水源热泵供热系统

阅读：评论：0

1.本发明涉及清洁供热技术领域，尤其涉及一种水源热泵供热系统。

背景技术：

2.建筑供暖的节能减排成为我国急需解决的重大问题，也是解决环境污染等问题的有效途径。
3.目前，水源热泵作为重要的清洁供暖方式，在我国华北、东北等地区得到广泛应用。但是现有的水源热泵中，经过换热器换热后的水源直接排出至外部环境，其热效能没有得到充分利用，造成水源热泵用水量大，资源浪费。因此，如何高效利用水源的热量成为解决水源热泵缺陷的关键问题。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种水源热泵供热系统，用以解决现有技术中所存在的不足。
5.本发明提供一种水源热泵供热系统，包括：
6.水源热泵单元，与水源相连通，所述水源热泵单元用于对所述水源进行换热；
7.冰源热泵单元，用于对所述水源热泵单元流出的冷水再次进行换热，以形成过冷水；
8.冰晶生成装置，用于对所述冰源热泵单元流出的所述过冷水解除过冷，以形成冰水混合物；
9.冰水分离装置，用于对所述冰晶生成装置形成的所述冰水混合物进行固态冰晶和液态水分离，所述冰水分离装置设有用于排出所述冰水混合物中的液态水的排水口，所述排水口与所述冰源热泵单元的冷端入口相连通。
10.根据本发明提供的水源热泵供热系统，还包括供热单元，所述水源热泵单元的热端和/或所述冰源热泵单元的热端用于为所述供热单元的供暖用水提供热量。
11.根据本发明提供的水源热泵供热系统，所述排水口与所述水源热泵单元的冷端出口相连通，所述水源热泵单元的冷端出口与所述冰源热泵单元的冷端入口相连通。
12.根据本发明提供的水源热泵供热系统，还包括冷水泵，所述冷水泵的一端与所述排水口相连通、另一端与所述水源热泵单元的冷端出口相连通。
13.根据本发明提供的水源热泵供热系统，还包括冰浆泵，所述冰水分离装置设有用于排出所述冰水混合物中的固态冰晶的排冰口，所述冰浆泵的一端与所述排冰口相连通、另一端用于连接至外部环境。
14.根据本发明提供的水源热泵供热系统，还包括输水泵，所述输水泵的一端与所述水源相连通、另一端与所述水源热泵单元的冷端入口相连通。
15.根据本发明提供的水源热泵供热系统，所述水源热泵单元包括依次串联连接的水源热泵压缩机、水源热泵冷凝器、水源热泵节流装置和水源热泵蒸发器，以构成循环回路，
16.其中，所述水源热泵蒸发器的入口与所述水源相连通、出口与所述冰源热泵单元相连通。
17.根据本发明提供的水源热泵供热系统，所述冰源热泵单元包括依次串联连接的冰源热泵压缩机、冰源热泵冷凝器、冰源热泵节流装置和冰源热泵过冷却器，以构成循环回路，
18.其中，所述冰源热泵过冷却器的入口与所述水源热泵蒸发器的出口相连通、出口与所述冰晶生成装置的入口相连通，且所述排水口与所述水源热泵蒸发器的出口相连通。
19.根据本发明提供的水源热泵供热系统，所述供热单元包括用户末端和热水泵，所述用户末端、所述热水泵、所述冰源热泵冷凝器和所述水源热泵冷凝器依次串联连接，以构成循环回路。
20.根据本发明提供的水源热泵供热系统，还包括：
21.调节阀，设置在所述冰源热泵单元与所述冰晶生成装置之间，所述调节阀用于控制所述冰源热泵单元流出的所述过冷水的流量；和/或，
22.流量计，设置在所述冰源热泵单元与所述冰晶生成装置之间，所述流量计用于检测所述冰源热泵单元流出的所述过冷水的流量。
