一种冷水相变能热泵负压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负压排冰装置及系统，属于能源技术领域。

背景技术：

采用热泵技术从水源中提取低品位冷热量为建筑物供热供冷，具有巨大的节能、环保以及经济价值，是节能减排的重要途径之一。然而在热泵技术实施中，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，这些约束就限制了热泵供热系统的应用。冷水相变能热泵系统是提取冷水中的凝固潜热或者相变能(水结冰时释放出的能量)为建筑物供热供冷的技术，由于冷水的相变能相当于水温降低80℃释放出的能量，则可以大幅度减少用水量。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。因此，开发利用冷水的相变能，解决了水源受限的问题，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。

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。专利申请号为“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。

专利申请号为“201710290205.1”，名称为“一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置”，通过过滤器的作用将冰与水分离，冰排出系统，水返回水箱，理论可行，但实际运行效果不佳；专利申请号为“201720460294.5”，名称为“一种冷水相变能热泵供热分流式排冰装置”，采用分流的形式排冰，造成了冷水的大量浪费。

上述专利以及一些其他相关专利或者没有涉及到排冰问题，或者提出了解决方法，但是由于没有考虑到冰的流动性差这一特性，水泵的抽取作用不易抽到冰，导致排冰效果不佳。

本发明专利申请是在发明人前有专利申请技术基础上，提出了负压排冰的概念，可以有效保证水箱中的冰被抽取，从而保证排冰的效果并解决冰水平衡问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种冷水相变能热泵负压排冰装置及系统，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负压排冰装置，它由冷水箱、排冰水泵、隔离板、排冰罩、排冰吸水管、排冰管、过水通道、冰水混合物进口、冷水出口组成，隔离板与排冰罩将冷水箱分割成集冰箱和蓄水箱两部分；隔离板与冷水箱底部留有过水通道；集冰箱和蓄水箱通过过水通道相连通；排冰水泵设置在蓄水箱内；排冰吸水管的一端与排冰罩相连通，另一端与排冰水泵相连通；排冰管的一端与排冰水泵相连通，另一端用于排冰；冰水混合物进口与集冰箱相连通；冷水出口与蓄水箱相连通。

本发明提出的一种冷水相变能热泵负压排冰系统，它由所述的负压排冰装置、相变换热器、冷水泵、冷水供水管、冰水混合物排水管组成，冷水供水管的一端与负压排冰装置的冷水出口相连通，另一端与相变换热器相连通；冷水泵设置在冷水供水管上；冰水混合物排冰管的一端与相变换热器相连通，另一端与负压排冰装置的冰水混合物进口相连通。

本发明装置的运行原理为：冰水混合物从冰水混合物进口进入冷水箱的集冰箱，冰由于密度小于水，故而浮在集水箱水层的表面，冷水经过水通道流道蓄水箱中，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管排出系统，当集冰箱水量减少时，冷水从蓄水箱经过水通道进入蓄冰箱补水。

本发明系统的运行原理为：在冷水泵的作用下，负压排冰装置中蓄水箱中的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。

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.专利申请号为“201710290205.1”，名称为“一种冷水相变能热泵供热分离式排冰装置”；申请号为“201720460294.5”，名称为“一种冷水相变能热泵供热分流式排冰装置”。上述专利提出了排冰的解决方法，但由于未考虑到冰作为固体，其流动性较差的特性，因此实际应用中效果不佳。

3.本发明采用水泵抽送和负压排冰方案实现对外强制排冰，解决由于冰的流动性差造成的排冰难的问题，并控制冰水混合物的排放比例，排冰效率可达95％以上，节约用水量可达50％以上。

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是本发明的系统的结构示意图。

图中：冷水箱1、排冰水泵2、隔离板3、排冰罩4、排冰吸水管5、排冰管6、过水通道7、冰水混合物进口8、冷水出口9、集冰箱10、蓄水箱11、负压排冰装置12、相变换热器13、冷水泵14、冷水供水管15、冰水混合物排水管16和冰水混合物排水管17。

具体实施方式

具体实施方式一，如图1～2所示，本实施方式的一一种冷水相变能热泵负压排冰装置，它由冷水箱1、排冰水泵2、隔离板3、排冰罩4、排冰吸水管5、排冰管6、过水通道7、冰水混合物进口8、冷水出口9组成，隔离板3与排冰罩4将冷水箱1分割成集冰箱10和蓄水箱11两部分；隔离板3与冷水箱1底部留有过水通道7；集冰箱10和蓄水箱11通过过水通道7相连通；排冰水泵2设置在蓄水箱11内；排冰吸水管5的一端与排冰罩4相连通，另一端与排冰水泵2相连通；排冰管6的一端与排冰水泵2相连通，另一端用于排冰；冰水混合物进口8与集冰箱10相连通；冷水出口9与蓄水箱11相连通。

具体实施方式二，如图3所示，本实施方式是一种冷水相变能热泵负压排冰系统，它由所述的负压排冰装置12、相变换热器13、冷水泵14、冷水供水管15、冰水混合物排水管16组成，其特征在于冷水供水管15的一端与负压排冰装置12的冷水出口9相连通，另一端与相变换热器13相连通；冷水泵14设置在冷水供水管15上；冰水混合物排冰管17的一端与相变换热器13相连通，另一端与负压排冰装置12的冰水混合物进口9相连通。

工作原理：

冰水混合物从冰水混合物进口8进入冷水箱1的集冰箱10，在集冰箱10中冰浮在上部，冷水经过水通道7进入蓄水箱11；排冰水泵2抽取集冰箱10中的冰水混合物，冰水混合物经排冰吸水管5和排冰管6排出装置；当集冰箱10中的水量较少时，蓄水箱11中的冷水经过水通道7进入集冰箱10进行补水。

一部分冷水在相变换热器13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16经过冰水混合物进水口8进入分流式排冰装置12，在负压排冰装置12中完成排冰返水过程后，在冷水泵14的作用下，负压排冰装置12中的冷水经冷水供水管15再次进入相变换热器13中。

以上所述只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述所述限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。