CN103017586B - 复合式换热器及具有其的复合式换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合式换热器及具有其的复合式换热系统。本发明的复合式换热器包括壳体(3)；入口(1)和出口(16)，第一介质通过入口(1)进入壳体(3)，通过出口(16)流出；套管换热器(6)，设置于壳体(3)内部，其包括由内管(61)和外管(62)组成的套管(60)，内管(61)与外管(62)之间形成环形通道(63)，在环形通道(63)内流通第二介质，在内管(61)内流通第三介质；第一出入口(12)和第二出入口(15)，分别与环形通道(63)的两端连通；第三出入口(13)和第四出入口(14)，分别与内管(61)的两端连通。根据本发明的复合式换热器，能实现三种介质在同一个换热器内同步换热的功能。

Description

复合式换热器及具有其的复合式换热系统

技术领域

本发明涉及换热器领域，更具体地，涉及一种复合式换热器及具有其的复合式换热系统。

背景技术

目前在复合式地源热泵系统以及其它需要多介质换热的场合，大多是采用壳管式换热器，板式换热器，翅片式换热器等换热设备，只能实现两介质间的同步换热，往往需要多个换热器联合使用才能实现系统的换热功能。现有的复合式地源热泵系统便是一个典型的多个介质间进行热量转移的场合，特别是引入地表水、污水作为冷/热源的复合式地源热泵系统，往往需要增加中间换热介质以及板式换热器，工程复杂，换热效率低下。

发明内容

本发明目的在于提供一种可以使三种介质在同一个换热器内进行同步换热的复合式换热器及具有其的复合式换热系统。

本发明提供了一种复合式换热器，包括：壳体；入口和出口，分别设置于所述壳体上，第一介质通过所述入口进入所述壳体内，通过所述出口流出所述壳体；所述复合式换热器还包括：套管换热器，设置于所述壳体内部，所述套管换热器包括由内管和套设于所述内管外的外管组成的套管，所述内管与所述外管之间形成环形通道，在所述环形通道内流通第二介质，在所述内管内流通第三介质；以及，第一出入口和第二出入口，分别与所述环形通道的两端连通；第三出入口和第四出入口，分别与所述内管的两端连通。

优选地，所述复合式换热器还包括喷淋装置，设置于所述壳体内部，第一介质通过所述入口进入所述喷淋装置后喷淋到所述套管上，通过所述出口流出所述壳体。

优选地，所述套管换热器包括多根所述套管；所述套管换热器还包括：第一分/集流装置，设置于所述第一出入口与所述环形通道之间；第二分/集流装置，设置于所述第二出入口与所述环形通道之间；所述第一分/集流装置和第二分/集流装置用于将所述第二介质分配给多根所述套管的每个所述环形通道或收集多根所述套管的每个所述环形通道内的所述第二介质。

优选地，所述套管换热器还包括：第三分/集流装置，设置于所述第三出入口与所述内管之间；第四分/集流装置，设置于所述第四出入口与所述内管之间；所述第三分/集流装置和第四分/集流装置用于将所述第三介质分配给多根所述套管的每个所述内管或收集多根所述套管的每个所述内管内的所述第三介质。

优选地，所述套管换热器设置于所述喷淋装置的下方。

优选地，所述套管为蛇形套管。

优选地，所述复合式换热器还包括支撑板，所述支撑板设置在所述壳体内并支撑所述套管换热器。

优选地，各所述支撑板上包括拉杆孔，所述拉杆孔内穿设拉杆以固定各所述支撑板。

进一步地，本发明还提供了一种复合式换热系统，包括前述的复合式换热器和用户侧换热器。

优选地，所述复合式换热器与所述用户侧换热器通过流通所述第二介质的第二介质第一连接管路和第二介质第二连接管路耦合。

优选地，所述第二介质为制冷剂；所述复合式换热系统还包括：气液分离器，设置在所述第二介质第一连接管路中，用于分离出气态的所述制冷剂；压缩机，设置在所述第二介质第一连接管路中，用于对气态的所述制冷剂进行压缩；四通阀，设置在所述第二介质第一连接管路中，用于控制压缩后的所述制冷剂的流向，以使所述复合式换热系统在制冷模式和供热模式之间进行切换。

