一种利用宽温热泵实现的低温环境供热系统论文和设计-方颖

全文摘要

本实用新型公开了一种宽温热泵冰点温度运行装置，包括空气能换热塔和加料装置，空气能换热塔内存储有液体，空气能换热塔顶部设有换气装置，空气能换热塔的底部设有换热塔出水管，空气能换热塔的侧面高于最高液体液面处设有换热塔入水管；加料装置与空气能换热塔相连用于控制向空气能换热塔输入防冻液；换热塔入水管和换热塔出水管之间连接有浓度检测装置，浓度检测装置与控制终端相连，控制终端还与加料装置相连接。宽温热泵冰点温度运行装置确保空气能换热塔内的水在冬天不会结冰，使宽温热泵可以在任何季节均正常使用。

主设计要求

1.一种利用宽温热泵实现的低温环境供热系统，其特征是，包括空气能换热塔和加料装置，空气能换热塔内存储有液体，空气能换热塔顶部设有换气装置，空气能换热塔的底部设有换热塔出水管，空气能换热塔的侧面高于最高液体液面处设有换热塔入水管；加料装置与空气能换热塔相连用于控制向空气能换热塔输入防冻液；换热塔入水管和换热塔出水管之间连接有浓度检测装置，浓度检测装置与控制终端相连，控制终端还与加料装置相连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种利用宽温热泵实现的低温环境供热系统，其特征是，还包括防冻液存储箱，加料装置包括加料装置本体、第一导水管、第二导水管和截止阀，在空气能换热塔的侧面低于换热塔入水管处设有第一导水管，空气能换热塔的底部设有第二导水管，第一导水管和第二导水管均与加料装置本体相连，第二导水管上设有截止阀，防冻液存储箱一端与第一导水管相连，另一端与截止阀相连接。

3.根据权利要求1或２所述的一种利用宽温热泵实现的低温环境供热系统，其特征是，所述的换气装置是风扇。

4.根据权利要求1或２所述的一种利用宽温热泵实现的低温环境供热系统，其特征是，还包括液位检测单元，液位检测单元与控制终端相连接。

5.根据权利要求４所述的一种利用宽温热泵实现的低温环境供热系统，其特征是，所述的液位检测单元包括浮球和红外线发射接收装置，浮球设置在液面上，红外线发射接收装置设置在空气能换热器顶部，红外线发射接收装置用于采集浮球高度信息。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及热交换技术领域，尤其是指一种利用宽温热泵实现的低温环境供热系统。

背景技术

宽温热泵在工作时，容易碰到一个问题：与空气进行能量交换的空气能换热塔，由于和外部空气相接触，在中国北方等冬季较冷的区域，空气能换热塔内的水温极容易到冰点以下使水结冰，导致空气能换热塔的水无法流通，空气能换热塔失去效果影响宽温热泵的正常使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中宽温热泵的空气能换热塔内的水在冬天容易结冰影响使用效果的缺点，提供一种利用宽温热泵实现的低温环境供热系统。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现：

一种利用宽温热泵实现的低温环境供热系统，包括空气能换热塔和加料装置，空气能换热塔内存储有液体，空气能换热塔顶部设有换气装置，空气能换热塔的底部设有换热塔出水管，空气能换热塔的侧面高于最高液体液面处设有换热塔入水管；加料装置与空气能换热塔相连用于控制向空气能换热塔输入防冻液；换热塔入水管和换热塔出水管之间连接有浓度检测装置，浓度检测装置与控制终端相连，控制终端还与加料装置相连接。空气能换热塔在夏季成为蒸发式冷却塔，在冬季成为冷凝式热源塔。换热塔入水管和换热塔出水管使水能进行回收利用。浓度检测装置用于检测液体内防冻液的浓度，若浓度低于警戒值，则表示空气能换热塔内的液体容易结冰，此时加料装置向空气能换热塔内输入防冻液确保液体不会结冰，若浓度高于设定值，则加料装置停止向空气能换热塔输入防冻液。

作为一种优选方案，利用宽温热泵实现的低温环境供热系统还包括防冻液存储箱，加料装置包括加料装置本体、第一导水管、第二导水管和截止阀，在空气能换热塔的侧面低于换热塔入水管处设有第一导水管，空气能换热塔的底部设有第二导水管，第一导水管和第二导水管均与加料装置本体相连，第二导水管上设有截止阀，防冻液存储箱一端与第一导水管相连，另一端与截止阀相连接。若空气能换热塔内的液体高于第一导水管，则截止阀打开，液体回流至防冻液存储箱内存储。需要再利用，加料装置从防冻液存储箱提取防冻液回输至空气能换热塔。此设计增加了防冻液的重复使用，利于环保节约成本。

作为一种优选方案，换气装置是风扇。

作为一种优选方案，利用宽温热泵实现的低温环境供热系统还包括液位检测单元，液位检测单元与控制终端相连接。液位检测单元用于检测空气能换热塔的液面高度，当液面高度高于设定的阈值时则表示整个系统运行故障，需要相关人员及时处理。

