本发明涉及一种新型供能系统，特别是涉及一种流态冰热泵系统。
背景技术：
能源和环境是当今人类面临的两大问题。目前，化石燃料是人类生产.生活的主要能源。随着全球能源使用量的增长，及不科学使用，化石燃料等不可再生能源将日益枯竭，并对环境产生严重影响。热泵作为一种清洁的可再生能源技术，在供暖行业中有着举足轻重的作用，而传统热泵技术有其各自的局限性：
空气能(源)热泵受空气温度影响较大，我国南方地区应用较为普遍。但受结霜问题困扰。北方应用能效较低。
地源热泵受造价和场地影响。
水源热泵下述局限性：
1、利用地表水和海水，受水温限制，一般低于5℃就不能使用。
2、利用地下水，存在法规、水质和回灌技术问题限制。
3、利用再生水，受再生水管网限制。
本技术利用水的凝固热取热，将是水显热的80倍，这将克服以上热泵系统缺点，实现热泵系统革命性进步。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有热泵的缺点，而提供一种流态冰热泵系统，其利用流态冰热泵和蓄能池，可以实现冬季供暖，并将冬季的冷量储存起来，供夏季空调使用，同时不足部分还可以用低谷电进行蓄能供空调系统使用，同时，本系统还可以利用江河湖海的水源，利用有以冰水混合物的形式排放，极大的减少热泵用水量，本技术是热泵系统的革命。
本发明流态冰热泵系统所采用的是过冷技术，将一定浓度的溶液，冷却到一定过冷度的温度，利用盐溶液的析冰现象，在溶液中形成冰晶，下面介绍一下析冰现象的原理。
如图1所示，它是溶液浓度相平衡图，在图中横坐标表示溶液浓度，纵坐标表示温度，we为析冰线，eg为析盐线，e点为共晶点。
1、析冰线、析盐线上部是溶液区；te线与析冰线之间区域为冰+溶液共存区；te线与析盐线之间的区域为溶质+饱和溶液共存区；析冰线与析盐线上部为溶液区；te线下部为冰+溶质的固体共存区。
2、每种浓度的溶液都对应一个冰晶(水冰)析出温度，当溶液温度降至析冰温度时就可以连续析出冰晶。
3、溶液析出冰晶时放出热量，使溶液温度微量增加，溶液温度也微量上升，这种析出冰晶过程中溶液的特殊性就使溶液在冰晶析出过程中不易粘结在制冰管道上。
4、流态冰机组可用溶液为盐类(海水、nacl盐溶液等)、醇类(甲醇、乙醇、丙三醇、丙二醇、乙二醇溶液等)
根据乙二醇的性质，本技术采用乙二醇作为载冷剂，此时整个循环的乙二醇溶液为固液混合状态，当混合溶液流经体积较大的蓄能池时，溶液中的冰晶自然上浮，达到冰晶与乙二醇溶液分离的目的。
为解决上述技术问题，本发明流态冰热泵系统所采用的技术方案如下：
本发明的一种流态冰热泵系统，它包括：外端水循环回路、制冷剂循环回路、溶液内循环回路和用户端循环回路，外端循环回路包括：由冷却塔、第四泵、第五二通阀、冷凝器的一侧和第一二通阀依次串接组成的外端水循环回路；制冷剂循环回路包括：由流态冰蒸发器的一侧、压缩机、冷凝器的另一侧和膨胀阀依次串接组成的制冷剂循环回路；冷凝器的一侧与冷凝器的另一侧在冷凝器内相互耦合，溶液内循环回路包括：由流态冰蒸发器的另一侧、第二泵、换热器的一侧、第二电动二通阀、第六二通阀和第一泵依次串接组成的溶液内循环回路，流态冰蒸发器的一侧与流态冰蒸发器的另一侧在流态冰蒸发器内相互耦合，用户端循环回路包括：由换热器的另一侧、第三泵、用户端和第三二通阀依次串接组成用户端循环回路，换热器的一侧与换热器的另一侧在换热器内相互耦合，冷凝器的一侧的两端分别通过第二二通阀和第四二通阀与换热器另一侧的两端相连，其中：所述溶液内循环回路还包括：蓄能池，蓄能池的进液口通过第八二通阀连接到流态冰蒸发器的另一侧与第二泵之间的管路上，蓄能池的出液口通过第十二通阀连接到第二电动二通阀和第六二通阀之间的管路上，在蓄能池的进液口与第二电动二通阀和第六二通阀之间的管路上还装有一个第九二通阀，蓄能池的出液口与流态冰蒸发器的另一侧和第二泵之间管路上还装有一个第七二通阀；
