CN110940112A - 结冰除水的无霜空气源热泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种结冰除水的无霜空气源热泵，包括制热循环和结冰除水循环；制热循环包括压缩机、冷凝器、第一节流阀和蒸发器；结冰除水循环包括溶液换热管路和溶液再生管路，溶液换热管路包括蒸发器、换热塔和第一泵，换热塔内的溶液经第一泵送至蒸发器，在蒸发器内与制冷剂换热后返回至换热塔顶部；溶液再生管路包括蒸发器、除水器、第二泵和换热塔，由第一节流阀流出的部分制冷剂经第二节流阀流动至除水器的第二进口，除水器的第二出口连通至压缩机；在蒸发器内与制冷剂换热后的部分溶液经第四截止阀流动至除水器的第一进口，结冰除水后由除水器的第一出口流出并经第二泵输送至换热塔。本发明所述热泵效率较高、能耗较小、节能效能良好。

Description

结冰除水的无霜空气源热泵
技术领域
本发明属于热泵技术领域，具体涉及一种基于结冰除水进行溶液再生的无霜空气源热泵。
背景技术
随着人类社会的不断进步，人们对节能环保的要求不断提高。空气源热泵作为一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置，具有很大的发展优势，尤其是无霜空气源热泵技术。但无霜空气源热泵每年在浓的防冻溶液再生这方面消耗大量的热能，这一缺点无疑将是阻碍它发展的最大门坎。因此进一步改进无霜空气源热泵技术是当今的热门话题。
无霜空气源热泵循环作为一种新型的系统，具有适用性广、运行稳定的优点，比其他新能源系统更优的是它具有很突出的节能效果，但无霜空气源热泵仍有不少需要改进之处，包括其防冻溶液循环利用中水分脱除的问题。因此，解决这一问题便成了该行业迫在眉睫的事情。溶液型无霜空气源热泵循环在冬季制热运行时，由于冬季空气中含有一定的水分，防冻液循环与空气接触换热过程中，空气中的水分遇冷后不断地被溶解在防冻液之中，使得防冻液的浓度逐渐变低。现有的技术是采用电加热、燃料锅炉加热或太阳能加热等多种加热烘干的方法来分离和清除防冻液中的水分，从而达到浓防冻液再生的目的，但是上述几种加热方式可能导致系统运行能耗增大，投资增加和运行成本增大的问题。
现有专利提出采用冻结再生方式来清除防冻液中的水分，再生效果较佳，但在再生的过程中需要停止制热运行，或者需要采用独立的热泵机组为溶液再生提供冷量，以保证用户侧机组的正常运行，两套机组不仅增加了占地面积和投资成本，还给系统的调节带来很大不便，难以运用到实际场合。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供一种效率较高、能耗较小、节能效能良好的结冰除水的无霜空气源热泵。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
结冰除水的无霜空气源热泵，包括制热循环和结冰除水循环：制热循环包括压缩机、冷凝器、第一截止阀、第一节流阀和蒸发器；结冰除水循环包括溶液换热管路和溶液再生管路，其中，溶液换热管路包括蒸发器、换热塔和第一泵，换热塔内的溶液经第一泵送至蒸发器，在蒸发器内与制冷剂换热后返回至换热塔顶部；溶液再生管路包括蒸发器、除水器、第二泵和换热塔，由第一节流阀流出的部分制冷剂经第二节流阀流动至除水器的第二进口，除水器的第二出口连通至压缩机；在蒸发器内与制冷剂换热后的部分溶液经第四截止阀流动至除水器的第一进口，该部分溶液在除水器内与制冷剂换热经结冰除水后，由除水器的第一出口流出并经第二泵输送至换热塔。