23.本发明提供的水源热泵供热系统，包括水源热泵单元，与水源相连通，水源热泵单元用于对水源进行换热；冰源热泵单元，用于对水源热泵单元流出的冷水再次进行换热，以形成过冷水；冰晶生成装置，用于对冰源热泵单元流出的过冷水解除过冷，以形成冰水混合物；冰水分离装置，用于对冰晶生成装置形成的冰水混合物进行固态冰晶和液态水分离，冰水分离装置设有用于排出冰水混合物中的液态水的排水口，排水口与冰源热泵单元的冷端入口相连通。如此设置，首先水源热泵提取利用水源的显热进行供热，其次利用冰源热泵使水受冷降温形成过冷水，进一步提取水源的热量，然后过冷水解除过冷生成冰晶和水的混合物，其中液态水再次回到冰源热泵进行换热，实现水源的潜热利用。从而在稳定供热的同时，高效利用水的显热和潜热，实现了“水进冰出”，大大降低了常规水源热泵的用水量，减少资源浪费。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明提供的水源热泵供热系统的结构示意图；
26.图2是本发明提供的水源热泵单元的结构示意图；
27.图3是本发明提供的冰源热泵单元的结构示意图；
28.附图标记：
29.具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.下面结合图1至图3描述本发明的水源热泵供热系统。
32.如图1所示，本发明实施例提供了一种水源热泵供热系统，包括水源热泵单元4，冰源热泵单元7，冰晶生成装置10，以及冰水分离装置11。其中，水源热泵单元4与水源2相连通，用于对水源2进行换热。水源2可包括地表水、地下水、再生水等。冰源热泵单元7用于对水源热泵单元4流出的冷水再次进行换热，以形成过冷水。冰晶生成装置10用于对冰源热泵单元7流出的过冷水解除过冷，以形成冰水混合物。冰水分离装置11用于对冰晶生成装置10形成的冰水混合物进行固态冰晶和液态水分离，例如利用搅拌混合、重力分离等方法，将稀冰浆浓缩混合分离。冰水分离装置11设有用于排出冰水混合物中的液态水的排水口，排水口与冰源热泵单元7的冷端入口相连通，以便分离出的冷水进入下次循环，继续提取热量。一般地，进入水源热泵单元4的水温为十几摄氏度，而经过该系统最终排出的为浓冰浆，充分利用了水的固液相变潜热，发挥了对水的高效利用率。
33.如此设置，该系统耦合了水源热泵、冰源热泵等装置，首先水源热泵提取利用水的显热进行供热，其次利用冰源热泵使水受冷降温形成过冷水，进一步提取水的热量，然后过冷水解除过冷生成冰晶和水的混合物，其中液态水再次回到冰源热泵进行换热，实现水的潜热利用。从而提供了一种水源充分利用的热泵供热系统，保证在稳定供热的同时，高效利用水的显热和潜热，实现了“水进冰出”，大大降低了常规水源热泵的用水量，减少资源浪费。
34.本发明实施例中，水源热泵供热系统还包括供热单元，水源热泵单元4的热端和/或冰源热泵单元7的热端用于为供热单元的供暖用水提供热量。具体地，如图1所示，水源热
泵单元4和冰源热泵单元7均向供热单元提供热量，充分提高热能利用率，为建筑物等进行供热，减少用水量，节能环保。
35.进一步地，冰水分离装置11的排水口与水源热泵单元4的冷端出口相连通，水源热泵单元4的冷端出口与冰源热泵单元7的冷端入口相连通。由于从冰水分离装置11流出的未成冰的冷水中可能含有冰晶，在与从水源热泵单元4流出的水混合后，水温升高形成高于冰点的低温冷水，从而可消除携带的冰晶，以便进入冰源热泵单元7再次循环利用，以免冰源热泵单元7出现结冰、堵塞等问题。