本发明的一种流态冰热泵系统，其中：在溶液内循环回路中，在第二泵的进液口与换热器的一侧和第二电动二通阀之间装有一条带有第一电动二通阀的管路；
本发明的一种流态冰热泵系统，其中：所述溶液内循环回路内流动的溶液为海水、nacl盐溶液、甲醇、乙醇、丙三醇、丙二醇或乙二醇溶液，上述溶液的冰点小于0℃。
本发明的一种流态冰热泵系统，其中：所述流态冰蒸发器，它包括：蒸发器外壳、电机、传动装置、上隔板、下隔板、折流板和顶支撑板，在蒸发器外壳的顶部装有电机，在蒸发器外壳内的上部从上到下依次装有顶支撑板和上隔板，顶支撑板和上隔板之间的空间为流态冰汇腔，在蒸发器外壳内的下部装有下隔板，下隔板与蒸发器外壳下部所隔成的空间为液态载冷剂腔，在沿着蒸发器外壳的高度方向的上隔板和下隔板之间装有若干个折流板，在上隔板和下隔板之间的蒸发器外壳空间内布置有若干根列管，列管从上到下依次穿过上隔板、若干个折流板和下隔板，它们的上端与流态冰汇腔相通，下端与液态载冷剂腔相通，在每根列管内装有螺旋搅拌轴，螺旋搅拌轴的上端穿过顶支撑板并通过传动装置由电机带动，螺旋搅拌轴下端被支撑在蒸发器外壳的下端，在液态载冷剂腔的蒸发器外壳上开有液态载冷剂入口，在流态冰汇腔的蒸发器外壳上开有流态冰混合溶液出口，在最下端的折流板与下隔板之间的蒸发器外壳上开有液态制冷剂入口，在上隔板与最上端的折流板之间的蒸发器外壳上开有气态制冷剂出口，在蒸发器外壳内的每个折流板的一半的区域内上开有若干个折流孔，相邻的折流板的开孔区域开在与之相邻的折流板的另一半区域内，液态制冷剂在蒸发器外壳内呈之字形流动，螺旋搅拌轴与列管管壁之间的间隙为5-10cm，螺旋搅拌轴的转速为500转/分钟至600转/分钟，螺旋搅拌轴为螺旋杆，该螺旋杆的螺旋升角40-50°，该螺旋杆的头数为6-10；
本发明的一种流态冰热泵系统，其中：所述流态冰混合溶液出口伸入流态冰汇腔内，并通过防冰堵喇叭口与流态冰汇腔相通，防冰堵喇叭口的夹角为20°—30°；
本发明的一种流态冰热泵系统，其中：所述的传动装置包括：主动轮、从动轮、传动轮和若干个搅拌齿轮，在每个螺旋搅拌轴上端装有一个搅拌齿轮，电机带动主动轮旋转，主动轮与从动轮啮合，从动轮和传动轮装在同一转轴上，传动轮与装在蒸发器外壳中心的搅拌齿轮啮合，上述搅拌齿轮与其相邻的搅拌齿轮啮合，以此类推，传动轮带动所有蒸发器外壳内的搅拌齿轮旋转；
本发明的一种流态冰热泵系统，其中：所述折流板沿着蒸发器外壳的高度方向均匀分布，其个数为5-20个；
本发明的一种流态冰热泵系统，其中：所述螺旋搅拌轴的底端通过搅拌器止推限位器装在蒸发器外壳的下端，所述列管在蒸发器外壳空间内均匀分布；
本发明的一种流态冰热泵系统，其中：所述蓄能池包括：壳体、液态溶液出液管、冰水混合进液管和补液管，冰水混合进液管装在壳体的上方，冰水混合进液管上开有若干个开有喷液孔，液态溶液出液管装在壳体的下方，液态溶液出液管上开有若干个吸液孔，在壳体上端与补液管相连，冰水混合溶液从冰水混合进液管进入到壳体内，溶液沉在壳体的下方形成下溶液层，下溶液层上浮有上冰浆层，蓄能池被埋在冻土层以下的地层内；
