一种新型的水源相变换热装置及热泵系统的制作方法

[0001]
本发明涉及一种新型的水源相变换热装置及热泵系统，属于能源技术领域。


背景技术：

[0002]
采用冷水相变能热泵技术，提取冷水中蕴藏的巨大相变能用于建筑物的供热供冷，是节能减排的有效途径之一，具有巨大的节能、环保以及经济价值。但是，在实际应用冷水相变能热泵系统时，由于现有技术无法实现取热结冰、除冰和再结冰的不间断循环，造成了热泵系统无法连续不断的从水中提取凝固潜热，即热泵系统无法持续不断的供热。
[0003]
专利号为“cn201810748604.2”，名称为“一种冷水相变机及热泵系统”，公开号为“cn108626927a”，其采用间歇式热融冰和机械刮冰的方法来除冰。但由于采用机械刮冰和间歇式融冰的方法，冷水相变机排冰过程中热泵系统停止换热，不能保证热泵系统的连续换热，且由于换热管排水平排列，刮刀在除冰过程中受焊缝剪切阻力较大，提高了刮刀和链条出现故障的机率，影响冷水相变机的排冰效果。
[0004]
专利号为“201410448663.x”，名称为“一种基于管外连续机械刮冰的提取冷水凝固热装置”，公开号为“cn104197749.a”，其采用机械刮冰的方法来除冰。但由于采用单一机械刮冰方法，不能有效彻底的除冰，随着换热的进行，冰层迅速加厚，此外换热管壁面上始终会覆有冰层，换热效率低，系统的效率不高。
[0005]
发明人申请的专利，申请号为“201610701458.9”，名称是“一种提取凝固热或制冰的热泵供热供冷系统”。该专利是采用固液流化床和旋流除砂工艺进行在线制冰和除冰，虽然理论上成立，但在实际运行中因为冰层形成很快且冰层较厚，在砂粒的撞击下，很难被及时有效的剥离，难以实现连续提取凝固热供暖。
[0006]
发明人申请的申请号为“201611267872.x”的专利，名称是“一种凝固潜热采集装置及系统”，该专利存在刮刀无法准确落回冷水流道的问题，刮刀与换热管排有较大磨损，影响刮刀与换热管排的使用寿命。
[0007]
发明人申请的专利，申请号为“201711495295.4”，名称是“一种提取凝固热或制冰的热泵供热供冷系统”。该专利的刮刀呈钟摆运动，留有运动死区，无法实现彻底除冰。
[0008]
本发明采用立式换热管宽流道和上下检修口设计，利用刮刀无死角刮削冰层，既保证了刮刀除冰过程中受力减小，又能保证及时剥落的冰层快速形成冰水混合物，排出冷水相变机，实现了冷水相变能热泵系统的连续供热；同时双开门检修口方便冷水相变机检修，节省检修空间。


技术实现要素：

[0009]
本发明的目的是提供一种新型的水源相变换热装置及热泵系统，利用刮刀的上下垂直往复运动，保证了冷水相变机的无死角除冰，及时的将被粉碎的冰水混合物从排冰口
排出。
[0010]
本发明为解决以上技术问题，所采取的技术方案是：本发明提出的一种新型的水源相变换热装置，它由换热管、管排、冷水流道、刮刀、传动链一、传动链二、主轴一、主轴二、上传动轮一、上传动轮二、下传动轮一、下传动轮二、传动电机一、传动电机二、壳体、上导流箱、下导流箱、上检修门、下检修门、防冻水溶液进口、防冻水溶液出口、排冰口一、排冰口二、排冰管一、排冰管二、冷水进口组成，所述的多根换热管在垂直方向，组成管排，多根换热管的上下两端分别与上导流箱和下导流箱相连通；所述的两个管排之间、管排与壳体之间留有冷水流道；所述的主轴设置在壳体的两端；所述的上传动轮沿轴向均匀布置在主轴上；所述的下传动轮设置在壳体的下部，且和上传动轮垂直对应设置；所述的传动链套在上传动轮和下传动轮上，且会随着上传动轮的转动带动下传动轮转动；所述的刮刀两端与传动