36.本发明实施例中，水源热泵供热系统还包括冷水泵8，冷水泵8的一端与排水口相连通、另一端与水源热泵单元4的冷端出口相连通，从而使未成冰的冷水与水源热泵单元4的出水混合后被冷水泵8驱动进入冰源热泵单元7，进一步提取潜热。
37.本发明实施例中，水源热泵供热系统还包括冰浆泵12，冰水分离装置11设有用于排出冰水混合物中的固态冰晶的排冰口，冰浆泵12的一端与排冰口相连通、另一端用于连接至外部环境1，从而将冰水混合物浓缩成的高浓冰浆由冰浆泵12驱动外排。外部环境1可包括江河湖海、储池等。
38.本发明实施例中，水源热泵供热系统还包括输水泵3，输水泵3的一端与水源2相连通、另一端与水源热泵单元4的冷端入口相连通，从而为液体流动提供动力，使水源源不断地流入供热系统。
39.如图2所示，水源热泵单元4包括依次串联连接的水源热泵压缩机401、水源热泵冷凝器402、水源热泵节流装置403和水源热泵蒸发器404，以构成循环回路。其中，水源热泵蒸发器404的入口与水源2相连通、出口与冰源热泵单元7相连通。具体地，高温高压的制冷剂过热蒸汽由水源热泵压缩机401排出，进入水源热泵冷凝器402内向热水散热后变为饱和液体，饱和制冷剂液体经水源热泵节流装置403节流后，成为低压低温的汽液混合物，而后进入水源热泵蒸发器404制冷剂流道与水交换冷量，制冷剂完全蒸发后吸入水源热泵压缩机401内。水源2在输水泵3的驱动下流经水源热泵蒸发器404，不断与制冷剂直接换热，温度降低，实现显热的提取利用。
40.如图3所示，冰源热泵单元7包括依次串联连接的冰源热泵压缩机701、冰源热泵冷凝器702、冰源热泵节流装置703和冰源热泵过冷却器704，以构成循环回路，不断与水进行换热。其中，冰源热泵过冷却器704的入口与水源热泵蒸发器404的出口相连通、出口与冰晶生成装置10的入口相连通，并且冰水分离装置11的排水口与水源热泵蒸发器404的出口相连通。这样，冰水分离装置11流出的未成冰的冷水与水源热泵蒸发器404的出水混合，在冰源热泵过冷却器704中水温下降变为过冷水，过冷水经过冰晶生成装置10后消除过冷变为冰水混合物，以便进一步提取水的潜热。
41.本发明实施例中，供热单元包括用户末端5和热水泵6，用户末端5、热水泵6、冰源热泵冷凝器702和水源热泵冷凝器402依次串联连接，以构成循环回路。这样热水泵6不断驱动热水流经冰源热泵冷凝器702和水源热泵冷凝器402，加热升温后送至供热用户，完成热量的供给，保障建筑供暖等。
42.本发明实施例中，水源热泵供热系统还包括调节阀9和/或流量计。具体地，调节阀9设置在冰源热泵单元7与冰晶生成装置10之间，以便根据实际需求控制冰源热泵单元7流出的过冷水流量，来调节过冷水换热后的温度，从而达到合适的过冷度条件。流量计设置在
冰源热泵单元7与冰晶生成装置10之间，用于监测冰源热泵单元7流出的过冷水流量，从而可直接观测系统流量，以便进行控制管理。
43.综上所述，本发明提供了水源高效利用的热泵供热系统，可充分利用水的显热和相变潜热。在实际应用时，单位水量的热量提取比常规水源热泵增加6倍，也就意味着用水量降低85％。同时通过冰水分离装置实现高浓冰浆的外排以及冷水的回收再利用，从而达到了提高水源利用率和降低用水量的目的。
