一种供热制冰一体机及供热制冰方法

1.本发明涉及城市能源技术领域，具体涉及一种供热制冰一体机及供热制冰方法。


背景技术：

2.近年来，随着城市规模的不断扩大，北方城市普遍存在集中供暖热源严重不足的问题。余热资源回收、热源充分利用显得尤为重要。但是，现有的相关技术还存在一些不足之处。
3.首先，热源供应技术普遍会使用各种热泵供热机组。现有的空气源热泵需要从空气中提取热，需要很大的室外机工质与空气换热，换热效果差、投资大；现有的地埋管、地下水源热泵等都需要打井、埋管，提取这些低品位热的投资巨大。而且，在很多室外环境温度低、地下热资源欠缺或没有的地方，这些热泵供热机组很难使用甚至无法应用。
4.其次，在集中供暖过程中，通常会再次利用热网回水，通过使热网回水逐级升温来将其再次用于供热。当将热网回水加热成中温水之后，如果要使其进一步升温，常用方法是增加电压缩式热泵进行升温。但是，一方面，这需要更大的场地，并且增加了投资成本。另一方面，电压缩式热泵再升温时需要提供低品位的热源，但在很多场合都是缺少低品位的热源。
5.此外，现有的热源利用技术的作用单一，无法与其它行业结合。例如，现有的热源利用技术会用到换热器、冷凝器等设备，而在制冰过程中同样也会用到换热器、冷凝器等设备，但是，现在还没有能够将供热与制冰有效结合、同步进行的设备。


技术实现要素：

6.为了解决上述全部或部分问题，本发明的目的在于提供一种供热制冰一体机。
7.第一方面，本发明提供了一种供热制冰一体机，包括：
8.吸收机30，包括第一入口31、第一出口32、第二入口33、第二出口34、第三入口35和第三出口36；
9.第一压缩式热泵60，包括第一入口61、第一出口62、第二入口63和第二出口64；
10.热网回水管路与所述第一入口31连接，所述第一出口32分别与所述第一入口61和所述第二入口63连接，所述第二出口64与所述第一入口31连接，所述第一出口62与热网供水管路连接；低温水通过所述热网回水管路从所述第一入口31输入，在所述吸收机30内经过加热得到的中温水从所述第一出口32输出，然后分别从所述第一入口61和所述第二入口63输入至所述第一压缩式热泵60，在所述第一压缩式热泵60内经过热量交换得到的高温水从所述第一出口62输出至所述热网供水管路，得到的低温水从所述第二出口64输出返回所述吸收机30；
11.所述第三入口35用于输入高温介质，为所述吸收机30提供热源，所述第二出口34用于输出产生的冰。
12.可选地，所述供热制冰一体机还包括：
13.第二压缩式热泵50，包括第一入口51、第一出口52、第二入口53和第二出口54；
14.所述第三出口36与所述第二入口53连接，所述第二出口54与所述第二入口33连接；所述高温介质在所述吸收机30内经过第一次放热降温之后，从所述第三出口36输出，并输入至所述第二压缩式热泵50内经过第二次放热降温，然后从所述第二出口54输出，返回所述吸收机30内。
15.可选地，所述第一出口32还与所述第一入口51连接，所述第一出口52与所述热网供水管路连接，所述中温水从所述第一入口51输入至所述第二压缩式热泵50，经过吸热升温之后从所述第一出口52输出至所述热网供水管路。
16.可选地，所述热网回水管路与所述第一入口51连接，所述第一出口52与所述热网供水管路连接，低温水通过所述热网回水管路从所述第一入口51输入至所述第二压缩式热泵50，经过吸热升温之后从所述第一出口52输出至所述热网供水管路。
17.可选地，所述供热制冰一体机还包括：
18.换热器40，包括第一入口41、第一出口42、第二入口43和第二出口44；
19.所述换热器40设置在所述吸收机30和所述第二压缩式热泵50之间，所述第三出口36与所述第二入口43连接，所述第二出口44与所述第二入口53连接；所述热网回水管路与所述第一入口41连接，所述第一出口42与所述热网供水管路连接。
20.可选地，所述换热器40是管式换热器、板式换热器或者大温差换热器。
21.可选地，所述高温介质是90℃～130℃的热水或者蒸汽；
22.或者，所述吸收机30是燃料补燃型、补充烟气型或者直接燃烧燃料型。
23.可选地，所述第二入口33与冷水管连接，用于向所述吸收机30补加冷水；
24.或者，所述第二入口53与冷水管连接，用于向所述第二压缩式热泵50补加冷水。
