CN107490214B - 一种基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及激波和能源塔领域，特涉及一种基于激波除霜与热管技术的热回收能源塔热泵***。本发明的装置包括能源塔，室外换热热管组，空气激波发生器，热回收水箱，热泵机组，室内换热器；室外换热热管组内设有蒸汽通道，管壁内侧装有吸液管芯，蒸发端安装在固定支架上，冷凝端通入到联集管内，冷凝端管壁外装有换热翅片，换热翅片之间装有折流板；空气激波发生器通过数据线连接控制器，控制器再通过数据线与换热热管上的感应器连接。本发明的装置具有运行成本低、寿命长、操作简单、控制、检修、维护方便以及安全可靠等特点。

Description

一种基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***

技术领域

本发明涉及激波和能源塔领域，特涉及一种基于激波除霜与热管技术的热回收能源塔热泵***。

背景技术

能源塔热泵技术是一种通过能源塔的热交换和热泵机组作用，实现供暖、制冷以及提供热水的技术，冬季时利用低于冰点载体介质直接从空气中取热或放热，通过能源塔和热泵循环，冬季向能源塔热泵机组输入少量高品位电能，实现热量从冰点以下低温热能向高温热能转移，达到制热目的。夏天能源塔起到高效冷却塔的作用，通过制冷循环将热量排到大气中，实现高效制冷。相对于其他热泵机组，其优势在于节能环保，占地面积小，在地、水源热泵使用受限的城市高密度建筑群中使用会有较大优势，，冬季可以在较低的室外温度下工作，夏季散热能力比普通冷却塔强。

低温介质在向空气中吸收热量时会在换热盘管表面出现结霜现象，目前市场上能源塔主要采用的除霜方式为在塔内换热盘管外喷淋冰点较低的防冻溶液，一方面阻止换热盘管表面结霜，另一方面通过吸收潜热加强了换热盘管的换热效率。但采用盘管外喷淋防冻溶液也会存在一定的缺陷，一是防冻溶液本身存在腐蚀性，在喷淋过程中会存在飘零现象，对周边的环境和设备会产生污染和腐蚀；二是防冻溶液在喷淋过程中会因为飘零和吸湿使溶液的浓度发生变化从而导致冰点变化，需要通过加盐来严格控制防冻溶液的浓度，这使得当前热源塔在使用过程中会增大其运行和管理成本。

热管是现有已知的最高效的传热元件之一，它可将大量热量通过其很小的截面积远距离地传输而无需外加动力，它的工作原理是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程(即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热)，充分利用热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能离。热管还具有优良的等温性，沸腾和凝结在同一根管内，两者几乎没有压力差，因此加热区和散热区的温度接近相等，减小了传热时的温差。此外热管的形状可随热源和冷源的条件而构造，结构简单，工作可靠，可制作成直管、弯管、圆管以及椭圆管等。

发明内容

本发明目的是提供一种基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，本发明将激波技术用于能源塔除霜***。空气脉冲激波除霜器是整个除霜***的核心部件，它是一种以压缩空气为介质，采用泻压释放技术，将瞬间产生的超音速激波冲击波的能量高效快速地传递到指定空间的每一角落，以波及的方式将换热器壁面上的积霜清除掉的设备；冲击波沿着激波除霜器喷口管在几毫秒的时间内完成全部释放过程，产生高比冲的激波和巨大的推力和波能，空气激波除霜器中的冲击波能流的大小和波及的角度与范围，根据实际需要能够有效地进行人为控制；此外，由于激波阵面压力突跃变化的冲击及高速脉冲所产生的高分贝的声波震动，形成激波和声呐叠加的综合作用，可有效地对换热器表面积霜面进行超强的吹扫，实现全方位、全空间地彻底清除积霜和结霜，具有快速音速传播、在空气中传播衰减小、全向性辐射、极高的反射性等特点。

本发明的技术方案是：一种基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，包括能源塔、热泵机组、室内换热器、水箱、膨胀水箱、水泵组、阀门组，其特征在于：所述的能源塔包括风扇、气水分离层、夏季冷却水喷淋器、联集器一、联集器二、室外换热热管组一、室外换热热管组二、空气激波发生器一、空气激波发生器二、冷却水回收区，能源塔上部设置风扇，风扇下部为气水分离层，气水分离层下部设置夏季冷却水喷淋器，能源塔底部设置冷却水回收区，冷却水回收区上设置固定支架，固定支架两侧设置与每个换热热管对应的空气激波发生器，空气激波发生器一和空气激波发生器二上部分别倾斜设置室外换热热管组一、室外换热热管组二，室外换热热管组一、室外换热热管组二的尾部分别与联集器一、联集器二连接，联集器一、联集器二与水泵组连接；

