CN211400378U - 溶液结冰除水器及使用其的无霜空气源热泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种溶液结冰除水器和使用其的无霜空气源热泵，溶液结冰除水器包括壳体和位于壳体内的制冰部、储冰室、溶液收集器和储液室；溶液收集器的顶部通过隔板与储冰室隔离，溶液收集器的底部与储液室连通；制冰部设于溶液收集器的顶部，制冰部包括相对设置的制冰盘和冷冻板，制冰盘的一端铰接于壳体一侧，冷冻板的一端与驱动装置连接；冷冻板背向制冰盘的一面贴设结冰换热管和去冰换热管，冷冻板面向制冰盘的一面固设多个冷指，制冰盘的表面相应设有多个制冰凹槽，溶液管设于制冰盘的表面一侧。本实用新型所述除水器除水效果较好，可获得浓度较高的浓溶液，结构简单，操作方便；采用其的热泵效率较高、能耗较小、节能效能优良。

Description

溶液结冰除水器及使用其的无霜空气源热泵

技术领域

本实用新型属于热泵技术领域，具体涉及一种溶液结冰除水器及使用其的无霜空气源热泵。

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。同时，现有的冻结再生器中溶液再生、溶液循环和冰的制备均在一个容器内，冰块与浓溶液、稀溶液容易掺杂在一起，结构较为复杂，难以控制，不能获得较为理想的浓溶液。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型提供一种溶液结冰除水器及使用其的无霜空气源热泵，效率较高、能耗较小、节能效能优良。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用以下技术方案：

溶液结冰除水器，包括壳体和位于壳体内的制冰部、储冰室、溶液收集器和储液室；储冰室与溶液收集器并排设置，溶液收集器的顶部通过隔板与储冰室隔离，溶液收集器的底部与储液室连通；制冰部设于溶液收集器的顶部，制冰部包括相对设置的制冰盘和冷冻板，制冰盘的一端铰接于壳体一侧，制冰盘可绕铰接处上下旋转；冷冻板的一端与驱动装置连接，另一端水平延伸；冷冻板背向制冰盘的一面贴设结冰换热管和去冰换热管，冷冻板面向制冰盘的一面固设多个冷指，制冰盘的表面相应设有多个制冰凹槽，溶液管设于制冰盘的表面一侧；制冰时，制冰盘水平设置，多个冷指位于相应制冰凹槽内，一定时间后，制冰盘向下旋转，制冰盘内未结冰的溶液流动至溶液收集器内；去冰时，制冰盘竖直设置，驱动装置驱动冷冻板移动至储冰室顶部，融化的冰块掉落至储冰室内。

作为本实用新型的优选方案之一，所述壳体包括供稀溶液流入的第一进口、供浓溶液流出的第一出口，供结冰冷媒流入的第二进口和供结冰冷媒流出的第二出口，供去冰冷媒流入的第三进口和供去冰冷媒流出的第三出口；第一进口设于溶液管的入口端，第一出口设于储液槽的底部；第二进口、第二出口、第三进口和第四出口均设于壳体的顶部一侧，其中，第二进口和第二出口分别为结冰换热管的两端，第三进口和第三出口分别为去冰换热管的两端。

作为本实用新型的优选方案之一，所述储冰室的底部一侧设有排冰口，储冰室的底部设有一传送带，冰块沿传送带和排冰口流出壳体；或者，储冰室的底部为朝排冰口倾斜的底板，冰块沿底板和排冰口流出壳体。

作为本实用新型的优选方案之一，还包括控制器，所述制冰盘的铰接处连接一电机，电机驱动制冰盘上下旋转；所述电机和驱动装置均与控制器电性连接。

作为本实用新型的优选方案之一，所述制冰盘的制冰凹槽呈梯形状，制冰盘水平设置时，电机还可驱动制冰盘摆动。

本实用新型还提供一种无霜空气源热泵，采用所述的溶液结冰除水器，包括制热循环和结冰除水循环，其中，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、溶液结冰除水器、第二泵和换热塔，由第一节流阀流出的部分制冷剂经第三节流阀流动至溶液结冰除水器的第二进口，溶液结冰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二截止阀流动至除水器的第一进口，该部分溶液在溶液结冰除水器内与制冷剂换热经结冰除水后，由溶液结冰除水器的第一出口流出并经第二泵输送至换热塔。

