一种超低温环境能源塔、能源塔系统以及应急除霜方法与流程

本发明涉及一种能源塔，具体地说是一种超低温环境能源塔、能源塔系统以及应急除霜方法。

背景技术：

能源塔热泵技术是通过能源塔的热交换和热泵机组作用，实现供暖、制冷以及提供热水的技术。冬天它利用低于冰点的载体介质，高效提取低温环境下的相对湿度较高的空气中的低品位热能，通过能源塔热泵机组输入少量高品位能源，实现低温环境下低温热能向高温热能的转移，达到制热的目的；夏天由于能源塔的特殊设计，起到高效冷却塔的作用，将热量排到大气实现制冷。但是在冬季当环境温度很低时，能源塔运行时很容易结霜，且环境中的低品位热能较少，导致能源塔不能稳定的提取低品位热能，影响换热效率。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种超低温环境能源塔、能源塔系统以及应急除霜方法，以解决现有能源塔在温度过低的冬季容易结霜、换热效率低的问题。

本发明是这样实现的：一种超低温环境能源塔，包括底座、壳体、换热装置、抽风机以及喷淋系统；所述壳体设置于所述底座上，所述换热装置设置于所述壳体内部，所述喷淋装置设置于所述壳体内部，所述抽风机设置于所述壳体顶部，在所述壳体上开有进风格栅；所述换热装置包括换热管与翅片，所述翅片分布在换热管的表面，在所述换热管两端分别设有进液口和出液口；所述喷淋装置包括蓄液池、融霜液循环泵、导管以及喷液盘，所述蓄液池位于所述壳体的底部，所述融霜液循环泵设置于所述蓄液池内，所述喷液盘设置于所述壳体顶部，在所述喷液盘底部开有喷液口，所述导管连接所述融霜液循环泵与所述喷液盘；在所述蓄液池中装有融霜液。

所述融霜液包含重量百分比为2%~3%的氯化钠、4%~5%的氯化镁、18%~20%的氯化钙、7%~10%的氢氧化钠，其余为水。

所述换热装置共有两个，两组所述换热装置分别位于所述壳体内部的两侧，所述抽风机位于两个所述换热装置中间上方的壳体上。

所述换热管为铜管，所述换热管盘叠布置，分为若干段换热管，相邻的两段换热管之间的间距为60~80mm。

所述翅片为铝片，相邻所述翅片之间的间距为8~10mm。

在所述壳体内设置有温湿度传感器，在所述抽风机上设置有风速控制装置，自动控制通过所述换热装置的风速且保持风速不低于0.8m/s。

所述进液口位于所述壳体的上部且从所述壳体内穿出，所述出液口位于所述壳体的下部且从所述壳体内穿出。

本发明还公布了一种超低温环境能源塔系统，包括超低温环境能源塔、能源塔循环管道、能源塔循环泵、冷凝换热器、蓄热水池、热循环泵、热循环管道，还包括介质调节装置、应急管道以及应急泵；所述超低温环境能源塔包括底座、壳体、换热装置、抽风机以及喷淋系统；所述壳体设置于所述底座上，所述换热装置设置于所述壳体内部，所述喷淋装置设置于所述壳体内部，所述抽风机设置于所述壳体顶部，在所述壳体上开有进风格栅；所述换热装置包括换热管与翅片，所述翅片分布在换热管的表面，在所述换热管两端分别设有进液口和出液口；所述喷淋装置包括蓄液池、融霜液循环泵、导管以及喷液盘，所述蓄液池位于所述壳体的底部，所述融霜液循环泵设置于所述蓄液池内，所述喷液盘设置于所述壳体顶部，在所述喷液盘底部开有喷液口，所述导管连接所述融霜液循环泵与所述喷液盘；在所述蓄液池中装有融霜液。

所述能源塔循环管道的两端分别与所述能源塔的进液口和出液口连接，所述能源塔循环泵串联在所述能源塔循环管道上，所述热循环管道的两端分别连接在所述蓄热水池的进口和出口上，所述热循环泵串联在所述热循环管道上，所述冷凝换热器安装在相邻的所述能源塔循环管道与所述热循环管道上，所述介质调节装置并联在所述能源塔循环管道上，所述应急管道连接所述蓄热水池与所述能源塔循环管道，所述应急泵安装在所述应急管道上。

本发明的超低温环境能源塔通过调节风速、设置较大的空气流动间隙来减少结霜的可能性，同时采用喷淋装置对换热装置进行喷淋除霜，将换热管以及翅片上的冰霜融除。融霜液中包括氯化钠、氯化镁以及氯化钙，氯盐混合溶液的冰点很低，在合适配比与浓度下即使温度低于-30℃也不会结冰，能够作为超低温环境下的融霜剂，同时在融霜液中还加入了氢氧化钙，氢氧化钙在一定浓度下能够极大的减少溶液对金属的腐蚀。最终确定融霜液中各组分的最佳质量浓度为氯化钠2.5%、氯化镁4.5%、氯化钙19%、氢氧化钙10%。

