一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置及系统的制作方法

本发明涉及一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置及系统，属于能源技术领域。

背景技术：

采用热泵技术提取低品位能源为建筑物供热具有重要的节能减排效益，是治理雾霾的有效途径之一。低品位能源包括地下水、土壤、江河湖水、城市污水、工业污废水等。但这些低品位能源在应用方面有一定的局限性，很多需要供热的建筑物附近没有地下水或湖水或污水，或者水量不足，或者距离较远，这就限制了热泵供热系统的应用。而开发利用冷水的凝固潜热或者相变能(水结冰时释放出的能量)，则可以大幅度减少用水量，因为冷水的相变能相当于水温降低80℃释放出的能量，按现在一般技术提取地下水或污水5℃的热量计算，用水量只需十六分之一。由于用水量较小，即使这些水源离建筑物距离较远，也具备了输送的条件。另外，也可以调用城市中水或污水处理厂处理的污水。因此，开发利用冷水的相变能，显著扩大了热泵供热的应用范围，具有重大的实际意义。

然而，冷水相变能热泵供热制冰取热时存在两大技术难题，一方面是如何实现连续、稳定和高效的制冰取热过程，另一方面是冰的流动性较差，如何实现排冰过程。

本发明的申请人申请的专利，申请号为“201610312053.6”，名称为“一种利用凝固潜热的热泵系统”的专利，仅实现了制冰取热过程，没有涉及到具体的排冰过程。

专利申请号为“201611267872.x”，名称为“一种凝固潜热采集装置及系统”的专利也只涉及到机械刮冰的制冰取热过程。申请号为“201611267862.6”，名称为“一种冷水凝固热的采集方法”的专利也只涉及到制冰取热过程，没有解决排冰问题。

上述专利以及一些其他相关专利不仅没有解决排冰问题，而且对外排冰时，更无法控制冰和水的比例问题。

本发明专利申请是在发明人前有专利申请技术基础上，采用水泵抽送、固液分离方案，实现对外强制排冰，并控制冰和水的排放比例。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置及系统，以解决制冰取热后冰的排出问题，以及控制冰和水的排放比例问题，实现有效排冰和控制冰和水的排放比例，减少用水量。

本发明为解决以上技术问题，所采取的技术方案是：

本发明提出的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，它由冷水箱、排冰水泵、过滤器、隔离板、排冰吸水管、排冰供水管、排冰返水管、排冰管、冰水混合物进口组成，排冰水泵设置在冷水箱内；隔离板将冷水箱分割成储冰箱和集冰箱两部分；排冰吸水管的一端与集冰箱相连通，另一端与排冰水泵相连通；排冰供水管的一端与排冰水泵相连通，另一端与过滤器进水口相连通；排冰返水管的一端与过滤器出水口相连通，另一端与储冰箱相连通或设置在储冰箱上部返水；排冰管的一端与过滤器排冰口相连通，另一端排冰；冰水混合物进口与储冰箱相连通；所述的过滤器由过滤器圆桶壳体、圆桶滤面、过滤器进水口、过滤器出水口和过滤器排冰口组成，过滤器进水口和过滤器排冰口分别与过滤器圆桶壳体的两端相连通，过滤器出水口与过滤器圆桶壳体相连通，过滤器圆桶滤面设置在过滤器圆桶壳体内部。

所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，它还包括回水控制阀和排冰控制阀，回水控制阀设置在排冰返水管上，排冰控制阀设置在排冰管上。

所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，所述的排冰管在垂直方向上为倒u型弯。

所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，所述的隔离板将集冰箱隔离成漏斗状。

所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，设置多台排冰水泵并联连接，相互备用，或联合运行。

所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，所述的排冰水泵为带绞刀水泵。

所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，它还包括二次过滤器、二次排冰返水管和二次排冰管，二次过滤器的二次过滤器进水口与排冰管相连通，二次过滤器的二次过滤器出水口与二次排冰返水管相连通，二次排冰返水管与排冰返水管相连通，二次过滤器的二次过滤器排冰口与二次排冰管相连通。

