CN107843039A - 一种节能动态板冰热泵 - Google Patents

Abstract

一种节能动态板冰热泵，包括制热主循环***和热气旁通支路，蒸发器分组，每组采用多片吹胀式蒸发器并联，各组轮流融冰、制冰，制热主循环***一直连续制热运行，热气旁通支路中蒸发器通过制冷剂泵连通高压储液器，部分液体制冷剂通过液体返流阀为过热热气降温，融冰过程温和平稳，***循环工艺过程稳定、高效，机组配套成本低，能高效提取水冰相变潜热制热，制冰蒸发器成本低、传热效率高、蒸发温度高，电耗低、制冰能力大。

Description

一种节能动态板冰热泵

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其是一种节能动态板冰热泵。

背景技术

空气源热泵兼顾供冷供热、占用空间小、节能、环保、方便等优点，但空气源热泵机组冬季不仅低温工况下制热效率低下，其结霜融霜问题也是影响空气源热泵机组冬季制热能力和运行效率的重要因素，其设计工况还必须满足当地极端低温条件，造成空气源热泵机组配置功率大，总体成本高，效率低。水源热泵是高效节能的制冷供暖装置，但是需要大量10℃-25℃的温水资源，在冬季，北方地区10℃以上温水资源严重不足，目前水源热泵的大规模应用受到非常严格的限制。水变为冰可以放出大量0℃的相变潜热，相当于同质量80℃温差的水的显热，冬季，10℃以上的温水资源缺乏，0℃以上未结冰的地表冷水（江河湖海水、中水）资源却比较丰富，采用制冰机来进水排冰，可以提取高热能密度的水冰相变潜热作为低品位热源。常规制冰机如板冰机、片冰机、块冰机等冬季可以提取水冰相变潜热，夏季也可以在晚上低价谷电时段制冰蓄冰，但是制冰名义工况蒸发温度在-18℃以下，能耗很高，投资很大，经济性差。常规板冰机采用管板式换热器或板片式换热器，管板式换热器或板片式换热器采用不锈钢板片钎焊或激光焊接制作，成本昂贵，传热效率较低。目前，常规板冰机通常采用热氟冲霜融冰脱冰，机组制冰循环***间歇运行，效率低，而且对压缩机及其制冷***的要求很高，加上制冰蒸发温度很低，需要采用低温耐冲击压缩机及其配件，***配置成本过高；膨胀阀对循环制冷剂流量的精确控制直接影响***的稳定性、能力、效率，专利申请《一种热气旁通加压回流连续除霜装置》提供一种热气旁通加压回流连续融冰装置，保障了融霜过程中膨胀阀的精确控制，整个机组循环稳定性有了很大的提高，但压缩机出口热气温度通常很高，可以超过100℃，过热气体直接进入融冰蒸发器，会造成蒸发器局部冷热不匀，容易引起蒸发器变形，影响蒸发器的选用及脱冰性能和蒸发器使用寿命。故现有技术有待改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够高效提取水冰相变潜热制热，制冰蒸发器成本低、传热效率高，融冰脱冰过程制冰蒸发器受热均匀、主机循环***连续稳定，机组配套成本低的节能动态板冰热泵。

本发明的技术解决方案是：一种节能动态板冰热泵，包括制热主循环***和热气旁通支路，它还包括***内相连接的管道、阀门及检测控制***；其中，所述制热主循环***包括依次连接并构成回路的蒸发器、压缩机、冷凝器、高压储液器、膨胀阀；所述蒸发器采用吹胀式蒸发器，所述蒸发器分为多组并联，每组蒸发器采用多片吹胀式蒸发器并联，水通过布水器喷淋在蒸发器上，采用阀门控制切换，各组蒸发器吸热制冰、融冰脱冰交替进行，吹胀式蒸发器是采用双层铝板复合而成的换热器，是将一定规格的铝板表面处理后，在铝板对合面上用止焊剂印上蒸发管道的图样，再将复合面板经热轧接合处理，再用氮气进行吹胀，复合铝板中直接形成中空的制冷剂流道，具有质轻、耐腐蚀、导热效率高、寿命长、流道设计灵活、易量产、成本低、无毒、废料易于回收等特点，吹胀蒸发器缺点是强度较低容易受热变形，每片吹胀式蒸发器上边和左右两边都采用U形折边，U形折边底边上有固定孔，三面固定，防止吹胀式蒸发器扭曲；冷凝器接空调末端，为空调末端提供热量；其中，所述热气旁通支路包括依次连接的所述压缩机、所述蒸发器、制冷剂泵、所述高压储液器，所述蒸发器通过所述制冷剂泵连通所述高压储液器，在所述制冷剂泵出口和所述蒸发器之间有液体返流阀，所述蒸发器与所述制冷剂泵之间可以采用回流储液器缓冲冷凝液化的制冷剂，从所述压缩机出口引出旁通高压过热热气，通过旁通阀控制旁通高压过热热气流量，平滑所述压缩机出口制冷剂气体压力变化，过热热气与来自所述制冷剂泵出口通过所述液体返流阀控制流量的液体制冷剂混合，液体制冷剂吸热蒸发，避免高温过热热气直接进入蒸发器，过热热气温度降低成为较低温度的饱和蒸汽，再进入需要融冰的蒸发器组中冷凝液化，冷凝制冷剂经所述回流储液器用所述制冷剂泵加压流入所述高压储液器，部分液体制冷剂再通过所述液体返流阀为过热热气降温，这样，过热热气对蒸发器没有热冲击，防止吹胀式蒸发器变形，融冰脱冰过程对制热主循环***运行中制冷剂流量、温度和压力稳定性的影响很小，整机运行连续稳定高效，不仅提高机组的制冰制热能力和运行效率，机组配套成本也更低。本技术方案还可应用于板冰机、热水器、烘干机等。

