CN103776162A - 热泵补热升温式高效换热器及利用其进行换热的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了热泵补热升温式高效换热器及利用其进行换热的方法，其中热泵补热升温式高效换热器包括换热器、蒸发器、冷凝器、真空泵、水泵，所述换热器设置有热源水入口、目标水入口，换热器下部设置有热源水排出管、目标水排出管，所述蒸发器内部上方设置有喷淋装置，所述蒸发器上方设置有补水装置，所述冷凝器上部设置有去氧器。本发明的热泵补热升温式高效换热器结构简单、通过换热器将热源水中热量初步传递给目标水，再通过从蒸发器进入到冷凝器的气体凝结成为液体，放出热量再次加热目标水，提高目标水温度，从而提高目标水的可利用效果，并且降低了能耗。

Description

热泵补热升温式高效换热器及利用其进行换热的方法

技术领域

本发明涉及换热器，特别是涉及热泵补热升温式高效换热器。

本发明还涉及利用上述的热泵补热升温式高效换热器进行换热的方法。

 

背景技术

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在供热领域中常常通过回收废弃热源作为加热热源，对目标进行加热，然后再通过目标水对热量进行利用。由于目前换热器效率所限，如果废弃热源温度不高，则通过其加热得到的目标水温度也会比较低，而目标水往往经历比较远的传送后才能被用来供暖，因此在传递过程中还会损耗一部分热量，从而无法提供足够热量而限制了其用途。

虽然通过改变换热器结构来改善换热器效率，从而提高目标水的温度，但是目标水温度和热源水温度越接近，提高目标水温度越困难，并且为了改善换热器效率通常使用更加薄的金属换热片，从而使得换热器容易在水的长期浸泡下腐蚀漏水，降低了换热器使用寿命。而如果直接通过热泵进行热交换，虽然能够提高目标水的最终温度，但是由于其升温过程所有温度提升都需要热泵传递热量，则需要额外的能量过高导致能量效率下降。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，本发明的目的是提供结构简单、可以充分利用废热液、回收热水、空气源热水、太阳能热水作为加热源的换热器，先通过直接热交换进行一次加热，然后通过热泵技术二次补热，使得目标水温度再次提高，从而能够更加适用于各种加热用途，克服现有技术中换热器效率低下的缺陷、换热目标输出始终低于原始热源的缺点。

本发明的热泵补热升温式高效换热器，包括换热器、蒸发器、冷凝器、真空泵、水泵，所述换热器设置有热源水入口、目标水入口、热源水排出管、目标水排出管，所述蒸发器内部上方设置有喷淋装置，所述冷凝器上部设置有去氧器。

所述真空泵设置在蒸发器和冷凝器之间。

所述换热器通过管道13和管道12和所述蒸发器连接，所述换热器通过管道16和所述冷凝器相连，所述蒸发器通过管道18和管道19和冷凝器相连，所述蒸发器上方设置有补水装置。

所述管道18上设置有水泵7、水泵8，所述管道19上设置有真空泵9。

本发明的另一目的是提供利用上述的热泵补热升温式高效换热器进行换热的方法。

本发明的利用上述热泵补热升温式高效换热器进行换热的方法，包括以下步骤：

A.热源水从热源水入口2进入并分为两部分，一部分通过管道12进入换热器，在换热器中和从目标水入口4进入换热器的目标水发生热交换，热源水将热量传递给目标水，并从热源水排出管14流出，另外一部分热源水从管道13进入蒸发器；

B.从换热器完成一次加热的目标水从目标水出口管16排出，此时真空泵9开动，并对蒸发器进行抽真空并保持真空度，水泵7开动，抽取蒸发器中的媒介通过管道17进入蒸发器上方的喷淋装置，并将媒介喷洒为雾状，由于蒸发器中处于负压状态，从管道13进入蒸发器的热源水放出热量，使得雾状媒介吸热蒸发为气体，并通过真空泵9抽入到冷凝器中；

C.蒸汽在冷凝器中受压并和通过管道16进入冷凝器的一次加热水管道进行接触，放出凝结热量变为液体，冷凝器中管道内的一次加热水吸收凝结热的热量再次被加热，并从管道11排出冷凝器；

D．步骤C中的媒介液化后从冷凝器底部被水泵抽取进入管道17，并再次被送入蒸发器上部的喷淋装置，被喷淋为雾状，蒸发器中的热源水放出热量后通过管道15排出蒸发器。

本发明的热泵补热升温式高效换热器，相对于现有技术而言具有的优点是结构简单、可以充分利用废热液、回收热水、空气源热水、太阳能热水作为加热源的换热器，并通过热泵技术二次补热，使得目标水温度再次提高，从而能够更加适用于各种加热用途，克服现有技术中换热器效率低下、换热目标输出始终低于原始热源的缺点。

 

附图说明

图1   本发明热泵补热升温式高效换热器实施例示意图。

图号说明

1…换热器     2…热源水入口    3…热源水出口       

4…目标水入口   5…蒸发器    6…冷凝器   7…水泵

8…水泵      9…真空泵     10…除氧器

11…管道     12…管道      13…管道     14…热源水排出管

15…管道     16…管道      17…管道     18…管道

19…管道     20…补水器    21…喷淋装置

具体实施方式

本发明的蒸发器和冷凝器为封闭状态，其中不含有氧气或空气，以免设备在有氧气存在下容易被腐蚀，冷凝器上方设置有除氧器，其为本领域常用器件，可以除去泄露到冷凝器以及蒸发器中的氧气。

