排冰泵抽送实现系统排冰，以保证排冰和防止管道堵塞。本发明适用于冷水相变能热泵供热或冰蓄冷供冷系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷水相变能热泵排冰装置及系统，属于能源技术领域。
背景技术
采用热泵技术提取低品位能源为建筑物供热具有重要的节能减排效益，是治 理雾霾的有效途径之一。低品位能源包括地下水、土壤、江河湖水、城市污水、 工业污废水等。但这些低品位能源在应用方面有一定的局限性，很多需要供热的 建筑物附近没有地下水或湖水或污水，或者水量不足，或者距离较远，这就限制 了热泵供热系统的应用。而开发利用冷水的凝固潜热或者相变能(水结冰时释放 出的能量，则可以大幅度减少用水量，因为冷水的相变能相当于水温降低80℃ 释放出的能量，按现在一般技术提取地下水或污水5℃的热量计算，用水量只需 十六分之一。由于用水量较小，即使这些水源离建筑物距离较远，也具备了输送 的条件。另外，也可以调用城市中水。因此，开发利用冷水的相变能，显著扩大 了热泵供热的应用范围，具有重大的实际意义。
然而，冷水相变能热泵供热制冰取热时存在两大技术难题，一方面是如何实 现连续、稳定和高效的制冰取热过程，另一方面是冰的流动性较差，如何实现排 冰过程。
本发明的申请人申请的专利，申请号为“201610312053.6”，名称为“一种 利用凝固潜热的热泵系统”的专利，仅实现了制冰取热过程，没有涉及到具体的 排冰过程。
专利申请号为“201611267872.X”，名称为“一种凝固潜热采集装置及系统” 的专利也只涉及到机械刮冰的制冰取热过程。申请号为“201611267862.6”，名 称为“一种冷水凝固热的采集方法”的专利也只涉及到制冰取热过程，没有解决 排冰问题。
上述专利以及一些其他相关专利不仅没有解决排冰问题，而且对外排冰时， 无法解决冰量过多，冰块过大造成的管道堵塞问题，同时无法解决冰水分离的问 题。
本发明专利申请是在发明人前有专利申请技术基础上，采用冰刀拨送、叶片 碎冰喂料、水泵抽送，实现对外强制排冰和冰水分离。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷水相变能热泵排冰装置及系统，通过采用拨冰刀 送冰、螺旋叶片喂料以及水泵排冰的方法，以解决取热制冰后冰的排出问题和冰 块过大导致的排冰管道堵塞问题，实现冰的无堵塞排放，减少用水量。
本发明为解决以上技术问题，所采取的技术方案是：
本发明提出的一种冷水相变能热泵排冰装置，它由水箱、排冰器、水箱进水 口和水箱出水口组成，其特征在于所述的排冰器由传动电机一、减速器一、传动 主轴一、螺旋叶片、进冰口、吸冰腔、吸冰口、吸冰管、排冰泵和排冰管组成， 电机一与减速器一相连接，减速器一与传动主轴一相连接；螺旋叶片固定在传动 主轴一上，且螺旋叶片和传动主轴一位于吸冰腔内；吸冰腔通过进冰口与水箱相 连通，吸冰管通过吸冰口与吸冰腔相连通；吸冰管与排冰泵入口相连接，排冰管 与排冰泵相连接；水箱上设置水箱进水口和水箱出水口。
所述的拨冰器由传动电机二、减速器二、传动主轴二、轴承一、轴承二、拨 冰刀一和拨冰刀二组成，电机二与减速器二相连接；减速器二与传动主轴二相连 接，传动主轴二通过轴承一和轴承二固定在在水箱上；拨冰刀一和拨冰刀二固连 在传动主轴二上。
所述的吸冰口为方形结构，与下方圆柱形吸冰管相连接。
所述的吸冰口为圆形结构，与下方圆柱形吸冰管相连接。
所述螺旋叶片以多个不连续叶片形式固连在传动主轴一上。
本发明提出的一种冷水相变能热泵排冰系统，它由所述的排冰装置、相变换 热器、热泵机组、除冰换热器、水源水泵、中介水泵、末端水泵、电动阀、末端 供水管、末端回水管、除冰换热器供水管、除冰换热器回水管、中介水供水管、 中介水回水管、冷水供水管、冷水回水管、中介水回水管支管一、中介水回水管 支管二、调节阀一、调节阀二、冷水补水管和退冰管组成，所述的冷水供水管一 端与相变换热器相连通，另一端与排冰装置内水箱上的水箱出水口相连通；所述 的冷水回水管一端与相变换热器相连通，另一端与排冰装置内水箱上的水箱进水 口相连通；所述的冷水补水管与冷水供水管相连通；所述的退冰管与排冰装置的 排冰管相连通；所述的热泵机组与相变换热器通过中介水供水管和中介水回水管 形成闭式循环；所述的末端供水管和末端回水管分别与热泵机组相连通；所述的 中介水回水管支管一的一端与中介水回水管相连通，另一端与除冰换热器相连 