本发明提出的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰系统，它由所述的分离式排冰装置、相变换热器、冷水泵、冷水吸水管、冷水供水管、冰水混合物排水管和补水管组成，冷水吸水管的一端与分离式排冰装置的储冰箱相连通，另一端与冷水泵相连通；冷水供水管的一端与冷水泵相连通，另一端与相变换热器相连通；冰水混合物排冰管的一端与相变换热器相连通，另一端与分离式排冰装置的冰水混合物进口相连通。

所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰系统，所述的储冰箱连接有补水管，二者相连通。

所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰系统，所述的冷水供水管上连接有补水管，二者相连通。

本发明装置的运行原理为：冰水混合物从分离式排冰装置的冰水混合物进口进入冷水箱的储冰箱，当水位高于隔离板高度时，冰水混合物流入集冰箱，排冰水泵从集冰箱抽取冰水混合物，冰水混合物经排冰吸水管和排冰供水管进入过滤器，在过滤器的过滤作用下，冰从排冰管排出，水经排冰返水管返回储冰箱，这部分水进一步推动冰向集冰箱流动，同时随着冰水混合物量的不断增加，储冰箱中冰在浮力作用下浮在上层，随着集冰箱中水位降低而不断流往集冰箱。

本发明系统的运行原理为：在冷水泵的作用下，分离式排冰装置中储冰箱中的冷水经冷水吸水管和冷水供水管进入相变换热器，一部分冷水在相变换热器中释放出相变潜热而结冰，冰水混合物从相变换热器流出，经冰水混合物排水管进入储冰箱。当冰从排冰管排出时，冷水箱水位降低，补水管开始对系统补水。

本发明相对于现有技术具有如下特点及有益效果：

(1)申请号为“201610312053.6”，名称为“一种利用凝固潜热的热泵系统”的专利，仅实现了制冰取热过程，没有涉及到排冰过程。申请号为“201611267872.x”，名称为“一种凝固潜热采集装置及系统”的专利也只涉及到机械刮冰的取热过程，申请号为“201611267862.6”，名称为“一种冷水凝固热的采集方法”的专利只涉及到制冰过程。上述专利和其他相关专利均未给出对外排冰方案和如何控制冰水混合物的排放比例。

(2)本发明采用水泵抽送和固液分离方案实现对外强制排冰，并控制冰水混合物的排放比例，排冰效率高，节约用水量可达50％以上。

(3)本发明还可以通过增加二次过滤器或管路等方案，进一步保证控制冰水混合物的排放比例。

附图说明

图1是本发明装置的主视剖面图；

图2是本发明装置的俯视图；

图3是具体实施方式二的结构示意图；

图4是具体实施方式三的结构示意图；

图5是具体实施方式四的结构示意图；

图6是具体实施方式五的结构示意图；

图7是具体实施方式七的结构示意图；

图8是本发明的系统结构示意图；

图9是具体实施方式九的结构示意图；

图10是具体实施方式十的结构示意图。

图中：冷水箱1、排冰水泵2、过滤器3、隔离板4、排冰吸水管5、排冰供水管6、排冰返水管7、排冰管8、冰水混合物进口9、储冰箱10、集冰箱11、过滤器圆桶壳体12、圆桶滤面13、过滤器进水口14、过滤器出水口15、过滤器排冰口16、回水控制阀17、排冰控制阀18、二次过滤器19、二次排冰返水管20、二次排冰管21、分离式排冰装置22、相变换热器23、冷水泵24、冷水吸水管25、冷水供水管26、冰水混合物排水管27、补水管28、二次过滤器进水口29、二次过滤器出水口30、二次过滤器排冰口31。

具体实施方式

具体实施方式一，如图1～2所示，本实施方式的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，它由冷水箱1、排冰水泵2、过滤器3、隔离板4、排冰吸水管5、排冰供水管6、排冰返水管7、排冰管8、冰水混合物进口9组成，排冰水泵2设置在冷水箱1内；隔离板4将冷水箱1分割成储冰箱10和集冰箱11两部分；排冰吸水管5的一端与集冰箱11相连通，另一端与排冰水泵2相连通；排冰供水管6的一端与排冰水泵2相连通，另一端与过滤器进水口14相连通；排冰返水管7的一端与过滤器出水口15相连通，另一端与储冰箱10相连通或设置在储冰箱10上部返水；排冰管8的一端与过滤器排冰口16相连通，另一端排冰；冰水混合物进口9与储冰箱10相连通；所述的过滤器3由过滤器圆桶壳体12、圆桶滤面13、过滤器进水口14、过滤器出水口15和过滤器排冰口16组成，过滤器进水口14和过滤器排冰口16分别与过滤器圆桶壳体12的两端相连通，过滤器出水口15与过滤器圆桶壳体12相连通，过滤器圆桶滤面13设置在过滤器圆桶壳体12内部。