链相连接，刮刀刀身位于冷水流道内，且在传动链的传动作用下沿冷水流道上下垂直往复运动；所述的主轴一和传动电机一相连接；所述的主轴二和传动电机二相连接；所述的壳体的上端与上导流箱相连接，壳体的下端与下导流箱相连接；所述的壳体的下部设置有冷水进口，壳体的上部设置有排冰口一和排冰口二；所述的排冰口一和排冰管一相连通；所述的排冰口二和排冰管二相连通；所述的冷水进口和冷水流道相连通；所述的防冻水溶液进口设置在上导流箱左上侧；所述的防冻水溶液出口设置在下导流箱的右下侧。
[0011]
所述的一种新型的水源相变换热装置，所述的刮刀上设置有导向轮和刮冰刀齿。
[0012]
所述的一种新型的水源相变换热装置，所述的上检修门和下检修门分别由销子和固定螺栓固定在壳体上下两端。
[0013]
所述的一种新型的水源相变换热装置，它还包括一个外置可观测行程控制装置，所述的外置可观测行程控制装置包括滑轨、上行程限位开关、下行程限位开关、限位撞块、张紧链轮和外置传动链，所述的滑轨的顶端设置上行程限位开关，底端设置下行程限位开关；所述的限位撞块套在滑轨上，且和外置传动链相连接；所述的张紧链轮设置在壳体基脚处；所述的外置传动链一端和张紧链轮相连接，另一端和主轴相连接。
[0014]
一种新型的水源相变热泵系统，其特征在于它由所述的冷水相变机一、冷水相变机二、热泵机组、除冰换热器、冷水泵、中介水泵、末端水泵、电动阀一、电动阀二、电动阀三、电动阀四、电动阀五、电动阀六、电动阀七、调节阀一、调节阀二、末端供水管、末端回水管、除冰换热器供水管、除冰换热器回水管、中介水供水管、中介水回水管、中介水回水管一、中介水回水管二、水源进水管、水源出水管、中介融冰供水管、中介融冰回水管、中介融冰回水管一、中介融冰回水管二组成，所述的热泵机组与冷水相变机一、冷水相变机二通过中介水供水管和中介水回水管形成闭式循环；所述的中介水泵设置在中介水供水管上；所述的末端供水管和末端回水管分别与热泵机组相连通；所述的水源进水管一端与冷水相变机二相连通；所述的冷水泵设置在水源进水管上；所述的中介融冰供水管的一端与中介水回水管相连通，另一端与除冰换热器相连通；所述的电动阀七设置在中介融冰供水管上；所述的中介融冰回水管的一端与除冰换热器相连通，另一端与中介融冰回水管一和中介融冰回水管二并联连通，且连通点位于中介融冰回水管一和中介融冰回水管二之间；所述的中介融冰回水管一的一端与中介融冰回水管相连通，另一端与冷水相变机一相连通，且连通点位于冷水相变机一和中介回水管二与中介水回水管的连通点之间；所述的电动阀三位于上述两
连通点之间；所述的电动阀五设置在中介融冰回水管一上；所述的中介融冰回水管二的一端与冷水相变机二相连通，中介融冰回水管相连通，且连通点位于中介融冰回水管与中介融冰回水管一的连通点之间；所述的电动阀六和电动阀四设置在中介融冰回水管二上；所述的除冰换热器供水管的一端与末端回水管相连通，另一端与除冰换热器相连通；所述的除冰换热器回水管一端与除冰换热器相连通，另一端与末端回水管相连通；所述的末端水泵设置在热泵机组和除冰换热器回水管与末端回水管的连通点之间；所述的调节阀一位于中介水回水管上，且位于中介融冰供水管和中介水回水管的连通点与中介融冰回水管二和中介水回水管的连通点之间；所述的调节阀二位于末端回水管上，且位于除冰换热器供水管和末端回水管的连通点与除冰换热器回水管和末端回水管的连通点之间。
[0015]
