本發(fā)明涉及一種利用熱泵技術(shù)提取冷水結(jié)冰時釋放潛熱對外供熱的冷水凝固潛熱的采集裝置及系統(tǒng)，屬于能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

采用熱泵技術(shù)，開發(fā)低品位可再生的清潔能源用于建筑物的制冷供暖，是節(jié)能減排的有效途徑之一，具有巨大的節(jié)能、環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)價值。利用熱泵技術(shù)提取凝固潛熱對外供熱在應(yīng)用中具有如下優(yōu)勢：其一，我國擁有極大量的地表水資源，但是冬季水溫很低，最低在2～4℃左右，此時可利用的顯熱能量空間已經(jīng)非常有限，提取凝固潛熱用于供熱可充分利用水中的熱量；其二，潛熱蘊涵的能量巨大，研究表明，1kg水的凝固潛熱為335kJ/kg，是每攝氏度顯熱的80倍左右；其三，當(dāng)5～30％含冰率的流體冰作為流動換熱的媒介與固體壁面接觸時，其換熱效率仍然很高，同時流體冰還具有良好的流動性、可以用泵運輸?shù)葍?yōu)點。研發(fā)出一套成熟可行的凝固潛熱采集系統(tǒng)對低品位能源的發(fā)展應(yīng)用具有重要的實際價值。凝固潛熱采集系統(tǒng)大大削減了建筑物供暖耗能，符合國家提倡的節(jié)能減排的綠色環(huán)保政策，其發(fā)展前景不言而喻。

但是在實際應(yīng)用凝固潛熱的熱泵系統(tǒng)時，由于現(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)連續(xù)不斷的結(jié)冰和及時有效的除冰，造成了熱泵系統(tǒng)無法連續(xù)不斷地從水中提取凝固潛熱，即熱泵系統(tǒng)無法持續(xù)不斷地供熱，致使至今未能得到示范應(yīng)用

專利號為“201410448663.X”，名稱為“一種基于管外連續(xù)機(jī)械刮冰的提取冷水凝固熱裝置”，公開號為“CN104197749.A”，其采用機(jī)械刮冰的方法來除冰。但由于采用單一機(jī)械刮冰方法，不能有效徹底的除冰，隨著換熱的進(jìn)行，其除冰難度會大大提升，且會減少刮刀的使用壽命，此外換熱管壁面上始終會覆有冰層，換熱效率低，系統(tǒng)的效率不高。

專利號為“200610009618.X”，名稱為“基于壁面彈性變形剝冰提取凝固潛熱制取流體冰的方法”，公開號為“CN100485293C”，其除冰方法是依靠壁面發(fā)生彈性變形，使所結(jié)冰層龜裂而剝落，雖然其理論上是可行的，但缺乏實用性。

專利號為“201210436817.4”，名稱為“冰蓄冷水蓄熱系統(tǒng)”，公開號為“CN102927638A”，其晚上制冷，白天使用，不連續(xù)，且制冷效率很低，不同于凝固潛熱提取，連續(xù)采冰供暖。

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(jìn)行在線制冰和除冰，雖然理論上成立，但在實際運行中因為冰層形成很快且冰層較厚，在砂的撞擊下，很難被及時有效的剝離，難以實現(xiàn)連續(xù)提取凝固熱供暖。

本發(fā)明采用間歇性熱融冰和機(jī)械碎冰相結(jié)合的技術(shù)，保證冰層及時剝落形成流體冰，排出換熱器，實現(xiàn)了凝固潛熱熱泵系統(tǒng)的連續(xù)供熱。此外，本發(fā)明系統(tǒng)除冰徹底，壁面上無殘冰附著，熱泵系統(tǒng)供暖效率高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種凝固潛熱采集裝置及系統(tǒng)，采用機(jī)械除冰和熱融冰相結(jié)合的技術(shù)，實現(xiàn)了冷水的連續(xù)結(jié)冰、除冰、排冰和再結(jié)冰的不間斷循環(huán)，保證了凝固潛熱熱泵系統(tǒng)的連續(xù)取熱和供熱的不間斷高效運行。