作为一种优选方案，所述的液位检测单元包括浮球和红外线发射接收装置，浮球设置在液面上，红外线发射接收装置设置在空气能换热器顶部，红外线发射接收装置用于采集浮球高度信息。

本实用新型的有益效果是，利用宽温热泵实现的低温环境供热系统确保空气能换热塔内的水在冬天不会结冰，使宽温热泵可以在任何季节均正常使用。且本实用新型较为环保，运行成本较低。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是本发明的一种继电器启停控制的电路原理图；

图3是本发明的一种RS485通信电路原理图；

图4是本发明的一种控制终端数据存储电路原理图；

图5是本发明的一种传感器模数输入电路原理图；

图6是本发明的一种变频驱动控制电路原理图；

图7是本发明的一种互感器连接电路原理图。

其中：1、空气能换热塔，2、换气装置，3、换热塔入水管，4、换热塔出水管，5、加料装置，6、浓度检测装置，7、防冻液存储箱，８、第一导水管，９、第二导水管，１０、截止阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步描述。

实施例：一种利用宽温热泵实现的低温环境供热系统，如图１所示，包括空气能换热塔和加料装置，空气能换热塔内存储有液体，空气能换热塔顶部设有换气装置，换气装置是风扇；空气能换热塔的底部设有换热塔出水管，空气能换热塔的侧面高于最高液体液面处设有换热塔入水管；加料装置与空气能换热塔相连用于控制向空气能换热塔输入防冻液；换热塔入水管和换热塔出水管之间连接有浓度检测装置，浓度检测装置与控制终端相连，控制终端还与加料装置相连接。

利用宽温热泵实现的低温环境供热系统还包括防冻液存储箱，加料装置包括加料装置本体、第一导水管、第二导水管和截止阀，在空气能换热塔的侧面低于换热塔入水管处设有第一导水管，空气能换热塔的底部设有第二导水管，第一导水管和第二导水管均与加料装置本体相连，第二导水管上设有截止阀，防冻液存储箱一端与第一导水管相连，另一端与截止阀相连接。

利用宽温热泵实现的低温环境供热系统还包括液位检测单元，液位检测单元与控制终端相连接。液位检测单元包括浮球和红外线发射接收装置，浮球设置在液面上，红外线发射接收装置设置在空气能换热器顶部，红外线发射接收装置用于采集浮球高度信息。

空气能换热塔在夏季成为蒸发式冷却塔，在冬季成为冷凝式热源塔。换热塔入水管和换热塔出水管使水能进行回收利用。浓度检测装置用于检测液体内防冻液的浓度，若浓度低于警戒值，则表示空气能换热塔内的液体容易结冰，此时加料装置向空气能换热塔内输入防冻液确保液体不会结冰，若浓度高于设定值，则加料装置停止向空气能换热塔输入防冻液。若空气能换热塔内的液体高于第一导水管，则截止阀打开，液体回流至防冻液存储箱内存储。需要再利用，加料装置从防冻液存储箱提取防冻液回输至空气能换热塔。此设计增加了防冻液的重复使用，利于环保节约成本。

本实施例中，控制终端为MCU或其他可替换的控制单元，控制终端通过继电器启停控制的电路控制开关量输入输出设备，例如控制截止阀的输入和关闭。中间继电器启停控制的电路包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C11、电容C12、继电器JDQ11、三极管Q11、二极管D1和光耦PC817，三极管Q11的基极通过电阻R12与控制终端的一个IO口连接，三极管Q11的基极还通过电阻R13接地，三极管Q11的基极通过电容C11接地，三极管Q11的发射极接地，三极管Q11的集电极通过二极管D11和电阻R11接电源，继电器JDQ11的控制输入端接电源，继电器JDQ11的控制输出端接三极管Q11的集电极，继电器JDQ11的受控输入端接220V电源，继电器JDQ11的受控导通端接受控设备的电源端；光耦PC817的受控输入端通过电阻R14接电源，光耦PC817的受控输入端还与控制终端的一个IO口连接，光耦PC817的控制输入端接电源，光耦PC817的控制输出端接地，光耦PC817的控制输出端接受控设备的反馈端。本实施例中的开关量控制设备，一般均采用此电路进行控制。

