CN102578027A - 海水养殖热泵冷热水机组及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种属于能源技术领域的热泵冷热水机组及其系统，尤其是对海水养殖及其它工业和民用中海水进行冷却和加热的热泵冷热水机组及其系统。包括海水预热系统、海水热泵机组系统和养殖海水系统；所述海水预热系统含有：大海、海水潜水泵、过滤除沙器、预热换热器、过滤器、废水潜水泵、废水池；海水热泵机组系统含有：PE盘管、防冻液补水箱、防冻液循环泵、防冻液换热器、节流阀、压缩机、海水换热器、球阀二(20)、球阀三(21)、球阀四(22)、球阀一(23)；海水养殖海水系统含有：海水循环泵、养殖池、排水阀、供水阀、热水储存池。这样热泵冷热水机组及其系统可以充分回收海水养殖排放废水中的能量，从而提高了热泵机组换热效率，节省了运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种属于能源技术领域的热泵冷热水机组及其系统，尤其是对海水养殖及其它工业和民用中海水进行冷却和加热的热泵冷热水机组及其系统。
背景技术
海水养殖育苗控制水温十分重要，对海参育苗要求水温在16～23℃，对于海水鱼(如大菱鲆)育苗要求水温在12～20℃，虾类、贝类育苗要求水温在22～25℃。一般情况下，12月份至来年5月是海水育苗季节，而此时近海水温为0～10℃，需要给海水升温；夏季7、8月份海水温度超过25℃，需给海水降温。
我们知道，目前海水养殖加热海水所采用的传统方式有：采用燃煤、燃油、燃电锅炉加热；采用打地热井抽取地下热水加热；采用水处理热回收设备。这些方式会存在以下问题：
一、燃煤锅炉存在环境污染的问题和占地面积大的缺点；
二、燃油锅炉受燃料供应及价格波动的影响较大；
三、电锅炉使用高品位电能来制取热水，在能源品质上是一种浪费，而且使用成本高，耗电量太大；
四、采用打地热井抽取地下热水加热方式，严重浪费了地下水资源，并且可能会引起地表面下沉、地下水位下降、海平面上升、海水倒灌、土壤盐碱化等；
五、采用水处理热回收设备也存在一些问题，由于不同的养殖品种要求海水指标不同，水处理难于符合不同品种要求；而且由于采用生物处理才能达到要求，每次停止运行都会破坏系统活性生物，再次运行需重新培养活性生物，运行复杂不方便；水处理设备占地面积大，还需要加热设备补充热损耗，没有从根本解决海水加热问题。
给海水降温所采用的传统方式有：抽取地下水冷却、采用空气源热泵、水冷机组冷却。这些方式会存在以下问题：
一、抽取地下水冷却方式，严重浪费了地下水资源，并且可能会引起地表面下沉、地下水位下降、海平面上升、海水倒灌、土壤盐碱化等；
二、采用空气源热泵、水冷机组冷却方式，效率低，重复投资，造价较高。
另外，海水养殖冷热水采用边补边排活水方式，排放的废水中的含有大量能量白白流失，能源浪费严重。为解决这些问题，可以采用海水养殖热泵冷热水机组及其系统，充分回收废水中能量，一机两用来制取海水养殖所用的冷热水。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理，能充分回收海水养殖排放废水中的能量，具有很高效率的海水养殖热泵冷热水机组及其系统。
本发明海水养殖热泵冷热水机组及其系统的技术方案是：一种海水养殖热泵冷热水机组及其系统，包括海水预热系统、海水热泵机组系统和养殖海水系统。
所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统的海水预热系统是：大海中新鲜海水通过海水潜水泵经过滤除沙器由管道引到预热换热器海水入口，预热换热器海水出口管路和热水储存池下部口相连；废水储存池水位下部的废水潜水泵出口经过滤器和预热换热器废水入口相连，预热换热器废水出口通过管道引入大海。