所述的室外换热热管组一和室外换热热管组二的内设有蒸汽通道，管壁内侧装有吸液管芯，蒸发端A安装在固定支架上，中间为绝热段B，绝热段B外部以绝热材料覆盖，冷凝端C分别通入到联集器一、联集器二内，冷凝端C管壁外装有换热翅片，换热翅片之间装有折流板；

所述的室外换热热管组一或室外换热热管组二上设置感应器，感应器内装有温度监测探头和厚度监测探头，温度监测探头和厚度监测探头分别用数据线与控制器相连接，控制器分别与空气激波发生器一、空气激波发生器二。

根据如上所述的基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，其特征在于：所述的热泵机组包括冷凝器、蒸发器、节流阀、压缩机、四通换向阀，冷凝器通过水泵组、阀门组与能源塔连接，蒸发器通过水泵三与室内换热器连接，冷凝器一端通过节流阀与蒸发器连接，另一端通过压缩机和四通换向阀与蒸发器连接。

根据如上所述的基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，其特征在于：所述的水泵组包括水泵一、水泵二、水泵三，阀门组包括阀门一、阀门二、阀门三、阀门四、阀门五、阀门六，水泵组和阀门组用于控制不同工作模式下冷却的流向。

根据如上所述的基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，其特征在于：所述的室外换热热管组一、室外换热热管组二的倾斜角度范围为30°至60°。

根据如上所述的基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，其特征在于：所述的空气激波发生器一和空气激波发生器二采用可拆卸式安装，空气激波发生器与对应的室外换热热管组之间的夹角范围为0°至30°。

根据如上所述的基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，其特征在于：所述的联集器一或联集器二外端连接膨胀水箱。

本发明的积极效果为：一是本发明所使用的空气激波发生器中的冲击波能流的大小及波击的范围，可根据实际需要能够有效地人为地控制，且具有全向性辐射、极高的反射性、快速的传播、在空气中传播时衰减较小的特性，因此空气激波发生器能够做到运行效率高、除霜效果好；二是以激波除霜代替传统的喷淋防冻液的方式，不会对周边环境和设备产生污染和腐蚀，不需要复杂的防冻液喷淋、加药、回收等***，运行成本低、寿命长、操作简单、控制、检修、维护方便以及安全可靠；三是在夏季时添加冷却水热回收装置，节约能源，提高设备利用率；四是该方法考虑到空气激波发生器冲击波能流大的特点，采用热管式换热器替换现有的盘管翅片式换热器，***能够承受的除霜能流更大，除霜效果好；五是该装置结构简单，操作方便，利于维修和零部件的更换。

附图说明

图1、本发明各部件连接结构示意图；

图2、能源塔夏季运行示意图；

图3、能源塔冬季运行示意图；

图4、空气激波发生***示意图；

图5、室外热管换热器结构俯视图；

图6、热管换热器工作原理图。

附图标记说明：能源塔1、热泵机组2、室内换热器3、风扇4、气水分离层5、夏季冷却水喷淋器6、联集器一7、联集器二8、室外换热热管组一9、室外换热热管组二10、空气激波发生器一11、空气激波发生器二12、冷却水回收区13、冷凝器14、蒸发器15、节流阀16、压缩机17、四通换向阀18、水泵一19、膨胀水箱20、阀门一21、阀门二22、阀门三23、阀门四24、水箱25、阀门五26、阀门六27、水泵二28、水泵三29、控制器30、感应器31、温度监测探头32、厚度监测探头33、固定支架34、蒸汽通道35、吸液管芯36、热翅片37、折流板38。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1至图6所示，本发明的基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，包括能源塔1、热泵机组2、室内换热器3、水箱25、膨胀水箱20、水泵组、阀门组。

如图1至图6所示，能源塔1包括风扇4、气水分离层5、夏季冷却水喷淋器6、联集器一7、联集器二8、室外换热热管组一9、室外换热热管组二10、空气激波发生器一11、空气激波发生器二12、冷却水回收区13，热泵机机组2包括冷凝器14、蒸发器15、节流阀16、压缩机17、四通换向阀18。能源塔1上部设置风扇4，风扇4下部为气水分离层5，气水分离层5下部设置夏季冷却水喷淋器6，能源塔1底部设置冷却水回收区13。在制冷模式下，冷却循环一为：冷却水回收区13通过水泵二28、阀门六27、冷凝器14、阀门五26然后回流至夏季冷却水喷淋器6，进而循环对水降温。

如图5和图6，本发明室外换热热管组一9和室外换热热管组二10的内设有蒸汽通道35，管壁内侧装有吸液管芯36，蒸发端A安装在固定支架34上，中间为绝热段B，外部以绝热材料覆盖，冷凝端C通入到联集器一7、联集器二8内，冷凝端C管壁外装有换热翅片37，换热翅片37之间装有折流板38。