通；所述的中介水回水管支管二的一端与除冰换热器相连通，另一端与中介水回 水管相连通；所述的除冰换热器供水管的一端与末端回水管相连通，另一端与除 冰换热器相连通；所述的除冰换热器回水管一端与除冰换热器相连通，另一端与 末端回水管相连通；所述的水源水泵设置在冷水供水管上；所述的中介水泵设置 在中介水供水管上；所述的末端水泵位于末端回水管上，且位于热泵机组和末端 回水管的连通点与末端回水管和除冰换热器回水管的连通点之间；所述的电动阀 设置在中介水回水管支管一上；所述的调节阀一位于中介水回水管上，且位于中 介水回水管支管一和中介水回水管的连通点与中介水回水管支管二和中介水回 水管的连通点之间；所述的调节阀二位于末端回水管上，且位于除冰换热器供水 管和末端回水管的连通点与除冰换热器回水管和末端回水管的连通点之间。
本发明的运行原理为：冰水混合物从相变换热器排出后经冷水回水管排入水 箱，水箱侧的传动电机二开启，在传动作用下拨冰刀随传动主轴二转动，冰水混 合物在拨冰刀拨动下向吸冰腔方向流动，经进冰口入吸冰腔；传动电机二开启的 同时，水箱上部的的传动电机一启动，在传动作用下螺旋叶片随传动主轴一螺旋 转动，螺旋叶片将冰块绞碎并送入吸冰口，随后开启排冰泵，在排冰泵的作用下， 排冰水箱内的冰水混合物经吸冰口进入吸冰管，之后进入排冰泵经排冰管排出装 置外；水箱内的冷水经冷水供水管再次进入相变换热器参与系统换热，中介回水 管内的中介水流经相变换热器获取热量后，经中介供水管流入热泵机组参与换 热，末端水流经末端回水管进入热泵机组获取热量，之后经末端供水管输送至末 端用户，实现供暖。
本发明相对于现有技术具有如下特点及有益效果：
1.本发明拨冰刀在传动主轴的传动作用下转动，保证水箱内的冰水混合物 顺利流动进入排冰水箱，解决了冰块在水箱内的大量积压和堵塞问题。
2.本发明采用螺旋叶片碎冰，保证水箱内的冰块可被绞碎并送入吸冰管道， 解决了冰块堵塞排冰管道的问题。
3.本发明采用螺旋叶片喂料排冰，保证冰顺利送入吸冰口，实现了冰的高 效排出，提高排冰效率。
附图说明
图1是本发明装置的主视图；
图2是本发明的装置的俯视图；
图3是吸冰口的俯视图；
图4是螺旋叶片的主视图；
图5是螺旋叶片的俯视图；
图6是本发明系统的结构示意图。
图中：水箱1、排冰器2、水箱进水口3、水箱出水口4、拨冰器5、传动电 机一6、减速器一7、传动主轴一8、螺旋叶片9、进冰口10、吸冰腔11、吸冰 口12、吸冰管13、排冰泵14、排冰管15、传动电机二16、减速器二17、传动 主轴二18、轴承一19、轴承二20、拨冰刀一21、拨冰刀二22、排冰装置23、 相变换热器24、热泵机组25、除冰换热器26、水源水泵27、中介水泵28、末 端水泵29、电动阀30、末端供水管31、末端回水管32、除冰换热器供水管33、 除冰换热器回水管34、中介水供水管35、中介水回水管36、冷水供水管37、冷 水回水管38、中介水回水管支管一39、中介水回水管支管二40、调节阀一41、 调节阀二42、冷水补水管43、退冰管44。
具体实施方式
具体实施方式一，如图1所示，本实施方式的一种冷水相变能热泵排冰装置， 它由水箱1、排冰器2、水箱进水口3和水箱出水口4组成，其特征在于所述的 排冰器2由传动电机一6、减速器一7、传动主轴一8、螺旋叶片9、进冰口10、 吸冰腔11、吸冰口12、吸冰管13、排冰泵14和排冰管15组成，电机一6与减 速器一7相连接，减速器一7与传动主轴一8相连接；螺旋叶片9固定在传动主 轴一8上，且螺旋叶片9和传动主轴一8位于吸冰腔11内；吸冰腔11通过进冰 口10与水箱1相连通，吸冰管13通过吸冰口12与吸冰腔11相连通；吸冰管 13与排冰泵14入口相连接，排冰管15与排冰泵14相连接；水箱1上设置水箱 进水口3和水箱出水口4。
具体实施方式二，如图2所示，具体实施方式一所述的一种冷水相变能热泵 排冰装置，它还包括拨冰器5，其特征在于所述的拨冰器5由传动电机二16、减 速器二17、传动主轴二18、轴承一19、轴承二20、拨冰刀一21和拨冰刀二22 组成，电机二16与减速器二17相连接；减速器二17与传动主轴二18相连接， 传动主轴二18通过轴承一19和轴承二20固定在在水箱1上；拨冰刀一21和拨 冰刀二22固连在传动主轴二18上，且随着传动主轴二18转动。本实施方式的 有益效果是解决了冰量过大导致的冰块积压和送冰难的问题。