本发明的有益效果是：高效提取水冰相变潜热制热，制冰蒸发器成本低、传热效率高，制冰蒸发器蒸发温度高、电耗低、制冰能力大，连续融冰，融冰脱冰过程制冰蒸发器受热均匀，融冰过程温和平稳，对循环***制冷剂流量、温度、压力影响小，***循环工艺过程稳定、效率高，机组配套成本低。

附图说明

图1本发明结构示意图；

附图标记说明：1.压缩机；2.旁通阀；3.液体返流阀；4.冷凝器；5.高压储液器； 6.制冷剂泵； 7.膨胀阀； 8.回流储液器； 9.第一融冰阀； 10.第一制热阀； 11.蒸发器； 12.第二制热阀；13.第二融冰阀。

具体实施方式

实施例：参阅图1，一种节能动态板冰热泵，主要包括制热主循环***和热气旁通支路；它还包括***内相连接的管道、阀门及检测控制***；蒸发器采用三组换热器并联，使用制热阀和融冰阀控制切换，各组换热器吸热制冰、融冰脱冰交替进行；其中一组换热器融冰脱冰，其他组换热器吸热制冰，所述制热主循环***一直连续制热运行，所述蒸发器采用吹胀式蒸发器，所述蒸发器分为多组并联，蒸发器组11采用多片吹胀式蒸发器并联，水通过布水器喷淋在每片吹胀式蒸发器上，采用阀门控制切换，各组蒸发器吸热制冰、融冰脱冰交替进行，制出的冰经过破碎后混入水中泵送取水水源处；吹胀式蒸发器是采用双层铝板复合而成的换热器，是将一定规格的铝板表面处理后，在铝板对合面上用止焊剂印上蒸发管道的图样，再将复合面板经热轧接合处理，再用氮气进行吹胀，复合铝板中直接形成中空的制冷剂流道，具有质轻、耐腐蚀、导热效率高、寿命长、流道设计灵活、易量产、成本低、无毒、废料易于回收等特点，吹胀蒸发器的缺点是强度较低容易受热变形，每片吹胀式蒸发器上边和左右两边都采用U形折边，U形折边底边上有固定孔，三面固定，防止吹胀式蒸发器扭曲；所述冷凝器4接空调末端，为空调末端提供热量。蒸发器组11运行制热模式时，第一制热阀10、第二制热阀12打开，第一融冰阀9、第二融冰阀13关闭，所述制热主循环***包括依次连接并构成回路的所述蒸发器组11、所述第二制热阀12、压缩机1、冷凝器4、高压储液器5、膨胀阀7、所述第一制热阀10。所述蒸发器组11长时间制热制冰冰层达到预定厚度而换热效率降低时，运行融冰脱冰模式，所述第一制热阀10、所述第二制热阀12关闭，所述第一融冰阀9、所述第二融冰阀13打开，其他组蒸发器正常蒸发吸热制热运行，热气旁通支路包括依次连接的所述压缩机1、旁通阀2、所述第一融冰阀9、所述蒸发器组11、所述第二融冰阀13、回流储液器8、制冷剂泵6、高压储液器5，以及在所述制冷剂泵出口和所述蒸发器之间有液体返流阀3；从所述制热主循环***的所述压缩机1出口引出旁通高压过热热气，控制旁通高压热气流量，平滑所述压缩机1出口制冷剂气体压力变化，过热热气与来自所述制冷剂泵6出口通过所述液体返流阀3控制流量的液体制冷剂混合，液体制冷剂吸热蒸发，避免高温过热热气直接进入蒸发器组11，过热热气温度降低成为较低温度的饱和蒸汽，制冷剂蒸汽在需除融冰的所述蒸发器组11中冷凝液化，冷凝液化制冷剂经所述回流储液器8用所述制冷剂泵6加压流入所述高压储液器5，返回所述制热主循环***，部分液体制冷剂从所述制冷剂泵6出口再通过所述液体返流阀3与来自所述压缩机1出口的过热热气混合，为过热热气降温。采用本发明装置，制冰蒸发器制冷剂蒸发温度可以从-18℃提高到-8℃，制冰制热效率和能力大幅提高，采用吹胀式蒸发器，制冰蒸发器成本也可以降低70%以上；制热制冰循环过程连续稳定，可以采用低成本高效常规压缩机及其配件，制冷***配套成本低；融冰脱冰温和，采用铝制吹胀式蒸发器也不易变形；这样，比采用传统板冰机制冰制热可以提高机组制热制冰能力30%以上和提高运行效率约30%，降低成本40% 。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种节能动态板冰热泵，包括制热主循环***和热气旁通支路，它还包括***内相连接的管道、阀门及检测控制***；其中，所述制热主循环***包括依次连接并构成回路的蒸发器、压缩机、冷凝器、高压储液器、膨胀阀；其特征在于，所述蒸发器采用吹胀式蒸发器。

2.根据权利要求1所述的一种节能动态板冰热泵，其特征在于，所述热气旁通支路包括依次连接的所述压缩机、所述蒸发器、制冷剂泵、所述高压储液器，所述蒸发器通过所述制冷剂泵连通所述高压储液器，在所述制冷剂泵出口和所述蒸发器之间有液体返流阀。

3.根据权利要求1所述的一种节能动态板冰热泵，其特征在于，所述吹胀式蒸发器上边和左右两边都采用U形折边，U形折边底边上有固定孔。