25.可选地，所述吸收机30包括发生器301、蒸发器302、吸收器303、冷凝器304，所述第三入口35、所述第三出口36与所述发生器301连接，所述第二入口33、所述第二出口34与所述蒸发器302连接，所述第一入口31与所述吸收器303连接，所述第一出口32与所述冷凝器304连接，所述吸收器303与所述冷凝器304之间通过管路连接。
26.可选地，所述蒸发器302采用闪蒸的方式制冰；可选地，所述蒸发器302不进行制冰，只产生冷水。
27.第二方面，本发明提供了一种供热制冰方法，包括：
28.步骤s1：高温介质从第三入口35输入吸收机30，经过放热降温制得的冰从第二出口34输出；
29.步骤s2：热网回水从第一入口31输入吸收机30，经过吸热升温得到的中温水从第一出口32输出；
30.步骤s3：所述中温水中的第一股中温水和第二股中温水分别从第一入口61和第二入口63输入第一压缩式热泵60，所述第一股中温水经过吸热升温得到的高温水从第一出口62输出，用作热网供水，所述第二股中温水经过放热降温得到的低温水从第二出口64输出，与所述热网回水汇合。
31.可选地，所述步骤s1进一步包括：
32.步骤s11：高温介质从第三入口35输入吸收机30的发生器301，经过放热降温得到中温介质；
33.步骤s12：所述中温介质从第三出口36输出，然后从第二入口53输入到第二压缩式热泵50，经过放热降温得到的低温介质从第二出口54输出；
34.步骤s13：所述低温介质从第二入口33进入吸收机30的蒸发器302，进行制冰，从第二出口34输出。
35.可选地，所述供热制冰方法还包括：
36.步骤s4：所述中温水中的第三股中温水从第一入口51输入至第二压缩式热泵50，经过吸热升温之后从第一出口52输出，用作热网供水。
37.可选地，所述步骤s2进一步包括：
38.步骤s21：所述热网回水中的第一股热网回水从第一入口31输入吸收机30，经过吸热升温得到的中温水从第一出口32输出；
39.步骤s22：所述热网回水中的第二股热网回水从第一入口51输入至第二压缩式热泵50，经过吸热升温之后从第一出口52输出，用作热网供水。
40.可选地，步骤s12进一步包括：
41.步骤s121：所述中温介质从第三出口36输出，然后从第二入口43输入换热器40，换热降温之后的介质从第二出口44输出；
42.步骤s122：所述换热降温之后的介质从第二入口53输入到第二压缩式热泵50，经过放热降温得到的低温介质从第二出口54输出。
43.由上述技术方案可知，本发明提供的供热制冰一体机，具有以下优点：
44.本发明提供的供热制冰一体机的热量输入端只是一股高温热水或蒸汽，不需要额外增加低品位热源，因而机组不受任何环境中低品位热源条件的限制，能够从自身流程中的水中提取相变潜热。
45.本发明提供的供热制冰一体机能够在提供高温热水用于供热的同时产出冰，能耗低且节能效果好。
46.本发明提供的供热制冰一体机可以提供60℃的热网供水，而输入到供热制冰一体机的热网回水只有5℃，因此，本发明的供热制冰一体机可以实现50～55℃的大温差供热。
附图说明
47.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
48.图1是本发明实施例1的供热制冰一体机的结构示意图；
49.图2是本发明实施例2的供热制冰一体机的结构示意图；
50.图3是本发明实施例3的供热制冰一体机的结构示意图；
51.图4是本发明实施例4的供热制冰一体机的结构示意图。
具体实施方式
52.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围
完整的传达给本领域的技术人员。
53.热网回水通常是大约5℃，将其通过并联或串联管路输入压缩式制冷机的冷凝器、换热器、和吸收机的吸收器和冷凝器中，经过加热升温，可产生中温热水。针对这些中温热水，如若期望使其进一步升温以实现更高温度的供热，通常采取的方式是在机组中再增加电压缩式热泵进行升温。电压缩式热泵再升温时需要提供低品位的热源，但是，存在机组中无另一股低温热输入的情况，并且，在很多场合也都缺少低温热源。
54.针对上述问题，发明人提出供低品位的热源也取自这股中温热水。基于该构思，发明人进而提出了一种供热制冰一体机以及基于该供热制冰一体机实施的供热制冰方法。