所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统的海水热泵机组系统包括：防冻液换热器和海水换热器，防冻液换热器上部制冷剂管路分两路，一路经球阀一(23)和压缩机排气口相连，另一路经球阀二(20)和压缩机吸气口相连，压缩机吸气口又经球阀三(21)和海水换热器上部制冷剂管路相连；压缩机排气口还经球阀四(22)和海水换热器上部制冷剂管路相连；防冻液换热器下部和海水换热器下部之间的制冷剂管路上设有节流阀；防冻液换热器采用普通紫铜换热管，海水换热器采用抗海水腐蚀材质如钛合金或海军铜等换热管；防冻液换热器水路出口管路和大海内PE盘管一端连接，PE盘管另一端和防冻液循环泵入口连接，防冻液循环泵出口和蒸发器水路入口相连；海水热泵机组系统上1.5米处设防冻液补水箱，防冻液补水箱下部管路和防冻液循环泵入口管路相连，蒸发器水路出口管路最高点设排气管路连入防冻液补水箱上部。
所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统的养殖海水系统是：海水换热器水路出口和热水储存池上部连接，海水换热器水路入口管路经循环泵和热水储存池下部连接；热水储存池中部设热水出口经管道引入养殖池上部，入口设供水阀，热水储存池底部高于养殖池上部水位；养殖池下部由管道经排水阀按不小于0.003降坡度引到废水储存池上部，养殖池底部高于废水储存池上部水位，养殖池为多个组合。
所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统管路采用抗海水腐蚀材质如PE管等。
所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统的防冻液换热器冬季为蒸发器，夏季为冷凝器。
所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统的海水液换热器冬季为冷凝器，夏季为蒸发器。
所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统大海内PE盘
多个并联。
本发明海水养殖热泵冷热水机组及其系统的工作原理是：
海水潜水泵将大海中新鲜海水经过滤除沙器过滤输送到预热换热器，和废水池内的废海水进行换热，换热后的新鲜海水冬季温度提高夏季温度降低，然后进入到热水储存池底部。
冬季：置于大海内的PE盘管内的防冻液通过防冻液循环泵循环进入热泵机组防冻液换热器水路，放热给防冻液换热器制冷剂管路中的制冷剂，然后进入大海内的PE盘管内，吸收海水热量后循环进入热泵机组防冻液换热器水路；海水热泵机组系统的制冷剂管路上的球阀二(20)和球阀四(22)开启，球阀三(21)和球阀一(23)关闭，防冻液换热器制冷剂管路中低压液态制冷剂吸收热量后蒸发成低压气态，经球阀二(20)进入压缩机压缩成高温高压气态，再经球阀四(22)进入海水液换热器放热成低温高压液态，然后经节流阀节流成低温低压液态再进入防冻液换热器吸热循环运行；热水储存池下部的预热后的海水经海水循环泵加压进入海水液换热器水路吸收制冷剂管路中制冷剂放出的热量回到热水储存池中部，直到达到设定温度，先关闭热泵机组压缩机，然后再关闭海水循环泵和防冻液循环泵。
夏季：置于大海内的PE盘管内的防冻液循环通过防冻液循环泵进入热泵机组防冻液换热器水路，吸收防冻液换热器制冷剂管路中制冷剂的热量，然后进入大海内的PE盘管内，放热到大海里后循环进入防冻液换热器水路；海水热泵机组系统的制冷剂管路上的球阀二(20)和球阀四(22)关闭，球阀三(21)和球阀一(23)开启，防冻液换热器制冷剂管路中高压气态制冷剂放热到水路后冷凝成高压液态，然后经节流阀节流成低温低压液态再进入海水换热器的制冷剂管路中；热水储存池下部的预热后的海水经海水循环泵加压进入海水液换热器水路放热到制冷剂管路中制冷剂后回到热水储存池中部，直到达到设定温度，先关闭热泵机组压缩机，然后再关闭海水循环泵和防冻液循环泵；海水换热器制冷剂管路中的低温低压液态制冷剂吸收了水路中的热量后蒸发成低压气态制冷剂，然后经球阀三(21)进入热泵压缩机压缩成高温高压气态制冷剂，再经球阀一(23)循环进入到防冻液换热器制冷剂管路中放热到水路中。