作为本实用新型的优选方案之一，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溶液结冰除水器的第三进口，溶液结冰除水器的第三出口连通至第一节流阀入口。

作为本实用新型的优选方案之一，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，蒸发器通过第四截止阀连通压缩机；制热+结冰除水模式下，蒸发器通过第四节流阀连通压缩机。

作为本实用新型的优选方案之一，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。

作为本实用新型的优选方案之一，所述制热循环为单级压缩制热循环或双级压缩制热循环。

本实用新型与现有技术相比，有益效果是：

相比传统的结冰除水器，本实用新型所述溶液结冰除水器将储冰室与溶液收集器隔离设置，制冰时，冷冻板和制冰盘设于溶液收集器上方，制冰盘内的溶液与冷冻板的冷指接触制冷，制冰盘向下旋转即可将未冻结的浓溶液落入溶液收集器内；去冰时，移动冷冻板至储冰室顶部，冰块落入储冰室内，即可将融化的冰块与溶液隔离开，保证溶液收集器内溶液的浓度，结构简单，便于操作。当冰块足够大、足够多时，还可通过排冰口将冰块排出，以保证结冰除水器的正常运行。

相比传统的无霜空气源热泵，本实用新型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是本实用新型所述溶液结冰除水器在制冰时的结构示意图；

图2是本实用新型所述溶液结冰除水器在释放浓溶液时的结构示意图；

图3是本实用新型所述溶液结冰除水器在去冰时的结构示意图；

图4是本实用新型所述无霜空气源热泵的组成示意图；

图5是本实用新型所述无霜空气源热泵在普通制热模式下的流程示意图；

图6是本实用新型所述无霜空气源热泵在制热+结冰去水模式下的流程示意图；

图7是本实用新型所述无霜空气源热泵在制热+去冰模式下的流程示意图。

图中，1-冷凝器，2-高压压缩机，3-低压压缩机，4-蒸发器，5-第一节流阀，6-第二节流阀，7-气液分离器，8-换热塔，9-第一泵，11-储液罐，12-第二泵，18-溶液结冰除水器；19-第三截止阀，20-第五截止阀，21-第一截止阀，23-第三节流阀，24-第二截止阀，25-第四节流阀，26-第四截止阀；

a-溶液结冰除水器的第一进口，b-溶液结冰除水器的第一出口，c-溶液结冰除水器的第二进口，d-溶液结冰除水器的第二出口，e-溶液结冰除水器的第三进口，f-溶液结冰除水器的第三出口；

A-排冰口，B-冷指，C-储液室，D-制冰盘，E-溶液收集器，F-冷冻板，G-传送带，H-储冰室，K-驱动装置。

具体实施方式

以下将对本实用新型的技术方案作进一步解释说明。本实用新型所采用的制热循环不限于以下实施例所述双级压缩制热循环，其还可为单级压缩制热循环或自复叠热泵循环。

实施例1

如图1所示，本实施例所述溶液结冰除水器，包括壳体和位于壳体内的制冰部、储冰室H、溶液收集器E和储液室C；储冰室H与溶液收集器E并排设置，溶液收集器E的顶部通过隔板与储冰室H隔离，溶液收集器E的底部与储液室C连通；制冰部设于溶液收集器E的顶部，制冰部包括相对设置的制冰盘D和冷冻板F，制冰盘F的一端铰接于壳体一侧，制冰盘F可绕铰接处上下旋转；冷冻板F的一端与驱动装置K连接，另一端水平延伸；冷冻板F背向制冰盘D的一面贴设结冰换热管和去冰换热管，冷冻板F面向制冰盘D的一面固设多个冷指B，制冰盘D的表面相应设有多个制冰凹槽，制冰凹槽设计为梯形状，溶液管设于制冰盘D的表面一侧；稀溶液从溶液管进入制冰盘D表面的制冰凹槽内，当溶液充满一个制冰凹槽后,便溢流至邻近的制冰凹槽,这样所有制冰凹槽通过交叉便相继被充满。

本实施例所述储冰室的底部一侧设有排冰口A，储冰室的底部设有一传送带D，冰块沿传送带D和排冰口A流出壳体。可选地，储冰室的底部为朝排冰口倾斜的底板，冰块沿底板和排冰口流出壳体。