55.第一方面，本发明提供了一种供热制冰一体机，包括：
56.吸收机30，包括第一入口31、第一出口32、第二入口33、第二出口34、第三入口35和第三出口36；
57.第一压缩式热泵60，包括第一入口61、第一出口62、第二入口63和第二出口64；
58.热网回水管路与第一入口31连接，第一出口32分别与第一入口61和第二入口63连接，第二出口64与第一入口31连接，第一出口62与热网供水管路连接；低温水通过热网回水管路从第一入口31输入，在吸收机30内经过加热得到的中温水从所述第一出口32输出，然后分别从第一入口61和第二入口63输入至第一压缩式热泵60，在第一压缩式热泵60内经过热量交换得到的高温水从所述第一出口62输出至热网供水管路，得到的低温水从第二出口64输出返回所述吸收机30；
59.第三入口35用于输入高温介质，为吸收机30提供热源，第二出口34用于输出产生的冰。
60.第二方面，本发明提供了一种供热制冰方法，包括：
61.步骤s1：高温介质从第三入口35输入吸收机30，经过放热降温制得的冰从第二出口34输出；
62.步骤s2：热网回水从第一入口31输入吸收机30，经过吸热升温得到的中温水从第一出口32输出；
63.步骤s3：中温水中的第一股中温水和第二股中温水分别从第一入口61和第二入口63输入第一压缩式热泵60，第一股中温水经过吸热升温得到的高温水从第一出口62输出，用作热网供水，第二股中温水经过放热降温得到的低温水从第二出口64输出，与热网回水汇合。
64.本发明的供热制冰一体机以及供热制冰方法，横跨了供热和制冰两个行业，属于跨行业交叉领域的新发明，在供热和制冰行业应用前景广阔，具体体现在以下方面：
65.首先，本发明的供热制冰一体机利用高温热水作驱动力，高温热水作为驱动送入吸收机的发生器降温之后，然后在通过热量梯级利用的方式逐级降温，先通过与热网回水直接换热的方式降温，然后在被压缩式制冷机蒸发器侧机制冷，当把自身的水温降到5℃左右之后，将这股水送到吸收机的蒸发器中，通过闪蒸的方式制冰，产出冰。
66.其次，本发明的供热制冰一体机将中温热水分为两股，一股通过压缩式热泵的冷凝器升温到热网的供水温度，实现高温供热参数，中温热水的另一股去作压缩式热泵的低位热源，进入压缩式热泵的蒸发器降温到热网的回水温度，然后再进入吸收机的吸收器中。该机组实现了大温差的供热，供热参数约为60℃/5℃。
67.再次，本发明的供热制冰一体机不但把高温热水的热量传递给了热用户，而且还在5℃水中提取了水变成冰的相变潜热用于供热，供热能力大幅提高，节能效果显著。与现在的各种热泵供热机组相比，现有的空气源热泵需要从空气中提取热，需要很大的室外机工质与空气换热，换热效果差、投资大；现有的地埋管、地下水源热泵等都需要打井、埋管，提取这些低品位的热投资巨大。而且在很多室外环境温度低、地下热资源欠缺或没有的地方，上面的热泵供热机组很难使用甚至无法应用。而本发明的供热制冰一体机不受任何环境中低品位热源条件的限制，自己从自己流程中的水中提取相变潜热。这是以上所有技术无法比拟的。
68.此外，本发明的供热制冰一体机能够同时产出冰。冰是一种高附加值的产品，本发明的供热制冰一体机是大温差供热机组，同时免费获得了这种高附加值的冰，又是常规电制冰机组无法比拟的。常规电制冰机组能耗高，而本机组相当于近零能耗产冰，节能效果非常好。
69.为了使本领域技术人员能够清楚地理解本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行详细地介绍。
70.实施例1
71.如图1所示，为本发明实施例1的供热制冰一体机的结构示意图，包括：吸收机30，包括第一入口31、第一出口32、第二入口33、第二出口34、第三入口35和第三出口36；第一压缩式热泵60，包括第一入口61、第一出口62、第二入口63和第二出口64；热网回水管路与第一入口31连接，第一出口32分别与第一入口61和第二入口63连接，第二出口64与第一入口31连接，第一出口62与热网供水管路连接；低温水通过热网回水管路从第一入口31输入，在吸收机30内经过加热得到的中温水从第一出口32输出，然后分别从第一入口61和第二入口63输入至第一压缩式热泵60，在第一压缩式热泵60内经过热量交换得到的高温水从第一出口62输出至热网供水管路，得到的低温水从第二出口64输出返回吸收机30；第三入口35用于输入高温介质，为吸收机30提供热源，第二出口34用于输出产生的冰浆。