本发明的一种流态冰热泵系统，其中：所述壳体为保温和防水的壳体。
采用上述技术方案后，本发明流态冰热泵系统，具有如下优点：
1、相应国家节能减排号召实现将冬季冷量移至夏季。
2、供暖系统可以独立运行，不需要其他外部热源。
3、热泵系统对热源的利用更加充分，冰的凝固热是水的80倍。
4、可以降低项目空调系统装机容量，平衡点网。
5、降低项目冬夏运行费用，最大限度创造经济效益。
本技术为国节能减排，为企业节省运行费用实现节资，为民可以还老百姓碧水蓝天是利国、利企、利民的好技术。
本发明利用热泵作为一种清洁的可再生能源技术，在供暖行业中有着举足轻重的作用，而传统热泵技术有其各自的局限性。本系统利用水的凝固热取热，将是水显热的80倍，这将克服原有热泵系统缺点，实现热泵系统革命性进步。本发明流态冰热泵系统包括流态冰热泵、蓄能池和水泵等设备，通过本系统可以实现建筑冬季不依赖其他热源独立运行，在蓄能池内的溶液中取热，溶液中析出冰晶并充满蓄能池，夏季利用这些冰晶的冷量供冷，不足的部分再利用低谷电蓄冷，最大限度的节省空调系统的运行费用，并对电网平衡起到有利的作用。本技术的热能来源可扩展到江河湖海等热源，在我国整个供暖地区均可使用，应用范围极广。
下面结合附图对本使用新型的流态冰热泵系统做进一步说明。
附图说明
图1为溶液浓度相平衡图；
图2为流态冰热泵的系统示意图。
图3为图2系统在冬天供暖时的示意图；
图4为图2系统在夏季跨季节时的示意图；
图5为图2系统在夏季蓄冰时的示意图；
图6为图2系统在夏季联合供冷时的示意图；
图7为图2中的流态冰蒸发器的剖面示意图；
图8为图7中a-a处剖开的截面示意图，图8为了清楚地画出传动轮与搅拌齿轮之间的啮合传动关系；
图9为图7中螺旋搅拌轴的放大示意图，
图10为图2中的蓄能池的剖面示意图。
在图2至图6中，标号101a为第一二通阀；标号101b为第二二通阀；标号101c为第三二通阀；标号101d为第四二通阀；标号101e为第五二通阀；标号101f为第六二通阀；标号101g为第七二通阀；标号101h为第八二通阀；标号101i为第九二通阀；标号101j为第十二通阀；标号102为蓄能池；标号103为换热器；标号104为第一泵；标号105为第二泵；标号106为第三泵；标号107为用户端；标号108为第四泵；标号109为冷却塔；标号110为压缩机；标号111为冷凝器；标号112为流态冰蒸发器；标号113为膨胀阀；标号114为外端水循环回路；标号115为制冷剂循环回路；标号116为溶液内循环回路；标号117为用户端循环回路；标号118a为第一电动二通阀；标号118b为第二电动二通阀。
在图7、图8和图9中，标号1为流态冰混合溶液出口；标号2为防冰堵喇叭口；标号3为电机；标号4为传动装置；标号5为螺旋搅拌轴；标号6为蒸发器外壳；标号7为顶支撑板；标号8为流态冰汇腔；标号9为上隔板；标号10为列管；标号11为折流板；标号12为折流孔；标号13为液态制冷剂入口；标号14为下隔板；标号15为搅拌器止推限位器；标号16为液态载冷剂入口；标号17为液态载冷剂腔；标号18为气态制冷剂出口；标号19为主动轮；标号20为搅拌齿轮；标号21为传动轮；标号22为从动轮；
在图10中，标号23为下溶液层；标号24为吸液孔；标号25为液态溶液出液管；标号26为补液管；标号27为壳体；标号28为冰水混合进液管；标号29为喷液孔；标号30为上冰浆层。
具体实施方式
