本發(fā)明涉及一種提取冷水結(jié)冰時釋放潛熱對外供熱的冷水凝固潛熱采集方法，屬于能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

采用熱泵技術(shù)從水源中提取低品位冷熱量為建筑物供熱供冷，具有巨大的節(jié)能、環(huán)保以及經(jīng)濟價值，是節(jié)能減排的重要途徑之一。然而受水源的限制，需要供熱的地方?jīng)]有水源，有大量水源的地方，可能沒有建筑物，這使得水源熱泵的應(yīng)用受到了限制。如果能夠有效的提取冷水結(jié)冰時釋放的凝固潛熱，則用水量可大幅度減少，因為0℃的水變成0℃的冰，相當(dāng)于水的溫度降低了約80℃，水的凝固潛熱巨大。提取冷水凝固潛熱為建筑物供熱，具有三大優(yōu)勢：(1)可以減少水源消耗量，或同等水源可增大供熱面積10倍以上；(2)當(dāng)用水量大幅度減少后，可將水進行遠距離輸送；(3)條件合適時，可建造人工蓄水池供熱。

但提取冷水凝固潛熱的技術(shù)難題是如何在低投入、高效率條件下實現(xiàn)連續(xù)結(jié)冰、除冰和排冰過程，在該過程連續(xù)反復(fù)過程中，熱泵機組持續(xù)不間斷運行。該技術(shù)難題尚未有效解決，提取冷水凝固潛熱的熱泵供熱系統(tǒng)也未實踐應(yīng)用。

提取冷水凝固潛熱與制冰或冰蓄冷技術(shù)雖然都產(chǎn)生冰，但本質(zhì)上有較大差異，前者是提取潛熱對外供熱，后者是為了制冰，其目的完全不同，前者需要持續(xù)不斷的對外供熱(結(jié)冰、除冰和排冰過程中取熱不間斷)，后者可間歇性制冰，這就決定了兩者需要完全不同的技術(shù)方案。

專利號為“200610009616.0”，名稱為“一種冷水凝固熱的采集裝置”，公開號為“CN11800746A”的專利，在結(jié)冰的換熱管內(nèi)設(shè)置蛟龍刮板，利用機械除冰。該技術(shù)方案存在機械工藝復(fù)雜，加工精度要求較高，另外，完全靠機械刮冰，不僅需要機械功大，能耗大，后期的運行維護難度也較大。

專利號為“201210436817.4”，名稱為“冰蓄冷水蓄熱系統(tǒng)”，公開號為“CN102927638A”的專利，其晚上制冷，白天使用，不連續(xù)，且效率很低，不同于提取冷水凝固潛熱，需要連續(xù)運行。

發(fā)明人申請的專利，申請?zhí)枮椤?01610701458.9”，名稱是“一種提取凝固熱或制冰的熱泵供熱供冷系統(tǒng)”，該專利是采用固液流化床和旋流除砂工藝進行在線制冰和除冰，在實際運行中由于冰層形成較快，冰層在砂的撞擊下，不能及時有效的剝離，還不能實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定地提取凝固潛熱。

本發(fā)明利用冷水寬流道和熱融冰與機械排冰的方法，在低成本、高效率條件下，保證結(jié)冰、除冰、排冰和再結(jié)冰的不間斷循環(huán)，實現(xiàn)了提取冷水凝固潛熱的連續(xù)穩(wěn)定運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種冷水凝固潛熱采集方法，利用冷水寬流道和熱融冰與機械排冰的方法，保證水的連續(xù)結(jié)冰、除冰和再結(jié)冰的不間斷循環(huán)，實現(xiàn)了提取冷水凝固潛熱的連續(xù)穩(wěn)定運行。

本發(fā)明為解決以上技術(shù)問題，所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的一種冷水凝固潛熱采集方法，所述的方法包括以下步驟：

步驟一：多根換熱管在垂直方向組成換熱管排，多個換熱管排在水平方向平行布置，多根換熱管的兩端分別與左集箱和右集箱相連通，每兩個換熱管排之間留有10～80mm的間距，冷水在該間距內(nèi)流動，該間距稱之為冷水寬流道，溫度介于0℃～-6℃之間的防凍水溶液在每根換熱管的管內(nèi)流動，并通過在左集箱和右集箱之間來回形成多管程流動，防凍水溶液在流動過程中通過換熱管管壁與冷水換熱，冷水釋放熱量后，部分冷水在冷水寬流道兩側(cè)的換熱管壁面結(jié)冰，實現(xiàn)結(jié)冰過程；

