本发明涉及一种冰水源热泵换热器及其系统，该装置是热泵机组提取存于冷水中热量的关键换热设备，热泵机组制热时，工质与冷水通过该装置进行换热，部分冷水凝固释放出热量，冷水变成冰水混合物，该装置的主要作用是保证冷水与工质在冰水源热泵换热器中稳定连续换热，保证冰水源热泵系统的稳定运行。
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，寻找和利用新的可再生能源是解决能源紧张的一种有效途径，河水水资源丰富，水量大、分布面广是河水的特点，开发利用河水中低位冷热源作为热泵的冷热源，为建筑物供暖、供冷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。
夏季，河水非常适合作为热泵的冷源，通过热泵系统，将建筑物内的热量排入河水中，从而达到对建筑物进行制冷的效果。冬季，河水作为热泵的热源，通过热泵系统，吸收河水中的热量，为建筑物进行供热，是开发新能源利用的一种有效途径。在制热过程中，工质与冷水进行换热，如使冷水换热后部分结冰并脱离换热管管壁，变成冰水混合物排出系统，系统稳定的连续的换热，将有如下优点：一是1kg的0℃的水变为为0℃的冰时，将释放336kj，是同等质量水温降1℃所提取热量的80倍，如提取的热量相同，取水量将降至原有水量的20％，减少系统取水量，减少泵耗；二是冬季河水温度较低，采用专用换热器能保持稳定的换热，将提高系统的运行可靠性，增加河水冬季的应用范围，节能与环保的意义重大。
但是，冬季制热时，河水作为热泵系统的热源，一直有一个技术难题无法解决，冬季河水温度较低，不满足现有热泵的工况要求。如未采取措施，直接通过热泵系统提取河水中热量，存在两个问题，一是冬季的河水温度较低，直接通过热泵提取河水中的热量，工质与冷水换热后，冷水会结冰，并不断吸咐在换热管的表面，随着换热过程的持续进行，换热管壁面的冰层厚度不断增加，如果不及时将换热管壁面的冰层去除掉，不仅会影响换热器的换热效果，还会将换热器冻坏，系统无法正常运行；二是如果采用小温差大流量的方式提取冷水中的热量，由于取水流量很大，系统引水管管径较大，增加系统的投资；对于其它设备流量增大，系统阻力也会增大，增加了泵耗，降低了系统的运行效率；水温较低，系统稳定性也会较差。
技术实现要素：
为解决河水冬季作为热泵系统热源水供热时，一是冬季的河水温度较低，直接通过热泵提取河水中的热量，工质与冷水换热后，冷水会结冰，并不断吸咐在换热管的表面，随着换热过程的持续进行，换热管壁面的冰层厚度不断增加，如果不及时将换热管壁面的冰层去除掉，不仅会影响换热器的换热效果，还会将换热器冻坏，系统无法正常运行；二是如果采用小温差大流量的方式提取冷水中的热量，由于取水流量很大，系统引水管管径较大，增加系统的投资；对于其它设备流量增大，系统阻力也会增大，增加了泵耗，降低了系统的运行效率；水温较低，系统稳定性也会较差，本发明提供了一种冰水源热泵换热器及其系统。
应用原理：
1、如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图13、图15、图16、图17、图18、图19、图20所示，本发明的一种冰水源热泵换热器由壳体、减速电动机、检修折流箱、底座、工质进口、冷水进水口、冷水出水口、工质出口b、工质出口a、轴承座、工质进口b、前管箱a、前管箱b、后管箱a、后管箱b、换热管、刮板、固定管板、通轴、刮板连管、导向杆、导向槽组成，减速电动机位于后管箱a和后管箱b之间，轴承座位于前管箱a和前管箱b之间，通轴的长度由减速电动机到轴承座处，通轴在壳体内为外螺纹结构，刮板连管管内为内螺纹结构，通轴与刮板连管组合成螺纹传动；两片刮板通过刮板连管连接，组合成组合体，壳体内部由n组刮板和刮板连管组合的组合体构成，任意相临的两块刮板与刮板之间距离相等，并且可在换热管长度方向移动；壳体内，固定管板将换热管长度方向均匀平分n份，垂直于换热管长度方向的相临的两块固定管板之间形成冷水换热通道，冷水进水口与减速电动机侧的冷水换热通道相连接，冷水出水口与轴承座侧的冷水换热通道相连接；工质出口b和工质进口b与后管箱b连接，后管箱b通过隔板将工质出口b和工质进口b隔开，工质出口a和工质进口a与后管箱a连接，后管箱a通过隔板将工质出口a和工质进口a隔开，检修折流口位于壳体的两侧。