44.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种水源热泵供热系统，其特征在于，包括：水源热泵单元，与水源相连通，所述水源热泵单元用于对所述水源进行换热；冰源热泵单元，用于对所述水源热泵单元流出的冷水再次进行换热，以形成过冷水；冰晶生成装置，用于对所述冰源热泵单元流出的所述过冷水解除过冷，以形成冰水混合物；冰水分离装置，用于对所述冰晶生成装置形成的所述冰水混合物进行固态冰晶和液态水分离，所述冰水分离装置设有用于排出所述冰水混合物中的液态水的排水口，所述排水口与所述冰源热泵单元的冷端入口相连通。2.根据权利要求1所述的水源热泵供热系统，其特征在于，还包括供热单元，所述水源热泵单元的热端和/或所述冰源热泵单元的热端用于为所述供热单元的供暖用水提供热量。3.根据权利要求1所述的水源热泵供热系统，其特征在于，所述排水口与所述水源热泵单元的冷端出口相连通，所述水源热泵单元的冷端出口与所述冰源热泵单元的冷端入口相连通。4.根据权利要求3所述的水源热泵供热系统，其特征在于，还包括冷水泵，所述冷水泵的一端与所述排水口相连通、另一端与所述水源热泵单元的冷端出口相连通。5.根据权利要求1所述的水源热泵供热系统，其特征在于，还包括冰浆泵，所述冰水分离装置设有用于排出所述冰水混合物中的固态冰晶的排冰口，所述冰浆泵的一端与所述排冰口相连通、另一端用于连接至外部环境。6.根据权利要求1所述的水源热泵供热系统，其特征在于，还包括输水泵，所述输水泵的一端与所述水源相连通、另一端与所述水源热泵单元的冷端入口相连通。7.根据权利要求2所述的水源热泵供热系统，其特征在于，所述水源热泵单元包括依次串联连接的水源热泵压缩机、水源热泵冷凝器、水源热泵节流装置和水源热泵蒸发器，以构成循环回路，其中，所述水源热泵蒸发器的入口与所述水源相连通、出口与所述冰源热泵单元相连通。8.根据权利要求7所述的水源热泵供热系统，其特征在于，所述冰源热泵单元包括依次串联连接的冰源热泵压缩机、冰源热泵冷凝器、冰源热泵节流装置和冰源热泵过冷却器，以构成循环回路，其中，所述冰源热泵过冷却器的入口与所述水源热泵蒸发器的出口相连通、出口与所述冰晶生成装置的入口相连通，且所述排水口与所述水源热泵蒸发器的出口相连通。9.根据权利要求8所述的水源热泵供热系统，其特征在于，所述供热单元包括用户末端和热水泵，所述用户末端、所述热水泵、所述冰源热泵冷凝器和所述水源热泵冷凝器依次串联连接，以构成循环回路。10.根据权利要求1所述的水源热泵供热系统，其特征在于，还包括：调节阀，设置在所述冰源热泵单元与所述冰晶生成装置之间，所述调节阀用于控制所述冰源热泵单元流出的所述过冷水的流量；和/或，流量计，设置在所述冰源热泵单元与所述冰晶生成装置之间，所述流量计用于检测所述冰源热泵单元流出的所述过冷水的流量。

技术总结

本发明提供一种水源热泵供热系统，包括水源热泵单元，与水源连通，用于对水源进行换热；冰源热泵单元，用于对水源热泵单元流出的冷水再次进行换热，形成过冷水；冰晶生成装置，用于对过冷水解除过冷，形成冰水混合物；冰水分离装置，用于对冰水混合物进行固态冰晶和液态水分离，并设有与冰源热泵单元冷端入口连通的排水口。首先水源热泵提取利用水源显热进行供热，其次利用冰源热泵使水受冷降温形成过冷水进一步提取水源热量，然后过冷水解除过冷生成冰晶和水混合物，其中液态水再次回到冰源热泵进行换热，实现水源潜热利用。从而在稳定供热的同时，高效利用水的显热和潜热，实现“水进冰出”，大幅降低常规水源热泵的用水量，减少资源浪费。浪费。浪费。