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)明提出的一種凝固潛熱采集裝置，它由換熱管、管排、冷水流道、刮刀、殼體、左集箱、右集箱、防凍水溶液進(jìn)口、防凍水溶液出口、冷水進(jìn)口、冷水出口、電機(jī)、減速器、主軸、基腳、冷水進(jìn)水腔和多個冷水進(jìn)水分口組成，所述的多根換熱管在垂直方向上組成管排，多根換熱管的兩端分別與左集箱和右集箱相連通；所述的兩個管排之間、管排與殼體之間留有冷水流道；所述的刮刀的一端與主軸連接且刮刀的刀身設(shè)置在冷水流道中；所述的殼體的左端與左集箱相連，殼體的右端與右集箱相連；所述的殼體的下部設(shè)置有冷水進(jìn)口，殼體的上部設(shè)置有冷水出口；所述的防凍水溶液進(jìn)口設(shè)置在左集箱上部；所述的防凍水溶液出口設(shè)置在右集箱的下部。

所述一種凝固潛熱采集裝置，防凍水溶液在左集箱和右集箱的作用下，呈從左至右，從上至下，來回往復(fù)流動。

所述一種凝固熱采集裝置，它還包括冷水進(jìn)水腔，多個冷水進(jìn)水分口，所述的冷水進(jìn)水腔與冷水進(jìn)口相連通；所述的多個冷水進(jìn)水分口分別設(shè)置在相對應(yīng)的冷水流道的左下方，且每個冷水進(jìn)水分口連通冷水進(jìn)水腔和相對應(yīng)的冷水流道。

本發(fā)明提出的一種凝固潛熱采集系統(tǒng)，它由熱泵機(jī)組、所述的凝固潛熱采集裝置、融冰換熱器、水源水泵、中介水泵、末端水泵、電動閥、末端供水管、末端回水管、融冰換熱器供水管、融冰換熱器回水管、中介水供水管、中介水回水管、水源進(jìn)水管、水源出水管、中介水回水管支管一、中介水回水管支管二組成，所述的熱泵機(jī)組與凝固潛熱采集裝置通過中介水供水管和中介水回水管形成密閉循環(huán)；所述的中介水泵設(shè)置在中介水供水管上；所述的末端供水管和末端回水管分別與熱泵機(jī)組相連；所述的水源進(jìn)水管和水源出水管分別與凝固潛熱采集裝置相連；所述的水源水泵設(shè)置在水源進(jìn)水管上；所述的中介水回水管支管一的一端與中介水回水管相連通，另一端與融冰換熱器相連通；所述的電動閥設(shè)置在中介水回水管支管一上；所述的中介水回水管支管二的一端與融冰換熱器相連通，另一端與中介水回水管相連通，且連通點位于凝固熱采集裝置和中介水回水管支管一與中介水回水管的連通點之間；所述的融冰換熱器供水管的一端與末端供水管相連通，另一端與融冰換熱器相連通；所述的融冰換熱器回水管的一端與融冰換熱器相連通，另一端與末端回水管相連通；所述的末端水泵設(shè)置在熱泵機(jī)組和融冰換熱器回水管與末端回水管的連通點之間。

所述的一種凝固潛熱采集系統(tǒng)，它還包括閥一、閥二，所述的閥一設(shè)置在中介水回水管與中介水回水管支管一的連通點和中介水回水管支管二與中介水回水管的連通點之間；所述的閥二設(shè)置在融冰換熱器供水管上。

所述的一種凝固潛熱采集系統(tǒng)，其特征在于它還包括水箱或水池，所述的水箱或水池與凝固潛熱采集裝置通過水源進(jìn)水管和水源出水管形成循環(huán)回路。

本發(fā)明的運行原理為：

在冷水流道中流動的冷水，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)結(jié)冰達(dá)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(jìn)行換熱，防凍水溶液溫度提升到0℃以上后，凝固潛熱采集裝置中的換熱管壁面的冰層受熱脫落。刮刀連續(xù)不斷的旋轉(zhuǎn)將冰層破碎，冷水帶著碎冰流出凝固潛熱采集裝置。冰層脫落后，融冰控制閥關(guān)閉，冷水繼續(xù)換熱結(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：

1、公開號為CN104197749A的專利利用單一機(jī)械刮冰方法，不能有效徹底的除冰；公開號為CN100485293C的專利利用壁面彈性剝冰方法，缺乏實用性；公開號為CN102927638A的專利晚上制冷，白天使用，不連續(xù)，且制冷效率很低；申請?zhí)枮?01610701458.9的專利利用固液流化床和旋流除砂工藝進(jìn)行在線制冰和除冰，實際達(dá)不到預(yù)期效果。本發(fā)明采用機(jī)械除冰和間歇回?zé)崛诒嘟Y(jié)合的技術(shù)，可有效徹底除冰，實現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)不間斷安全運行。