作为本发明的优选方案之一，还包括去冰循环，去冰循环包括第五截止阀和除水器，第五截止阀与第一截止阀并联，冷凝器的制冷剂出口经第五截止阀连通至除水器的第三进口，除水器的第三出口连通至第一节流阀入口。
作为本发明的优选方案之一，包括普通制热模式、制热+结冰除水模式和制热+去冰模式，普通制热模式和制热+去冰模式下，蒸发器通过第三截止阀连通压缩机；制热+结冰除水模式下，蒸发器通过第三节流阀连通压缩机。
作为本发明的优选方案之一，换热塔包括溶液槽和位于溶液槽上方的换热腔体，换热塔顶部的溶液在换热腔体内与空气接触换热后，流动至溶液槽内。
作为本发明的优选方案之一，除水器包括由上至下设置的结冰室、隔板和储液室，结冰室内设有制冰盘和设于制冰盘背面的结冰换热管，溶液喷头设于制冰盘正面一侧，将溶液喷射至制冰盘表面；溶液与结冰换热管中的制冷剂换热后，冰块附着于制冷盘表面，未结冰的水和溶液经隔板上的孔进入储液室。
作为本发明的优选方案之一，制冰盘的背面还设有去冰换热管，结冰室的底部一侧设有排冰口，冰块被去冰换热管中的制冷剂加热后，从制冰盘表面脱落并经排冰口排出。
作为本发明的优选方案之一，隔板朝所述排冰口倾斜向下。
作为本发明的优选方案之一，制冰盘的正面设有多个制冰凹槽。
作为本发明的优选方案之一，溶液再生管路中，除水器的第一出口与第二泵之间还设有储液罐。
作为本发明的优选方案之一，所述制热循环为单级压缩制热循环、双级压缩制热循环或自复叠制热循环中的任一种。
本发明与现有技术相比，有益效果是：相比传统的无霜空气源热泵，本发明采用一套热泵机组即可实现制热+结冰除水+去冰等三种运行模式，既可以保证制热的连续运行以及溶液的再生效果，还可以利用制冷剂余热来维持除水器的除水效果，占地面积和投资成本较低，操作简单，节省了热能的消耗，提升了无霜空气源热泵系统的能效。
附图说明
图1是本发明所述热泵组成示意图；
图2是本发明所述热泵中除水器的结构示意图；
图3是本发明所述热泵在普通制热模式下的流程示意图；
图4是本发明所述热泵在制热+结冰去水模式下的流程示意图；
图5是本发明所述热泵在制热+去冰模式下的流程示意图。
图中，1-冷凝器，2-压缩机，4-蒸发器，6-第一节流阀，8-换热塔，9-第一泵，11-储液罐，12-第二泵，18-除水器；19-第二截止阀，20-第五截止阀，21-第一截止阀，23-第二节流阀，24-第四截止阀，25-第三节流阀，26-第三截止阀；
a-除水器的第一进口，b-除水器的第一出口，c-除水器的第二进口，d-除水器的第二出口，e-除水器的第三进口，f-除水器的第三出口；
A-排冰口，B-隔板，C-储液室，D-制冰盘，E-溶液喷头，F-换热管。
具体实施方式
以下将对本发明的技术方案作进一步解释说明。本发明所采用的制热循环不限于以下实施例所述单级压缩制热循环，其可为单级压缩制热循环、双级压缩或多级压缩制热循环，自复叠热泵循环中的任一种。
如图1所示，本实施例所述结冰除水的无霜空气源热泵，包括制热循环和结冰除水循环；其中，制热循环包括压缩机2、冷凝器1、第一截止阀21、第一节流阀6和蒸发器4；冷凝器1为用户侧提供热量，蒸发器4吸收溶液的热量，蒸发器4的制冷剂出口经第三节流阀25或第三截止阀26连通至压缩机。
结冰除水循环包括溶液换热管路和溶液再生管路，其中，溶液换热管路包括蒸发器4、换热塔8和第一泵9，换热塔8内的溶液经第一泵9送至蒸发器4，在蒸发器4内与制冷剂换热后返回至换热塔8顶部；溶液再生管路包括蒸发器4、除水器18、第二泵12和换热塔8，由第一节流阀6流出的部分制冷剂经第二截止阀19和第二节流阀23流动至除水器的第二进口c，除水器的第二出口c连通至压缩机2；在蒸发器4内与制冷剂换热后的部分溶液经第四截止阀24流动至除水器的第一进口a，该部分溶液在除水器18内与制冷剂换热经结冰除水后，由除水器18的第一出口b流出并经储液罐11和第二泵12输送至换热塔8。