但在特殊情况如温度过低或喷淋装置出现故障时，换热装置的换热管与翅片上会结霜，如果不清除会影响超低温环境能源塔的正常工作。

所以本发明还公布了一种超低温环境能源塔应急除霜方法，其特征在于，上述的超低温环境能源塔系统，当检测到所述换热装置上出现所述融霜剂无法清除的冰霜时，超低温环境能源塔停止工作，应急泵启动将蓄热水池中的热水输送到能源塔循环管道中，将能源塔循环泵内原有溶液压入介质调节装置内，通过能源塔循环泵将热水输送至换热管内，热水将换热管以及翅片上的冰霜融化后，应急泵停止运转，超低温环境能源塔重新启动，并且介质调节装置开始向循环管道内添加介质调节能源塔循环管道内介质的浓度。

本发明的能源塔能够在极低的温度下工作，通过提高通风率来增加可获取的低品位热能，提高了换热效率，并且采取一系列措施来防止或处理结霜的发生，从而保证了能源塔在超低温环境下的工作稳定性。

附图说明

图1是本发明超低温环境能源塔的结构示意图。

图2是本发明图1的右视图。

图3是本发明能源塔系统的示意图。

图4是本发明换热管与翅片的示意图。

图中：1、超低温环境能源塔；2、能源塔循环管道；3、能源塔循环泵；4、介质调节装置；5、冷凝换热器；6、热循环管道；7、热循环泵；8、蓄热水池；9、应急管道；10、应急泵；1-1、底座；1-2、壳体；1-3、抽风机；1-4、融霜液循环泵；1-5、导管；1-6、喷液盘；1-7、喷液口；1-8、换热管；1-9、翅片；1-10、进液口；1-11、出液口；1-12、蓄液池；1-13、融霜液；1-14、进风格栅。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的超低温环境能源塔1包括底座1-1、壳体1-2、换热装置、抽风机1-3以及喷淋系统。底座1-1位于底部，且底座1-1固定安装在底面的混凝土台上，在底座1-1上固定安装有壳体1-2，壳体1-2与底座1-1之间为密封连接，在壳体1-2内安装有换热装置、抽风机1-3以及喷淋系统。

其中，换热装置共有两个，分别位于壳体1-2内部的前后两部分，换热装置包括换热管1-8和翅片1-9，翅片1-9是均匀分布在换热管1-8上的（如图4所示），为了能够尽可能大的增加换热面积，换热管1-8为盘叠设置的，一根换热管1-8通过多次对折分为若干段，各段换热管1-8相互平行且间隔相同，在换热管1-8上焊接固定有翅片1-9，翅片1-9分布在相邻换热管1-8之间的空间内，从而最大化的提高换热管1-8与翅片1-9与空气的接触面积，即换热面积。同时为了提高换热效率，换热管1-8选用铜管，翅片1-9选用铝板，铜和铝都为导热性较好的材料。在换热管1-8的两个端口分别安装有出液口1-11和进液口1-10，出液口1-11位于上部，进液口1-10位于下部，且出液口1-11和进液口1-10都安装在壳体1-2的侧板上且从侧板上伸出。其中，相邻的两段换热管1-8之间间距为60~80mm，换热管1-8上两个相邻的翅片1-9之间间距为8~10mm，换热管1-8间距以及翅片1-9间距较大，有利于空气的流通，但过大的间距会减少与空气的接触面积，故采用适中的间距，同时配合抽风机1-3控制通过换热装置的风速，从而充分吸收低温空气中的低品位热能。

抽风机1-3安装在壳体1-2的顶部，在壳体1-2的前后两侧侧板上开有进风格栅1-14，通过抽风机1-3的抽风作用，将壳体1-2内的空气抽出，使壳体1-2内产生负压，外界的空气通过进风格栅1-14进入壳体1-2内部。在壳体1-2内安装有温湿度传感器，用于检测壳体1-2内部的温度与湿度状况，在出风装置上安装有风速控制装置，风速控制装置通过温湿度传感器的信号开调节风速，从而控制通过换热装置的空气的体积，其中，风速不低于0.8m/s，从而保证换热装置能够从足量的空气中获取热能。

壳体1-2内设置有喷淋装置，喷淋装置包括蓄液池1-12、融霜液循环泵1-4、导管1-5以及喷液盘1-6，蓄液池1-12位于壳体1-2的底部，融霜液循环泵1-4设置于蓄液池1-12内，喷液盘1-6设置于壳体1-2顶部，在喷液盘1-6底部开有喷液口1-7，导管1-5连接融霜液循环泵1-4与喷液盘1-6，在蓄液池1-12中装有融霜液1-13。喷液盘1-6有两个，分别位于两个换热装置的上方，融霜液循环泵1-4将蓄液池1-12中的融霜液1-13抽出通过导管1-5输送至喷液盘1-6内，融霜液1-13通过喷液盘1-6底部的喷液口1-7喷淋到换热装置上。