本发明的运行原理为：在冷水流道中流动的冷水，通过换热管壁与换热管内低于0℃的防冻水溶液换热，部分冷水释放出相变能后在换热管壁面结冰，当结冰达到一定厚度后，连接冷水相变机一的中介水管道电动阀门关闭，连接冷水相变机二的中介管道电动阀门开启，冷水相变机一结冰结束进入排冰阶段，冷水相变机二开始进入结冰取热阶段；同时连接冷水相变机一的中介进水管的融冰电动阀开启，部分防冻水溶液与热水在除冰换热器内进行换热，防冻水溶液温度提升到0℃以上后，冷水相变机中的换热管壁面的冰层受热脱落。刮刀由下而上往复运动刮削冰层，并将挂削下来的冰层带至冷水流道上部，宽流道设计保证有足够的水量将冰层冲离相变机。除冰结束后，融冰控制阀关闭，如此反复运行。
[0016]
本发明相对于现有技术具有如下特点及其有益效果：1、本发明刮刀在传动链的牵引作用下沿冷水流道上下垂直往复运动刮削冰层，保证无死角、均匀的刮除换热管壁面冰层，提高换热效率。
[0017]
2、本发明将卧式冷水相变机改为立式冷水相变机，保证刮刀只受到冰层重力和摩擦阻力，免去了管排壁焊缝的剪切阻力，大大提高了链条和刮刀的使用寿命。
[0018]
3、本发明节省了破冰推进器，增加管排之间间隙，利用大流量水流将破碎冰层排出冷水相变机，提高了设备运行的稳定性和可靠性，大大降低制造成本。
[0019]
4、本发明将原专利左右单向检修门改为上下双向检修门，节省冷水相变机的检修空间，更方便检测和维修中间换热管。
[0020]
5、本发明的运行系统设置了两个冷水相变机，在其中一台冷水机组进入除冰状态时，可自动切换到另一台冷水相变机持续进行制冰取热，保证了热泵系统的不间断供热。
附图说明
[0021]
图1是本发明的主视图；图2是本发明的剖视图；图3是本发明的俯视图；图4是本发明具体实施方式一的结构示意图；图5是本发明系统的结构示意图；图中，换热管1、管排2、冷水流道3、刮刀4、传动链一5-1、传动链二5-2、主轴一6-1、主轴二6-2、上传动轮一7-1、上传动轮二7-2、下传动轮一8-1、下传动轮二8-2、传动电机一9-1、传动电机二9-2、壳体10、上导流箱11、下导流箱12、上检修门13、下检修门14、防冻水溶液进
口15、防冻水溶液出口16、排冰口一17-1、排冰口二17-2、排冰管一18-1、排冰管二18-2、冷水进口19、销子20、固定螺栓21、导向轮22、刮冰刀齿23、冷水相变机一24-1、冷水相变机二24-2、热泵机组25、除冰换热器26、冷水泵27、中介水泵28、末端水泵29、电动阀一30-1、电动阀二30-2、电动阀三30-3、电动阀四30-4、电动阀五30-5、电动阀六30-6、电动阀七30-7、调节阀一31-1、调节阀二31-2、末端供水管32、末端回水管33、除冰换热器供水管34、除冰换热器回水管35、中介水供水管36、中介水回水管37、中介水回水管一37-1、中介水回水管二37-2、水源进水管38、水源出水管39、中介融冰供水管40、中介融冰回水管41、中介融冰回水管一41-1、中介融冰回水管二41-2、外置可观测行程控制装置42、滑轨43、上行程限位开关44、下行程限位开关45、限位撞块46、张紧链轮47、外置传动链48。
具体实施方式
[0022]
具体实施方式一，如图1～3所示，本实施方式的一种新型的水源相变换热装置，它由换热管1、管排2、冷水流道3、刮刀4、传动链一5-1、传动链二5-2、主轴一6-1、主轴二6-2、上传动轮一7-1、上传动轮二7-2、下传动轮一8-1、下传动轮二8-2、传动电机一9-1、传动电机二9-2、壳体10、上导流箱11、下导流箱12、上检修门13、下检修门14、防冻水溶液进口15、防冻水溶液出口16、排冰口一17-1、排冰口二17-2、排冰管一18-1、排冰管二18-2、冷水进口19组成，所述的多根换热管1在垂直方向，组成管排2，多根换热管1的上下两端分