具体实施方式二，如图3所示，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，它还包括回水控制阀17和排冰控制阀18，回水控制阀17设置在排冰返水管7上，排冰控制阀18设置在排冰管8上。该实施方式的有益效果是通过阀门的开闭，调整冰水混合物的排放比例。

具体实施方式三，如图4所示，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，所述的排冰管8在垂直方向上为倒u型弯。该实施方式的有益效果是通过设置倒u型弯抬高排冰管8，控制冰水混合物的排放比例，与实施方式二相比，设置倒u型弯替代排冰控制阀18，防止了冰堵问题。

具体实施方式四，如图5所示，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，所述的隔离板4将集冰箱11隔离成漏斗状。该实施方式的有益效果是更好的将储冰箱中的冰聚集到集冰箱11，有利于排冰水泵抽取冰水混合物。

具体实施方式五，如图6所示，本实施方式与具体实施方式一的不同点是:所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，其特征在于设置多台排冰水泵2并联连接，相互备用，或联合运行。

具体实施方式六，本实施方式与具体实施方式一的不同点是:所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，其特征在于所述的排冰水泵2为带绞刀水泵。该实施方式的有益效果是绞碎大的冰块，解决了大冰块可能带来的堵塞问题。

具体实施方式七，如图7所示，本实施方式与具体实施方式三的不同点是：所述的一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置，它还包括二次过滤器19、二次排冰返水管20和二次排冰管21，二次过滤器19的二次过滤器进水口29与排冰管8相连通，二次过滤器19的二次过滤器出水口30与二次排冰返水管20相连通，二次排冰返水管20与排冰返水管7相连通，二次过滤器19的二次过滤器排冰口31与二次排冰管21相连通。该实施方式的有益效果是二次过滤，进一步减少了系统水量流失。

具体实施方式八，如图8所示，本实施方式是一种冷水相变能热泵供热分离式排冰系统的实施方式，它由所述的分离式排冰装置22、相变换热器23、冷水泵24、冷水吸水管25、冷水供水管26、冰水混合物排水管27和补水管28组成，冷水吸水管25的一端与分离式排冰装置22的储冰箱10相连通，另一端与冷水泵24相连通；冷水供水管26的一端与冷水泵24相连通，另一端与相变换热器23相连通；冰水混合物排冰管27的一端与相变换热器23相连通，另一端与分离式排冰装置22的冰水混合物进口9相连通。

具体实施方式九，如图9所示，本实施方式与具体实施方式八的不同点是：所述的储冰箱10连接有补水管28，二者相连通。

具体实施方式十，如图10所示，本实施方式与具体实施方式八的不同点是：于所述的冷水供水管26上连接有补水管28，二者相连通。

工作原理：

冰水混合物从冰水混合物进口9进入冷水箱1的储冰箱10，在储冰箱10中冰浮在上部，当水位高于隔离板4时，浮于上层的冰及少量的水进入集冰箱11中，排冰水泵2抽送后，集冰箱11中的冰水混合物经排冰吸水管5和排冰供水管6到过滤器3，经过滤器3过滤后，冰从排冰管8排出，在排冰返水管7返水作用下，水经排冰返水管7返回储冰箱10，对储冰箱10中冰水混合物起到推动作用，加大流动性，使其进入到集冰箱11中，循环往复。

一部分冷水在相变换热器23中释放出相变潜热后结冰，冰水混合物沿着冰水混合物排冰管27经过冰水混合物进水口9进入分离式排冰装置22，在分离式排冰装置22中完成排冰返水过程后，在冷水泵24的作用下，分离式排冰装置22中的冷水经冷水吸水管25和冷水供水管26再次进入相变换热器23中。