随着养殖池废水排出，热水储存池水位下降到低水位，启动海水潜水泵将新鲜海水经预热换热器预热补充到热水储存池底部，当热水储存池中部海水温度达到设定温度，先启动海水循环泵和防冻液循环泵，再启动热泵机组压缩机冬季加热夏季冷却，循环运行。
本发明技术特点包括：
1、一机两用，冬季和夏季可以通过转换制冷剂管路球阀将蒸发器和冷凝器互换，实现冬季给海水加温，夏季给海水降温的功能。
2、设预热换热器，新鲜海水在进入热水储存池之前先与养殖池排放的废海水进行一次换热，提高了机组的效率。
3、热泵机组的防冻热换热器水路连接到大海内的PE盘管，盘管内充防冻液，可防止冬季盘管内充防冻液温度低于0℃结冰，这样即使冬季海水温度低于0℃机组也能正常运行。
这些措施，使海水养殖热泵冷热水机组及其系统的效率及性能大大提高，节能效果显著。
附图说明
附图为本发明海水养殖热泵冷热水机组及其系统示意图
图中：A、海水预热系统，B、海水热泵机组系统，C、养殖海水系统，1、大海，2、PE盘管，3、海水潜水泵，4、过滤除沙器，5、预热换热器，6、过滤器，7、防冻液补水箱，8、防冻液循环泵，9、废水潜水泵，10、防冻液换热器，11、节流阀，12、压缩机，13、海水换热器，14、海水循环泵，15、养殖池，16、排水阀，17、供水阀，18、热水储存池，19、废水池，20、球阀二(20)，21、球阀三(21)，22、球阀四(22)，23、球阀一(23)。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步说明：
如附图所示，该本发明海水养殖热泵冷热水机组及其系统由海水预热系统A、海水热泵机组系统B和养殖海水系统C组成。海水预热系统A含有：大海1、海水潜水泵3、过滤除沙器4、预热换热器5、过滤器6、废水潜水泵9、废水池19；海水热泵机组系统B含有：PE盘管2、防冻液补水箱7、防冻液循环泵8、防冻液换热器10、节流阀11、压缩机12、海水换热器13、球阀二(20)20、球阀三(21)21、球阀四(22)22、球阀一(23)23；海水养殖海水系统C含有：海水循环泵14、养殖池15、排水阀16、供水阀17、热水储存池18。
本发明工作过程是：
一、海水预热系统A换热
海水潜水泵3将大海1中新鲜海水经过滤除沙器4过滤输送到预热换热器5，和通过废水池中的废水潜水泵9输送到预热换热器5的废水进行换热，换热后的新鲜海水冬季温度提高夏季温度降低，然后补充到热水储存池18底部。
二、海水热泵机组系统B换热
冬季：置于大海1内的PE盘管2内的防冻液通过防冻液循环泵8循环进入热泵机组防冻液换热器10水路，放热给防冻液换热器10制冷剂管路中的制冷剂，然后进入大海1内的PE盘管2内，吸收海水热量后循环进入热泵机组防冻液换热器10水路；海水热泵机组系统的制冷剂管路上的球阀二(20)20和球阀四(22)22开启，球阀三(21)21和球阀一(23)23关闭，防冻液换热器10制冷剂管路中低压液态制冷剂吸收热量后蒸发成低压气态，经球阀二(20)20进入压缩机12压缩成高温高压气态，再经球阀四(22)22进入海水液换热器13放热成低温高压液态，然后经节流阀11节流成低温低压液态再进入防冻液换热器10吸热循环运行；热水储存池18下部的预热后的海水经海水循环泵14加压进入海水液换热器13水路吸收制冷剂管路中制冷剂放出的热量回到热水储存池18中部，直到达到设定温度，先关闭热泵机组压缩机12，然后再关闭海水循环泵14和防冻液循环泵8。
夏季：置于大海内的PE盘管2内的防冻液循环通过防冻液循环泵8进入热泵机组防冻液换热器10水路，吸收防冻液换热器10制冷剂管路中制冷剂的热量，然后进入大海1内的PE盘管2内，放热到大海1里后循环进入防冻液换热器10水路；海水热泵机组系统的制冷剂管路上的球阀二(20)20和球阀四(22)22关闭，球阀三(21)21和球阀一(23)23开启，防冻液换热器10制冷剂管路中高压气态制冷剂放热到水路后冷凝成高压液态，然后经节流阀11节流成低温低压液态再进入海水换热器13的制冷剂管路中；热水储存池18下部的预热后的海水经海水循环泵14加压进入海水液换热器13水路放热到制冷剂管路中制冷剂后回到热水储存池18中部，直到达到设定温度，先关闭热泵机组压缩机12，然后再关闭海水循环泵14和防冻液循环泵8；海水换热器13制冷剂管路中的低温低压液态制冷剂吸收了水路中的热量后蒸发成低压气态制冷剂，然后经球阀三(21)进入热泵压缩机12压缩成高温高压气态制冷剂，再经球阀一(23)循环进入到防冻液换热器10制冷剂管路中放热到水路中。