别与上导流箱11和下导流箱12相连通；所述的两个管排2之间、管排2与壳体10之间留有冷水流道3；所述的主轴6设置在壳体10的两端；所述的上传动轮7沿轴向均匀布置在主轴6上；所述的下传动轮8设置在壳体10的下部，且和上传动轮7垂直对应设置；所述的传动链5套在上传动轮7和下传动轮8上，且会随着上传动轮7的转动带动下传动轮8转动；所述的刮刀4两端与传动链5相连接，刮刀4刀身位于冷水流道3内，且在传动链5的传动作用下沿冷水流道3上下垂直往复运动；所述的主轴一6-1和传动电机一9-1相连接；所述的主轴二6-2和传动电机二9-2相连接；所述的壳体10的上端与上导流箱11相连接，壳体10的下端与下导流箱12相连；所述的壳体10的下部设置有冷水进口19，壳体10的上部设置有排冰口一17-1和排冰口二17-2；所述的排冰口一17-1和排冰管一18-1相连通；所述的排冰口二17-2和排冰管二18-2相连通；所述的冷水进口19和冷水流道3相连通；所述的防冻水溶液进口15设置在上导流箱11左上侧；所述的防冻水溶液出口16设置在下导流箱12的右下侧。
[0023]
具体实施方式二，如图2所示，本实施方式的一种新型的水源相变换热装置，所述的刮刀4上设置有导向轮22和刮冰刀齿23。本实施方式的有益效果是减少刮刀与换热壁面的碰撞，增长刮刀的使用寿命。
[0024]
具体实施方式三，如图3所示，本实施方式的一种新型的水源相变换热装置，所述的上检修门13和下检修门14分别由销子20和固定螺栓21固定在壳体10上下两端。
[0025]
具体实施方式四，如图4所示，本实施方式的一种新型的水源相变换热装置，它还包括一个外置可观测行程控制装置42，所述的外置可观测行程控制装置42包括滑轨43、上行程限位开关44、下行程限位开关45、限位撞块46、张紧链轮47和外置传动链48，所述的滑轨43的顶端设置上行程限位开关44，下部设置底端程限位开关45；所述的限位撞块46套在滑轨43上，且和外置传动链48相连接；所述的张紧链轮47设置在壳体10基脚处；所述的外置传动链48一端和张紧链轮47相连接，另一端和主轴6相连接。本实施方式的有益效果是外置
可观测行程控制装置能够对刮刀的上下往复运动进行限位控制，防止出现越程损坏机械部件。此外，外置链条撞块与刮刀同步往复运动，便于调试观测，运动轨迹无误差。
[0026]
具体实施方式五，如图5所示，本实施方式的一种新型的水源相变换热装置及热泵系统，它由所述的冷水相变机一24-1、冷水相变机二24-2、热泵机组25、除冰换热器26、冷水泵27、中介水泵28、末端水泵29、电动阀一30-1、电动阀二30-2、电动阀三30-3、电动阀四30-4、电动阀五30-5、电动阀六30-6、电动阀七30-7、调节阀一31-1、调节阀二31-2、末端供水管32、末端回水管33、除冰换热器供水管34、除冰换热器回水管35、中介水供水管36、中介水回水管37、中介水回水管一37-1、中介水回水管二37-2、水源进水管38、水源出水管39、中介融冰供水管40、中介融冰回水管41、中介融冰回水管一41-1、中介融冰回水管二41-2组成，所述的热泵机组25与冷水相变机一24-1、冷水相变机二24-2通过中介水供水管36和中介水回水管37形成闭式循环；所述的中介水泵28设置在中介水供水管36上；所述的末端供水管32和末端回水管33分别与热泵机组25相连通；所述的水源进水管（38）一端与冷水相变机二（24-2）相连通；所述的冷水泵27设置在水源进水管38 