一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统及装置，包括热力网回水单元、相变密度差换热单元、冰源热泵单元、控制与运输单元。相变密度差换热单元包括设置有若干个液位传感器及温度传感器的换热水箱，换热水箱内部设置多个复合相变工质，上部通过管道连接冰源热泵单元，冰源热泵单元和控制与运输单元连接，控制与运输单元带动复合相变工质进入换热水箱，热力网回水单元设置热源入口和热源出口与换热水箱组成回路，解决热泵机组在低于工质冰点的工作环境中运行时，性能降低的问题。性能降低的问题。性能降低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统及装置


[0001]本专利技术涉及一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统及装置，属于热泵系统


技术介绍

[0002]热泵机组作为成熟的技术，在空调系统中应用较为广泛，现有的热泵机组普遍利用气
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液相变过程，采热化系数0.9以上，供热系统供水温度110～120℃、回水温度60～70℃较合理；随着热化系数的降低，最佳供水温度由120℃增加至150℃；采用高、低压抽汽机组对热力网水两级加热时，热力网供水温度150℃最佳。高回水温度造成热力浪费，扩大供回水温差以提高热资源利用率。
[0003]但是，当常规热泵机组在低于工质冰点的工作环境中运行时，其性能会严重降低甚至损坏。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统及装置，解决热泵机组在低于工质冰点的工作环境中运行时，性能降低的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统，包括热力网回水单元、相变密度差换热单元、冰源热泵单元、控制与运输单元。
[0006]所述相变密度差换热单元包括设置有若干个液位传感器及温度传感器的换热水箱6，所述换热水箱6内部设置多个复合相变工质1006，上部连接管道9入口端，所述换热水箱6内还设置与管道9入口端平行的推力装置7；所述热力网回水单元设置热源入口和热源出口与换热水箱6组成回路；所述冰源热泵单元设置相变换热器，所述管道9的出口端连接相变换热器，所述相变换热器内部设有盘管，所述相变换热器出口设置滑轨11和控制与运输单元连接；所述控制与运输单元设置往复运输装置13，弹性连接在相变换热器出口处，所述往复运输装置13远离滑轨11一端的方向设置匹配复合相变工质1006体积的转轮凹槽，带动复合相变工质1006进入换热水箱6；所述控制与运输单元还设置通过监测冰源热泵系统中的液位传感器及温度传感器的变化来控制系统各部件启停的控制区16。
[0007]进一步的，所述冰源热泵系统还包括与换热水箱6连接的冰源热泵补热单元，用于辅助换热水箱进行补热，所述冰源热泵补热单元利用自来水或自然水源提取凝固热。
[0008]进一步的，所述复合相变工质1006包括带有空腔的泡沫金属支撑材料3，所述空腔内设置熔点低，吸热后熔融为液态，密度低于水的相变储热体。所述复合相变工质1006由所述控制与运输单元送入换热水箱6底部与热水换热，复合相变工质1006随着内能增加，整体密度逐渐减小，直至密度低于水的密度后上浮至换热水箱6的液面，由密度差产生的浮力做功，不需要传统泵功。
[0009]进一步的，所述低密度相变材料的凝固点高于相变换热器中液体温度，所述低密度相变材料4选用石蜡或熔点低于换热水箱6平均水温至少10℃的烷烃。
[0010]进一步的，所述热力网回水单元设置一次侧回水和二次侧回水，连接一组或分别连接两组相变密度差换热单元。
[0011]进一步的，所述换热水箱6与管道9的连接处设置挡液板8，所述控制区16链接挡液板8，所述挡液板8与液面夹角不小于165
°
。
[0012]进一步的，所述转轮凹槽与换热水箱6连接处设置挡板5，所述控制区16链接挡板5，控制复合相变工质1006进入数量。
[0013]进一步的，所述往复运输装置13通过弹性材料连接在相变换热器出口处，其上方设置滑槽14，所述滑槽14与滑轨11相连。复合相变工质1006在滑轨11上受到重力作用滑进滑槽，通过滑槽14下方的往复运输装置13进入控制与运输单元。
[0014]进一步的，所述控制与运输单元内设置有气压，所述相变换热器内的液面低于换热水箱6的底部，确保各单元之间液体不互通。
[0015]本专利技术还提供一种利用相变密度差换热的冰源热泵装置，包括任一项所述一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统。
[0016]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果为：本专利技术提供的一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统，设置热力网回水单元，根据一次侧二次侧回水温度和低密度相变材料的熔点决定使用基本模式或最佳模式，克服常规热力管网供回水温差小，热量不能有效利用的缺点；本专利技术将复合相变工质代替传统流体工质进行循环，在整个复合相变工质循环过程中仅依靠重力、浮力和部分克服重力做功的推力，不需额外泵功；复合相变工质在不同相态密度不同，利用泡沫金属优良的导热性能和石蜡的高相变潜热，采用固
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液相变过程，液
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固相变潜热大，熔点适应热力网回水温度，制热性能稳定，解决了常规热泵机组蒸发器低温工况结霜甚至损坏的危害；同时利用复合相变工质及近冰点水的凝固热，不需要高耗能的电加热，能在零下工作环境中稳定运行，应用范围广；本专利技术提供的一种利用相变密度差换热的冰源热泵装置，复合相变工质不溶于水，不影响热力网回水单元的回水品质；冰源热泵补热单元利用自来水或自然水源提取凝固热，不添加任何物质，在提取凝固热之后可直接排入江河湖海，全程无污染物产生。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例提供的一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的复合相变工质的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的热力网回水单元基本模式流程图；图4是本专利技术实施例提供的热力网回水单元最佳模式流程图；图5是本专利技术实施例提供的相变密度差换热单元的结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的冰源热泵单元的结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的控制与运输单元的结构示意图；