具体实施方式三，如图2所示，具体实施方式一所述的一种冷水相变能热泵 排冰装置，所述的吸冰口12为方形结构，与下方圆柱形吸冰管13相连接。本实 施方式的有益效果是解决了冰量过多导致的管道堵塞问题。
具体实施方式四，如图3所示，具体实施方式一所述的一种冷水相变能热泵 排冰装置，所述的吸冰口12为圆形结构，与下方圆柱形吸冰管13相连接。
具体实施方式五，如图4和图5所示，具体实施方式一所述的一种冷水相变 能热泵排冰装置，所述螺旋叶片9以多个不连续叶片形式固连在传动主轴一8 上。本实施方式的有益效果是解决了冰块过大导致的喂料难问题。
具体实施方式六，如图6所示，本实施方式的一种冷水相变能热泵排冰系统， 它由所述的排冰装置23、相变换热器24、热泵机组25、除冰换热器26、水源水 泵27、中介水泵28、末端水泵29、电动阀30、末端供水管31、末端回水管32、 除冰换热器供水管33、除冰换热器回水管34、中介水供水管35、中介水回水管 36、冷水供水管37、冷水回水管38、中介水回水管支管一39、中介水回水管支 管二40、调节阀一41、调节阀二42、冷水补水管43和退冰管44组成，所述的 冷水供水管37一端与相变换热器24相连通，另一端与排冰装置23内水箱1上的水箱出水口4相连通；所述的冷水回水管38一端与相变换热器24相连通，另 一端与排冰装置23内水箱1上的水箱进水口3相连通；所述的冷水补水管43 与冷水供水管37相连通；所述的退冰管44与排冰装置23的排冰管15相连通； 所述的热泵机组25与相变换热器24通过中介水供水管35和中介水回水管36 形成闭式循环；所述的末端供水管31和末端回水管32分别与热泵机组25相连 通；所述的中介水回水管支管一39的一端与中介水回水管36相连通，另一端与 除冰换热器26相连通；所述的中介水回水管支管二40的一端与除冰换热器26相连通，另一端与中介水回水管36相连通；所述的除冰换热器供水管33的一端 与末端回水管32相连通，另一端与除冰换热器26相连通；所述的除冰换热器回 水管34一端与除冰换热器26相连通，另一端与末端回水管32相连通；所述的 水源水泵27设置在冷水供水管37上；所述的中介水泵28设置在中介水供水管35上；所述的末端水泵29位于末端回水管32上，且位于热泵机组25和末端回 水管32的连通点与末端回水管32和除冰换热器回水管34的连通点之间；所述 的电动阀30设置在中介水回水管支管一39上；所述的调节阀一41位于中介水回水管36上，且位于中介水回水管支管一39和中介水回水管36的连通点与中 介水回水管支管二40和中介水回水管36的连通点之间；所述的调节阀二42位 于末端回水管32上，且位于除冰换热器供水管33和末端回水管32的连通点与 除冰换热器回水管34和末端回水管32的连通点之间。
工作原理：
冰水混合物从相变换热器24排出后经冷水回水管38排入水箱1，水箱1侧 的传动电机二16开启，在传动作用下拨冰刀一21和拨冰刀二22随传动主轴二 18转动，冰水混合物在拨冰刀一21和拨冰刀二22拨动下流动，经进冰口10入 吸冰腔11；在传动电机二16开启的同时，吸冰腔11上部的的传动电机一6启 动，在传动作用下螺旋叶片9随传动主轴一8螺旋转动，螺旋叶片9将冰块绞碎 并送入吸冰管13，开启排冰泵14，在排冰泵14的作用下，吸冰管13内的冰水 混合物进入排冰泵14，之后经排冰管15排出装置外；水箱1内的冷水经冷水供 水管37再次进入相变换热器24参与系统换热，中介回水管36内的中介水流经 相变换热器24获取热量后，经中介供水管35流入热泵机组25参与换热，末端 水流经末端回水管32进入热泵机组25获取热量，之后经末端供水管31输送至 末端用户，实现供暖。
以上所述只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述所述限制， 在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和 改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书 