2、本發(fā)明利用間歇性熱融冰和機(jī)械碎冰的方式，換熱管壁上的冰層吸熱融化松動，刮刀連續(xù)不斷的旋轉(zhuǎn)將冰層破碎，碎冰隨水流流出換熱器，除冰效果好，不會殘留冰層附著在換熱管壁上，換熱效率高，系統(tǒng)效率可提高30％以上。

3、本發(fā)明系統(tǒng)是采用間歇性熱熔冰和機(jī)械碎冰相結(jié)合的工藝，與利用單一機(jī)械方式碎冰相比，不僅提高了換熱效率，而且延長了機(jī)械部件的使用壽命，后期維護(hù)檢修成本大大降低，其運行成本將減少20％左右。

4、本發(fā)明系統(tǒng)可實現(xiàn)水的連續(xù)結(jié)冰、除冰和再結(jié)冰的不間斷循環(huán)，一般的凝固潛熱熱泵系統(tǒng)需要停機(jī)融冰，而本系統(tǒng)可實現(xiàn)連續(xù)不間斷供熱，實用性強(qiáng)，使用效果好，避免了因停機(jī)而無法供熱給用戶帶來的麻煩與困擾。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置的主剖圖；

圖2是本發(fā)明裝置的主視圖；

圖3是圖1的A-A截面的剖視圖；

圖4是圖2的B-B截面的剖視圖；

圖5是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明具體實施方式五的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明具體實施方式六的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，換熱管1、管排2、冷水流道3、刮刀4、殼體5、左集箱6、右集箱7、防凍水溶液進(jìn)口8、防凍水溶液出口9、冷水進(jìn)口10、冷水出口11、電機(jī)12、減速器13、主軸14、基腳15、冷水進(jìn)水腔16、冷水進(jìn)水分口17、熱泵機(jī)組18、凝固熱采集裝置19、融冰換熱器20、水源水泵21、中介水泵22、末端水泵23、電動閥24、末端供水管25、末端回水管26、融冰換熱器供水管27、融冰換熱器回水管28、中介水供水管29、中介水回水管30、水源進(jìn)水管31、水源出水管32、中介水回水管支管一33、中介水回水管支管二34、閥一35、閥二36、水箱或水池37。

具體實施方式

具體實施方式一，如圖1～3所示，本實施方式的一種凝固潛熱采集裝置，它由換熱管1、管排2、冷水流道3、刮刀4、殼體5、左集箱6、右集箱7、防凍水溶液進(jìn)口8、防凍水溶液出口9、冷水進(jìn)口10、冷水出口11、電機(jī)12、減速器13、主軸14、基腳15、冷水進(jìn)水腔16和多個冷水進(jìn)水分口17組成，所述的多根換熱管1在垂直方向上組成管排2，多根換熱管1的兩端分別與左集箱6和右集箱7相連通；所述的兩個管排2之間、管排2與殼體5之間留有冷水流道3；所述的刮刀4的一端與主軸14連接且刮刀4的刀身設(shè)置在冷水流道3中；所述的殼體5的左端與左集箱6相連，殼體5的右端與右集箱7相連；所述的殼體5的下部設(shè)置有冷水進(jìn)口10，殼體5的上部設(shè)置有冷水出口11；所述的防凍水溶液進(jìn)口8設(shè)置在左集箱6上部；所述的防凍水溶液出口設(shè)置在右集箱7的下部。

具體實施方式二，本實施方式的一種凝固潛熱采集裝置，防凍水溶液在左集箱6和右集箱7的作用下，呈從左至右，從上至下，來回往復(fù)流動。

具體實施方式三，如圖4所示，本實施方式的一種凝固潛熱采集裝置，所述的冷水進(jìn)水腔16與冷水進(jìn)口10相連通；所述的多個冷水進(jìn)水分口17分別設(shè)置在相對應(yīng)的冷水流道3的左下方，且每個冷水進(jìn)水分口17連通冷水進(jìn)水腔16和相對應(yīng)的冷水流道3。