72.如图1所示，吸收机30包括发生器301、蒸发器302、吸收器303、冷凝器304，第三入口35、第三出口36与发生器301连接，第二入口33、第二出口34与蒸发器302连接，第一入口31与吸收器303连接，第一出口32与冷凝器304连接，吸收器303与冷凝器304之间通过管路连接。
73.第一压缩式热泵包括蒸发器和冷凝器。第一入口61和第一出口62与冷凝器连接，第二入口63和第二出口64与蒸发器连接。
74.本实施例的供热制冰一体机的运行方式如下：
75.高温介质从吸收机30的第三入口35输入至发生器301作驱动。高温介质可以是90℃～130℃的高温热水，例如，供热系统一次热网来的高温热水，当然也可以是其他来源的高温热水，或者，高温介质可以是蒸汽。高温介质在吸收机30进行放热降温。当然，吸收机30也可以是其它燃料补燃型，也可以补充烟气。吸收机30也可以是直接燃烧燃料型，此时没有热水进入吸收机30。
76.热网回水通常是5℃左右的低温水，通过热网回水管路从第一入口31输入吸收机30的吸收器303。热网回水吸收吸收器303中吸收剂(例如溴化锂)浓溶液被稀释所释放的热量，温度升高，然后输入至冷凝器304，进一步吸收冷凝器304中的凝结热，得到中温水，从第
一出口32输出。
77.中温水分为两股，其中，第一股中温水从第一入口61输入，进入到第一压缩式热泵60的冷凝器，第二股中温水从第二入口63输入，进入到第一压缩式热泵60的蒸发器，用作第一压缩式热泵60的低品位热源。经过热量交换之后，得到的高温水从第一出口62输出至热网供水管路，用于供暖，得到的低温水从第二出口64输出返回吸收机30，进行再次循环。
78.优选地，第二入口33还可以与冷水管连接，用于向吸收机30补加冷水，从而提取冷水降温的热量，用于供热。
79.实施例2
80.如图2所示，为本发明实施例2的供热制冰一体机的结构示意图，与实施例1所不同的是：
81.还包括第二压缩式热泵50，包括第一入口51、第一出口52、第二入口53和第二出口54；第三出口36与第二入口53连接，第二出口54与第二入口33连接。第一出口32与第一入口51连接，第一出口52与热网供水管路连接。第二压缩式热泵50的结构可以与第一压缩式热泵60的结构相同。
82.本实施例的供热制冰一体机的运行方式如下：
83.高温介质从吸收机30的第三入口35输入至发生器301作驱动，经过放热降温之后得到的中温介质从第三出口36输出，然后从第二入口53输入到第二压缩式热泵50，经过第二次放热降温得到的低温介质从第二出口54输出，返回吸收机30内，从第二入口33进入吸收机30的蒸发器302，进行制冰。吸收机30的蒸发器可以采用任何方式制冰，例如闪蒸。当然，供热制冰一体机也可以不制冰，只出冷水。
84.热网回水通常是5℃左右的低温水，通过热网回水管路从第一入口31输入吸收机30的吸收器303。热网回水吸收吸收器303中吸收剂(例如溴化锂)浓溶液被稀释所释放的热量，温度升高，然后输入至冷凝器304，进一步吸收冷凝器304中的凝结热，得到中温水，从第一出口32输出。
85.从吸收机30的第一出口32输出的中温水分为三股，第一股中温水从第一入口61输入，进入到第一压缩式热泵60的冷凝器，第二股中温水从第二入口63输入，进入到第一压缩式热泵60的蒸发器，用作第一压缩式热泵60的低品位热源。经过热量交换之后，得到的高温水从第一出口62输出至热网供水管路，用于供暖，得到的低温水从第二出口64输出返回吸收机30，进行再次循环。第三股中温水从第一入口51输入至第二压缩式热泵50，用作第二压缩式热泵50的低品位热源，经过吸热升温之后从第一出口52输出至热网供水管路。
86.优选地，第二入口53还可以与冷水管连接，用于向第二压缩式热泵50补加冷水，从而提取冷水降温的热量，用于供热。
87.本实施例的供热制冰一体机的其他技术特征与实施例1相同，此处不再重复描述。
88.实施例3
89.如图3所示，为本发明实施例3的供热制冰一体机的结构示意图，与实施例1所不同的是：