2、换热流程：
冬季供热流程：如图8所示，工质换热流程：液态工质由工质进口a进入前管箱a，前管箱a由隔板分隔成两部分，通过前管箱a进入换热管，工质在换热管内与换热管外的冷水进行换热，不断的吸收冷水热量，不断的蒸发，通过后管箱a折流后，进入下一工质换热通道，不断吸收冷水热量蒸发，最终全部蒸发并变为过热蒸气后，由工质出口a流出；液态工质由工质进口b进入前管箱b，前管箱b由隔板分隔成两部分，通过前管箱b进入换热管，工质在换热管内与换热管外的冷水进行换热，不断的吸收冷水热量，不断的蒸发，通过后管箱b折流后，进入下一工质换热通道，不断吸收冷水热量蒸发，最终全部蒸发并变为过热蒸气后，由工质出口b流出；冷水从冷水进水口进入壳体内部，壳体内部由固定管板分隔成n个冷水换热通道，冷水进入第一个换热通道，沿垂直于换热管的方向流动，与换热管内的工质进行换热，通过检修折流箱折流后，进入第二个换热通道，沿垂直于换热管的方向流动，与换热管内的工质进行换热，通过检修折流箱折流后，进入第n个换热通道，与换热管内的工质进行换热后，换热过程中，部分冷水凝固，变为冰水混合物由冷水出水口流出。
夏季制冷流程：如图9所示，工质换热流程：气态工质由工质出口a进入前管箱a，前管箱a由隔板分隔成两部分，通过前管箱a进入换热管，工质在换热管内与换热管外的冷水进行换热，不断的释放给冷水热量，不断的冷凝，通过后管箱a折流后，进入下一工质换热通道，不断释放给冷水热量冷凝，最终达到全部冷凝变为饱合液态后，由工质进口a流出；气态工质由工质出口b进入前管箱a，前管箱a由隔板分隔成两部分，通过前管箱a进入换热管，工质在换热管内与换热管外的冷水进行换热，不断的释放给冷水热量，不断的冷凝，通过后管箱a折流后，进入下一工质换热通道，不断释放给冷水热量冷凝，最终达到全部冷凝变为饱合液态后，由工质进口b流出；冷水从冷水进水口进入壳体内部，壳体内部由固定管板分隔成n个冷水换热通道，冷水进入第一个换热通道，沿垂直于换热管的方向流动，与换热管内的工质进行换热，通过检修折流箱折流后，进入第二个换热通道，沿垂直于换热管的方向流动，与换热管内的工质进行换热，通过检修折流箱折流后，进入第n个换热通道，与换热管内的工质进行换热后，由冷水出水口流出。
3、冬季除冰流程：
如图8、图10、图11、图14、图15所示，壳体内，固定管板将换热管长度方向均匀平分n份，垂直于换热管长度方向的相临的两块固定管板之间形成冷水换热通道，每个冷水换热通道中设置一个刮板，刮板为管板式结构，全部换热管均穿过刮板，刮板沿换热管长度方向往复移动，移动距离为相临的两块固定管板之间的距离，两片刮板通过刮板连管连接，组合成组合体，刮板连管为内螺纹，通轴为外螺纹，刮板连管与通轴形成螺纹传动机构，通过减速电动机带动通轴旋转，再由通轴传动到刮板连管和刮板沿换热管长度方向运行，刮板往复运动由减速电动机正向旋动与反向旋动相互切换来实现，换热管管内的工质与换热管管外的冷水进行蒸发换热时，换热管管内的工质吸收冷水热量不断蒸发，换热管管外的冷水不断的放出热量，使冷水温度低于0℃达到凝固点，不断的在换热管外表面结冰，刮板通过减速电动机、通轴带动，往复运动，刮掉换热管管外壁的冰，被刮掉的冰与冷水混合，随着冷水的流动由冷水出水口被带出，工质的蒸发温度≥-5℃，结冰量≤冷水进水量的50％。
4、如图9、图14所示，检修折流箱两个作用，一是作为冷水换热通道的折流箱进行折流，二是作为检修口进行设备检修时使用。
5、如图14、图15、图16、图17、图19所示，4根导向杆固定于壳体上，导向杆与刮板上的4个导向槽一一对应，主要作用为限制刮板旋转，减少刮板的接触面积，减少刮板的摩擦阻力。
