[发明专利]基于开式冷水凝固换热器的热泵系统

说明书

本发明是一种基于开式冷水凝固换热器的热泵系统，它包括制冷剂循环回路、供暖循环回路、冷凝器和蒸发器，其特点是，还包括冷水管路、冷媒换热循环回路、开式冷水凝固换热器、除冰回路和除冰换热器，所述冷水管路与冷媒换热循环回路通过开式冷水凝固换热器热交换，冷媒换热循环回路与制冷剂循环回路通过蒸发器热交换，除冰回路与供暖循环回路通过除冰换热器热交换，升温后的冷媒为开式冷水凝固换热器除冰，冷凝器循环水通道的入口端同时与第一管道和除冰换热器内的循环水通道出口端连通。其采取热媒融冰和重力脱冰相结合的方式除冰，除冰速度快、除冰彻底功耗小，可实现连续提取冷水的凝固热为室内供热，同时能够保证机组长期保持高效稳定运行。

技术领域

本发明涉及热泵空调领域，具体涉及一种基于开式冷水凝固换热器的热泵系统。

背景技术

水源热泵是采用热泵技术从水源（如地表水、地下水、生活污水等）中获取低品位热量为建筑物供热供冷的一种节能装置，与常规的化石燃料燃烧供热相比，不仅环保无污染，而且效率高，一般COP在4左右，具有很大的市场优势。对于地表水源热泵，众所周知，地表水的温度会随着室外空气温度的下降而下降，有研究表明，当室外空气的温度达到-10℃时，地表水的温度仅为4℃，显然，这样温度的地表水几乎已经没有什么显热可利用，所以此种情况下，再用地表水源热泵系统供热显然是不可行的；对于污水源热泵，虽然污水的温度相对较高（一般在20℃左右），但研究表明，即使最大量的利用污水显热，平均7至10栋建筑物排放的污水中所含可利用的热能仅够一栋建筑物采暖用，显然，污水源热泵同样存在着污水源不足的问题。基于以上原因，使得水源热泵的应用受到了极大的限制，尤其是在严寒地区的应用，亟需采取特殊的技术措施来解决这一难题。

已知水的凝固潜热为335kj/kg，是1kg水降低1℃所放出热量的80倍，若能开发出以冷水凝固热为低温热源的热泵机组，则我国大部分地区（包括严寒地区）就有了取之不尽、用之不竭的水源热源，所有天然水体封冻表面以下的水全都可以成为水源热泵的热源。在采用城市污水作热源时，将不再存在建筑物附近水量不足的问题。研究表明，用提取凝固热的方法，提取约15%的污水所蕴含的潜热，基本上可以保证每栋建筑物排放的污水热能能够自给自足。如果提取冷水凝固热的技术成熟，用水源热泵取代燃煤为建筑物供热，将不再存在水源不足的问题。

中国专利申请号 “2006100096160”，名称为“冷水凝固热的采集装置”的专利，通过在换热管内设置蛟龙刮板将管内的冷水与管外的乙二醇进行换热时产生的冰层除掉，该技术方案虽然刮冰的机械能耗少，但其制作所需的机械工艺复杂，加工精度要求较高，而且在刮冰过程极易损伤绞龙刮板和换热管，导致其运行维护难度大、费用高。同时也会增加水在管内的流动阻力，增加水泵的功耗。

中国专利申请号 “2006100096175”，名称为“利用低位热源供水显热进行除霜的凝固潜热型热泵”的专利，该技术方案主要由一个结冰室和两个蒸发室构成，在结冰室内利用冷水对空气进行加热加湿，加热加湿后的空气温度接近0℃，湿度接近饱和，冷水凝固成冰，然后这部分空气进到那个没有正在除霜的蒸发室内和制冷剂换热，与制冷剂换完热后的空气温湿度降低，重新回到结冰室内加热加湿。该技术方案系统复杂，占地面积大，而且结霜速度快，除霜频率高，系统运行稳定性差，不节能。

众所周知，提取冷水凝固热就是利用冷水结成冰所放出的热量，而水结冰及除冰过程与现有的制冰机原理类似，可以参考其进行研发。如中国专利申请号为“2015108645983”，名称为“一种以水为热源的喷淋式热泵机组”的专利，采用半钎焊板式换热器作为蒸发器，通过在其上方设置喷淋装置使冷水沿着壁面下落与壁面另一侧的制冷剂换热，同时冷水在壁面结冰。该技术方案的不足之处在于除冰时需要四通阀换向（与风冷热泵的逆循环除霜原理类似），导致热用户的室温会降低（约降低5℃），室内舒适性差，而且机组频繁切换，会导致机组运行的稳定性差，降低其使用寿命。同时喷淋装置的存在也会增加水泵的功耗。