90.还包括第二压缩式热泵50，包括第一入口51、第一出口52、第二入口53和第二出口54；第三出口36与第二入口53连接，第二出口54与第二入口33连接。热网回水管路与第一入口51连接，第一出口52与热网供水管路连接。第二压缩式热泵50的结构可以与第一压缩式
热泵60的结构相同。
91.本实施例的供热制冰一体机的运行方式如下：
92.高温介质从吸收机30的第三入口35输入至发生器301作驱动，经过放热降温之后得到的中温介质从第三出口36输出，然后从第二入口53输入到第二压缩式热泵50，经过第二次放热降温得到的低温介质从第二出口54输出，返回吸收机30内，从第二入口33进入吸收机30的蒸发器302，进行制冰。吸收机30的蒸发器可以采用任何方式制冰，例如闪蒸。
93.热网回水通常是5℃左右的低温水，分为两股，第一股热网回水从第一入口31输入吸收机30，第二股热网回水从第一入口51输入至第二压缩式热泵50，经过吸热升温之后从第一出口52输出至热网供水管路。
94.中温水分为两股，其中，第一股中温水从第一入口61输入，进入到第一压缩式热泵60的冷凝器，第二股中温水从第二入口63输入，进入到第一压缩式热泵60的蒸发器，用作第一压缩式热泵60的低品位热源。经过热量交换之后，得到的高温水从第一出口62输出至热网供水管路，用于供暖，得到的低温水从第二出口64输出返回吸收机30，进行再次循环。
95.本实施例的供热制冰一体机的其他技术特征与实施例1相同，此处不再重复描述。
96.实施例4
97.如图4所示，为本发明实施例4的供热制冰一体机的结构示意图，与实施例3所不同的是：
98.还包括换热器40，包括第一入口41、第一出口42、第二入口43和第二出口44；换热器40设置在吸收机30和第二压缩式热泵50之间，第三出口36与第二入口43连接，第二出口44与第二入口53连接；热网回水管路与第一入口41连接，第一出口42与热网供水管路连接。
99.本实施例的供热制冰一体机的运行方式如下：
100.高温介质从吸收机30的第三入口35输入至发生器301作驱动，经过放热降温之后得到的中温介质，从第三出口36输出，然后从第二入口43输入换热器40，与从第一入口41输入的热网回水进行换热，随后从第二出口44输出，流向第二压缩式热泵50，经过第二次放热降温得到的低温介质从第二出口54输出，返回吸收机30内，从第二入口33进入吸收机30的蒸发器302，进行制冰。同时，热网回水在换热器40中换热升温，从第一出口42输出，用作热网供水。
101.热网回水通常是5℃左右的低温水，分为两股，第一股热网回水从第一入口31输入吸收机30，第二股热网回水从第一入口51输入至第二压缩式热泵50，经过吸热升温之后从第一出口52输出至热网供水管路。
102.中温水分为两股，其中，第一股中温水从第一入口61输入，进入到第一压缩式热泵60的冷凝器，第二股中温水从第二入口63输入，进入到第一压缩式热泵60的蒸发器，用作第一压缩式热泵60的低品位热源。经过热量交换之后，得到的高温水从第一出口62输出至热网供水管路，用于供暖，得到的低温水从第二出口64输出返回吸收机30，进行再次循环。
103.换热器40可以是任何类型的换热器，例如管式换热器、板式换热器或大温差换热器。
104.通过设置换热器40，能够将从吸收机30输出的热水通过换热降低水温，将热量传递给热网供水，并降低第二压缩式热泵50的装机投资。
105.本实施例的供热制冰一体机的其他技术特征与实施例3相同，此处不再重复描述。
106.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
107.术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
108.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
109.在本技术中，对各步骤进行的编号并非意在限定步骤的先后顺序，本领域技术人员可以根据实际情况来确定各步骤是同步进行或是按照一定顺序进行。
110.在本技术中，“热网供水”和“热网回水”均具有本领域技术人员通常理解的含义。
111.在本技术中，“低温水”、“中温水”、“高温水”等均为相对的概念，只是意在说明水的升温或降温过程，而非意在限定水的具体温度。
112.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。