6、如图21所示，一种冰水源热泵机组，由压缩机、油分离器、清水换热器、冰水源热泵换热器、电子膨胀阀、切换阀a、切换阀b、切换阀c、切换阀d、切换阀e、切换阀f、切换阀g、切换阀h组成，制热时，切换阀b、切换阀c、切换阀f、切换阀g开启，切换阀a、切换阀d、切换阀e、切换阀h关闭，压缩机将含有少量润滑油低压气态冷媒压缩成高温高压的气体排入油分离器，经过油分离器将润滑油分离后，经过切换阀c进入清水换热器与清水进行换热冷凝，冷凝后经过切换阀g、电子膨胀阀节流后变为低压、低温液态冷媒进入进入冰水源热泵换热器与冷水进行换热蒸发，蒸发后经切换阀b进入压缩机压缩往复循环；制冷时，切换阀b、切换阀c、切换阀f、切换阀g关闭，切换阀a、切换阀d、切换阀e、切换阀h开启，压缩机将含有少量润滑油气态冷媒压缩成高温高压的气体排入油分离器，经过油分离器将润滑油分离后，经过切换阀a进入冰水源热泵换热器与冷水进行换热冷凝，冷凝后经过切换阀e、电子膨胀阀进入清水换热器与清水进行换热蒸发，蒸发后经切换阀d进入压缩机压缩循环。
7、如图22所示，一种冰水源热泵供热空调系统，由河水、取水井、潜水提升泵、引水干管、冰水源热泵、退水干管、末端供水管、末端系统、末端循环水泵、末端回水干管组成，河水通过重力流流入取水井，由潜水提升泵通过引水干管输送至冰水源热泵与工质进行换热，换热后由退水干管排入河水中，末端水通过末端系统换热后，由末端循环水泵经过末端回水干管进入冰水源热泵进行换热，换热后由末端供水管进入末端系统循环换热。
附图说明
图1-本发明一种冰水源热泵换热器正视图
图2-本发明一种冰水源热泵换热器后视图
图3-本发明一种冰水源热泵换热器左视图
图4-本发明一种冰水源热泵换热器右视图
图5-本发明一种冰水源热泵换热器俯视图
图6-本发明一种冰水源热泵换热器轴测图一
图7-本发明一种冰水源热泵换热器轴测图二
图8-本发明一种冰水源热泵换热器a-a剖面图
图9-本发明一种冰水源热泵换热器夏季换热流程图
图10-本发明一种冰水源热泵换热器b-b剖面图
图11-本发明一种冰水源热泵换热器刮冰示意图
图12-本发明一种冰水源热泵换热器c-c剖面图
图13-本发明一种冰水源热泵换热器d-d剖面图
图14-本发明一种冰水源热泵换热器e-e剖面图
图15-本发明一种冰水源热泵换热器内部图一
图16-刮板组合示意图
图17-多组刮板组合示意图
图18-多组刮板组合与通轴组合示意图
图19-图17中i处示意图
图20-本发明一种冰水源热泵换热器内部图二
图21-一种冰水源热泵原理图
图22-一种冰水源热泵系统原理图
附图图面说明
图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20，1-壳体；2-减速电动机；3-检修折流箱；4-底座；5-工质进口a；6-冷水进水口；7-冷水出水口；8-工质出口b；9-工质出口a；10-轴承座；11-工质进口b；12-前管箱a；13-前管箱b；14-后管箱a；15-后管箱b；16-换热管；17-刮板；18-固定管板；19-通轴；20-刮板连管；21-导向杆；22-导向槽。
图21，23-压缩机；24-油分离器；25-清水换热器；26-冰水源热泵换热器；27-电子膨胀阀；28-切换阀a；29-切换阀b；30-切换阀c；31-切换阀d；32-切换阀e；33-切换阀f；34-切换阀g；35-切换阀h。
图22，36-河水；37-取水井；38-潜水提升泵；39-引水干管；40-冰水源热泵；41-退水干管；42-末端供水管；43-末端系统；44-末端循环水泵；45-末端回水干管。
具体实施方式
本发明公开了一种冰水源热泵换热器及其系统，为解决河水冬季作为热泵热源水供热时，换热管壁面结冰、冰层厚度不断增加，影响换热器的换热效果或将换热器冻坏，如采用小温差大流量的方式提取冷水中的热量，由于取水流量很大，系统引水管管径较大，系统阻力也会增大，直接的后果是增加了投资和降低了系统的运行效率，系统稳定性也较差。