步驟二：當(dāng)冷水寬流道兩側(cè)的換熱管壁面結(jié)冰達到一定厚度(2～5mm)后，融冰控制閥開啟，部分防凍水溶液與熱水在融冰換熱器內(nèi)進行熱交換，防凍水溶液溫度提高到0℃以上后，冷水寬流道兩側(cè)的換熱管壁面的冰層受熱脫落，實現(xiàn)除冰過程；

步驟三：電機和減速機帶動刮刀連續(xù)不停的旋轉(zhuǎn)，刮刀在冷水寬流道內(nèi)轉(zhuǎn)動，冷水未結(jié)冰時，刮刀擾動水流，加強換熱，冰層脫落后，刮刀將冰層破碎，冷水帶動碎冰在冷水寬流道內(nèi)流動，最后從冷水出口流出，實現(xiàn)排冰過程；

步驟四：當(dāng)冷水寬流道兩側(cè)的換熱管壁面冰層脫落后，融冰控制閥關(guān)閉，低于0℃的防凍水溶液與冷水再次換熱，換熱管壁再次結(jié)冰，如此反復(fù)。

所述的一種冷水凝固潛熱采集方法，其特征是設(shè)置防凍水溶液循環(huán)泵和熱泵機組，防凍水溶液在換熱管和熱泵機組之間反復(fù)循環(huán)。

所述的一種冷水凝固潛熱采集方法，其特征是兩個換熱管排之間的間距為20～60mm。

所述的一種冷水凝固潛熱采集方法，其特征是兩個換熱管排之間的間距為20～30mm。

本發(fā)明的運行原理為：

冷水在冷水寬流道中流動，通過換熱管壁與換熱管內(nèi)低于0℃的防凍水溶液換熱，部分冷水釋放出凝固潛熱后在換熱管壁面結(jié)冰，當(dāng)冷水寬流道兩側(cè)結(jié)冰達到一定厚度后，融冰控制閥開啟，部分防凍水溶液與熱水在融冰換熱器內(nèi)進行換熱，防凍水溶液溫度提升到0℃以上后，冷水寬流道兩側(cè)的冰層受熱脫落。電機和減速機帶動主軸上的刮刀連續(xù)不斷的旋轉(zhuǎn)，刮刀在冷水寬流道內(nèi)轉(zhuǎn)動時，一方面起水流擾動加強換熱作用，另一方面當(dāng)冰層從壁面脫落后，將冰層破碎，攪動冷水，讓冷水帶著碎冰流出。冰層脫落后，融冰控制閥關(guān)閉，冷水繼續(xù)釋放熱量再次在冷水寬流道兩側(cè)結(jié)冰，如此反復(fù)。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下特點及其有益效果：

一、本發(fā)明采取在冷水寬流道兩側(cè)結(jié)冰，利用刮刀連續(xù)轉(zhuǎn)動除冰和排冰，保證了冷水流道的暢通，除冰、排冰效果好，換熱效率可提高30％以上。

二、本發(fā)明采用熱融冰和機械排冰相結(jié)合，不僅提高了換熱效率，而且由于機械排冰的耗功和磨損均達到最小狀態(tài)，不僅延長了機械部件的使用壽命，而且后期維護檢修成本大大降低，其運行成本將減少20％左右。

三、本發(fā)明可實現(xiàn)冷水的連續(xù)結(jié)冰、除冰、排冰和再結(jié)冰的不間斷循環(huán)，一般制冰或冰蓄冷工藝需要停機融冰，而本發(fā)明可連續(xù)穩(wěn)定提取冷水凝固潛熱，在低投入、高效率條件下，實現(xiàn)了提取冷水凝固潛熱對外供熱，實用性強。

本發(fā)明與公開號為CN11800746A、公開號為CN102927638A和申請?zhí)枮?01610701458.9及其類似的專利的區(qū)別是：

(1)方法的原理不同。本方法是采取在冷水寬流道兩側(cè)結(jié)冰、除冰和排冰，通過熱融冰和機械排冰相結(jié)合，實現(xiàn)結(jié)冰、除冰、排冰和再結(jié)冰的不間斷循環(huán)。而公開號為CN11800746A的專利利用單一機械刮冰方法；申請?zhí)枮?01610701458.9的專利利用固液流化床和旋流除砂工藝進行在線制冰和除冰。

(2)方法的功能不同。盡管都是提取冷水凝固潛熱供熱，但本發(fā)明可以實現(xiàn)連續(xù)不間斷供熱。而公開號為CN11800746A的專利，隨著供熱的進行，冰層的加厚，它需要停機融冰，公開號為CN102927638A的專利，晚上制冷，白天使用，不連續(xù)。申請?zhí)枮?01610701458.9的專利，砂的沖擊力不足以剝落冰層，也需停機。

