本發(fā)明涉及一種提取凝固熱或制冰的熱泵供熱供冷系統(tǒng)，屬于能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

采用熱泵技術(shù)，開(kāi)發(fā)低品位的、可再生的清潔能源用于建筑物的制冷供暖，是節(jié)能減排的有效途徑之一，具有巨大的節(jié)能、環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，存在水量較少、水溫偏低的情況，若仍按常規(guī)水源熱泵方式，即提取水中顯熱用以建筑物的制冷供暖將不具有可行性。水在凝固結(jié)冰時(shí)，會(huì)釋放出大量的凝固潛熱，合理的開(kāi)發(fā)利用這部分能量，不僅可以解決水資源緊張問(wèn)題，還會(huì)大大提高系統(tǒng)的能源利用率。此外，合理的布置連接管路，可以使系統(tǒng)功能多樣化，可以實(shí)現(xiàn)夏季蓄冰供冷，冬季提取水的凝固熱供暖以及冷卻塔融冰等功能，冬夏兩用，具有可觀的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

但是在利用提取水中凝固熱的熱泵系統(tǒng)時(shí)，其關(guān)鍵難題是不斷結(jié)冰和及時(shí)有效的除冰問(wèn)題；此外冬夏兩季工況的切換，必須要注意管路的連接控制問(wèn)題。

專(zhuān)利號(hào)為“ZL201510759321.4”，名稱(chēng)為“一種冰蓄冷空調(diào)及冰蓄冷方法”，公開(kāi)號(hào)為“CN105588241A”，其除冰方法是依靠冰在部分融化時(shí)在浮力作用下離開(kāi)換熱面，雖然其理論上是可行的，但實(shí)際運(yùn)行中由于冰不能及時(shí)離開(kāi)換熱面而不可靠。

專(zhuān)利號(hào)為“ZL201220003030.4”，名稱(chēng)為“一種冰蓄冷蓄熱空調(diào)”，授權(quán)公開(kāi)號(hào)“CN202747500U”，此專(zhuān)利僅僅是夏季蓄冰，存在效率低的缺點(diǎn)，且冬季尚不能實(shí)現(xiàn)提取水的凝固熱用以供暖。此外，此系統(tǒng)中未提及如何除冰，冰層的積附不僅會(huì)削弱換熱效率，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致堵塞，系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。

發(fā)明人申請(qǐng)的專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)枮椤?01610312053.6”，名稱(chēng)是“一種提取凝固潛熱的熱泵系統(tǒng)”。該專(zhuān)利僅是提取水的凝固熱供暖系統(tǒng)，與本系統(tǒng)相比缺少夏季蓄冰供冷功能，不能冬夏兩用。本系統(tǒng)冬季時(shí)可以提取冷水的凝固熱供暖，夏季可利用蓄冰制冷，一機(jī)多用。

本發(fā)明通過(guò)采用固液流化床和旋流除砂工藝進(jìn)行在線制冰和除冰，保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水的連續(xù)結(jié)冰、除冰和再結(jié)冰的不間斷循環(huán)，而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)置靈活，可依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行局部調(diào)整，實(shí)現(xiàn)多種功能，滿足不同工況的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種提取凝固熱或制冰的熱泵供熱供冷系統(tǒng)，采用了固液流化床和旋流除砂工藝，實(shí)現(xiàn)了水的連續(xù)結(jié)冰、除冰和再結(jié)冰的不間斷循環(huán)，解決了由于水資源匱乏無(wú)法實(shí)現(xiàn)水源熱泵供暖制冷問(wèn)題。同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)冬夏季工況的靈活切換，達(dá)到一機(jī)多用的目的。