优选地，在所述制冷模式下，所述四通阀使所述压缩机与所述复合式换热器相连通、并使所述用户侧换热器与所述气液分离器相连通。

优选地，在所述供热模式下，所述四通阀使所述压缩机与所述用户侧换热器相连通、并使所述复合式换热器与所述气液分离器相连通。

优选地，所述复合式换热系统还包括：第一节流装置；高压储液罐；第二节流装置；其中，所述第一节流装置、高压储液罐、所述第二节流装置位于所述复合式换热器与所述用户侧换热器之间并通过所述第二介质第二连接管路依次串接；以及包括：第一单向阀，与所述第一节流装置并联，其流通方向设置为从所述复合式换热器流向所述用户侧换热器；第二单向阀，与所述第二节流装置并联，其流通方向设置为从所述用户侧换热器流向所述复合式换热器。

优选地，所述第一介质为地表水、城市自来水或污水。

优选地，所述第三介质为地埋管环路水或地下水。

根据本发明的复合式换热器，因具有套管换热器，实现了三种介质在同一个换热器内进行同步换热的功能。特别是将此复合式换热器应用到复合式地源热泵系统中，解决了地埋管换热器或地下水和外界引入冷/热源与制冷剂同步换热的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的复合式换热器主视剖视图；

图2是根据本发明的复合式换热器侧视剖视图；

图3是图2中I部放大视图；

图4是根据本发明的复合式换热器俯视剖视图；

图5是根据本发明的复合式地源热泵系统的流程图；

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1至图4示出了本发明的一个具体实施例的复合式换热器20，其主要由壳体3、喷淋装置2和套管换热器6形成了喷淋-套管式的三介质复合式换热器。

在壳体3的顶部设置供第一介质进入的入口1，在壳体3底部设置供第一介质流出的出口16；在复合式换热器20的壳体3内部上方设置有喷淋装置2，从入口1进入壳体3内的第一介质进入喷淋装置2后，喷淋到壳体3内，通过出口16流出壳体3。

优选地，第一介质通过在喷淋装置2的底部设置的多个喷淋孔流入壳体3内，以将介质均匀地喷淋在套管换热器6上，更好地实现第一介质的吸热或放热。

套管换热器6设置于壳体3内部，优选地位于喷淋装置2的下方，在本实施例中，套管换热器6包括多根由内管61和套设于内管61外的外管62组成的蛇形套管60，内管61与外管62之间形成环形通道63，在环形通道63内流通第二介质，在内管61内流通第三介质。

需要说明的是，设置喷淋装置2的目的是利用喷淋的冲力使水产生强烈的紊流，增加换热效率。但是，也可以不通过喷淋装置而使第一介质直接进入壳体3与套管换热器6内的第二介质进行热交换，这样的方式同样可以实现三种介质同步换热的目的。同时，根据实际需要，套管换热器6的套管60数量也可以设置为单根，且套管60的形状也不限于蛇形管，其也可以为U形管、盘管等其它一切适于热交换需要的形状。

本实施例的复合式换热器20具有第一出入口12和第二出入口15，分别与套管60的环形通道63的两端连通；还具有第一分/集流管8，设置于第一出入口12与环形通道63之间；第二分/集流管10，设置于第二出入口15与环形通道63之间；其中，第一分/集流管8和第二分/集流管10用于将第二介质分配给多根套管60的每个环形通道63或收集多根套管60的每个环形通道63内的第二介质。

第二介质可以通过第一出入口12进入第一分/集流管8，由第一分/集流管8分流后进入环形通道63，在环形通道63内流通并与内管61中的第三介质和壳体3内喷淋的第一介质进行同步换热后汇集流入第二分/集流管10，然后通过第二出入口15流出。

其中，第二介质也可以根据实际需要，通过第二出入口15进入第二分/集流管10分流后进入环形通道63，换热后汇集流入第一分/集流管8，然后通过第一出入口12流出。

本实施例的复合式换热器20还具有第三出入口13和第四出入口14，分别与内管61的两端连通；还具有第三分/集流管9，设置于第三出入口13与内管61之间；第四分/集流管11，设置于第四出入口14与内管61之间；其中，第三分/集流管9和第四分/集流管11用于将第三介质分配给多根套管60的每个内管61或收集多根套管60的每个内管61内的第三介质。