本发明中采用热管式换热器替换现有的盘管翅片式换热器，其原因在于，空气激波发生器冲击波能流大，现有的盘管翅片式换热器由于结构部件较多，不能承受较大的波能流，容易损坏，故其在工程实施中无法应用。

冷却水回收区13上设置固定支架34，固定支架34两侧设置空气激波发生器一11和空气激波发生器二12，空气激波发生器一11和空气激波发生器二12上部分别倾斜设置室外换热热管组一9、室外换热热管组二10，室外换热热管组一9、室外换热热管组二10的倾斜角度最好30°至60°之间，以提高除霜效果。本发明在室外换热热管组一9或室外换热热管组二10上设置感应器31，感应器31内装有温度监测探头32和厚度监测探头33，温度监测探头32和厚度监测探头33分别用数据线与控制器30相连接，控制器30分别与空气激波发生器一11、空气激波发生器二12，控制器30通过检测的信号控制以空气激波发生器启动或停止。本发明的空气激波发生器一11和空气激波发生器二12最好采用可拆卸式安装，采暖季结束时可拆卸空气激波发生器，并进行检修保存，空气激波发生器一11与室外换热热管组一9之间的夹角范围为0°至30°，空气激波发生器二12与室外换热热管组二10之间的夹角范围为0°至30°，即空气激波发生器与对应的室外换热热管组之间的夹角范围为0°至30°，在保证除霜效果的同时减小对室外换热热管组一9和室外换热热管组二10冲击。

外换热热管组一9、室外换热热管组二10的尾部分别与联集器一7、联集器二8连接，联集器一7、联集器二8与水泵一19连接。在制冷模式下，冷却循环二为：联集器一7、联集器二8、水泵一19、阀门二22、水箱25、阀门一21然后重新回流至联集器一7，在循环过程中，联集器内的低温载冷剂通过管线循环对水箱25内的水进行加热，实现热回收。在制热模式下，联集器的工作过程是联集器一7、联集器二8、水泵一19、阀门四24、冷凝器14、阀门三23、这样低温载冷剂在联集器一7、联集器二8内通过折流板38与换热翅片37充分吸收热管组内载冷剂冷凝释放的热量,经过室外循环进入冷凝器14后被制冷剂吸收热量，再回到联集器一7、联集器二8，形成室外载冷剂循环。

本发明中，联集器一7或联集器二8外端最好连接膨胀水箱20，本实施例中联集器二8外端连接膨胀水箱20，由膨胀水箱20对室外循环***进行定压补液功能。

如图1至图3所示，本发明的热泵机组2包括冷凝器14、蒸发器15、节流阀16、压缩机17、四通换向阀18，冷凝器14通过水泵组、阀门组与能源塔1连接，蒸发器15通过水泵三29与室内换热器3连接，冷凝器14一端通过节流阀16与蒸发器15连接，另一端通过压缩机17和四通换向阀18与蒸发器15连接。

本发明的水泵组包括水泵一19、水泵二28、水泵三29，阀门组包括阀门一21、阀门二22、阀门三23、阀门四24、阀门五26、阀门六27，水泵组和阀门组用于控制不同工作模式下冷却的流向，确保制冷模式和制热模式下的正常工作。

本发明的工作过程具体实施例1：

1、参数设置：如图4所示，分别将室外换热热管组一9、室外换热热管组二10的表面温度、表面霜层厚度、清霜时间、空气激波发生器一11和空气激波发生器二12的压力、冷冻水流入和流出的速度、冷冻水循环时间参数作为标准比对参数设置在控制器30内；然后进入制冷工作模式或制热工作模式。

2、制冷模式：如图2所示，开启阀门一21、阀门二22，关闭阀门三23、阀门四24，开启阀门五26、阀门六27，四通换向阀18状态调节为压缩机17出口为冷凝器14，水泵一19、水泵二28、水泵三29皆运行。启动压缩机17，高温高压的制冷剂气体经过压缩机17排出，进入冷凝器14与冷却水进行热交换，通过节流阀16节流，节流后进入蒸发器15吸收由室内环境空气产生的热量后蒸发为气态制冷剂，最终进入压缩机压缩17，完成制冷压缩循环。同时冷却水通过管线流到夏季冷却水喷淋器6进行喷淋，与风扇4运行由下而上的空气进行热交换，洒在室外换热热管组一9、室外换热热管组二10上的冷却水热量被热管内的液态载冷剂吸收实现冷却。热管组内的液态载冷剂在蒸发段A吸热蒸发，通过蒸气通道35进入冷凝段C，在冷凝段C放热冷凝后，由重力作用通过吸液管芯36流入蒸发段A，实现循环。联集器一7、联集器二8内的低温载冷剂通过管线循环对水箱25内的水进行加热，实现热回收。经冷却过后的冷却水在底部冷却水回收区13进行收集处理回到冷凝器14，实现冷却水循环。