本發(fā)明為解決以上技術(shù)問(wèn)題，所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提出的一種提取凝固熱或制冰的熱泵供熱供冷系統(tǒng)，它由熱泵機(jī)組、凝固熱換熱器、供冷換熱器、引射器、調(diào)砂閥、旋流除砂器、水箱、冷卻塔、中介水泵、水箱水泵、末端循環(huán)泵、冷卻塔循環(huán)泵、中介水供水主管、中介水回水主管、引射器出水管、旋流除砂器進(jìn)水管、旋流除砂器出水管、水箱出水管、制冷供水管、制冷回水管、末端供水支管、末端回水支管、末端供水主管、末端回水主管、中介水供水支管、中介水回水支管、冷卻塔供水管、冷卻塔回水管以及多個(gè)閥門(mén)組成，所述的熱泵機(jī)組與凝固熱換熱器通過(guò)中介水供水主管和中介水回水主管形成密閉循環(huán)；所述的中介水泵設(shè)置在中介水回水主管上；所述的中介水供水主管上設(shè)置有閥門(mén)一；所述的中介水回水主管上設(shè)置有閥門(mén)二，且位于中介水泵與熱泵機(jī)組之間；所述的引射器與凝固熱換熱器通過(guò)引射器出水管相連通；所述的凝固熱換熱器與旋流除砂器通過(guò)旋流除砂器進(jìn)水管相連通；所述的引射器出水管上設(shè)置有閥門(mén)三；所述的旋流除砂器進(jìn)水管上設(shè)置有閥門(mén)四；所述的旋流除砂器與引射器相連通，兩者之間設(shè)有調(diào)砂閥；所述的旋流除砂器與水箱通過(guò)旋流除砂器出水管相連通；所述的水箱與引射器通過(guò)水箱出水管相連通；所述的水箱水泵設(shè)置在水箱出水管上；所述的水箱出水管上設(shè)置有閥門(mén)五，且位于水箱水泵與引射器之間；所述的制冷供水管一端與供冷換熱器相連通，另一端與水箱出水管相連通，且位于水箱水泵與閥門(mén)五之間；所述的水箱與供冷換熱器通過(guò)制冷回水管相連通；所述的制冷供水管上設(shè)置有閥門(mén)六；所述的制冷回水管上設(shè)置有閥門(mén)七；所述的末端供水主管與中介水供水主管相連通，且連通點(diǎn)位于閥門(mén)一與熱泵機(jī)組之間；所述的末端回水主管與中介水回水主管相連通，且連通點(diǎn)位于閥門(mén)二與熱泵機(jī)組之間；所述的末端循環(huán)泵設(shè)置在末端回水主管上；所述的末端回水主管上設(shè)置有閥門(mén)十一，且位于末端回水主管與中介水回水主管的連接點(diǎn)和末端循環(huán)泵之間；所述的末端供水支管的一端與供冷換熱器相連通，另一端與末端供水主管相連通；所述的末端供水主管上設(shè)置有閥門(mén)十，且位于中介水供水主管與末端供水主管的連接點(diǎn)和末端供水主管與末端供水支管的連接點(diǎn)之間；所述的末端回水支管的一端與供冷換熱器相連通，另一端與末端回水主管相連通，且位于閥門(mén)十一與末端循環(huán)泵之間；所述的末端供水支管上設(shè)置有閥門(mén)八；所述的末端回水支管上設(shè)置有閥門(mén)九；所述的中介水供水支管的一端與熱泵機(jī)組相連通，另一端與中介水供水主管相連通，且位于閥門(mén)一與凝固熱換熱器之間；所述的中介水回水支管的一端與熱泵機(jī)組相連通，另一端與中介水回水主管相連通，且位于中介水泵與閥門(mén)二之間；所述的中介水供水支管上設(shè)置有閥門(mén)十二；所述的中介水回水支管上設(shè)置有閥門(mén)十三；所述的冷卻塔供水管的一端與冷卻塔相連通，另一端與中介水供水支管相連通，且位于熱泵機(jī)組與閥門(mén)十二之間；所述的冷卻塔回水管的一端與冷卻塔相連通，另一端與中介水回水支管相連通，且位于熱泵機(jī)組與閥門(mén)十三之間；所述的冷卻塔循環(huán)泵設(shè)置在冷卻塔回水管上；所述的冷卻塔供水管上設(shè)置有閥門(mén)十四；所述的冷卻塔回水管上設(shè)置有閥門(mén)十五。

所述一種提取凝固熱或制冰的熱泵供熱供冷系統(tǒng)，它還包括融冰供水管、融冰回水管、融冰循環(huán)泵，所述的水箱與冷卻塔之間通過(guò)融冰供水管相連通；所述的冷卻塔與水箱之間通過(guò)融冰回水管相連通；所述的融冰循環(huán)泵設(shè)置在融冰供水管上；所述的融冰供水管上設(shè)置有閥門(mén)十六。

本發(fā)明的運(yùn)行原理為：

在水箱水泵作用下，水箱中的水進(jìn)入引射器，與引射器引射出的砂混合后進(jìn)入凝固熱換熱器，部分水在凝固熱換熱器中凝結(jié)釋放出潛熱后變成冰，冰水混合物和砂返回旋流除砂器，旋流除砂器將冰水混合物和砂分離，分離后的砂進(jìn)入引射器并被再次引射，同時(shí)冰水混合物進(jìn)入水箱。冬季，中介換熱介質(zhì)在凝固熱換熱器中吸取水的凝固潛熱后進(jìn)入熱泵機(jī)組，機(jī)組通過(guò)制冷劑循環(huán)將熱量釋放給末端水，被加熱的末端水送至用戶用以供暖。夏季，中介換熱介質(zhì)在凝固熱換熱器中吸取水的凝固潛熱后進(jìn)入熱泵機(jī)組，機(jī)組通過(guò)制冷劑循環(huán)將熱量釋放給來(lái)自冷卻塔的冷卻水，吸熱升溫后的冷卻水進(jìn)入冷卻塔被再次冷卻。水箱中0℃的水進(jìn)入制冷換熱器與末端水換熱升溫后返回水箱，被冷卻的末端水送至用戶用以末端制冷。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下特點(diǎn)及其有益效果：