第三介质可以通过第三出入口13进入第三分/集流管9，由第三分/集流管9分流后进入内管61，在内管61内流通并与环形通道63内的第二介质换热后汇集流入第四分/集流管11，然后通过第四出入口14流出。

其中，第三介质也可以根据实际需要，通过第四出入口14进入第四分/集流管11分流后进入内管61，换热后汇集流入第三分/集流管9，然后通过第三出入口13流出。

需要说明的是，如果套管换热器6的套管60设置为单根时，就可以直接由第一出入口12、环形通道63和第二出入口15形成第二介质的换热通道，由第三出入口13、内管61和第四出入口14形成第三介质的换热通道，此时，第一分/集流管8、第二分/集流管10、第三分/集流管9和第四分/集流管11并不是必须的。

优选地，本实施例的复合式换热器20还包括支撑板5，设置于壳体3内，支撑套管换热器6。各支撑板5上包括拉杆孔4，拉杆孔4内穿设拉杆以固定各支撑板5。

优选地，复合式换热器20还包括支撑其自身重量的底座7。

下面以图5所示的根据本发明的一个具体实施例的复合式地源热泵系统为例，说明本发明的复合式换热系统，其具有图1至图4所示的实施例的喷淋-套管式的三介质复合式换热器20。

如图5所示，复合式地源热泵系统包括复合式换热器20和用户侧换热器26，其中，复合式换热器20与用户侧换热器26通过流通第二介质的第二介质第一连接管路和第二介质第二连接管路耦合。

在本实施例中，第一介质为地表水、城市自来水或污水，第二介质为制冷剂，第三介质为地埋管环路水或地下水。

复合式地源热泵系统还包括设置于第二介质第一连接管路上的气液分离器19、压缩机17和四通阀18。其中，气液分离器19用于分离出气态的制冷剂；压缩机17用于对气态的制冷剂进行压缩；四通阀18用于控制压缩后的制冷剂的流向，以使复合式地源热泵系统在制冷模式和供热模式之间进行切换。

在制冷模式下，四通阀18使压缩机17与复合式换热器20相连通、并使用户侧换热器26与气液分离器19相连通。在供热模式下，四通阀18使压缩机17与用户侧换热器26相连通、并使复合式换热器20与气液分离器19相连通。

复合式地源热泵系统还包括第一节流装置25、高压储液罐22、第二节流装置24。其中，第一节流装置25、高压储液罐22、第二节流装置24位于复合式换热器20与用户侧换热器26之间并通过所述第二介质第二连接管路依次串接；以及包括第一单向阀21，其与第一节流装置25并联，其流通方向设置为从复合式换热器20流向用户侧换热器26；第二单向阀23，其与第二节流装置24并联，其流通方向设置为从用户侧换热器26流向复合式换热器20。

复合式地源热泵系统还包括用于控制第一介质进入复合式换热器20的第一阀门30和第一水泵27，用于控制第一介质从复合式换热器20流出的第二阀门31，用于控制第三介质进入复合式换热器20的第四阀门33和第二水泵28，用于控制第三介质从复合式换热器20流出的第三阀门32，用于控制生活水进入用户侧换热器26的第五阀门34和第三水泵29以及用于控制生活水从用户侧换热器26流出的第六阀门35。

图5所示的复合式地源热泵系统可以通过四通阀18的转换制取冷热水。下面分别就制冷和供热两种模式进行说明。

1.制冷模式

在制冷模式下，四通阀18断电，第一节流装置25关闭。制冷剂经过压缩机17压缩后，流经四通阀18进入复合式换热器20。制冷剂从复合式换热器第二出入口15进入第二分/集流管10，通过第二分/集流管10进入套管换热器6环形通道63，换热后经第一分/集流管8由第一出入口12排出。依次通过第一单向阀21、高压储液罐22、第二节流装置24进入用户侧换热器26，在用户侧换热器26中进行热交换制取冷水后，流经四通阀18经过气液分离器19后被压缩机17的吸气口吸入，被压缩机17压缩后参与下一次循环。