本实施例所述结冰除水的无霜空气源热泵，采用制热循环的部分冷量对引入除水器中的部分溶液进行结冰除水，既可以保证制热循环的连续运行，还可以提高再生效果，提高无霜空气源热泵的运行时效。
本实施例所述无霜空气源热泵还包括去冰循环，去冰循环包括第五截止阀20和除水器18，第五截止阀20与第一截止阀21并联，冷凝器1的制冷剂出口经第五截止阀20连通至除水器18的第三进口e，除水器18的第三出口f连通至第一节流阀6入口。当除水器运行一定时间后，结冰数量逐渐增多，为保证除水器的除水效果，采用制热循环的部分热量来加热除冰，加热较快，结构简单。
本实施例采用的换热塔8包括溶液槽和位于溶液槽上方的换热腔体，换热塔顶部的溶液在换热腔体内与空气接触换热后，流动至溶液槽内。优选地，换热塔顶部的溶液经喷淋装置喷淋后与空气进行直接接触，以增加接触面积，由于换热后的溶液温度低于空气的温度，空气中的水分遇冷后不断被溶解在溶液内，使得溶液的浓度逐渐降低，因此当溶液槽内的溶液循环一段时间后，必定要进行溶液再生，才能保持连续的制热效果。
如图2所示，本实施例采用的除水器18包括由上至下设置的结冰室、隔板B和储液室C，结冰室内设有制冰盘D和紧贴于制冰盘背面的换热管F，换热管F包括并联设置的结冰换热管和去冰换热管，结冰换热管的两端分别为除水器的第二进口c和第二出口d，去冰换热管的两端分别连接除水器的第三进口e和第三出口f。
溶液喷头E设于制冰盘D的正面一侧，溶液喷头E的入口连接除水器的第一进口a,即溶液由a口进入结冰室内，经溶液喷头E喷射至制冰盘D的表面；溶液与结冰换热管中的制冷剂换热后，冰块附着于制冷盘D表面的凹槽内，未结冰的水和溶液经隔板B上的孔进入储液室C，储液室C的底部设有第一出口b，再生后的溶液经第一出口b流出至换热塔8的溶液槽内。
本实施例在结冰室的底部一侧设一排冰口A，当除水器中的结冰量较大时，冰块被去冰换热管中的制冷剂加热后，从制冰盘表面脱落并经排冰口A排出。排冰口A可人工或自动开启或关闭，以避免未结冰的溶液由该排冰口流出。同时，为了更好地将冰块排出，使隔板B朝所述排冰口A倾斜向下，增加冰块排出的时效。
本发明所述结冰除水的无霜空气源热泵可实现三种运行模式，普通制热模式、制热+结冰除水模式、制热+去冰模式，具体流程如下：
如图3所示，普通制热模式下，开启第一截止阀21、第一节流阀6、第三截止阀26和第一泵9。制冷剂经压缩机2排出后依次经冷凝器1、第一截止阀21、第一节流阀6、蒸发器4和第三截止阀26后返回至压缩机2；溶液经换热塔8的底部由第一泵9输送至蒸发器4内，换热后返回至换热塔8的顶部。该模式下，冷凝器1为用户侧提供热量，蒸发器4内的制冷剂不断吸收溶液的热量，以维持制热负荷。
如图4所示，制热+结冰除水模式下，普通制热正常运行，循环一段时间后，此时，从蒸发器第二出口流出的溶液浓度慢慢降低。开启第二截止阀19、第二节流阀23、第四截止阀24、第二泵12；关闭第三截止阀26，打开第三节流阀25。此时，从蒸发器4流出的溶液分为两股，一股流入换热塔8与空气进行换热获取热量，另一股经第四截止阀24进入除水器18中，进行结冰除水再生，该溶液被溶液喷头E喷到除水器中带有凹槽的制冰盘D上，通过调节第二节流阀23使得经过除水器18的制冷剂有着更低的温度和压力，从而使得被喷在制冰盘上的溶液中的水结冰，未结冰的水和防冻剂成为浓溶液，通过除水器中隔板B上的孔流入储液室C，顺着除水器18的第一出口b流出，进而继续进入循环中。
