CN215176177U - 一种快速除冰的溶液冷冻再生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速除冰的溶液冷冻再生装置，包括换热模块、溶液循环模块、碎冰输运与收集模块和自动控制模块；换热模块包括板片蒸发冷凝式换热器；溶液循环模块包括溶液再生水箱和溶液喷淋水箱，板片蒸发冷凝式换热器固定连接在溶液再生水箱和溶液喷淋水箱之间，溶液喷淋水箱顶部设置喷淋管，喷淋管与溶液再生水箱之间设置有溶液循环泵；所述自动控制模块监控溶液温度、蒸发压力、冰层厚度。本实用新型不仅可以有效实现稀溶液再生浓缩，并且制冰、脱冰容易且快速，脱落的冰层能通过输送机被快速带走排入碎冰收集箱，而不会落入溶液再生水箱，提高了整个装置的再生效果和使用性能，可广泛应用于蒸发冷热泵和空气源热泵机组。

Description

一种快速除冰的溶液冷冻再生装置

技术领域

本实用新型属于热泵供暖再生技术，具体涉及一种快速除冰的溶液冷冻再生装置。

背景技术

空气源热泵是目前国内应用范围广、普及度大的一种热泵系统，利用空气作为可再生冷热源，具有节能环保、应用效率高等优点。尤其像我国夏热冬冷地区，夏季供冷，冬季供暖，非常适合用空气源热泵，但是在运行实践中愈来愈暴露出空气源热泵运行效果不够理想，主要原因是室外温度过低，导致换热器表面结霜从而对机组运行产生影响。

随着能源消费的快速增长，电力资源及土地资源日趋紧张，高效、节能、结构紧凑的板片蒸发冷凝式冷热水机组的研发应用成为冷水机组发展新趋势，占有越来越多的市场需求。其利用空气、水和板片内的制冷剂进行换热，提高效率的同时，水从上往下在板片表面的冲刷，从原理上消除了机组室外换热器表面结霜的必要条件，保证机组的稳定运行。但是如果冬季室外温度过低，仍会出现换热板片表面局部结冰现象。

为了解决以上结霜和结冰问题，空气源热泵机组可采用溶液吸收除霜的方法，利用浓溶液与空气中水蒸气分压力差，吸收空气中的水分，浓溶液本身冰点温度低，吸湿能力强，有效防止霜层产生，常见的有能源塔形式、溶液喷淋等。而板片蒸发冷凝式热泵机组也可以在水槽中添加一定浓度的防冻溶液，以防止在低环境温度时，换热部件外表面局部结冰，效果比较显著。

然而上述方式中，存在防霜溶液处理缺陷，冬季运行后大量存留的防霜溶液成为亟待解决的问题。目前针对溶液回收方式有以下两种：1.采用余热能源对稀释溶液做蒸发分离；2.采用降温结冰方式做脱水处理。上述方式均可以实现废弃溶液回收，但第一种方式受制于余热资源位置，进一步推广受限。而第二种方式则存在系统脱冰困难的情况。因此，亟待开发可配合空气源热泵机组和蒸发冷热泵机组使用的，可有效进行实时再生的溶液再生装置。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的在于提供一种快速除冰的溶液冷冻再生装置，其优点在于，在传统降温结冰浓缩机组的设计上，采用新型控制逻辑，增加碎冰输运与收集模块，并改进溶液换热模式，进一步提高溶液再生机组的除冰效果，实现较高的运行循环效率。

技术方案：本实用新型包括换热模块、溶液循环模块碎冰输运与收集模块和自动控制模块；所述换热模块包括板片蒸发冷凝式换热器；所述溶液循环模块包括溶液再生水箱和溶液喷淋水箱，溶液喷淋水箱位于溶液再生水箱上方，板片蒸发冷凝式换热器固定连接在溶液再生水箱和溶液喷淋水箱之间，溶液喷淋水箱顶部设置喷淋管，喷淋管与溶液再生水箱之间设置有溶液循环泵；所述碎冰输运与收集模块部分设置在板片蒸发冷凝式换热器和溶液再生水箱之间，用于运输和收集碎冰；所述自动控制模块用于监控溶液温度、蒸发压力、冰层厚度。