1.公開(kāi)號(hào)為CN202747500U的專(zhuān)利僅可以在夏季蓄冰，申請(qǐng)?zhí)枮?01610312053.6的專(zhuān)利僅能實(shí)現(xiàn)冬季提取凝固熱供暖。本發(fā)明不僅可用于冬季提取冷水中的凝固熱用以供暖，還可用于夏季提取凝固熱蓄冰，利用蓄冰來(lái)制冷，此外，本系統(tǒng)還可以充分利用空氣源中的低品位能源，當(dāng)室外溫度大于0℃時(shí)，啟動(dòng)冷卻塔融冰，補(bǔ)充供水量。

2.與公開(kāi)號(hào)為CN105588241A的專(zhuān)利依靠浮力除冰以及現(xiàn)有的機(jī)械除冰工藝相比，本發(fā)明采用固液流化床和旋流除砂工藝進(jìn)行在線結(jié)冰和除冰，效率可顯著提高20％以上。

3.本發(fā)明依靠固體顆粒隨水流頻繁碰撞換熱壁面，使得依附在換熱壁面的冰層破壞、剝離，保證了除冰的高效性，減小了傳熱熱阻，大大提高了傳熱效率，系統(tǒng)的運(yùn)行效率將至少提高30％。

4.本發(fā)明僅采用傳統(tǒng)的旋流除砂器、引射器、冷卻塔等部件，工藝形式簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定可靠，且投資少。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖

