[发明专利]太阳能补热蒸发结冰多级水轮机除冰冰源热泵

说明书

太阳能补热蒸发结冰多级水轮机除冰冰源热泵：集成满液式蒸发结冰、多级水轮机除冰、太阳能高效集热低温融冰等技术，实现冬季采暖、夏季冰蓄冷、春秋季海水淡化。其中由盐水循环中的水流动能驱动满液式蒸发器水平蒸发结冰圆管内的多级水轮机切向冰刀自旋，既可大量、高效、直接提取盐水结冰潜热，又可在线除冰，低成本、连续性制取盐水流态冰；再由淡水循环实现太阳能与地热能补热融冰，平衡盐水结冰潜热，为冰源热泵提供间接热源。

一、技术领域

本发明涉及一种太阳能补热蒸发结冰多级水轮机除冰冰源热泵，可分季节实现冬季采暖、夏季冰蓄冷、春秋季海水淡化等3种功能。

二、背景技术

水源热泵取热效果十分理想，但水资源的利用受到水环境保护的严格限制；而地源热泵由于通过地埋管间接取热，增大了热泵循环温差，因此节能效果并不理想，而且地埋管投资高昂。

然而，水的凝固潜热则为335kJ/kg，因此每公斤淡水结冰时所释放的凝固潜热与每公斤淡水温降80℃所释放的显热量相当，因此一般从5℃温降的水源中提取显热的水源热泵对于水源流量的需求，就要比冰源热泵增大16倍，从而使得冰源热泵的用水量成数量级大幅降低，对于水资源的依赖程度也大幅降低，从而有效打破水资源对热泵热源的局限性，具有极高商用价值。

1、低温乙二醇溶液间接取热结冰：现有冰源热泵本质上只是电机驱动除冰的片冰机与乙二醇制冷机组的简单耦合，一方面由乙二醇制冷机组的蒸发器提供低温乙二醇溶液循环，用以在片冰机的圆环形间壁式流道中流通，以提取其内环壁面分布淡水的结冰潜热。

2、电机通过减速器驱动螺旋冰刀除冰：由电动机通过减速器带动螺旋式冰刀在线、垂直、旋转、刮除内环壁面的冰层，而刮除下来的大小均匀冰片又被水流及时冲走，以实现乙二醇溶液连续提取结冰潜热；另一方面则由乙二醇制冷机组的冷凝器驱动供热循环。

3、现有冰源热泵低效、昂贵：现有方案的技术缺陷在于片冰机的处理量过小，而且需由乙二醇溶液循环作为中间介质来提取结冰潜热，从而增大了热泵循环温差；因此利用其实现大规模热泵供热，以及冷冻法海水淡化时，一方面投资成本过大，另一方面运行成本过大，从而限制了冰源热泵与冷冻法海水淡化的技术普及。

4、冷冻法海水淡化的优点：(1)由于水的化学活跃度拐点为60℃，因此采用0℃结冰、分离、浓缩的冷冻法，就可有效处理高腐蚀性溶液或热敏性物料；(2)工艺在开放装置中实施，从而避免抽真空等一系列复杂工艺的控制过程；(3)由于水的结冰潜热只达其汽化潜热的1/7，使得冷冻法中乙二醇制冷机组的投资，相比蒸馏法中热泵机组的投资降低一半以上。

三、发明内容

本发明目的：全面创新满液式蒸发直接提取结冰潜热、多级水轮机自旋除冰、高效冰源热泵、太阳能高效集热低温融冰等4项技术，同时耦合盐水流态冰、盐水冷冻分离与重力分离、微波松化等3种技术，可分季节实现冬季采暖、夏季冰蓄冷、春秋季海水淡化等3种功能。其中由盐水循环中的水流动能驱动满液式蒸发器水平蒸发结冰圆管内的多级水轮机切向冰刀自旋，既可大量、高效、直接提取盐水结冰潜热，又可在线除冰，从而低成本、连续性制取盐水流态冰；由淡水循环实现太阳能与地热能高效补热融冰，以平衡盐水结冰潜热，从而为冰源热泵提供间接、开式、闭环热源。由冰水重力分离桶对盐水循环回路定压。全面取代空气源热泵、水源热泵、地源热泵。