如图2所示，本发明流态冰热泵系统包括：外端水循环回路114、制冷剂循环回路115、溶液内循环回路116和用户端循环回路117，外端循环回路114包括：由冷却塔109、第四泵108、第五二通阀101e、冷凝器111的一侧和第一二通阀101a依次串接组成的外端水循环回路；制冷剂循环回路115包括：由流态冰蒸发器112的一侧、压缩机110、冷凝器111的另一侧和膨胀阀113依次串接组成的制冷剂循环回路；冷凝器111的一侧与冷凝器111的另一侧在冷凝器111内相互耦合，溶液内循环回路116包括：由流态冰蒸发器112的另一侧、第二泵105、换热器103的一侧、第二电动二通阀118b、第六二通阀101f和第一泵104依次串接组成的溶液内循环回路，流态冰蒸发器112的一侧与流态冰蒸发器112的另一侧在流态冰蒸发器112内相互耦合，用户端循环回路117包括：由换热器103的另一侧、第三泵106、用户端107和第三二通阀101c依次串接组成用户端循环回路，换热器103的一侧与换热器103的另一侧在换热器103内相互耦合，冷凝器111的一侧的两端分别通过第二二通阀101b和第四二通阀101d与换热器103另一侧的两端相连。
溶液内循环回路116还包括：蓄能池102，蓄能池102的进液口通过第八二通阀101h连接到流态冰蒸发器112的另一侧与第二泵105之间的管路上，蓄能池102的出液口通过第十二通阀101j连接到第二电动二通阀118b和第六二通阀101f之间的管路上，在蓄能池102的进液口与第二电动二通阀118b和第六二通阀101f之间的管路上还装有一个第九二通阀101i，蓄能池102的出液口与流态冰蒸发器112的另一侧和第二泵105之间管路上还装有一个第七二通阀101g。在溶液内循环回路116中，在第二泵105的进液口与换热器103的一侧和第二电动二通阀118b之间装有一条带有第一电动二通阀118a的管路。溶液内循环回路116内流动的溶液为海水、nacl盐溶液、甲醇、乙醇、丙三醇、丙二醇或乙二醇溶液，上述溶液的冰点小于0℃。
如图7所示，流态冰蒸发器112包括：蒸发器外壳6、电机3、传动装置4、上隔板9、下隔板14、折流板11和顶支撑板7，在蒸发器外壳6的顶部装有电机3，在蒸发器外壳6内的上部从上到下依次装有顶支撑板7和上隔板9，顶支撑板7和上隔板9之间的空间为流态冰汇腔8，流态冰混合溶液出口1伸入流态冰汇腔8内，并通过防冰堵喇叭口2与流态冰汇腔8相通，防冰堵喇叭口2的夹角为20°—30°。在蒸发器外壳6内的下部装有下隔板14，下隔板14与蒸发器外壳6下部所隔成的空间为液态载冷剂腔17，在沿着蒸发器外壳6的高度方向的上隔板9和下隔板14之间装有若干个折流板11，在上隔板9和下隔板14之间的蒸发器外壳6空间内布置有若干根列管10，列管10从上到下依次穿过上隔板9、若干个折流板11和下隔板14，它们的上端与流态冰汇腔8相通，下端与液态载冷剂腔17相通，在每根列管10内装有螺旋搅拌轴5，螺旋搅拌轴5的上端穿过顶支撑板7并通过传动装置4由电机3带动，螺旋搅拌轴5的下端被支撑在蒸发器外壳6的下端，在液态载冷剂腔17的蒸发器外壳6上开有液态载冷剂入口16，在流态冰汇腔8的蒸发器外壳6上开有流态冰混合溶液出口1，在最下端的折流板11与下隔板14之间的蒸发器外壳6上开有液态制冷剂入口13，在上隔板9与最上端的折流板11之间的蒸发器外壳6上开有气态制冷剂出口18，在蒸发器外壳6内的每个折流板11的一半的区域内上开有若干个折流孔12，相邻的折流板11的开孔区域开在与之相邻的折流板11的另一半区域内，液态制冷剂在蒸发器外壳6内呈之字形流动。折流板11沿着蒸发器外壳6的高度方向均匀分布，其个数为5-20个。螺旋搅拌轴5与列管10管壁之间的间隙为5-10cm，螺旋搅拌轴5的转速为500转/分钟至600转/分钟，螺旋搅拌轴5为螺旋杆，该螺旋杆的螺旋升角40-50°，该螺旋杆的头数为6-10。螺旋搅拌轴5的底端通过搅拌器止推限位器15装在蒸发器外壳6的下端，列管10在蒸发器外壳6空间内均匀分布。
