CN118347195A - 一种形变式热泵机组防冻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种形变式热泵机组防冻装置，涉及热泵机组设备技术领域，包括形变管，形变管的左右两端均固设有反应管，反应管的侧壁紧贴形变管的侧壁，反应管和形变管的接触面均为导热材料制成；两个反应管的外侧均固设有连接管，连接管、反应管和形变管的内部依次连通，形成有供热水通过的通道，连接管连接在供热水管上；反应管内设置有环形反应腔，反应腔内存放有能够产生吸热反应的填充剂；形变管内设有环形空腔，空腔内填充有适量的水；本发明安装在供热水管上，结构简单，不受场地限制，低温时在不通电的情况下能够自动对套管换热器进行排水，防止低温环境下热泵机组因没有及时放水而导致套管换热器冻裂的情况发生。
Description
技术领域
本发明涉及热泵机组设备技术领域，具体涉及一种形变式热泵机组防冻装置。
背景技术
在较寒冷地方的冬季，大多数情况下，一旦气温低于10摄氏度，就开始供暖，以保证人们的正常生活，城市里通常都是供热公司集中供暖，但是在人群密度较低的农村或者偏远地区，通常会采用独立的热泵组供暖，以降低供暖成本；但是，当冬季寒潮突然来临的时候，用户还未开启热泵组，或者在寒冷的夜晚，因异常情况热泵机组突然停止工作时，经常会出现未工作的热泵机组因没有及时放水而导致套管换热器冻裂的情况发生；套管换热器一旦冻裂，制冷剂管路会出现进水的情况，整个热泵机组无法运行，需要返厂进行维修，严重的时候甚至会导致整个机组报废，给用户造成损失，同时，在维修期间，对于用户而言需要寻找其他采暖途径也会造成巨大的不便。
虽然现在市场上的主流热泵产品都配有防冻功能，但是需要热泵机组一直处于通电的状态，比较浪费电，而且有些偏远地区，因受供电能力、场地等因素的影响，不能够保持热泵机组长期处于通电的状态，当供电线路出现故障时，用户如果没有及时放水，配有防冻功能的热泵机组同样会出现冻裂套管换热器的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种形变式热泵机组防冻装置，安装在供热水管上，结构简单，不受场地限制，低温时在不通电的情况下能够自动对套管换热器进行排水，防止低温环境下热泵机组因没有及时放水而导致套管换热器冻裂的情况发生。
本发明包括形变管，形变管的左右两端均固设有反应管，反应管的侧壁紧贴形变管的侧壁，反应管和形变管的接触面均为导热材料制成；两个反应管的外侧均固设有连接管，连接管、反应管和形变管的内部依次连通，形成有供热水通过的通道，连接管连接在供热水管上；反应管内设置有环形反应腔，反应腔内存放有能够产生吸热反应的填充剂；形变管内设有环形空腔，空腔内填充有适量的水。
优选地，反应腔内设有环形板，环形板将反应腔分隔为内外两个环形部分，内外两个环形部分内分别填充有不同的反应物，环形板上设有通孔，通孔内堵塞有气囊，气囊内充满空气。
优选地，气囊为防腐材料制成，气囊的形状为椭圆形，椭圆形的长轴与环形板的厚度方向平行，气囊的侧边贴靠在通孔的侧壁上。
优选地，通孔设有若干个，以环形板的圆心为中心，间隔环绕设置在环形板上，每个通孔内均堵塞有气囊。
优选地，反应腔内设有溶液包，溶液包为半环形，固设在反应腔的上半部分，反应腔和溶液包内分别填充有不同的反应物；溶液包的侧部设有形变刺破机构，形变刺破机构包括固设在反应管侧部的外腔，外腔为一端开口的细长形圆柱管状结构，外腔内设有堵塞开口的活塞，活塞的外径与外腔的内径相适应，外腔内充满有水；活塞的外端固设有活塞杆，活塞杆的末端连接有能够刺破溶液包的刺破钉，刺破钉的钉尖伸入至反应腔内，并且贴靠在溶液包的侧壁上。
优选地，形变刺破机构设有若干个，以反应腔的圆心为中心，间隔环绕设置在反应腔的上半部分。
优选地，溶液包为由防腐橡胶材料制成的薄壁包。
优选地，形变管的内外侧均固设有刺针，刺针贴靠在形变管的侧壁上。
优选地，反应腔内的填充剂为氯化铵溶液和氢氧化钡溶液。
优选地，形变管的外部固设有散热环，相邻的两个散热环之间留有供液体通过的间隙，散热环外固接有散热片。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