三、海水养殖海水系统C换热
加热后的海水从热水储存池18中部经供水阀17进入养殖池15，养殖池15排出的废水经排水阀16进入废水储存池7；随着养殖池15废水排出，热水储存池18水位下降到低水位，启动海水潜水泵3将大海1中新鲜海水经预热换热器5补充到热水储存池18底部，当热水储存池18中部海水温度达到设定温度，先启动海水循环泵14和防冻液循环泵8，再启动热泵机组压缩机12加热或冷却，循环运行。
以上所述，仅是本发明较佳实例，任何对本发明结构作简单调整，均应属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种海水养殖热泵冷热水机组及其系统，其特征是：包括海水预热系统、海水热泵机组系统和养殖海水系统；
所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统的海水预热系统是：大海中新鲜海水通过海水潜水泵经过滤除沙器由管道引到预热换热器海水入口，预热换热器海水出口管路和热水储存池下部口相连；废水储存池水位下部的废水潜水泵出口经过滤器和预热换热器废水入口相连，预热换热器废水出口通过管道引入大海；
所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统的海水热泵机组系统包括：防冻液换热器和海水换热器，防冻液换热器上部制冷剂管路分两路，一路经球阀一(23)和压缩机排气口相连，另一路经球阀二(20)和压缩机吸气口相连，压缩机吸气口又经球阀三(21)和海水换热器上部制冷剂管路相连；压缩机排气口还经球阀四(22)和海水换热器上部制冷剂管路相连；防冻液换热器下部和海水换热器下部之间的制冷剂管路上设有节流阀；防冻液换热器采用普通紫铜换热管，海水换热器采用抗海水腐蚀材质如钛合金或海军铜等换热管；防冻液换热器水路出口管路和大海内PE盘管一端连接，PE盘管另一端和防冻液循环泵入口连接，防冻液循环泵出口和蒸发器水路入口相连；海水热泵机组系统上1.5米处设防冻液补水箱，防冻液补水箱下部管路和防冻液循环泵入口管路相连，蒸发器水路出口管路最高点设排气管路连入防冻液补水箱上部；
所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统的养殖海水系统是：海水换热器水路出口和热水储存池上部连接，海水换热器水路入口管路经循环泵和热水储存池下部连接；热水储存池中部设热水出口经管道引入养殖池上部，入口设供水阀，热水储存池底部高于养殖池上部水位；养殖池下部由管道经排水阀按不小于0.003降坡度引到废水储存池上部，养殖池底部高于废水储存池上部水位，养殖池为多个组合。
2.根据权利要求1所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统，其特征是：管路采用抗海水腐蚀材质如PE管等。
3.根据权利要求1所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统，其特征是：防冻液换热器冬季为蒸发器，夏季为冷凝器。
4.根据权利要求1所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统，其特征是：海水液换热器冬季为冷凝器，夏季为蒸发器。
5.根据权利要求1所述海水养殖热泵冷热水机组及其系统，其特征是：大海内PE盘管为多个并联。
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