[发明专利]吸收水潜热制热的装置及潜水式潜热泵

说明书

本发明涉及热泵制热技术领域，公开一种能吸收潜热制热的制热装置及热泵。本发明的制热装置设置多个与水源直接接触换热的表面式蒸发器，设置起冷凝作用的冷凝换热器，多个外表面式蒸发器自带入口电子膨胀阀及出口电磁阀，多个外表面式蒸发器并联与冷凝换热器之间分别设置制冷剂剂管道连接；多个表面式蒸发器中的某一个需要融冰、除冰时，利用冷凝放热后的制冷剂在该换热单元体中积聚、增压升温，进行放热融冰。具体过程为关断需融冰、除冰的蒸发换热器出口阀门，制冷剂进入该蒸发换热器内，使其温度、压力上升，进行融冰；其他的蒸发换热器保持正常的蒸发吸热；冷凝换热器保持稳定冷凝换热状态。当该蒸发换热器融冰、除冰结束，可通过开启其出口阀门，转换回吸收潜热的蒸发状态。多个蒸发器逐个轮流以方式融冰时，整个热泵制热装置就能连续制热。

技术领域

本发明涉及热泵制热技术领域。具体地，涉及一种吸收水的凝固潜热制热的装置和使用方便、高效节能的潜水式潜热泵。

背景技术

热泵是一种高效、环保、节能的制热装置，水源热泵是其中一种。现有的水源热泵技术主要是利用水的低温显热作为低温热源制热。《水(地)源热泵》 (GB/T19409-2013)中规定，水源热泵变工况范围为10℃～30℃。一些厂家能将热泵的最低利用温度降低到4℃，降低了水源热泵对低温热源水的温度要求，促进了水源热泵的应用。但热源水中仍然有很大部分能量不能得到利用，热泵的应用范围也因此受到限制，在很多地表水不冻结的地方，水源热源应用仍受到限制。

规范和厂家都对水源热泵的低温热源水有最低温度要求，原因有两点：其一温度下降，热泵效率下降；其二，当低温热源水温度接近0℃时，经蒸发器吸热后，温度可能小于0℃；蒸发器水侧可能冻结，损坏热泵设备。第二点最为关键。在常规的制热、制冷系统中蒸发温度必须高于0℃，并有3～5℃的安全温度裕度，以保证机组的安全、稳定运行。

水由液态转变为固态时，能释放出大量的潜热。在标准状态下，水凝固成冰时，单位质量潜热值为335kJ/kg。水的显热比热为4.18kJ/(kg·℃)。吸收1kg水的凝固潜热的热量相当于80kg水下降1℃所释放的热量。如果将水的凝固热作为热泵系统的低温热源、制取高温热水，则能极大的拓宽水源热泵的使用范围，解决很多地方冬季利用热泵制热采暖时，无合适的低温热源的困境。

吸收水的凝固潜热最大难点在水释放潜热、形成的冰层将固结在蒸发器的表面。冰层增大了蒸发器热阻，使换热效率下降。冰层越厚，效率下降越多。要持续、高效利用水的潜热，就需要采用便捷、可靠、高效的除冰的方法。

常用的除冰方法有两类。一类是利用热量融冰、除冰；另一类是采用机械式除冰。利用热量融冰除冰又可以分为几种。一种为电加热除冰，电加热丝缠绕在表面，当蒸发器正常工作时，电加热丝不加热，当蒸发器表面结霜超过一定厚度时，需要停止制冷系统循环，开启电加热，使冻结在蒸发器表面的冰层融化以达到融冰、除冰的目的。另外一种是采用制冷剂循环过程中自身的热量融冰。其具体实施方式也有两种。第一种为热气旁通融霜，在压缩机出口与蒸发器入口之间设置有一条热气旁通管道及阀门，在正常制热循环时，旁通管道上的阀门关闭，当蒸发器表面结霜超过一定厚度时，旁通管道上阀门打开，压缩机出口的高温热气直接通入蒸发器进行循环。蒸发器内温度上升，使冻结在蒸发器表面的冰层融化以达到融冰的目的。另一种为四通阀反向化霜，利用四通阀换向作用，原制热循环反向运行，制冷剂在蒸发器中冷凝放热，完成融冰、除冰。

采用以上几种热能融冰、除冰的方式各有弊端，采用电热融冰方式时，原来的制冷循环都须停止，还需要输入电能；不节能且可能造成过热起火。采用热气旁通和四通阀反向融冰时，冷凝器热量输出中断，还容易导致压缩机“液击”。