具體實施方式四，如圖5所示，本實施方式的一種凝固潛熱采集系統(tǒng)，它由熱泵機(jī)組18、具體實施方式一、二、三所述的凝固熱采集裝置19、融冰換熱器20、水源水泵21、中介水泵22、末端水泵23、電動閥24、末端供水管25、末端回水管26、融冰換熱器供水管27、融冰換熱器回水管28、中介水供水管29、中介水回水管30、水源進(jìn)水管31、水源出水管32、中介水回水管支管一33、中介水回水管支管二34組成，所述的熱泵機(jī)組18與凝固熱采集裝置19通過中介水供水管29和中介水回水管30形成密閉循環(huán)；所述的中介水泵22設(shè)置在中介水供水管29上；所述的末端供水管25和末端回水管26分別與熱泵機(jī)組18相連；所述的水源進(jìn)水管31和水源出水管32分別與凝固熱采集裝置19相連；所述的水源水泵21設(shè)置在水源進(jìn)水管31上；所述的中介水回水管支管一33的一端與中介水回水管30相連通，另一端與融冰換熱器20相連通；所述的電動閥24設(shè)置在中介水回水管支管一33上；所述的中介水回水管支管二34的一端與融冰換熱器20相連通，另一端與中介水回水管30相連通，且連通點位于凝固熱采集裝置19和中介水回水管支管一33與中介水回水管30的連通點之間；所述的融冰換熱器供水管27的一端與末端供水管25相連通，另一端與融冰換熱器20相連通；所述的融冰換熱器回水管28一端與融冰換熱器20相連通，另一端與末端回水管26相連通；所述的末端水泵23設(shè)置在熱泵機(jī)組18和融冰換熱器回水管28與末端回水管26的連通點之間。

具體實施方式五，如圖6所示，本實施方式的系統(tǒng)與具體實施方式四的不同點是，它還包括閥一35、閥二36，所述的閥一35設(shè)置在中介水回水管30與中介水回水管支管一33的連通點和中介水回水管支管二34與中介水回水管30的連通點之間；所述的閥二36設(shè)置在融冰換熱器供水管27上。該實施方式的有益效果是通過閥開啟度控制流體流量，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

具體實施方式六，如圖7所示，本實施方式的系統(tǒng)與具體實施方式五的不同點是，它還包括水箱37，所述的水箱37與凝固熱采集裝置19通過水源進(jìn)水管31和水源出水管32形成循環(huán)回路。該實施方式的有益效果是以水箱或水池作為冷水取水點或儲冰點或排冰集中點或冰和冷水的分離點。

工作原理

在水源水泵21的作用下，冷水從冷水進(jìn)口10進(jìn)入冷水進(jìn)水腔16，并經(jīng)各個冷水進(jìn)水分口17進(jìn)入各個對應(yīng)的冷水流道3，冷水在冷水流道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熱后在換熱管1壁面結(jié)冰，當(dāng)結(jié)冰達(dá)到一定厚度后，電動閥24開啟，部分防凍水溶液進(jìn)入融冰換熱器20內(nèi)與熱水進(jìn)行換熱，當(dāng)防凍水溶液溫度提升到0℃以上后，凝固熱采集裝置19中的換熱管1壁面的冰層受熱脫落，同時電機(jī)12和減速器13帶動刮刀4連續(xù)不斷的旋轉(zhuǎn)將冰層破碎，冷水帶著碎冰流出凝固熱采集裝置19。冰層脫落后，電動閥24關(guān)閉，冷水繼續(xù)換熱結(jié)冰，如此反復(fù)。在中介水泵22的作用下，中介換熱介質(zhì)經(jīng)由中介水供水管29進(jìn)入熱泵機(jī)組18，在熱泵機(jī)組18中釋放出熱量后經(jīng)由中介水回水管30進(jìn)入凝固熱采集裝置19，中介換熱介質(zhì)在凝固熱采集裝置19中吸收水的凝固熱后流入中介水供水管29完成密閉循環(huán)。在末端水泵23作用下，末端水經(jīng)末端回水管26進(jìn)入熱泵機(jī)組18，在熱泵機(jī)組18中吸熱溫升后經(jīng)末端供水管25送至用戶用以供暖。

水源可以設(shè)置為水箱或水池37，水源水泵21抽取水箱或水池37中的冷水，經(jīng)由水源進(jìn)水管31進(jìn)入凝固熱采集裝置19，部分水在凝固熱采集裝置19中釋放出凝固潛熱后凝結(jié)成冰，附著在換熱管壁面的冰在機(jī)械刮冰和回?zé)崛诒碾p重作用下形成流體冰，流體冰經(jīng)水源出水管32進(jìn)入水箱或水池37。

以上所述只是闡述了本發(fā)明的基本原理和特性，本發(fā)明不受上述所述限制，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還有各種變化和改變，這些變化和改變都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。