及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种冷水相变能热泵排冰装置，它由水箱(1)、排冰器(2)、水箱进水口(3)和水箱出水口(4)组成，其特征在于所述的排冰器(2)由传动电机一(6)、减速器一(7)、传动主轴一(8)、螺旋叶片(9)、进冰口(10)、吸冰腔(11)、吸冰口(12)、吸冰管(13)、排冰泵(14)和排冰管(15)组成，电机一(6)与减速器一(7)相连接，减速器一(7)与传动主轴一(8)相连接；螺旋叶片(9)固定在传动主轴一(8)上，且螺旋叶片(9)和传动主轴一(8)位于吸冰腔(11)内；吸冰腔(11)通过进冰口(10)与水箱(1)相连通，吸冰管(13)通过吸冰口(12)与吸冰腔(11)相连通；吸冰管(13)与排冰泵(14)入口相连接，排冰管(15)与排冰泵(14)相连接；水箱(1)上设置水箱进水口(3)和水箱出水口(4)。
2.根据权利要求1所述的一种冷水相变能热泵排冰装置，它还包括拨冰器(5)，其特征在于所述的拨冰器(5)由传动电机二(16)、减速器二(17)、传动主轴二(18)、轴承一(19)、轴承二(20)、拨冰刀一(21)和拨冰刀二(22)组成，电机二(16)与减速器二(17)相连接；减速器二(17)与传动主轴二(18)相连接，传动主轴二(18)通过轴承一(19)和轴承二(20)固定在在水箱(1)上；拨冰刀一(21)和拨冰刀二(22)固连在传动主轴二(18)上。
3.根据权利要求1所述的一种冷水相变能热泵排冰装置，其特征在于所述的吸冰口(12)为方形结构，与下方圆柱形吸冰管(13)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种冷水相变能热泵排冰装置，其特征在于所述的吸冰口(12)为圆形结构，与下方圆柱形吸冰管(13)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种冷水相变能热泵排冰装置，其特征在于所述螺旋叶片(9)以多个不连续叶片形式固连在传动主轴一(8)上。
6.一种冷水相变能热泵排冰系统，其特征在于它由所述的排冰装置(23)、相变换热器(24)、热泵机组(25)、除冰换热器(26)、水源水泵(27)、中介水泵(28)、末端水泵(29)、电动阀(30)、末端供水管(31)、末端回水管(32)、除冰换热器供水管(33)、除冰换热器回水管(34)、中介水供水管(35)、中介水回水管(36)、冷水供水管(37)、冷水回水管(38)、中介水回水管支管一(39)、中介水回水管支管二(40)、调节阀一(41)、调节阀二(42)、冷水补水管(43)和退冰管(44)组成，所述的冷水供水管(37)一端与相变换热器(24)相连通，另一端与排冰装置(23)内水箱(1)上的水箱出水口(4)相连通；所述的冷水回水管(38)一端与相变换热器(24)相连通，另一端与排冰装置(23)内水箱(1)上的水箱进水口(3)相连通；所述的冷水补水管(43)与冷水供水管(37)相连通；所述的退冰管(44)与排冰装置(23)的排冰管(15)相连通；所述的热泵机组(25)与相变换热器(24)通过中介水供水管(35)和中介水回水管(36)形成闭式循环；所述的末端供水管(31)和末端回水管(32)分别与热泵机组(25)相连通；所述的中介水回水管支管一(39)的一端与中介水回水管(36)相连通，另一端与除冰换热器(26)相连通；所述的中介水回水管支管二(40)的一端与除冰换热器(26)相连通，另一端与中介水回水管(36)相连通；所述的除冰换热器供水管(33)的一端与末端回水管(32)相连通，另一端与除冰换热器(26)相连通；所述的除冰换热器回水管(34)一端与除冰换热器(26)相连通，另一端与末端回水管(32)相连通；所述的水源水泵(27)设置在冷水供水管(37)上；所述的中介水泵(28)设置在中介水供水管(35)上；所述的末端水泵(29)位于末端回水管(32)上，且位于热泵机组(25)和末端回水管(32)的连通点与末端回水管(32)和除冰换热器回水管(34)的连通点之间；所述的电动阀(30)设置在中介水回水管支管一(39)上；所述的调节阀一(41)位于中介水回水管(36)上，且位于中介水回水管支管一(39)和中介水回水管(36)的连通点与中介水回水管支管二(40)和中介水回水管(36)的连通点之间；所述的调节阀二(42)位于末端回水管(32)上，且位于除冰换热器供水管(33)和末端回水管(32)的连通点与除冰换热器回水管(34)和末端回水管(32)的连通点之间。
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