本实施例所述壳体包括供稀溶液流入的第一进口a、供浓溶液流出的第一出口b，供结冰冷媒流入的第二进口c和供结冰冷媒流出的第二出口d，供去冰冷媒流入的第三进口e和供去冰冷媒流出的第三出口f；第一进口a设于溶液管的入口端，第一出口b设于储液槽的底部；第二进口c、第二出口d、第三进口e和第四出口f均设于壳体的顶部一侧，其中，第二进口c和第二出口d分别为结冰换热管的两端，第三进口e和第三出口f分别为去冰换热管的两端。

本实施例所述溶液结冰除水器还包括控制器，所述制冰盘的铰接处连接一电机，电机驱动制冰盘上下旋转；所述电机和驱动装置均与控制器电性连接，同时，制冰盘水平放置时，电机还可驱动制冰盘轻微摆动，以提高溶液的冷却效果。

如图1所示，本实施例所述溶液结冰除水器用于制冰时，制冰盘D水平设置，多个冷指B位于相应制冰凹槽内，溶液填充于每个制冰凹槽内，溶液与结冰换热管内的冷媒换热，冰块凝结在冷指附近，未结冰的溶液仍在制冰凹槽内。此过程中，为了提高溶液换热，可操作电机使得制冰盘轻微摆动，提高溶液与冷指的换热效果。

如图2所示，待凝结一定时间后，制冰盘D向下旋转，制冰盘D内未结冰的溶液流动至溶液收集器E内，从而流入储液室C内备用。待制冰凹槽内的溶液流尽时，再将制冰盘旋转至水平状态，重新注入新的稀溶液，以此往复，直至冰块足够大时，进行去冰。

如图3所示，当冷冻板和冷指附近冰块较大、较多时，去冰换热管内填充热的冷媒，电机驱动制冰盘D竖直设置，驱动装置K驱动冷冻板F移动至储冰室H顶部，融化的冰块掉落至储冰室H内，当冰块掉落足够多时，开启传送带D，将冰块送出所述壳体，以保证足够的储冰空间。

本实施例所述溶液结冰除水器与传统的结冰除水器相比，除水效果较好，各空间相互独立，冰块与浓溶液互不掺杂，可获得浓度较高的浓溶液，结构简单，操作方便。

实施例2

如图4所示，本实施例提供一种无霜空气源热泵，采用实施例1所述的溶液结冰除水器，包括制热循环和结冰除水循环；其中，制热循环包括高压压缩机2、低压压缩机3、冷凝器1、第一截止阀21、第一节流阀5、第二节流阀6、气液分离器7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的制冷剂出口经第四节流阀25或第四截止阀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、溶液结冰除水器18、第二泵12和换热塔8，由第一节流阀5流出的部分制冷剂经第三截止阀19和第三节流阀23流动至溶液结冰除水器的第二进口c，溶液结冰除水器的第二出口c连通至低压压缩机3；在蒸发器4内与制冷剂换热后的部分溶液经第二截止阀24流动至溶液结冰除水器的第一进口a，该部分溶液在溶液结冰除水器18内与制冷剂换热经结冰除水后，由溶液结冰除水器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和溶液结冰除水器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连通至溶液结冰除水器18的第三进口e，溶液结冰除水器18的第三出口f连通至第一节流阀6入口。当溶液结冰除水器运行一定时间后，结冰数量逐渐增多，为保证溶液结冰除水器的除水效果，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。

本实用新型所述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5所示，普通制热模式下，开启第一截止阀21、第一节流阀5、第四截止阀26和第一泵9。制冷剂经低压压缩机3排出后依次经气液分离器7、高压压缩机2、冷凝器1、第一截止阀21、第一节流阀5、蒸发器4和第三截止阀26后返回至低压压缩机3；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6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。开启第三截止阀19、第三节流阀23、第二截止阀24、第二泵12；关闭第四截止阀26，打开第四节流阀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，该溶液被喷到除水器中带有制冰凹槽的制冰盘D上，通过调节第三节流阀23使得经过溶液结冰除水器18的制冷剂有着更低的温度和压力，制冰盘D水平设置，多个冷指B位于相应制冰凹槽内，溶液填充于每个制冰凹槽内，溶液与结冰换热管内的冷媒换热，冰块凝结在冷指附近，未结冰的溶液仍在制冰凹槽内。此过程中，为了提高溶液换热，可操作电机使得制冰盘轻微摆动，提高溶液与冷指的换热效果。待凝结一定时间后，制冰盘D向下旋转，制冰盘D内未结冰的溶液流动至溶液收集器E内，从而流入储液室C内备用。待制冰凹槽内的溶液流尽时，再将制冰盘旋转至水平状态，重新注入新的稀溶液，以此往复，直至冰块足够大时，进行去冰。