其中融霜液1-13采用的是氯化钠、氯化镁、氯化钙以及氢氧化钙的混合溶液。其中氯化钠、氯化镁以及氯化钙使混合溶液的冰点很低，在合适的配比下，混合溶液的冰点能够达到-30℃以下，而氢氧化钙能够降低混合溶液对金属的腐蚀性，尤其当氢氧化钙的质量分数为7%~10%时，混合溶液对金属的腐蚀性最小。当各溶质的总含量大于40%时就会开始产生沉淀，所以要控制溶质的总含量小于40%，同时，当各组分的总含量为35%左右时混合溶液的冰点最低。为了使混合溶液同时获得最低的冰点，且控制溶质的总含量，确定融霜液1-13中包含重量百分比为2%~3%的氯化钠、4%~5%的氯化镁、18%~20%的氯化钙、7%~10%的氢氧化钠，其余为水。溶液各组分的最优含量为氯化钠2.5%、氯化镁4.5%、氯化钙19%、氢氧化钙10%，其余为水，此时混合溶液的冰点能达到-30℃以下，以保证能源塔1能够在极度寒冷的环境下不结冰，保证其稳定运行。

在能源塔1运行时，通过调节风速、设置较大的空气流动间隙来减少结霜的可能性，当温度较低时，开启喷淋装置使用融霜液1-13来预防换热装置结霜或清除换热装置上的冰霜，但有时外界环境温度过低，当换热装置从环境中获取热量后，壳体1-2内的温度进一步下降，导致换热装置表面温度过低形成冰霜，融霜液1-13无法将其消除，此时就需要采取应急措施来消除换热装置上的冰霜。所以本发明还公布了一种超低温环境能源塔1系统及应急除霜方法。

如图3所示，超低温环境能源塔1系统包括超低温环境能源塔1、能源塔循环管道2、能源塔循环泵3、冷凝换热器5、蓄热水池8、热循环泵7、热循环管道6、介质调节装置4、应急管道9以及应急泵10。能源塔循环管道2的两端分别与超低温环境能源塔1的进液口1-10和出液口1-11连接，能源塔循环泵3串联在能源塔循环管道2上，热循环管道6的两端分别连接在蓄热水池8的进口和出口上，热循环泵7串联在热循环管道6上，冷凝换热器5安装在相邻的能源塔循环管道2与热循环管道6上，介质调节装置4并联在能源塔循环管道2上，应急管道9连接蓄热水池8与能源塔循环管道2，应急泵10安装在应急管道9上。能源塔循环管道2内循环的为低冰点的介质溶液，介质溶液在换热装置内吸收空气中的热量，吸收热量后的溶液温度升高并通过能源塔循环泵3泵送到冷凝换热器5，通过冷凝换热器5将热量输送至热循环管道6，介质溶液的热量被冷凝换热器5吸收后温度降低，然后继续被泵回换热装置，通过其循环不断将热量输送至热循环管道6。热循环管道6内的水经过冷凝换热器5后温度升高，高温的水被储存在蓄热水池8内。在正常状况下，应急泵10为停止状态，蓄热水池8与能源塔循环管道2不连通，只有当应急泵10启动后，蓄热水池8中的热水才会被输送至能源塔循环管道2内，水进入到能源塔循环管道2内会导致介质被稀释，介质调节装置4就会自动向超低温环境能源塔1循环管路内添加介质，调节介质的浓度使其稳定在一定范围内。当介质溶液浓度过高时，介质调节装置4也能够向超低温环境能源塔1循环管路内添加水，调节介质的浓度至规定范围内。

超低温环境能源塔1应急除霜方法，当检测到所述换热装置上出现所述融霜剂无法清除的冰霜时，超低温环境能源塔1停止工作，应急泵10启动将蓄热水池8中的热水输送到能源塔循环管道2中，将能源塔循环泵3内原有溶液压入介质调节装置4内，通过能源塔循环泵3将热水输送至换热管1-8内，热水将换热管1-8以及翅片1-9上的冰霜融化后，应急泵10停止运转，超低温环境能源塔1重新启动，并且介质调节装置4开始向循环管道内添加介质调节能源塔循环管道2内介质的浓度。

通过以上的措施，本发明的能源塔1能够在温度极低的环境下工作，能够正常的吸收热量同时结霜的几率很小，即使出现结霜的现象也能够采取紧急措施将冰霜清除，保障其正常稳定工作。