(3)方法的效果不同。本發(fā)明除冰徹底，無冰層殘留覆蓋，換熱效率高，系統(tǒng)的效率大大提高。而公開號為CN11800746A的專利利用單一機械刮冰方法，不能有效徹底的除冰，換熱效率低；公開號為CN102927638A的專利制冷效率很低；申請?zhí)枮?01610701458.9的專利除冰不及時，換熱效率低，大大降低了系統(tǒng)的效能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的原理圖；

圖2是圖1的A-A截面的剖視圖；

圖3是具體實施方式二的原理圖。

圖中，換熱管1、換熱管排2、冷水寬流道3、左集箱4、右集箱5、防凍水溶液入口6、防凍水溶液出口7、冷水進口8、冷水出口9、電機10、減速器11、主軸12、刮刀13、融冰換熱器14、融冰控制閥15、熱泵機組16、防凍水溶液循環(huán)泵17、末端循環(huán)水泵18。

具體實施方式

具體實施方式一，如圖1～2所示，本實施方式由如下步驟組成：(一)多根換熱管1在垂直方向組成換熱管排2，多個換熱管排2在水平方向平行布置，多根換熱管1的兩端分別與左集箱4和右集箱5相連通，每兩個換熱管排2之間留有10～80mm的間距，冷水在該間距內(nèi)流動，該間距稱之為冷水寬流道3，溫度介于0℃～-6℃之間的防凍水溶液在每根換熱管的管內(nèi)流動，并通過在左集箱4和右集箱5之間來回形成多管程流動，防凍水溶液在流動過程中通過換熱管管壁與冷水換熱，冷水釋放熱量后，部分冷水在冷水寬流道3兩側(cè)的換熱管壁面結(jié)冰，實現(xiàn)結(jié)冰過程；(二)當(dāng)冷水寬流道3兩側(cè)的換熱管壁面結(jié)冰達到一定厚度(2～5mm)后，融冰控制閥15開啟，部分防凍水溶液與熱水在融冰換熱器14內(nèi)進行熱交換，防凍水溶液溫度提高到0℃以上后，冷水寬流道3兩側(cè)的換熱管壁面的冰層受熱脫落，實現(xiàn)除冰過程；(三)電機10和減速機11帶動刮刀13連續(xù)不停的旋轉(zhuǎn)，刮刀13在冷水寬流道3內(nèi)轉(zhuǎn)動，冷水未結(jié)冰時，刮刀13擾動水流，加強換熱，冰層脫落后，刮刀將冰層破碎，冷水帶動碎冰在冷水寬流道3內(nèi)流動，最后從冷水出口9流出，實現(xiàn)排冰過程；(四)當(dāng)冷水寬流道3兩側(cè)的換熱管壁面冰層脫落后，融冰控制閥15關(guān)閉，低于0℃的防凍水溶液與冷水再次換熱，換熱管壁再次結(jié)冰，如此反復(fù)。

具體實施方式二，如圖3所示，本實施方式的一種冷水凝固潛熱采集方法，是在具體實施方式一的基礎(chǔ)上設(shè)置防凍水溶液循環(huán)泵17和熱泵機組16，防凍水溶液在換熱管1和熱泵機組16之間反復(fù)循環(huán)。

具體實施方式三，本實施方式是兩個換熱管排2之間的間距為20～60mm。

具體實施方式四，本實施方式是兩個換熱管排2之間的間距為20～30mm。

工作原理

防凍水溶液從防凍水溶液進口6進入左集箱4再進入換熱管1，冷水在冷水寬流道3中流動，通過換熱管壁與換熱管1內(nèi)低于0℃的防凍水溶液換熱，部分冷水釋放出凝固潛熱后在冷水寬流道3兩側(cè)結(jié)冰，當(dāng)結(jié)冰達到一定厚度后，融冰控制閥15開啟，部分防凍水溶液與熱水在融冰換熱器14內(nèi)進行換熱，防凍水溶液溫度提升到0℃以上后，冷水寬流道3兩側(cè)的冰層受熱脫落。電機10和減速器11帶動刮刀13連續(xù)不斷的旋轉(zhuǎn)將冰層破碎，冷水帶著碎冰從冷水出口9流出。冰層脫落后，融冰控制閥15關(guān)閉，冷水繼續(xù)換熱結(jié)冰，如此反復(fù)。在防凍水溶液循環(huán)泵17的作用下，防凍水溶液經(jīng)進入熱泵機組16，在熱泵機組16中釋放出熱量后進入換熱管1，防凍水溶液在換熱管1中吸收水的凝固潛熱后再進入熱泵機組16完成密閉循環(huán)。在末端循環(huán)水泵18作用下，末端水進入熱泵機組16，在熱泵機組16中吸熱溫升后被送至用戶用以供熱。