制成冰浆原理：控制制冷剂的流量和蒸发温度，使制冷剂在流态冰蒸发器112内，在-3℃左右的温度下蒸发，随着管程里的溶液的传热，列管10表面内析出冰晶。搅动棒有两个作用，一是在旋转过程中产生离心力，冲刷列管10表面，将蒸发器列管10表面的冰晶冲刷下来；第二个是搅动棒为螺杆状，它除了离心力以外，还有向上的推力，在离心冲刷后，尽快将混合溶液提升至流态冰汇腔8内，避免在列管10内表面凝结聚集。
如图7、图8和图9所示，传动装置4包括：主动轮19、从动轮22、传动轮21和若干个搅拌齿轮20，在每个螺旋搅拌轴5上端装有一个搅拌齿轮20，电机3带动主动轮19旋转，主动轮19与从动轮22啮合，从动轮22和传动轮21装在同一转轴上，传动轮21与装在蒸发器外壳6中心的搅拌齿轮20啮合，上述搅拌齿轮20与其相邻的搅拌齿轮20啮合，以此类推，传动轮21带动所有蒸发器外壳6内的搅拌齿轮20旋转。
如图10所示，蓄能池102包括：壳体27、液态溶液出液管25、冰水混合进液管28和补液管26，冰水混合进液管28装在壳体27的上方，冰水混合进液管28上开有若干个开有喷液孔29，液态溶液出液管25装在壳体27的下方，液态溶液出液管25上开有若干个吸液孔24，在壳体27上端与补液管26相连，冰水混合溶液从冰水混合进液管28进入到壳体27内，溶液沉在壳体27的下方形成下溶液层23，下溶液层23上浮有上冰浆层30。壳体27为保温和防水的壳体，蓄能池102被埋在冻土层以下的地层内。在蓄能池102装满冰时，打开补液管26，补液管26送入溶液使得冰开始融化，而重新回到壳体27的下方形成下溶液层23，下溶液层23上浮有上冰浆层30的状态，液态溶液出液管25上的吸液孔24将冷溶液吸出。
冬季，在本发明的流态冰热泵系统中，第一二通阀101a、第三二通阀101c、第五二通阀101e、第七二通阀101g和第九二通阀101i、第一电动二通阀118a和第二电动二通阀118b关闭，第二二通阀101b、第八二通阀101h、第十二通阀101j、第六二通阀101f和第四二通阀101d开通，冷却塔109和换热器103均不工作，流态冰热泵系统简化为如3所示的示意图，即去除了外端水循环回路114和一部分溶液内循环回路116，它包括：制冷循环115和蓄能池102，第一泵104从蓄能池102中抽取溶液，将其送至流态冰蒸发器112中，由于流态冰蒸发器112的特殊设计，可以实现冰晶析出，经过流态冰蒸发器112吸热后，从中处理的溶液形成冰晶和溶液的混合流体，该流体在流经蓄能池102时由于压力的变化，冰晶从溶液中浮起，漂浮在液面以上，剩下的溶液再通过第一泵4抽送至流态冰蒸发器112，继续吸热形成冰晶，完成循环。在制冷循环115的冷凝器111一侧，从冷热用户107流回的低温水，在制冷循环115的冷凝器111一侧被加热，达到供热温度后，由第三泵6送至冷热用户107完成供热循环。蓄能池102中的冰量逐渐增加，直至充满为止。