所述碎冰输运与收集模块包括碎冰输送机和碎冰收集箱。

所述碎冰输送机设置在板片蒸发冷凝式换热器和溶液再生水箱之间，且高于溶液液面设置；所述碎冰输送机一端位于溶液再生水箱内，碎冰输送机另一端伸出溶液再生水箱。

所述碎冰收集箱设置在碎冰输送机伸出端的下方，冰层脱落至碎冰输送机后被传送至碎冰收集箱内，以便冰层从板片上脱离后直接落到碎冰输送机上。

所述溶液循环泵的进口与溶液再生水箱底部连接，溶液循环泵的出口分为两路，一路连接喷淋管，另一路连接用户侧主机溶液槽。

所述溶液喷淋水箱的箱体底板上沿板片长度方向开设若干喷淋孔，并在底板外侧设置若干导流片。

所述导流片一端焊在溶液喷淋水箱底板外侧对应的喷淋孔之间，导流片另一端与蒸发冷凝式换热器顶部相连接。

所述自动控制模块包括数字高速相机，能够监控冰层增加情况。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：(1)利用溶液中水和溶质冰点的差异，采用换热模块提供冷量，将溶液逐步降温冷却，最终将其内的水以冰的形式排除，实现稀溶液再生浓缩的效果，为蒸发冷及空气源热泵机组冬天的稳定可靠运行提供有效的保障；(2)采用板片蒸发冷凝式换热器作为换热结冰部件，换热效率高，且板片表面光滑平缓，使结冰更加容易、快速，板片之间偏距大且无遮挡，脱冰时，冰层以块状形式大块脱落，节省时间，提高效率；(3)冰层从板片上脱离后直接落到碎冰输送机上并实时地被运送到碎冰收集箱里，整个过程连续，快速，避免了冰块部分落入溶液再生水箱，提高了溶液再生效率；(4)对溶液结冰情况实时监控，当蒸发压力、溶液温度达到范围值，装置自动调整进入除冰模式，增添除冰等待时间，控制板片表面温度，便于整体脱离。监控冰层厚度变化，防止由于冰层过厚对板片造成不利影响。

附图说明

图1为本实用新型的原理图；

图2为本实用新型中溶液喷淋、结冰、除冰循环结构示意图；

图3为本实用新型中溶液喷淋水箱的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本实用新型作进一步详细介绍。

如图1和图2所示，本实用新型包括换热模块1、溶液循环模块2、碎冰输运与收集模块3和自动控制模块。换热模块1包括板片蒸发冷凝式换热器11、压缩机12，油分离器13，四通换向阀14，水换热器15，储液器16，过滤器17，热交换气液分离器18，制热膨胀阀19，制冷膨胀阀110，截止阀111，止回阀112。其中，压缩机12连接油分离器13，油分离器13连接四通换向阀14，四通换向阀14连接水换热器15(蒸发器冷凝式换热器11)，水换热器15(蒸发器冷凝式换热器11)连接储液器16，储液器16连接过滤器17，过滤器17连接制热膨胀阀19(制冷膨胀阀110)，制热膨胀阀19(制冷膨胀阀110)连接蒸发器冷凝式换热器11(水换热器15)，蒸发器冷凝式换热器11(水换热器15)连接四通换向阀14，形成一个制热(制冷)循环。换热模块1还设置了热交换气液分离器18，分别连接压缩机12的吸、排气端和过滤器17出口。并且，在过滤器17出口处设置了截止阀111，以及在储液器16的进口处设置了止回阀112。

溶液循环模块2包括溶液再生水箱21、溶液喷淋水箱22、溶液循环泵23、喷淋管24，溶液喷淋水箱22位于溶液再生水箱21上方，板片蒸发冷凝式换热器11固定连接在溶液再生水箱21和溶液喷淋水箱22之间，溶液喷淋水箱22顶部设置喷淋管24，喷淋管24与溶液再生水箱21之间设置有溶液循环泵23。溶液循环泵23的进口与溶液再生水箱21底部连接，溶液循环泵23的出口分为两路，一路连接喷淋管24，另一路连接用户侧主机溶液槽。碎冰输运与收集模块3包括碎冰输送机31和碎冰收集箱32。碎冰输送机31设置在板片蒸发冷凝式换热器11和溶液再生水箱21之间，且高于溶液液面设置。碎冰输送机31一端位于溶液再生水箱21内，碎冰输送机31另一端伸出溶液再生水箱21。碎冰收集箱32设置在碎冰输送机31伸出端的下方，当冰层脱落时可以落在碎冰输送机31上并被及时输送、排入碎冰收集箱32，有效解决了再生装置除冰问题，避免脱落的冰层掉入溶液再生水箱再次稀释溶液。

此外，碎冰输送机31的传送带链条空隙较小，有助于除冰运行时除去融化的水分，作进一步水、溶液隔离，带走从板片蒸发冷凝式换热器11上融化的水溶液进入碎冰收集箱32中，起到保护浓溶液的作用。自动控制模块用于监控溶液温度、蒸发压力、冰层厚度。

如图1和图3所示，溶液喷淋水箱22的箱体底板上沿板片长度方向开设若干喷淋孔221，并在底板外侧设置若干导流片222。导流片222一端焊在溶液喷淋水箱22底板外侧对应的喷淋孔221之间，导流片222另一端与板片蒸发冷凝式换热器11顶部相连接。