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、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图13、图15、图16、图17、图18、图19、图20所示，本发明的一种冰水源热泵换热器由壳体(1)、减速电动机(2)、检修折流箱(3)、底座(4)、工质进口(5)、冷水进水口(6)、冷水出水口(7)、工质出口b(8)、工质出口a(9)、轴承座(10)、工质进口b(11)、前管箱a(12)、前管箱b(13)、后管箱a(14)、后管箱b(15)、换热管(16)、刮板(17)、固定管板(18)、通轴(19)、刮板连管(20)、导向杆(21)、导向槽(22)组成，减速电动机(2)位于后管箱a(14)和后管箱b(15)之间，轴承座(10)位于前管箱a(12)和前管箱b(13)之间，通轴(19)的长度由减速电动机(2)到轴承座(10)处，通轴(19)在壳体(1)内为外螺纹结构，刮板连管(20)管内为内螺纹结构，通轴(19)与刮板连管(20)组合成螺纹传动；两片刮板(17)通过刮板连管(20)连接，组合成组合体，壳体(1)内部由n组刮板(17)和刮板连管(20)组合的组合体构成，任意相临的两块刮板(17)与刮板(17)之间距离相等，并且可在换热管(16)长度方向移动；壳体(1)内，固定管板(18)将换热管(16)长度方向均匀平分n份，垂直于换热管长度方向的相临的两块固定管板(18)之间形成冷水换热通道，冷水进水口(6)与减速电动机(2)侧的冷水换热通道相连接，冷水出水口(7)与轴承座(10)侧的冷水换热通道相连接；工质出口b(8)和工质进口b(11)与后管箱b(13)连接，后管箱b(13)通过隔板将工质出口b(8)和工质进口b(11)隔开，工质出口a(9)和工质进口a(5)与后管箱a(12)连接，后管箱a(12)通过隔板将工质出口a(9)和工质进口a(5)隔开，检修折流口(3)位于壳体(1)的两侧。
2、换热流程：
冬季供热流程：如图8所示，工质换热流程：液态工质由工质进口a(5)进入前管箱a(12)，前管箱a(12)由隔板分隔成两部分，通过前管箱a(12)进入换热管(16)，工质在换热管(16)内与换热管(16)外的冷水进行换热，不断的吸收冷水热量，不断的蒸发，通过后管箱a(14)折流后，进入下一工质换热通道，不断吸收冷水热量蒸发，最终全部蒸发并变为过热蒸气后，由工质出口a(9)流出；液态工质由工质进口b(11)进入前管箱b(13)，前管箱b(13)由隔板分隔成两部分，通过前管箱b(13)进入换热管(16)，工质在换热管(16)内与换热管(16)外的冷水进行换热，不断的吸收冷水热量，不断的蒸发，通过后管箱b(15)折流后，进入下一工质换热通道，不断吸收冷水热量蒸发，最终全部蒸发并变为过热蒸气后，由工质出口b(8)流出；冷水从冷水进水口(6)进入壳体(1)内部，壳体(1)内部由固定管板(18)分隔成n个冷水换热通道，冷水进入第一个换热通道，沿垂直于换热管(16)的方向流动，与换热管(16)内的工质进行换热，通过检修折流箱(3)折流后，进入第二个换热通道，沿垂直于换热管(16)的方向流动，与换热管(16)内的工质进行换热，通过检修折流箱(3)折流后，进入第n个换热通道，与换热管(16)内的工质进行换热后，换热过程中，部分冷水凝固，变为冰水混合物由冷水出水口(7)流出。
夏季制冷流程：如图9所示，工质换热流程：气态工质由工质出口a(9)进入前管箱a(12)，前管箱a(12)由隔板分隔成两部分，通过前管箱a(12)进入换热管(16)，工质在换热管(16)内与换热管(16)外的冷水进行换热，不断的释放给冷水热量，不断的冷凝，通过后管箱a(14)折流后，进入下一工质换热通道，不断释放给冷水热量冷凝，最终达到全部冷凝变为饱合液态后，由工质进口a(5)流出；气态工质由工质出口b(8)进入前管箱a(13)，前管箱a(13)由隔板分隔成两部分，通过前管箱a(13)进入换热管(16)，工质在换热管(16)内与换热管(16)外的冷水进行换热，不断的释放给冷水热量，不断的冷凝，通过后管箱a(15)折流后，进入下一工质换热通道，不断释放给冷水热量冷凝，最终达到全部冷凝变为饱合液态后，由工质进口b(11)流出；冷水从冷水进水口(6)进入壳体(1)内部，壳体(1)内部由固定管板(18)分隔成n个冷水换热通道，冷水进入第一个换热通道，沿垂直于换热管(16)的方向流动，与换热管(16)内的工质进行换热，通过检修折流箱(3)折流后，进入第二个换热通道，沿垂直于换热管(16)的方向流动，与换热管(16)内的工质进行换热，通过检修折流箱(3)折流后，进入第n个换热通道，与换热管(16)内的工质进行换热后，由冷水出水口(7)流出。