上；所述的中介融冰供水管40的一端与中介水回水管37相连通，另一端与除冰换热器26相连通；所述的电动阀七30-7设置在中介融冰供水管40上；所述的中介融冰回水管41的一端与除冰换热器26相连通，另一端与中介融冰回水管一41-1和中介融冰回水管二41-2并联连通，且连通点位于中介融冰回水管一41-1和中介融冰回水管二41-2之间；所述的中介融冰回水管一41-1的一端与中介融冰回水管41相连通，另一端与冷水相变机一24-1相连通，且连通点位于冷水相变机一24-1和中介回水管二37-2与中介水回水管37的连通点之间；所述的电动阀三30-3位于上述两连通点之间；所述的电动阀五30-5设置在中介融冰回水管一41-1上；所述的中介融冰回水管二41-2的一端与冷水相变机二24-2相连通，中介融冰回水管41相连通，且连通点位于中介融冰回水管41与中介融冰回水管一41-1的连通点之间；所述的电动阀六30-6和电动阀四30-4设置在中介融冰回水管二41-2上；所述的除冰换热器供水管34的一端与末端回水管33相连通，另一端与除冰换热器26相连通；所述的除冰换热器回水管35一端与除冰换热器26相连通，另一端与末端回水管33相连通；所述的末端水泵29设置在热泵机组25和除冰换热器回水管35与末端回水管33的连通点之间；所述的调节阀一31-1位于中介水回水管37上，且位于中介融冰供水管40和中介水回水管37的连通点与中介融冰回水管二41-2和中介水回水管37的连通点之间；所述的调节阀二31-2位于末端回水管33上，且位于除冰换热器供水管34和末端回水管33的连通点与除冰换热器回水管35和末端回水管33的连通点之间。
[0027]
工作原理在冷水泵27的作用下，冷水从冷水进口19进入冷水相变机一24-1对应的冷水流道3，冷水在冷水流道3中流动，通过换热管壁与换热管1内低于0℃的防冻水溶液换热，部分冷水释放出相变能后在换热管1壁面结冰，当结冰达到一定厚度后，电动阀30-2、30-3关闭，电动阀30-1开启，冷水和中介防冻水溶液由冷水相变机一24-1切换到冷水相变机二24-2，冷水相变机一24-1进入除冰状态，冷水相变机二24-2进入制冰取热状态；同时电动阀30-5、30-7开启，切换部分防冻水溶液进入融冰换热器26内与末端热水进行换热，当防冻水溶液温度提升到0℃以上后，冷水相变机24-1中的换热管1壁面的冰层受热脱落，此时传动电机一9-1和传动电机二9-2同时开始工作，刮刀4在传动链5-1和5-2的拉力作用下，沿着冷水流道3从下至上往复运动刮削冰层，刮刀4将冰层从管排刮除后，冷水水流将冰层带出冷水流道3，冰水
混合物通过两个排冰口17-1和17-2流出冷水相变机。冰层脱落后，电动阀30-5、30-7关闭，待冷水相变机二24-2冰层接到一定厚度，电动阀30-1、30-4关闭，电动阀30-2、30-3开启，冷水和中介防冻水溶液再次进入冷水相变机一24-1，冷水相变机一24-1再次进入结冰取热阶段；同时电动阀30-6、30-7开启，冷水相变机二24-2进入排冰状态，如此反复循环持续换热。在中介水泵28的作用下，中介换热介质经由中介水供水管36进入热泵机组25，在热泵机组25中释放出热量后经由中介水回水管37进入冷水相变机24，中介换热介质在冷水相变机24中吸收水的相变潜热后流入中介水供水管36完成闭式循环。在末端水泵29的作用下，末端水经末端回水管33进入热泵机组25，在热泵机组25中吸热升温后经末端供水管33送至用户用以供暖。
[0028]
以上所述只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述所述限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。