如图7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、第三截止阀19、第三节流阀23、第二截止阀24、第四节流阀25、第二泵12；打开第四截止阀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从溶液结冰除水器18的第三进口c流入，与凝结在冷指B上的冰块进行换热，冷指B表面附着的冰块会脱落，脱落的冰块顺着传送带G和排冰口A流出。

相比传统的无霜空气源热泵，本实用新型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。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本实用新型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，依据本实用新型提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.溶液结冰除水器，其特征在于，包括壳体和位于壳体内的制冰部、储冰室、溶液收集器和储液室；

储冰室与溶液收集器并排设置，溶液收集器的顶部通过隔板与储冰室隔离，溶液收集器的底部与储液室连通；

制冰部设于溶液收集器的顶部，制冰部包括相对设置的制冰盘和冷冻板，制冰盘的一端铰接于壳体一侧，制冰盘可绕铰接处上下旋转；冷冻板的一端与驱动装置连接，另一端水平延伸；

冷冻板背向制冰盘的一面贴设结冰换热管和去冰换热管，冷冻板面向制冰盘的一面固设多个冷指，制冰盘的表面相应设有多个制冰凹槽，溶液管设于制冰盘的表面一侧；

制冰时，制冰盘水平设置，多个冷指位于相应制冰凹槽内，一定时间后，制冰盘向下旋转，制冰盘内未结冰的溶液流动至溶液收集器内；去冰时，制冰盘竖直设置，驱动装置驱动冷冻板移动至储冰室顶部，融化的冰块掉落至储冰室内。

2.根据权利要求1所述的溶液结冰除水器，其特征在于：所述壳体包括供稀溶液流入的第一进口、供浓溶液流出的第一出口，供结冰冷媒流入的第二进口和供结冰冷媒流出的第二出口，供去冰冷媒流入的第三进口和供去冰冷媒流出的第三出口；第一进口设于溶液管的入口端，第一出口设于储液槽的底部；第二进口、第二出口、第三进口和第四出口均设于壳体的顶部一侧，其中，第二进口和第二出口分别为结冰换热管的两端，第三进口和第三出口分别为去冰换热管的两端。

3.根据权利要求2所述的溶液结冰除水器，其特征在于：所述储冰室的底部一侧设有排冰口，储冰室的底部设有一传送带，冰块沿传送带和排冰口流出壳体；或者，储冰室的底部为朝排冰口倾斜的底板，冰块沿底板和排冰口流出壳体。

4.根据权利要求1所述的溶液结冰除水器，其特征在于：还包括控制器，所述制冰盘的铰接处连接一电机，电机驱动制冰盘上下旋转；所述电机和驱动装置均与控制器电性连接。

5.根据权利要求4所述的溶液结冰除水器，其特征在于：所述制冰盘的制冰凹槽呈梯形状，制冰盘水平设置时，电机还可驱动制冰盘摆动。

6.无霜空气源热泵，采用权利要求1-5中任一项所述的溶液结冰除水器，其特征在于：包括制热循环和结冰除水循环，其中，

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、溶液结冰除水器、第二泵和换热塔，由第一节流阀流出的部分制冷剂经第三节流阀流动至溶液结冰除水器的第二进口，溶液结冰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二截止阀流动至除水器的第一进口，该部分溶液在溶液结冰除水器内与制冷剂换热经结冰除水后，由溶液结冰除水器的第一出口流出并经第二泵输送至换热塔。

7.根据权利要求6所述的无霜空气源热泵，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溶液结冰除水器的第三进口，溶液结冰除水器的第三出口连通至第一节流阀入口。

8.根据权利要求7所述的无霜空气源热泵，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，蒸发器通过第四截止阀连通压缩机；制热+结冰除水模式下，蒸发器通过第四节流阀连通压缩机。

9.根据权利要求8所述的无霜空气源热泵，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。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的无霜空气源热泵，其特征在于：所述制热循环为单级压缩制热循环或双级压缩制热循环。

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