1.能在不通电的情况下在需要时对热泵机组的套管换热器进行排水，解决了市场上热泵机组防冻功能需要通电，并且在断电后无法使用的问题，防止低温环境下热泵机组因没有及时放水而导致套管换热器冻裂的情况发生；同时其结构简单，安装在供热水管上，属于热泵机组外的附加装置，无需改变原有的结构，不会受制于热泵机组的品牌、机组大小，不受空间、场地的限制，使用范围广；
2.将产生吸热反应的两种化学物质分隔开，只有在低温，需要对供热水管防冻时，才会出发装置，实现两种化学物质的结合，最终实现排水，当处于温度较高的季节或者热泵机组正常运行时，不会排水，不会影响热泵机组的正常使用。
附图说明
图1为本发明一种形变式热泵机组防冻装置的实施例一的结构示意图；
图2为实施例一的剖视图；
图3为图2中的A处放大图；
图4为实施例一装上散热环和散热片后的结构示意图；
图5为散热环和散热片的结构示意图；
图6为本发明一种形变式热泵机组防冻装置的实施例二的结构示意图；
图7为实施例二的剖视图；
图8为图7中的B处放大图；
图9为实施例二装上散热环和散热片后的结构示意图。
图中：1、形变管；2、反应管；3、连接管；4、反应腔；5、空腔；6、环形板；7、通孔；8、气囊；9、形变刺破机构；901、外腔；902、活塞；903、活塞杆；904、刺破钉；10、溶液包；11、刺针；12、散热环；13、散热片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本说明书中涉及到的方位均以本发明一种形变式热泵机组防冻装置正常工作时的方位为准，不限定其存储及运输时的方位，仅代表相对的位置关系，不代表绝对的位置关系。
如图1至图9共同所示，一种形变式热泵机组防冻装置，包括形变管1，形变管1的左右两端均固设有反应管2，反应管2的侧壁紧贴形变管1的侧壁，反应管2和形变管1的接触面均为导热材料制成，两者之间能够实现较好的热传导；两个反应管2的外侧均固设有连接管3，连接管3、反应管2和形变管1的内部依次连通，形成有供热水通过的通道，连接管3连接在供热水管上，供热水管内的热水依次流经左侧的连接管3进入防冻装置，从右侧的连接管3流出；反应管2内设置有环形反应腔4，反应腔4内存放有能够产生吸热反应的填充剂，优选地，反应腔4内的填充剂为氯化铵溶液和氢氧化钡溶液，两者接触后会产生吸热反应，吸走周边的热量，将周边的水滴凝结成冰。
形变管1为脆性材料制成的双层薄壁管，其硬度能够支撑防冻装置，但是在受到压力时，容易破碎；形变管1内设有环形空腔5，空腔5内填充有适量的水，当空腔5内充满水时，在较低的环境温度下，反应腔4内的氯化铵溶液和氢氧化钡溶液发生化学反应，吸走空腔5内的水的热量，使空腔5内的水的温度进一步降低，低于供热水管中水的温度，直至结冰，而水在结冰时，体积会膨胀，从而将形变管1的侧壁撑破，形成水流通道，使供水管道里的水从形变管1破裂处排出，达到保护热泵机组的目的。
进一步地，形变管1的内外侧均固设有刺针11，刺针11贴靠在形变管1的侧壁上，当形变管1发生微小形变并且出现裂纹时，在刺针11的作用下，形变管1更容易产生裂口，形变管1的侧壁一旦出现裂口，裂口在供热水管内供热水压的作用下，进一步被冲破、撕裂，产生更大的裂口，以实现快速排水。
进一步地，形变管1的外部固设有散热环12，相邻的两个散热环12之间留有供液体通过的间隙，散热环12外固接有散热片13，散热环12一方面可以作为形变管1的支撑，放置其以外破损，另一方面，可以加快形变管1内的水的热量的散失，使其在温度达到冰点时，及时破裂、排水，达到保护热泵机组的目的。
为了保证反应腔4内的氯化铵溶液和氢氧化钡溶液只有在环境温度达到水的冰点时低温时才会接触并且发生反应，需要将氯化铵溶液和氢氧化钡溶液隔开，以保证其在非低温情况下保持隔离状态，本发明的隔开方案设计了两种实施例。
实施例一：
如图1至图4共同所示，反应腔4内设有环形板6，环形板6将反应腔4分隔为内外两个环形部分，内外两个环形部分内分别填充有不同的反应物，位于外侧的反应腔4内填充有氯化铵溶液，位于内侧的反应腔4内填充有氢氧化钡溶液，两者之间通过环形板6隔开，气温在水的冰点以上的状态下，两种溶液不会接触并产生反应；环形板6上设有通孔7，通孔7内堵塞有气囊8，气囊8内充满空气，气囊8为防腐的弹性材料制成，气囊8的体积能够随着气囊8内气体体积的变化而变化；气囊8的形状为椭圆形，椭圆形的长轴与环形板6的厚度方向平行，气囊8的侧边贴靠在通孔7的侧壁上，以增加气囊8与通孔7侧壁的接触面积，将通孔7完全堵住，防止两种溶液混合产生反应。
