一种提取凝固热的热泵机组及其系统的制作方法

本发明涉及一种提取凝固热的热泵机组及其系统，该热泵机组及其系统是将环境中不能连续应用的清洁能源或温度较低的地表水源作为热泵的冷热源，通过蒸汽压缩机消耗少量的电能，为建筑物供热的一种热泵系统。

背景技术：

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，寻找和利用清洁和可再生能源是解决能源紧张的一种有效途径，开发清洁和可再生能源作为热泵的冷热源，为建筑物供暖具有重要的节能与环保价值，对缓解能源消耗紧张、减轻环境污染具有重要意义。

但是，冬季供热时，建筑物需要可连续运行的供热系统，而清洁能源如太阳能和风能的利用，受一定应用条件的限制，太阳能夜间或阴天时不能提供供暖所需要的热量，风能在无风或风速很小时也不能正常工作，而供暖需要连续的供热系统，如直接将太阳能和风能作为供热的热源，无法满足正常的供暖要求。

冬季，室外的环境温度比较低，如利用地表水源作为热泵冷热源很容易结冰，无法正常使用；另外，建筑物附近有很少的水源，无法满足热泵系统正常的流量要求。

技术实现要素：

为解决冬季供热时，清洁能源如太阳能、风能不能连续提供热量；地表水源温度较低，无法作为热泵的热源；水源较少，无法满足热泵对流量的要求，本发明提供了一种提取凝固热的热泵机组及其系统。

应用原理：

1、如图1所示，本发明一种提取凝固热的热泵机组，由蒸汽压缩机、集气罐、真空泵、冷凝器、节流阀、蒸发器、喷淋泵、融冰换热管、喷淋装置、过滤器、辅助电加热器、末端水出水口、末端水进水口、热源水进水口、热源水出水口、接线端口组成，过滤器将蒸发器上、下分隔成两部分，上部分设有融冰换热管，下部分设有辅助电加热器，喷淋泵进水口与蒸发器底部相通，出水口与喷淋装置相通，蒸汽压缩机吸汽口与蒸发器顶部相通，排汽口与集气罐相通，集气罐顶部与真空泵相连，下端与冷凝器相通，冷凝器与蒸发器相通，中间设有节流阀，蒸发器设有热源水进水口、热源水出水口和接线端口，冷凝器设有末端水出水口和末端水进水口。

2、如图1所示，取热原理：在低压的条件下，水蒸发的同时自身冷却，水即作为制冷剂又作为蓄热的载体；清洁能源不能提供热量时，喷淋泵吸入蒸发器底部的液态水，加压送入喷淋装置，由喷淋装置喷淋雾化；蒸汽压缩机吸气使蒸发器内产生负压，喷淋装置喷淋雾化内的水滴分为二部分，一部分蒸发吸热变为低温低压的水蒸汽，另一部分被冷却变为水与冰浆的混合物，水与冰浆的混合物经过过滤器过滤，冰浆留在蒸发器的上部分，液态水通过过滤器流入蒸发器的下部分，再由喷淋泵加压送入喷淋装置循环使用，更多的液态水逐渐变为冰浆存于蒸发器的上部分，蓄热原理：热源水通过热源水进水口进入融冰换热管，与积聚在融冰换热管管与管之间的冰浆进行换热，冰浆吸热后变为液态水流入蒸发器的底部，热源水放热后由热源水出水口流出；蒸发器底部的辅助电加热器，通过接线端口与电源连接，接通后，辅助电加热器加热底部的液态水，通过喷淋泵循环融冰。

3、如图1所示，供热原理：低温低压水蒸汽进入蒸汽压缩机，被蒸汽压缩机压缩，压缩可分为单级压缩和多级压缩，压缩后的水蒸汽变为高温高压的水蒸汽，经集气罐排入冷凝器与由末端水进水口进入冷凝器的末端水进行换热，换热后，末端水由末端水出水口排出，高温高压的水蒸汽冷凝变为液态水，经节流阀节流后，流入蒸发器循环取热、放热；真空泵抽取集气罐内不凝性气体。

4、如图2所示，本发明一种提取凝固热的热泵机组实施例二，由蒸汽压缩机、集气罐、真空泵、冷凝器、节流阀、蒸发器、喷淋装置、过滤器、末端水出水口、末端水进水口、低温水进水口、低温水出水口、冰浆泵组成，过滤器将蒸发器分隔成上下两部分，上部与蒸汽压缩机吸气口连通，喷淋装置位于过滤器的下方，过滤器主要过滤进入蒸汽压缩机的水蒸汽中的杂质，低温水由低温水进水口送入喷淋装置，由喷淋装置喷淋雾化，喷淋装置喷淋雾化内的水滴分为二部分，一部分蒸发吸热变为低温低压的水蒸汽，进入蒸汽压缩机，另一部分被冷却变为水与冰浆的混合物，由冰浆泵经低温水出水口直接排出。