引入冷源可以采用地表水、城市自来水或污水等，经过第一阀门30、第一水泵27，通过入口1进入复合式换热器20，并由喷淋装置2喷淋到壳体3内部，与套管换热器6的环形通道63内的制冷剂换热后，由出口16排出，并经第二阀门31排放。

地埋管环路水或地下水经第四阀门33、第二水泵28，由第三出入口13进入第三分/集流管9，通过第三分/集流管9进入套管换热器6的套管60的内管61，与套管60的环形通道63内的制冷剂换热后经过第四分/集流管11，由第四出入口14排出，并经第三阀门32流回地埋管换热器或者地下水回灌井。

在用户侧，生活用水通过第五阀门34、第三水泵29进入用户侧换热器26，制取的冷水通过第六阀门35流出。

2.供热模式

在供热模式下，四通阀18通电，第二节流装置24关闭。制冷剂经过压缩机17压缩后，流经四通阀18进入用户侧换热器26。在用户侧换热器26中进行热交换制取热水后依次通过第二单向阀23、高压储液罐22、第一节流装置25进入复合式换热器20。制冷剂从复合式换热器第一出入口12进入第一分/集流管8，通过第一分/集流管8进入套管换热器6环形通道63，蒸发换热后经第二分/集流管10由第二出入口15排出，制冷剂流经四通阀18经过气液分离器19后被压缩机17的吸气口吸入，被压缩机17压缩后参与下一次循环。

引入热源可以采用地表水、城市自来水或污水等，经过第一阀门30、第一水泵27，通过入口1进入复合式换热器20，并由喷淋装置2喷淋到壳体3内部，与套管换热器6的套管60的环形通道63内的制冷剂换热后由出口16排出，并经第二阀门31排放。

地埋管环路水或地下水经第四阀门33、第二水泵28，由第三出入口13进入第三分/集流管9，通过第三分/集流管9进入套管换热器6内管61，与套管60的环形通道63内的制冷剂换热后经过第四分/集流管11，由第四出入口14排出，并经第三阀门32流回地埋管换热器或者地下水的回灌井。

在用户侧，生活用水通过第五阀门34、第三水泵29进入用户侧换热器26，制取的热水通过第六阀门35流出。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述实施例的复合式换热器20的套管换热器6的套管60的内管61中流通一种冷/热源，可以是地埋管环路水或者地下水；喷淋装置中喷淋液体为引入的冷/热源，可以采用地表水(江河、湖泊、海水等)、城市自来水、污水等；制冷剂在套管换热器6的套管60的环形通道63内，同时与内管61内流通的冷/热源以及壳体3顶端喷淋的冷/热源进行换热，，实现了三种介质同步换热的目的。上述实施例的复合式换热系统，通过复合式换热器20与用户侧换热器26的耦合完成制冷/供热循环，提出了将地埋管换热器或地下水与外界引入冷/热源复合为一体的复合式地源热泵系统，可以减少换热器的数量，从而减少占地面积、简化设备安装程序，提高工作效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种复合式换热器，包括：

壳体（3）；

入口（1）和出口（16），分别设置于所述壳体（3）上，第一介质通过所述入口（1）进入所述壳体（3）内，通过所述出口（16）流出所述壳体（3）；

其特征在于，所述复合式换热器还包括：

套管换热器（6），设置于所述壳体（3）内部，所述套管换热器（6）包括由内管（61）和套设于所述内管（61）外的外管（62）组成的套管（60），所述内管（61）与所述外管（62）之间形成环形通道（63），在所述环形通道（63）内流通第二介质，在所述内管（61）内流通第三介质；以及，

第一出入口（12）和第二出入口（15），分别与所述环形通道（63）的两端连通；

第三出入口（13）和第四出入口（14），分别与所述内管（61）的两端连通，

所述复合式换热器还包括喷淋装置（2），设置于所述壳体（3）内部，第一介质通过所述入口（1）进入所述喷淋装置（2）后喷淋到所述套管（60）上，通过所述出口（16）流出所述壳体（3）；