图8是本专利技术实施例提供的冰源热泵补热单元的结构示意图；图9是本专利技术实施例提供的一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统的流程图；图中：1
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壳体，2
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电动机，201
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变频器，202
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减速器，3
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泡沫金属支撑材料，4
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低密度相变材料，5
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挡板，6
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换热水箱，7
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推力装置，8
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挡液板，9
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管道，10
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沉浸式相变换热器，1005
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蛇形盘管，1006
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复合相变工质，11
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滑轨，12
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弹簧，13
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往复运输装置，14
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滑槽，15
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GKY液位传感器，1501
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上限传感器，1502
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下限传感器，16
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控制区，17
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过滤器，18
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冷凝器，19
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电子膨胀阀，20
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压缩机，21
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直接蒸发式板式换热器，2101
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过冷器，2102
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超声波过冷解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统，其特征在于，包括热力网回水单元、相变密度差换热单元、冰源热泵单元、控制与运输单元，所述相变密度差换热单元包括设置有若干个液位传感器及温度传感器的换热水箱（6），所述换热水箱（6）内部设置多个复合相变工质（1006），上部连接管道（9）入口端，所述换热水箱（6）内还设置与管道（9）入口端平行的推力装置（7）；所述热力网回水单元设置热源入口和热源出口与换热水箱（6）组成回路；所述冰源热泵单元设置相变换热器，所述管道（9）的出口端连接相变换热器，所述相变换热器内部设有盘管，所述相变换热器出口设置滑轨（11）和控制与运输单元连接；所述控制与运输单元设置往复运输装置（13），弹性连接在相变换热器出口处，所述往复运输装置（13）远离滑轨（11）一端的方向设置匹配复合相变工质（1006）体积的转轮凹槽，带动复合相变工质（1006）进入换热水箱（6）；所述控制与运输单元还设置通过监测冰源热泵系统中的液位传感器及温度传感器的变化来控制系统各部件启停的控制区（16）。2.根据权利要求1所述的一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统，其特征在于，所述冰源热泵系统还包括与换热水箱（6）连接的冰源热泵补热单元，用于辅助换热水箱进行补热，所述冰源热泵补热单元利用自来水或自然水源提取凝固热。3.根据权利要求1所述的一种利用相变密度差换热的冰源热泵系统，其特征在于，所述复合相变工质（1006）包括带有空腔的泡沫金属支撑材料（3），所述空腔内设置熔点低，吸热后熔融为液态，密...

【专利技术属性】
技术研发人员：于海龙，史成钰，吴盼荣，胡亮，徐亚运，孙运兰，朱宝忠，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：