3、制热模式：如图3所示，开启阀门三23、阀门四24，关闭阀门一21、阀门二22，关闭阀门五26、阀门六27，四通换向阀18状态调节为压缩机17出口为蒸发器15，水泵一19与水泵三29运行，水泵二28不运行。室外换热热管组一9、室外换热热管组二10与风扇4运行由下而上的空气进行热交换，热管组内的液态载冷剂在蒸发段A吸热蒸发，通过蒸气通道35进入冷凝段C,在冷凝段C放热冷凝后，由重力作用通过吸液管芯36流入蒸发段A。低温载冷剂在联集器一7、联集器二8内通过折流板38与换热翅片37充分吸收热管组内载冷剂冷凝释放的热量，经过室外循环进入冷凝器14后被制冷剂吸收热量，再回到联集器一7、联集器二8，形成室外载冷剂循环。通过冷凝器的制冷剂气体经过压缩机17排出，进入蒸发器15与室内循环水进行热交换释放热量，通过节流阀16节流，节流后再进入冷凝器14吸收来自室外低温载冷剂释放的热量，完成制热压缩循环。

在制热模式时，当室外换热热管组一9、室外换热热管组二10的蒸发端A表面结霜时，室外换热热管组一9、室外换热热管组二10的表面温度低于一定值，温度监测探头32感受温度变化，将信号传递至控制器30，通过控制器30开启空气激波发生器一11、空气激波发生器二12的电源，使空气激波发生器一11、空气激波发生器二12产生激波并吹向室外换热热管组一9、室外换热热管组二10表面完成除霜工作；或当室外换热热管组一9、室外换热热管组二10的蒸发端A表面霜层达设定厚度时，厚度监测探头33感受到蒸发端A管壁上厚度的变化情况，将信号传递到控制器30，通过控制器30接通空气激波发生器一11、空气激波发生器二12的电源，使空气激波发生器一11、空气激波发生器二12产生激波并吹向室外换热热管组一9、室外换热热管组二10进行除霜，空气激波发生器一11、空气激波发生器二12的压力低于设定值后，空气激波发生器一11、空气激波发生器二12的储气罐按控制器30设定的压力参数自动储气。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书包括任何附加权利要求、摘要中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅是发明的非限定实施方式，还可以衍生出大量的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进的实施例，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，包括能源塔、热泵机组、室内换热器、水箱、膨胀水箱、水泵组、阀门组，其特征在于：所述的能源塔包括风扇、气水分离层、夏季冷却水喷淋器、联集器一、联集器二、室外换热热管组一、室外换热热管组二、空气激波发生器一、空气激波发生器二、冷却水回收区，能源塔上部设置风扇，风扇 下部为气水分离层，气水分离层下部设置夏季冷却水喷淋器，能源塔底部设置冷却水回收区，冷却水回收区上设置固定支架，固定支架两侧设置空气激波发生器一和空气激波发生器二，空气激波发生器一和空气激波发生器二上部分别倾斜设置室外换热热管组一 、室外换热热管组二，室外换热热管组一、室外换热热管组二的尾部分别与联集器一、联集器二连接，联集器一、联集器二与水泵组连接；所述的室外换热热管组一和室外换热热管组二的内设有蒸汽通道，管壁内侧装有吸液管芯，蒸发端A安装在固定支架上，中间为绝热段B，绝热段B外部以绝热材料覆盖，冷凝端C分别通入到联集器一、联集器二内，冷凝端C管壁外装有换热翅片，换热翅片之间装有折流板；所述的室外换热热管组一或室外换热热管组二上设置感应器，感应器内装有温度监测探头和厚度监测探头，温度监测探头和厚度监测探头分别用数据线与控制器相连接，控制器分别与空气激波发生器一、空气激波发生器二，所述的室外换热热管组一、室外换热热管组二的倾斜角度范围为30°至60°，所述的空气激波发生器一和空气激波发生器二采用可拆卸式安装，空气激波发生器与对应的室外换热热管组之间的夹角范围为0°至30°。

2.根据权利要求1所述的基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，其特征在于：所述的热泵机组包括冷凝器、蒸发器、节流阀、压缩机、四通换向阀，冷凝器通过水泵组、阀门组与能源塔连接，蒸发器通过水泵三与室内换热器连接，冷凝器一端通过节流阀与蒸发器连接，另一端通过压缩机和四通换向阀与蒸发器连接。

3.根据权利要求1所述的基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，其特征在于：所述的水泵组包括水泵一、水泵二、水泵三，阀门组包括阀门一、阀门二、阀门三、阀门四、阀门五、阀门六，水泵组和阀门组用于控制不同工作模式下冷却的流向。

4.根据权利要求1所述的基于激波除霜与热管技术的能源塔热泵***，其特征在于：所述的联集器一或联集器二外端连接膨胀水箱。