5、如图3所示，一种提取凝固热的热泵系统，由末端水循环泵、末端散热系统、电网接线箱、转换箱、热源水循环泵、太阳能集热器、小型风力发电机组、提取凝固热的热泵机组组成，太阳能、风能均为不可连续利用能源，太阳能集热器采集热量，通过热源水循环泵将太阳能集热器的热量输送至提取凝固热的热泵机组，通过融冰换热管与换热管外的冰浆进行换热，换热后的水回到太阳能集热器吸收太阳能循环换热；小型风力发电机组工作时，转换箱与小型风力发电机组接通，转换箱与辅助电加热器接通，小型风力发电机组产生的电能通过辅助电加热器变为热能加热液态水，通过喷淋泵循环融冰进行蓄能；太阳能集热器、小型风力发电机组均不工作时，提取凝固热的热泵机组提取蒸发器中液态水中的凝固热，循环换热，蒸发器内的冰浆占冰浆与液态水总质量的50％以上时，转换箱与电力接线箱接通，利用电网的电能通过辅助电加热器加热蒸发器底部的液态水，通过喷淋泵循环融冰浆；末端水通过末端水循环泵进入冷凝器，与高温高压的水蒸汽换热，吸热后进入末端散热系统进行放热，放热后的末端水通过末端水循环泵再进入冷凝器循环换热。

6、如图4所示，一种提取凝固热的热泵系统，由末端水循环泵、末端散热系统、提取凝固热的闭式热泵机组、地表水源、低温水引水泵组成，地表水源通过低温水引水泵进入提取凝固热的热泵机组的蒸发器，经喷淋装置喷淋雾化，通过蒸汽压缩机吸收水蒸汽，部分蒸发，同时未蒸发的液态水自身冷却，部分形成冰浆，冰浆的比例由低温水引水泵进水量控制，最终形成冰水混合物，由冰浆泵排出系统，排入地表水源。

附图说明

图1-本发明一种提取凝固热的热泵机组(闭式系统)结构示意图

图2-本发明一种提取凝固热的热泵机组(开式系统)结构示意图

图3-本发明一种提取凝固热的热泵系统(一)

图4-本发明一种提取凝固热的热泵系统(二)

附图图面说明

图1、图2、图3、图4，1-蒸汽压缩机；2-集气罐；3-真空泵；4-冷凝器；5-节流阀；6-蒸发器；7-喷淋泵；8-融冰换热管；9-喷淋装置；10-过滤器；11-辅助电加热器；12-末端水出水口；13-末端水进水口；14-热源水进水口；15-热源水出水口；16-接线端口；17-低温水进水口；18-低温水出水口；19-冰浆泵；20-末端水循环泵；21-末端散热系统；22-电力接线箱；23-转换箱；24-热源水循环泵；25-太阳能集热器；26-小型风力发电机组；27-提取凝固热的热泵机组；28-地表水源；29-低温水引水泵。

具体实施方式

本发明公开了一种提取凝固热的热泵机组及其系统，以解决冬季供热时，清洁能源如太阳能、风能不能连续提供热量；地表水源温度较低，无法作为热泵的热源；水源较少，无法满足热泵对流量的要求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

1、如图1所示，本发明一种提取凝固热的热泵机组，由蒸汽压缩机(1)、集气罐(2)、真空泵(3)、冷凝器(4)、节流阀(5)、蒸发器(6)、喷淋泵(7)、融冰换热管(8)、喷淋装置(9)、过滤器(10)、辅助电加热器(11)、末端水出水口(12)、末端水进水口(13)、热源水进水口(14)、热源水出水口(15)、接线端口(16)组成，过滤器(10)将蒸发器(6)上、下分隔成两部分，上部分设有融冰换热管(8)，下部分设有辅助电加热器(11)，喷淋泵(7)进水口与蒸发器(6)底部相通，出水口与喷淋装置(9)相通，蒸汽压缩机(1)吸汽口与蒸发器(6)顶部相通，排汽口与集气罐(2)相通，集气罐(2)顶部与真空泵(3)相连，下端与冷凝器(4)相通，冷凝器(4)与蒸发器(6)相通，中间设有节流阀(5)，蒸发器(6)设有热源水进水口(14)、热源水出水口(15)和接线端口(16)，冷凝器设有末端水出水口(12)和末端水进水口(13)。