熱泵機(jī)組1、凝固熱換熱器2、供冷換熱器3、引射器4、調(diào)砂閥5、旋流除砂器6、水箱7、冷卻塔8、中介水泵9、水箱水泵10、末端循環(huán)泵11、冷卻塔循環(huán)泵12、中介水供水主管13、中介水回水主管14、引射器出水管15、旋流除砂器進(jìn)水管16、旋流除砂器出水管17、水箱出水管18、制冷供水管19、制冷回水管20、末端供水支管21、末端回水支管22、末端供水主管23、末端回水主管24、中介水供水支管25、中介水回水支管26、冷卻塔供水管27、冷卻塔回水管28、閥門(mén)一29-1、閥門(mén)二29-2、閥門(mén)三29-3、閥門(mén)四29-4、閥門(mén)五29-5、閥門(mén)六29-6、閥門(mén)七29-7、閥門(mén)八29-8、閥門(mén)九29-9、閥門(mén)十29-10、閥門(mén)十一29-11、閥門(mén)十二29-12、閥門(mén)十三29-13、閥門(mén)十四29-14、閥門(mén)十五29-15、閥門(mén)十六29-16、融冰供水管30、融冰回水管31、融冰循環(huán)泵32。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一，如圖1所示，本實(shí)施方式的一種提取凝固熱或制冰的熱泵供熱供冷系統(tǒng)，它由熱泵機(jī)組1、凝固熱換熱器2、供冷換熱器3、引射器4、調(diào)砂閥5、旋流除砂器6、水箱7、冷卻塔8、中介水泵9、水箱水泵10、末端循環(huán)泵11、冷卻塔循環(huán)泵12、中介水供水主管13、中介水回水主管14、引射器出水管15、旋流除砂器進(jìn)水管16、旋流除砂器出水管17、水箱出水管18、制冷供水管19、制冷回水管20、末端供水支管21、末端回水支管22、末端供水主管23、末端回水主管24、中介水供水支管25、中介水回水支管26、冷卻塔供水管27、冷卻塔回水管28以及多個(gè)閥門(mén)組成，所述的熱泵機(jī)組1與凝固熱換熱器2通過(guò)中介水供水主管13和中介水回水主管14形成密閉循環(huán)；所述的中介水泵9設(shè)置在中介水回水主管14上；所述的中介水供水主管13上設(shè)置有閥門(mén)一29-1；所述的中介水回水主管14上設(shè)置有閥門(mén)二29-2，且位于中介水泵9與熱泵機(jī)組1之間；所述的引射器4與凝固熱換熱器2通過(guò)引射器出水管15相連通；所述的凝固熱換熱器2與旋流除砂器6通過(guò)旋流除砂器進(jìn)水管16相連通；所述的引射器出水管15上設(shè)置有閥門(mén)三29-3；所述的旋流除砂器進(jìn)水管16上設(shè)置有閥門(mén)四29-4；所述的旋流除砂器6與引射器4相連通，兩者之間設(shè)有調(diào)砂閥5；所述的旋流除砂器6與水箱7通過(guò)旋流除砂器出水管17相連通；所述的水箱7與引射器4通過(guò)水箱出水管18相連通；所述的水箱水泵10設(shè)置在水箱出水管18上；所述的水箱出水管18上設(shè)置有閥門(mén)五29-5，且位于水箱水泵10與引射器4之間；所述的制冷供水管19一端與供冷換熱器3相連通，另一端與水箱出水管18相連通，且位于水箱水泵10與閥門(mén)五29-5之間；所述的水箱7與供冷換熱器3通過(guò)制冷回水管20相連通；所述的制冷供水管19上設(shè)置有閥門(mén)六29-6；所述的制冷回水管20上設(shè)置有閥門(mén)七29-7；所述的末端供水主管23與中介水供水主管13相連通，且連通點(diǎn)位于閥門(mén)一29-1與熱泵機(jī)組1之間；所述的末端回水主管24與中介水回水主管14相連通，且連通點(diǎn)位于閥門(mén)二29-2與熱泵機(jī)組1之間；所述的末端循環(huán)泵11設(shè)置在末端回水主管24上；所述的末端回水主管24上設(shè)置有閥門(mén)十一29-11，且位于末端回水主管24與中介水回水主管14的連接點(diǎn)和末端循環(huán)泵11之間；所述的末端供水支管21的一端與供冷換熱器3相連通，另一端與末端供水主管23相連通；所述的末端供水主管23上設(shè)置有閥門(mén)十29-10，且位于中介水供水主管13與末端供水主管23的連接點(diǎn)和末端供水主管23與末端供水支管21的連接點(diǎn)之間；所述的末端回水支管22的一端與供冷換熱器3相連通，另一端與末端回水主管24相連通，且位于閥門(mén)十一29-11與末端循環(huán)泵11之間；所述的末端供水支管21上設(shè)置有閥門(mén)八29-8；所述的末端回水支管22上設(shè)置有閥門(mén)九29-9；所述的中介水供水支管25的一端與熱泵機(jī)組1相連通，另一端與中介水供水主管13相連通，且位于閥門(mén)一29-1與凝固熱換熱器2之間；所述的中介水回水支管26的一端與熱泵機(jī)組1相連通，另一端與中介水回水主管14相連通，且位于中介水泵9與閥門(mén)二29-2之間；所述的中介水供水支管25上設(shè)置有閥門(mén)十二29-12；所述的中介水回水支管26上設(shè)置有閥門(mén)十三29-13；所述的冷卻塔供水管27的一端與冷卻塔8相連通，另一端與中介水供水支管25相連通，且位于熱泵機(jī)組1與閥門(mén)十二29-12之間；所述的冷卻塔回水管28的一端與冷卻塔8相連通，另一端與中介水回水支管26相連通，且位于熱泵機(jī)組1與閥門(mén)十三29-13之間；所述的冷卻塔循環(huán)泵12設(shè)置在冷卻塔回水管28上；所述的冷卻塔供水管27上設(shè)置有閥門(mén)十四29-14；所述的冷卻塔回水管28上設(shè)置有閥門(mén)十五29-15。

具體實(shí)施方式二，如圖2所示，本實(shí)施方式的系統(tǒng)，它與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是，它還包括融冰供水管30、融冰回水管31、融冰循環(huán)泵32，所述的水箱7與冷卻塔8之間通過(guò)融冰供水管30相連通；所述的冷卻塔8與水箱7之間通過(guò)融冰回水管31相連通；所述的融冰循環(huán)泵32設(shè)置在融冰供水管30上；所述的融冰供水管30上設(shè)置有閥門(mén)十六29-16。該實(shí)施方式的有益效果是利用冷卻塔融冰，減少系統(tǒng)所需用水量，并且當(dāng)室外濕球溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，冷卻塔加熱系統(tǒng)清潔水使其溫度升高的程度較大，換熱設(shè)備中不再產(chǎn)生冰，在這種情況下，系統(tǒng)運(yùn)行效率更高。