如图5所示，制热+去冰模式下，普通制热正常运行，关闭第一截止阀21、第二截止阀19、第二节流阀23、第四截止阀24、第二泵12和第三节流阀25；打开第三截止阀26和第五截止阀20。从冷凝器1出来的热制冷剂经第五截止阀20从除水器18的第三进口c流入，与除水器中的制冰盘进行换热，制冷盘因被加热，其表面附着的冰块会脱落，脱落的冰块顺着排冰口A流出。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.结冰除水的无霜空气源热泵，其特征在于，包括制热循环和结冰除水循环：
制热循环包括压缩机、冷凝器、第一截止阀、第一节流阀和蒸发器；
结冰除水循环包括溶液换热管路和溶液再生管路，其中，
溶液换热管路包括蒸发器、换热塔和第一泵，换热塔内的溶液经第一泵送至蒸发器，在蒸发器内与制冷剂换热后返回至换热塔顶部；溶液再生管路包括蒸发器、除水器、第二泵和换热塔，由第一节流阀流出的部分制冷剂经第二节流阀流动至除水器的第二进口，除水器的第二出口连通至压缩机；在蒸发器内与制冷剂换热后的部分溶液经第四截止阀流动至除水器的第一进口，该部分溶液在除水器内与制冷剂换热经结冰除水后，由除水器的第一出口流出并经第二泵输送至换热塔。
2.根据权利要求1所述的结冰除水的无霜空气源热泵，其特征在于：还包括去冰循环，去冰循环包括第五截止阀和除水器，第五截止阀与第一截止阀并联，冷凝器的制冷剂出口经第五截止阀连通至除水器的第三进口，除水器的第三出口连通至第一节流阀入口。
3.根据权利要求2所述的结冰除水的无霜空气源热泵，其特征在于：包括普通制热模式、制热+结冰除水模式和制热+去冰模式，普通制热模式和制热+去冰模式下，蒸发器通过第三截止阀连通压缩机；制热+结冰除水模式下，蒸发器通过第三节流阀连通压缩机。
4.根据权利要求3所述的结冰除水的无霜空气源热泵，其特征在于：换热塔包括溶液槽和位于溶液槽上方的换热腔体，换热塔顶部的溶液在换热腔体内与空气接触换热后，流动至溶液槽内。
5.根据权利要求4所述的结冰除水的无霜空气源热泵，其特征在于：除水器包括由上至下设置的结冰室、隔板和储液室，结冰室内设有制冰盘和设于制冰盘背面的结冰换热管，溶液喷头设于制冰盘正面一侧，将溶液喷射至制冰盘表面；溶液与结冰换热管中的制冷剂换热后，冰块附着于制冷盘表面，未结冰的水和溶液经隔板上的孔进入储液室。
6.根据权利要求5所述的结冰除水的无霜空气源热泵，其特征在于：制冰盘的背面还设有去冰换热管，结冰室的底部一侧设有排冰口，冰块被去冰换热管中的制冷剂加热后，从制冰盘表面脱落并经排冰口排出。
7.根据权利要求6所述的结冰除水的无霜空气源热泵，其特征在于：隔板朝所述排冰口倾斜向下。
8.根据权利要求6所述的结冰除水的无霜空气源热泵，其特征在于：制冰盘的正面设有多个制冰凹槽。
9.根据权利要求1所述的结冰除水的无霜空气源热泵，其特征在于：溶液再生管路中，除水器的第一出口与第二泵之间还设有储液罐。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的结冰除水的无霜空气源热泵，其特征在于：所述制热循环为单级压缩制热循环、双级压缩制热循环或自复叠制热循环中的任一种。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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