2、如图1所示，取热原理：在低压的条件下，水蒸发的同时自身冷却，水即作为制冷剂又作为蓄热的载体；清洁能源不能提供热量时，喷淋泵(7)吸入蒸发器(6)底部的液态水，加压送入喷淋装置(9)，由喷淋装置(9)喷淋雾化；蒸汽压缩机(1)吸气使蒸发器(6)内产生负压，喷淋装置(9)喷淋雾化内的水滴分为二部分，一部分蒸发吸热变为低温低压的水蒸汽，另一部分被冷却变为水与冰浆的混合物，水与冰浆的混合物经过过滤器(10)过滤，冰浆留在蒸发器(6)的上部分，液态水通过过滤器(10)流入蒸发器(6)的下部分，再由喷淋泵(7)加压送入喷淋装置(9)循环使用，更多的液态水逐渐变为冰浆存于蒸发器(6)的上部分，蓄热原理：热源水通过热源水进水口(14)进入融冰换热管(8)，与积聚在融冰换热管(8)管与管之间的冰浆进行换热，冰浆吸热后变为液态水流入蒸发器(6)的底部，热源水放热后由热源水出水口(15)流出；蒸发器(6)底部的辅助电加热器(11)，通过接线端口(16)与电源连接，接通后，辅助电加热器(11)加热底部的液态水，通过喷淋泵(7)循环融冰。

3、如图1所示，供热原理：低温低压水蒸汽进入蒸汽压缩机(1)，被蒸汽压缩机(1)压缩，压缩可分为单级压缩和多级压缩，压缩后的水蒸汽变为高温高压的水蒸汽，经集气罐(2)排入冷凝器(4)与由末端水进水口(13)进入冷凝器(4)的末端水进行换热，换热后，末端水由末端水出水口(12)排出，高温高压的水蒸汽冷凝变为液态水，经节流阀(5)节流后，流入蒸发器(6)循环取热、放热；真空泵(3)抽取集气罐(2)内不凝性气体。

4、如图2所示，本发明一种提取凝固热的热泵机组实施例二，由蒸汽压缩机(1)、集气罐(2)、真空泵(3)、冷凝器(4)、节流阀(5)、蒸发器(6)、喷淋装置(9)、过滤器(10)、末端水出水口(12)、末端水进水口(13)、低温水进水口(17)、低温水出水口(18)、冰浆泵(19)组成，过滤器(10)将蒸发器(6)分隔成上下两部分，上部与蒸汽压缩机(1)吸气口连通，喷淋装置(9)位于过滤器(10)的下方，过滤器(10)主要过滤进入蒸汽压缩机(1)的水蒸汽中的杂质，低温水由低温水进水口(17)送入喷淋装置(9)，由喷淋装置(9)喷淋雾化，喷淋装置(9)喷淋雾化内的水滴分为二部分，一部分蒸发吸热变为低温低压的水蒸汽，进入蒸汽压缩机(1)，另一部分被冷却变为水与冰浆的混合物，由冰浆泵(19)经低温水出水口(18)直接排出。

5、如图3所示，一种提取凝固热的热泵系统，由末端水循环泵(20)、末端散热系统(21)、电网接线箱(22)、转换箱(23)、热源水循环泵(24)、太阳能集热器(25)、小型风力发电机组(26)、提取凝固热的热泵机组(27)组成，太阳能、风能均为不可连续利用能源，太阳能集热器(25)采集热量，通过热源水循环泵(24)将太阳能集热器(25)的热量输送至提取凝固热的热泵机组(27)，通过融冰换热管(8)与换热管外的冰浆进行换热，换热后的水回到太阳能集热器(25)吸收太阳能循环换热；小型风力发电机组(26)工作时，转换箱(23)与小型风力发电机组(26)接通，转换箱(23)与辅助电加热器(11)接通，小型风力发电机组(26)产生的电能通过辅助电加热器(11)变为热能加热液态水，通过喷淋泵(7)循环融冰进行蓄能；太阳能集热器(25)、小型风力发电机组(26)均不工作时，提取凝固热的热泵机组(27)提取蒸发器(6)中液态水中的凝固热，循环换热，蒸发器(6)内的冰浆占冰浆与液态水总质量的50％以上时，转换箱(23)与电力接线箱(22)接通，利用电网的电能通过辅助电加热器(11)加热蒸发器(6)底部的液态水，通过喷淋泵(7)循环融冰浆；末端水通过末端水循环泵(20)进入冷凝器(4)，与高温高压的水蒸汽换热，吸热后进入末端散热系统(21)进行放热，放热后的末端水通过末端水循环泵(20)再进入冷凝器(4)循环换热。

6、如图4所示，一种提取凝固热的热泵系统，由末端水循环泵(20)、末端散热系统(21)、提取凝固热的闭式热泵机组(27)、地表水源(28)、低温水引水泵(29)组成，地表水源(28)通过低温水引水泵(29)进入提取凝固热的热泵机组(27)的蒸发器(6)，经喷淋装置(9)喷淋雾化，通过蒸汽压缩机(1)吸收水蒸汽，部分蒸发，同时未蒸发的液态水自身冷却，部分形成冰浆，冰浆的比例由低温水引水泵(29)进水量控制，最终形成冰水混合物，由冰浆泵(19)排出系统，排入地表水源(28)。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。