工作原理

冬季供暖時(shí)，開(kāi)啟閥門(mén)三29-3、閥門(mén)四29-4、閥門(mén)五29-5、閥門(mén)十29-10、閥門(mén)十一29-11、閥門(mén)十二29-12、閥門(mén)十三29-13，其余閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。在水源水泵10作用下，水箱7中的水經(jīng)由水箱出水管18進(jìn)入引射器4，水在引射器4中與經(jīng)旋流除砂器6分離的砂混合成水砂混合物，水砂混合物經(jīng)引射器出水管15進(jìn)入凝固熱換熱器2，部分水在凝固熱換熱器2中釋放出凝固熱后變成冰，冰水混合物和砂經(jīng)旋流除砂器進(jìn)水管16進(jìn)入旋流除砂器6，旋流除砂器6將冰水混合物和砂分離，砂進(jìn)入引射器4并被再次引射，冰水混合物經(jīng)旋流除砂器出水管17返回水箱7，繼而進(jìn)行再循環(huán)。在中介水泵9作用下，中介換熱介質(zhì)經(jīng)由中介水回水主管14、中介水回水支管26進(jìn)入熱泵機(jī)組1，在熱泵機(jī)組1中釋放出熱量后經(jīng)由中介水供水支管25、中介水供水主管13進(jìn)入凝固熱換熱器2，中介換熱介質(zhì)在凝固熱換熱器2中吸收水的凝固熱后流入中介水回水主管14完成密閉循環(huán)。在末端循環(huán)泵11作用下，末端水經(jīng)末端回水主管24、中介水回水主管14進(jìn)入熱泵機(jī)組1，在熱泵機(jī)組1中吸熱溫升后經(jīng)中介水供水主管13、末端供水主管23送至用戶用以供暖。當(dāng)室外大氣的濕球溫度高于0℃時(shí)，開(kāi)啟閥門(mén)十六29-16，融冰循環(huán)泵32抽取水箱7中的水經(jīng)由融冰供水管30進(jìn)入冷卻塔8，水在冷卻塔8中與空氣換熱完成升溫后經(jīng)由融冰回水管31流回水箱7，進(jìn)而對(duì)水箱7中的冰、水進(jìn)行升溫。

夏季蓄冰制冷時(shí)，開(kāi)啟閥門(mén)一29-1、閥門(mén)二29-2、閥門(mén)三29-3、閥門(mén)四29-4、閥門(mén)五29-5、閥門(mén)六29-6、閥門(mén)七29-7、閥門(mén)八29-8、閥門(mén)九29-9、閥門(mén)十四29-14、閥門(mén)十五29-15，其余閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。在水源水泵10作用下，水箱7中的水經(jīng)由水源出水管18進(jìn)入引射器4，水在引射器4中與經(jīng)旋流除砂器6分離的砂混合成水砂混合物，水砂混合物經(jīng)引射器出水管15進(jìn)入凝固熱換熱器2，部分水在凝固熱換熱器2中釋放出凝固熱后變成冰，冰水混合物和砂經(jīng)旋流除砂器進(jìn)水管16進(jìn)入旋流除砂器6，旋流除砂器6將冰水混合物和砂分離，砂進(jìn)入引射器4并被再次引射，冰水混合物經(jīng)旋流除砂器出水管17返回水箱7，繼而進(jìn)行再循環(huán)。在中介水泵9作用下，中介換熱介質(zhì)經(jīng)中介水回水主管14進(jìn)入熱泵機(jī)組1，在熱泵機(jī)組1中釋放熱量后經(jīng)中介水供水主管13進(jìn)入凝固熱換熱器2，中介換熱介質(zhì)在凝固熱換熱器2中吸收水的凝固熱后流入中介水回水主管14完成密閉循環(huán)。在冷卻塔循環(huán)泵12作用下，冷卻塔冷卻的水經(jīng)冷卻塔回水管28、中介水回水支管26進(jìn)入熱泵機(jī)組1，冷卻水在熱泵機(jī)組1中吸熱升溫后經(jīng)中介水供水支管25、冷卻塔供水管27進(jìn)入冷卻塔被冷卻，繼而進(jìn)行再循環(huán)。在水箱水泵10的作用下，水箱中的0℃的水經(jīng)水箱出水管18、制冷供水管19進(jìn)入供冷換熱器3，水在供冷換熱器3中吸熱升溫后經(jīng)制冷回水管20返回水箱7，在末端循環(huán)泵11作用下，末端來(lái)水經(jīng)末端回水主管24、末端回水支管22進(jìn)入供冷換熱器3，末端來(lái)水在供冷換熱器3中與水箱冷水換熱降溫，降溫后的末端來(lái)水經(jīng)末端供水支管21、末端供水主管23送至用戶用以制冷。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，并不用于限制，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。