控制终端通过RS485通信电路与电脑、服务器等控制单元连接，RS485通信电路包括IC_RS485芯片、光耦IC1、光耦IC2、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、瞬态抑制二极管P6KE6.8CA和热敏电阻, IC_RS485芯片的第一引脚连接光耦IC1的控制输出端，光耦IC1的控制输入端通过电阻R23连接电源，光耦IC1的受控输入端通过电阻R21连接电源，光耦IC1的受控输出端与控制终端的一个串口连接，光耦IC1的受控输出端接地，IC_RS485芯片的第二引脚和第三引脚连接光耦IC2的受控输出端，光耦IC2的受控输入端连接电源，光耦IC2的受控输出端通过电阻R24接地，光耦IC2的受控输出端通过电阻R26连接IC_RS485芯片的第四引脚，光耦IC2的控制输入端连接电源，光耦IC2的控制输出端与控制终端的一个串口连接，IC_RS485芯片的第八引脚通过电容接地，IC_RS485芯片第八引脚还通过电阻R26与IC_RS485芯片的第六引脚连接，IC_RS485芯片的第五引脚接地，IC_RS485芯片的第五引脚还通过电阻R27与IC_RS485芯片的第七引脚连接，IC_RS485芯片的第七引脚与IC_RS485芯片的第六引脚直接连接有瞬态抑制二极管P6KE6.8CA，IC_RS485芯片的第六引脚通过热敏电阻与控制单元的RS485接口连接。或者是连接其他机组、模块中可供使用的RS485接口。控制终端还可以通过CAN总线与各个其他模块的设备连接，也可以通过CAN总线与控制单元连接，其具体电路本申请中不做赘述了。

控制终端连接有数据存储电路，所述数据存储电路包括AT24C16芯片和电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电容C31、电容C32、电容C33，AT24C16芯片的第一引脚、第二引脚、第三引脚和第四引脚均接地，AT24C16芯片的第八引脚接电源，AT24C16芯片第八引脚通过电容C31接地，AT24C16芯片的第八引脚通过电阻R31接AT24C16芯片第六引脚，AT24C16芯片的第五引脚通过电阻R32接AT24C16芯片第五引脚，AT24C16芯片第五引脚通过电阻R33接控制终端的一个IO口，AT24C16芯片第五引脚还通过电容C32接地，AT24C16芯片第六引脚通过电阻R34接控制终端的一个IO口，AT24C16芯片第六引脚还通过电容C33接地。

所述的浓度检测装置通过传感器模数输入电路与控制终端电连接，所述传感器模数输入电路包括LM518芯片和电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电容C41、电容C42、稳压二极管D41，浓度检测传感器的输出端分别与电阻R41的两端连接，电阻R41的第一端通过电阻R43与LM518芯片的第二引脚连接，LM518芯片的第一引脚通过电阻R42与LM518芯片的第二引脚连接，LM518芯片的第一引脚还他用过电阻R46与控制终端的一个模拟量输入口连接，电阻R46的第一端通过稳压二极管D41接地，电阻R46的第二端通过电容C42接地，电阻R41的第二端通过电阻R44与LM518芯片的第三引脚连接，LM518芯片的第三引脚通过电阻R45接地，LM518芯片的第四引脚接地，LM518芯片的第八引脚接电源。

本实施例中泵类设施的驱动器为变频器，变频器通过变频驱动控制电路与控制终端电连接，变频驱动控制电路包括电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55、电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻R59、电阻R5A、电阻R5B、电阻R5C、电容C51、电容C52、电容C54、电容C55、电容C56、三极管Q51、三极管Q52、三极管Q53、三极管Q54、三极管Q55、运放Y51、运放Y52、肖特基二级D51、肖特基二级D52和光耦IC3，光耦IC3的控制输出端通过电阻R51接电源，光耦IC3的控制输入端连接控制终端的一个IO口，光耦IC3的受控输出端与电阻R52的第一端连接，光耦IC3的受控输入端与三极管Q51的基极连接，三极管Q51的集电极通过电阻R53与电阻R52的第二端连接，电阻R52的第二端与电源连接，三极管Q51的发射极接地，三极管Q51的集电极与肖特基二级D51的阴极连接，肖特基二级D51的阳极接地，电阻R54的一端与肖特基二级D51的阴极连接，电阻R54的第二端通过电容C51接地，电阻R55的第一端与电阻R54的第二端连接，电阻R55的第二端通过电容C52接地，电阻R55的第二端与运放Y51的正输入端连接，运放Y51的负输入端通过电阻R5A接地，运放Y51的输出端通过电阻R5B与三极管Q52的基极连接，三极管Q52的发射极与三极管Q53的基极连接，三极管Q52的集电极与三极管Q53的集电极连接，三极管Q53的发射极接地，三极管Q53的集电极通过电容C55与肖特基二级D52的阳极连接，肖特基二级D52的阴极通过电容C54接地，肖特基二级D52的阴极与电源连接，肖特基二级D52的阳极通过电阻R56与三极管Q53的集电极连接，肖特基二级D52的阳极与电阻R57的第一端连接，运放Y52的正输入端与三极管Q53的集电极连接，肖特基二级D52的负输入端通过电阻R58与电阻R57的第二端连接，电阻R57的第二端与三极管Q54的发射极连接，运放Y52的输出端通过电阻R59与三极管Q54的基极连接，三极管Q54的集电极与三极管Q55的基极连接，三极管Q55的集电极与三极管Q54的发射极连接，三极管Q55的发射极与电容C56的第一端连接，电容C56的第二端接地，电容C56的第一端和电容C56的第二端之间连接有电阻R5C，电容C56的第一端与变频器的一个连接口连接，电容C56的第二端与变频器的另一个连接口连接。控制终端与光耦IC3连接的IO口为产生PWM信号的IO口。

设计图

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