当气温降低至水的冰点左右时，气囊8里的气体，受热胀冷缩影响，会收缩，使得气囊8的体积变小，气囊8与通孔7侧壁之间出现间隙，氯化铵溶液通过间隙，与位于下侧反应腔4内的氢氧化钡溶液混合，发生吸热反应，为形变管1降温，使其内部的水结冰膨胀，从而将形变管1的侧壁撑破，使供水管道里的水从形变管1破裂处排出，达到保护热泵机组的目的；优选地，通孔7设有若干个，以环形板6的圆心为中心，间隔环绕设置在环形板6上，每个通孔7内均堵塞有气囊8；需要说明的是，气囊8的初始体积以及气温处于水的冰点左右时气囊8的体积，需要根据实验测量而定，以确保其使用性能。
实施例二：
如图6至图9共同所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，反应腔4内设有溶液包10，溶液包10为由防腐橡胶材料制成的薄壁包，溶液包10内储存有氯化铵溶液，而反应腔4内储存有氢氧化钡溶液，两者之间通过溶液包10隔开，气温在水的冰点以上的状态下，两种溶液不会接触并发生反应；溶液包10为半环形，固设在反应腔4的上半部分；溶液包10的侧部设有形变刺破机构9，形变刺破机构9包括固设在反应管2侧部的外腔901，外腔901为不锈钢材料制成，外腔901为一端开口的细长形圆柱管状结构，外腔901内充满有水，外腔901内设有堵塞开口的活塞902，活塞902的外径与外腔901的内径相适应，活塞902与外腔901的另外三个侧壁共同形成密闭空间，使得外腔901内的水不流出；活塞902的外端固设有活塞杆903，活塞杆903的末端连接有能够刺破溶液包10的刺破钉904，刺破钉904的钉尖伸入至反应腔4内，并且贴靠在溶液包10的侧壁上。
气温在水的冰点以上时，刺破钉904只会与溶液包10轻轻接触，并不会刺破溶液包10；当气温下降至水的冰点时，外腔901内的水开始结冰，体积变大，因外腔901为不锈钢材料制成，较难发生形变，因此体积变大的冰块只能推动活塞902，使活塞902和活塞杆903朝溶液包10的方向移动，最终刺破钉904刺破溶液包10，使两种溶液混合，产生吸热反应，为形变管1降温，使其内部的水结冰膨胀，从而将形变管1的侧壁撑破，使供水管道里的水从形变管1破裂处排出，达到保护热泵机组的目的。
需要说明的是，在气温降至水的冰点时，形变刺破机构9、连接管3以及形变管1的空腔5里的水都会开始结冰，水结冰需要持续一定时间的散热才能完成，在水的冰点时，水处于冰水混合物的状态，此时水的体积变化并不大；在密闭空间内，水结冰的速度跟环境温度、水中的含盐量、水的流速及单位体积的水的散热面积相关，单位体积的水的散热面积越大，水结冰的速度越快；因形变刺破机构9用于储水的外腔901为细长形圆柱管状结构，因此其内的水的单位散热面积远远大于供热水管内的水的单位散热面积，因此外腔901内的水的结冰速度会比供热水管里的水快很多，在供热水管里的水还未完全结冰并且破坏供热水管时，形变刺破机构9里的水已完全结冰，并且因为水结冰后体积变大，推动活塞902，使活塞902和活塞杆903朝溶液包10的方向移动，最终刺破钉904刺破溶液包10，使氯化铵溶液和氢氧化钡溶液混合，产生吸热反应，为形变管1降温，使其内部的水结冰膨胀，从而将形变管1的侧壁撑破，使供水管道里的水从形变管1破裂处排出，达到保护热泵机组的目的；需要根据实验测试，来完成形变刺破机构9外腔901尺寸的设计，使其内部的水的体积和散热面积合适，结冰时间与供热水管里的水的结冰时间拉开足够的距离，以达到及时刺破溶液包10、保护供热水管的效果。
进一步地，形变刺破机构9设有若干个，以反应腔4的圆心为中心，间隔环绕设置在反应腔4的上半部分，以确保在温度达到水的冰点时，至少有一个形变刺破机构9能够充分发生形变，及时刺破溶液包10，使氯化铵溶液和氢氧化钡溶液混合，达到对形变管1降温使其破裂排水的效果，增加了溶液包10被刺破的概率。
需要说明的是，热泵机组在冬季正常运转时，因为此时热泵机组为制热模式，供热水管内部的水温通常在40摄氏度左右，虽然外部的环境温度较低，但是反应管2和形变管1可以从供热水管内吸热，维持自身的温度高于水的冰点，因此不会触发反应腔4内用于隔离氯化铵溶液和氢氧化钡溶液的机构，两者不会发生反应，形变管1不会发生结冰现象，防冻装置能够维持有效。