所述套管换热器（6）设置于所述喷淋装置（2）的下方，所述喷淋装置（2）利用喷淋的冲力使所述第一介质产生强烈的紊流。

2.根据权利要求1所述的复合式换热器，其特征在于，所述套管换热器（6）包括多根所述套管（60）；所述套管换热器（6）还包括：

第一分/集流装置（8），设置于所述第一出入口（12）与所述环形通道（63）之间；

第二分/集流装置（10），设置于所述第二出入口（15）与所述环形通道（63）之间；

所述第一分/集流装置（8）和第二分/集流装置（10）用于将所述第二介质分配给多根所述套管（60）的每个所述环形通道（63）或收集多根所述套管（60）的每个所述环形通道（63）内的所述第二介质。

3.根据权利要求2所述的复合式换热器，其特征在于，所述套管换热器（6）还包括：

第三分/集流装置（9），设置于所述第三出入口（13）与所述内管（61）之间；

第四分/集流装置（11），设置于所述第四出入口（14）与所述内管（61）之间；

所述第三分/集流装置（9）和第四分/集流装置（11）用于将所述第三介质分配给多根所述套管（60）的每个所述内管（61）或收集多根所述套管（60）的每个所述内管（61）内的所述第三介质。

4.根据权利要求1所述的复合式换热器，其特征在于，所述套管（60）为蛇形套管。

5.根据权利要求4所述的复合式换热器，其特征在于，所述复合式换热器还包括支撑板（5），所述支撑板（5）设置在所述壳体（3）内并支撑所述套管换热器（6）。

6.根据权利要求5所述的复合式换热器，其特征在于，各所述支撑板（5）上包括拉杆孔（4），所述拉杆孔（4）内穿设拉杆以固定各所述支撑板（5）。

7.一种复合式换热系统，包括复合式换热器（20）和用户侧换热器（26），其特征在于，所述复合式换热器（20）为权利要求1至6中任一项所述的复合式换热器。

8.根据权利要求7所述的复合式换热系统，其特征在于，所述复合式换热器（20）与所述用户侧换热器（26）通过流通所述第二介质的第二介质第一连接管路和第二介质第二连接管路耦合。

9.根据权利要求8所述的复合式换热系统，其特征在于，所述第二介质为制冷剂；所述复合式换热系统还包括：

气液分离器（19），设置在所述第二介质第一连接管路中，用于分离出气态的所述制冷剂；

压缩机（17），设置在所述第二介质第一连接管路中，用于对气态的所述制冷剂进行压缩；

四通阀（18），设置在所述第二介质第一连接管路中，用于控制压缩后的所述制冷剂的流向，以使所述复合式换热系统在制冷模式和供热模式之间进行切换。

10.根据权利要求9所述的复合式换热系统，其特征在于，在所述制冷模式下，所述四通阀（18）使所述压缩机（17）与所述复合式换热器（20）相连通、并使所述用户侧换热器（26）与所述气液分离器（19）相连通。

11.根据权利要求9或10所述的复合式换热系统，其特征在于，在所述供热模式下，所述四通阀（18）使所述压缩机（17）与所述用户侧换热器（26）相连通、并使所述复合式换热器（20）与所述气液分离器（19）相连通。

12.根据权利要求11所述的复合式换热系统，其特征在于，所述复合式换热系统还包括：

第一节流装置（25）；

高压储液罐（22）；

第二节流装置（24）；

其中，所述第一节流装置（25）、高压储液罐（22）、所述第二节流装置（24）位于所述复合式换热器（20）与所述用户侧换热器（26）之间并通过所述第二介质第二连接管路依次串接；以及包括：

第一单向阀（21），与所述第一节流装置（25）并联，其流通方向设置为从所述复合式换热器（20）流向所述用户侧换热器（26）；

第二单向阀（23），与所述第二节流装置（24）并联，其流通方向设置为从所述用户侧换热器（26）流向所述复合式换热器（20）。

13.根据权利要求12所述的复合式换热系统，其特征在于，所述第一介质为地表水、城市自来水或污水。

14.根据权利要求13所述的复合式换热系统，其特征在于，所述第三介质为地埋管环路水或地下水。