结冰运行模式下，板片蒸发冷凝式换热器11作为制冰部件，待浓缩溶液通过溶液循环泵23从溶液再生水箱21中打入溶液喷淋水箱22中，浓缩溶液直接进入喷淋管24中，溶液从喷淋管24底部开孔喷入溶液喷淋水箱22，再由溶液喷淋水箱22底部开孔流到板片蒸发冷凝式换热器11上，这样可以有效保证溶液喷淋水箱22中溶液的均匀性，以及液面的稳定性。

溶液流到换热模块1的板片蒸发冷凝式换热器11表面，与空气和板片蒸发冷凝式换热器11内部的制冷剂进行换热，并被不断地降温冷凝，一次循环换热后降温溶液流回溶液再生水箱21中，开始下一次换热循环。由于存在冰点差异，溶液中的水分到达对应温度后先在板片上结冰，多次循环后溶液中水含量逐步降低，理想状态下溶液中溶质保持不变或者轻微减少，溶液整体浓度上升，完成溶液再生过程。机组采用板片蒸发冷凝式换热器11换热效率高，结冰速度快，并且较其他形式换热器增大了结冰面积，使得整体换热过程加快，更利于冰的生成与凝结。

快速脱冰运行模式下，板片蒸发冷凝式换热器11作为蒸发器，表面制冰，采用系统监控对蒸发压力、与溶液温度做实时反馈，当溶液温度接近冰点温度(高于1度左右)，并长时间保持温度稳定，蒸发压力达到指定数值后，机组切换至制热脱冰模式，可实现机组的瞬间脱冰，脱冰时间短，缩短溶液再生周期。采用数字高速相机，监控冰层增加情况，防止由于传感器故障而产生的冰层额外压力，保护板片避免受力压弯、折断，同时可作为系统运行模式切换的额外参考。

脱冰前，机组进入除冰等待时间，期间控制板片温度使得表面与冰层接触位置做小部分融化，内层冰由于缓慢升温，与板片的粘合紧密度下降，之后逆循环融化的溶液起到润滑作用，冰层整体为片状脱落。

由于本实用新型所有设备均整合在一个框架内，结构紧凑且预留了溶液的对外进出口，可作为再生模块配套使用在不同能量等级的蒸发冷热泵和空气源热泵机组上且安装方便。

Claims (8)

1.一种快速除冰的溶液冷冻再生装置，其特征在于：包括换热模块(1)、溶液循环模块(2)、碎冰输运与收集模块(3)和自动控制模块；所述换热模块(1)包括板片蒸发冷凝式换热器(11)；

所述溶液循环模块(2)包括溶液再生水箱(21)和溶液喷淋水箱(22)，溶液喷淋水箱(22)位于溶液再生水箱(21)上方，板片蒸发冷凝式换热器(11)固定连接在溶液再生水箱(21)和溶液喷淋水箱(22)之间，溶液喷淋水箱(22)顶部设置喷淋管(24)，喷淋管(24)与溶液再生水箱(21)之间设置有溶液循环泵(23)；

所述碎冰输运与收集模块(3)部分设置在板片蒸发冷凝式换热器(11)和溶液再生水箱(21)之间，用于运输和收集碎冰；所述自动控制模块用于监控溶液温度、蒸发压力、冰层厚度。

2.根据权利要求1所述快速除冰的溶液冷冻再生装置，其特征在于：所述碎冰输运与收集模块(3)包括碎冰输送机(31)和碎冰收集箱(32)；

3.根据权利要求2所述快速除冰的溶液冷冻再生装置，其特征在于：所述碎冰输送机(31)设置在板片蒸发冷凝式换热器(11)和溶液再生水箱(21)之间，且高于溶液液面设置；所述碎冰输送机(31)一端位于溶液再生水箱(21)内，碎冰输送机(31)另一端伸出溶液再生水箱(21)。

4.根据权利要求3所述快速除冰的溶液冷冻再生装置，其特征在于：所述碎冰收集箱(32)设置在碎冰输送机(31)伸出端的下方，冰层脱落至碎冰输送机(31)后被传送至碎冰收集箱(32)内。

5.根据权利要求1所述快速除冰的溶液冷冻再生装置，其特征在于：所述溶液循环泵(23)的进口与溶液再生水箱(21)底部连接，溶液循环泵(23)的出口分为两路，一路连接喷淋管(24)，另一路连接用户侧主机溶液槽。

6.根据权利要求1所述快速除冰的溶液冷冻再生装置，其特征在于：所述溶液喷淋水箱(22)的箱体底板上沿板片长度方向开设若干喷淋孔(221)，并在底板外侧设置若干导流片(222)。

7.根据权利要求6所述快速除冰的溶液冷冻再生装置，其特征在于：所述导流片(222)一端焊在溶液喷淋水箱(22)底板外侧对应的喷淋孔(221)之间，导流片(222)另一端与板片蒸发冷凝式换热器(11)顶部相连接。

8.根据权利要求1所述快速除冰的溶液冷冻再生装置，其特征在于：所述自动控制模块包括数字高速相机。

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