如果用户家中发生断电事故，热泵机组停机，制热模式停止，供热水管内部的循环水的温将逐渐降低，无法继续为反应管2和形变管1供热，如果此时的环境温度持续维持在水的冰点以下，最终会触发反应腔4内用于隔离氯化铵溶液和氢氧化钡溶液的机构，两者接触产生吸热反应，最终使得形变管1内的水结冰，形变管1破裂，实现排水。
另外，在环境温度升高时，虽然热泵机组不工作，但是环境温度高于水的冰点，因此不会触发反应腔4内用于隔离氯化铵溶液和氢氧化钡溶液的机构，两者不会发生反应，形变管1不会发生结冰现象，防冻装置能够维持有效。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种形变式热泵机组防冻装置，其特征在于：包括形变管(1)，所述形变管(1)的左右两端均固设有反应管(2)，所述反应管(2)的侧壁紧贴所述形变管(1)的侧壁，所述反应管(2)和形变管(1)的接触面均为导热材料制成；两个所述反应管(2)的外侧均固设有连接管(3)，所述连接管(3)、反应管(2)和形变管(1)的内部依次连通，形成有供热水通过的通道，所述连接管(3)连接在供热水管上；所述反应管(2)内设置有环形反应腔(4)，所述反应腔(4)内存放有能够产生吸热反应的填充剂；所述形变管(1)内设有环形空腔(5)，所述空腔(5)内填充有适量的水。
2.如权利要求1所述的一种形变式热泵机组防冻装置，其特征在于：所述反应腔(4)内设有环形板(6)，环形板(6)将反应腔(4)分隔为内外两个环形部分，内外两个环形部分内分别填充有不同的反应物，所述环形板(6)上设有通孔(7)，所述通孔(7)内堵塞有气囊(8)，所述气囊(8)内充满空气。
3.如权利要求2所述的一种形变式热泵机组防冻装置，其特征在于：所述气囊(8)为防腐材料制成，所述气囊(8)的形状为椭圆形，椭圆形的长轴与所述环形板(6)的厚度方向平行，气囊(8)的侧边贴靠在所述通孔(7)的侧壁上。
4.如权利要求2所述的一种形变式热泵机组防冻装置，其特征在于：所述通孔(7)设有若干个，以环形板(6)的圆心为中心，间隔环绕设置在环形板(6)上，每个通孔(7)内均堵塞有气囊(8)。
5.如权利要求1所述的一种形变式热泵机组防冻装置，其特征在于：所述反应腔(4)内设有溶液包(10)，所述溶液包(10)为半环形，固设在反应腔(4)的上半部分，所述反应腔(4)和溶液包(10)内分别填充有不同的反应物；所述溶液包(10)的侧部设有形变刺破机构(9)，所述形变刺破机构(9)包括固设在所述反应管(2)侧部的外腔(901)，所述外腔(901)为一端开口的细长形圆柱管状结构，所述外腔(901)内设有堵塞开口的活塞(902)，所述活塞(902)的外径与所述外腔(901)的内径相适应，所述外腔(901)内充满有水；所述活塞(902)的外端固设有活塞杆(903)，所述活塞杆(903)的末端连接有能够刺破溶液包(10)的刺破钉(904)，所述刺破钉(904)的钉尖伸入至所述反应腔(4)内，并且贴靠在所述溶液包(10)的侧壁上。
6.如权利要求5所述的一种形变式热泵机组防冻装置，其特征在于：所述形变刺破机构(9)设有若干个，以反应腔(4)的圆心为中心，间隔环绕设置在反应腔(4)的上半部分。
7.如权利要求5所述的一种形变式热泵机组防冻装置，其特征在于：所述溶液包(10)为由防腐橡胶材料制成的薄壁包。
8.如权利要求1所述的一种形变式热泵机组防冻装置，其特征在于：所述形变管(1)的内外侧均固设有刺针(11)，所述刺针(11)贴靠在所述形变管(1)的侧壁上。
9.如权利要求1所述的一种形变式热泵机组防冻装置，其特征在于：所述反应腔(4)内的填充剂为氯化铵溶液和氢氧化钡溶液。
10.如权利要求1-9任一所述的一种形变式热泵机组防冻装置，其特征在于：所述形变管(1)的外部固设有散热环(12)，相邻的两个散热环(12)之间留有供液体通过的间隙，所述散热环(12)外固接有散热片(13)。
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- 2024-05-23 CN CN202410644012.1A patent/CN118347195A/zh active Pending
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