3、冬季除冰流程：
如图8、图10、图11、图14、图15所示，壳体(1)内，固定管板(18)将换热管(16)长度方向均匀平分n份，垂直于换热管长度方向的相临的两块固定管板(18)之间形成冷水换热通道，每个冷水换热通道中设置一个刮板(17)，刮板(17)为管板式结构，全部换热管(16)均穿过刮板(17)，刮板(17)沿换热管(16)长度方向往复移动，移动距离为相临的两块固定管板(18)之间的距离，两片刮板(17)通过刮板连管(20)连接，组合成组合体，刮板连管(20)为内螺纹，通轴(19)为外螺纹，刮板连管(20)与通轴(19)形成螺纹传动机构，通过减速电动机(2)带动通轴(19)旋转，再由通轴(19)传动到刮板连管(20)和刮板(17)沿换热管(16)长度方向运行，刮板(17)往复运动由减速电动机(2)正向旋动与反向旋动相互切换来实现，换热管(16)管内的工质与换热管(16)管外的冷水进行蒸发换热时，换热管(16)管内的工质吸收冷水热量不断蒸发，换热管(16)管外的冷水不断的放出热量，使冷水温度低于0℃达到凝固点，不断的在换热管(16)外表面结冰，刮板(17)通过减速电动机(2)、通轴(19)带动，往复运动，刮掉换热管(16)管外壁的冰，被刮掉的冰与冷水混合，随着冷水的流动由冷水出水口被带出，工质的蒸发温度≥-5℃，结冰量≤冷水进水量的50％。
4、如图9、图14所示，检修折流箱(3)两个作用，一是作为冷水换热通道的折流箱进行折流，二是作为检修口进行设备检修时使用。
5、如图14、图15、图16、图17、图19所示，4根导向杆(21)固定于壳体(1)上，导向杆(21)与刮板(17)上的4个导向槽(22)一一对应，主要作用为限制刮板(17)旋转，减少刮板(17)的接触面积，减少刮板(17)的摩擦阻力。
6、如图21所示，一种冰水源热泵机组，由压缩机(23)、油分离器(24)、清水换热器(25)、冰水源热泵换热器(26)、电子膨胀阀(27)、切换阀a(28)、切换阀b(29)、切换阀c(30)、切换阀d(31)、切换阀e(32)、切换阀f(33)、切换阀6(34)、切换阀h(35)组成，制热时，切换阀b(29)、切换阀c(30)、切换阀f(33)、切换阀g(34)开启，切换阀a(28)、切换阀d(31)、切换阀e(32)、切换阀h(35)关闭，压缩机(23)将含有少量润滑油低压气态冷媒压缩成高温高压的气体排入油分离器(24)，经过油分离器(24)将润滑油分离后，经过切换阀c(30)进入清水换热器(25)与清水进行换热冷凝，冷凝后经过切换阀g(34)、电子膨胀阀(27)节流后变为低压、低温液态冷媒进入进入冰水源热泵换热器(26)与冷水进行换热蒸发，蒸发后经切换阀b(29)进入压缩机(23)压缩往复循环；制冷时，切换阀b(29)、切换阀c(30)、切换阀f(33)、切换阀g(34)关闭，切换阀a(28)、切换阀d(31)、切换阀e(32)、切换阀h(35)开启，压缩机(23)将含有少量润滑油气态冷媒压缩成高温高压的气体排入油分离器(24)，经过油分离器(24)将润滑油分离后，经过切换阀a(28)进入冰水源热泵换热器(26)与冷水进行换热冷凝，冷凝后经过切换阀e(32)、电子膨胀阀(27)进入清水换热器(25)与清水进行换热蒸发，蒸发后经切换阀d(31)进入压缩机(23)压缩循环。
7、如图22所示，一种冰水源热泵供热空调系统，由河水(36)、取水井(37)、潜水提升泵(38)、引水干管(39)、冰水源热泵(40)、退水干管(41)、末端供水管(42)、末端系统(43)、末端循环水泵(44)、末端回水干管(45)组成，河水(36)通过重力流流入取水井(37)，由潜水提升泵(38)通过引水干管(39)输送至冰水源热泵(40)与工质进行换热，换热后由退水干管(41)排入河水中，末端水通过末端系统(43)换热后，由末端循环水泵(44)经过末端回水干管(45)进入冰水源热泵(40)进行换热，换热后由末端供水管(42)进入末端系统(43)循环换热。
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。