在夏季初期，在本发明的流态冰热泵系统中，第一二通阀101a、第二二通阀101b、第四二通阀101d、第五二通阀101e、第六二通阀101f、第八二通阀101h、第九二通阀101i和第十二通阀101j关闭，第七二通阀101g、第三二通阀101c、第一电动二通阀118a和第二电动二通阀118b打开。蓄能池102内储满了冰，冷却塔109、冷凝器111、压缩机110、膨胀阀113、流态冰蒸发器112和第一泵104均不工作，流态冰热泵系统简化为如4所示，即去除了外端水循环回路114和制冷循环115，只由蓄能池102对用户端107进行供冷，此时，打开蓄能池102的补液管26，补液管26送入溶液使得冰开始融化，第二泵105从蓄能池102下部抽出低温溶液，低温溶液经过换热器103被加热后再由管道送回至蓄能池102的上部，继续融冰完成循环。流入换热器3另一侧的水降温至供冷要求温度后，再由第三泵6送至冷热用户7制冷，实现制冷循环。
在夏季蓄能池102中冰量将近用尽时，并且在用户端不需要供冷时，第二二通阀101b、第三二通阀101c、第四二通阀101d、第七二通阀101g和第九二通阀101i、第一电动二通阀118a和第二电动二通阀118b关闭，第一二通阀101a、第八二通阀101h、第十二通阀101j、第六二通阀101f和第五二通阀101e打开，换热器103、第三泵6和用户端107均不工作，流态冰热泵系统简化为如5所示的示意图，这时需要开启制冷循环115，在电力低谷时段继续制冰，补充蓄能池102中的冰量，第四泵108在制冷循环115的冷凝器111一侧实现冷却水循环，通过冷却塔109散发出冷凝器111所吸收的热量，在制冷循环115的流态冰蒸发器112不断地将冰溶液通过第一泵104送入蓄能池102中，在电力高峰时段在开启上述融冰策略，为用户端107供冷，最大限度的节省运行费用，平衡电网。
夏季联合供冷时，制冷循环115和蓄能池102同时为系统供冷，第一二通阀101a、第三二通阀101c、第五二通阀101e、第六二通阀101f、第七二通阀101g、第八二通阀101h、第九二通阀101i、第一电动二通阀118a和第二电动二通阀118b打开，第二二通阀101b、第四二通阀101d、第八二通阀101h和第十二通阀101j关闭，如图6所示，从流态冰蒸发器112和蓄能池102出来的冷水通过第二泵105送至换热器103中，冷水温度升高后再回至流态冰蒸发器112和蓄能池102中降温，进入流态冰蒸发器112和蓄能池102两设备溶液量可根据第二泵105和第一泵104的流量差自动匹配。其中，蓄能池102中储存的冷量是以冰的形式存在的，需要通过第九二通阀101i的切换从蓄能池102的上部淋出的温度较高的溶液，将浮在溶液表面的冰融化后给溶液降温后，在从蓄能池102的底部经过第七二通阀101g被抽入第二泵105中。与制冷循环115和蓄能池102并联的装有第一电动二通阀118的旁通管路主要起到调节水温的作用，保证换热器103的一侧进水温度恒定，从而保证用户端107水温恒定。在板式换热器103的另一侧，通过第三泵106将换热器103产生的冷水送至用户端107为建筑室内降温后，从用户端107出来的温度升高的水再返回至换热器103降温，实现供冷循环。在制冷循环115的冷凝器111一侧，通过第四泵8将冷却塔109产生冷却水送至制冷循环115的冷凝器111一侧，为制冷循环115散热。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。