蒸发器和冷凝器中的媒介没有特别限定，本领域热泵常用媒介都可以使用，只要能够起到在低压汽化吸收热量，并在高压环境下液化放出热量的液体都可以作为媒介，例如氟利昂、水、乙二醇、R22，R134a,R415b，R417a等

本发明中的水泵7、水泵8通过压力控制器控制（图中未画出），当蒸发器以及冷凝器底部聚集一定冷媒液体时通过压力控制器打开水泵7和水泵8，将底部冷媒抽出，并通过管道17进入蒸发器上端的喷淋装置。压力控制器为本领域常用器件，其作用是防止水泵在无水的情况下空转从而造成损耗。

本发明中的补水器用于当蒸发器和冷凝器因为泄露、除氧器消耗等造成媒介损耗缺少，无法工作的时候，适当的补水或其它媒介。

本发明的热源水可以是废热液、回收热水、空气源热水、太阳能热水，其具体温度温度并没有特别限定，只要其温度高于目标水温度都可以用来通过一次热交换加热目标水，然后再通过热泵二次补热达到可利用范围。例如其温度范围可以选择50℃-95℃、优选60℃-85℃。

下面结合附图的图1对本发明的热泵补热升温式高效换热器和利用该换热器换热热的方法作进一步详细说明。

本发明的热泵补热升温式高效换热器，请参考图1，包括换热器1、蒸发器5、冷凝器6、真空泵9、水泵7、水泵8，所述换热器1设置有热源水入口2、目标水入口4、热源水排出管14、目标水排出管16，所述蒸发器内部上方设置有喷淋装置21，所述冷凝器6上部设置有去氧器10。

在本发明一个优选的实施方案里，所述真空泵9设置在蒸发器5和冷凝器6之间。

在本发明另一个优选的实施方案里，所述换热器1通过管道13和管道12和所述蒸发器5连接，所述换热器1通过管道16和所述冷凝器6相连，所述蒸发器5通过管道18和管道19和冷凝器6相连，所述蒸发器5上方设置有补水装置20。

在本发明进一步优选的实施方案种，所述管道18上设置有水泵7、水泵8,所述管道19上设置有真空泵9。

本发明还公开了利用上述的热泵补热升温式高效换热器进行换热的方法，参考图1，其包括以下步骤：

A.热源水从热源水入口2进入并分为两部分，一部分通过管道12进入换热器1，在换热器1中和从目标水入口4进入换热器1的目标水发生热交换，热源水将热量传递给目标水，并从热源水排出管14流出，另外一部分热源水从管道13进入蒸发器5；

B.从换热器1完成一次加热的目标水从目标水出口管16排出，此时真空泵9开动，并对蒸发器5进行抽真空并保持真空度，水泵7开动，抽取蒸发器中的媒介通过管道17进入蒸发器5上方的喷淋装置21，并将媒介喷洒为雾状，由于蒸发器5中处于负压状态，从管道13进入蒸发器的热源水放出热量，使得雾状媒介吸热蒸发为气体，并通过真空泵9抽入到冷凝器6中；

C.蒸汽在冷凝器6中受压并和通过管道16进入冷凝器6的一次加热水管道进行接触，放出凝结热量变为液体，冷凝器6中管道内的一次加热水吸收凝结热的热量再次被加热，并从管道11排出冷凝器；

D．步骤C中的媒介液化后从冷凝器6底部被水泵8抽取进入管道17，并再次被送入蒸发器5上部的喷淋装置21，被喷淋为雾状，蒸发器5中的热源水放出热量后通过管道15排出蒸发器5。

本发明的技术方案由于先通过直接热交换进行一次加热，然后通过热泵技术二次补热，使得目标水温度再次提高，达到了在低能耗的条件下有效提高目标水的温度，使其更加适用于各种加热用途的技术效果，克服了现有技术中换热器效率低下的缺陷、换热目标输出始终低于原始热源的缺点。

上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种热泵补热升温式高效换热器，其特征在于：包括换热器、蒸发器、冷凝器、真空泵、水泵，所述换热器设置有热源水入口、目标水入口、热源水排出管、目标水排出管，所述蒸发器内部上方设置有喷淋装置，所述冷凝器上部设置有去氧器。

2.根据权利要求1所述的热泵补热升温式高效换热器，其特征在于：所述真空泵设置在蒸发器和冷凝器之间。

3.根据权利要求1或2所述的热泵补热升温式高效换热器，其特征在于：所述换热器通过管道(13)和管道(12)和所述蒸发器连接，所述换热器通过管道(16)和所述冷凝器相连，所述蒸发器通过管道(18)和管道(19)和冷凝器相连，所述蒸发器上方设置有补水装置(20)。

4.根据权利要求3所述的热泵补热升温式高效换热器，其特征在于：所述管道(18)上设置有水泵(7)、水泵(8),所述管道(19)上设置有真空泵(9)。

5.利用权利要求1-4任一所述的热泵补热升温式高效换热器进行换热的方法，其特征在于包括以下步骤：

A.热源水从热源水入口(2)进入并分为两部分，一部分通过管道(12)进入换热器(1)，在换热器(1)中和从目标水入口(4)进入换热器的目标水发生热交换，热源水将热量传递给目标水，并从热源水排出管(14)流出，另外一部分热源水从管道(13)进入蒸发器(5)；

B.从换热器完成一次加热的目标水从目标水出口管(16)排出，此时真空泵(9)开动，并对蒸发器(5)进行抽真空并保持真空度，水泵(7)开动，抽取蒸发器(5)中的媒介通过管道(17)进入蒸发器上方的喷淋装置，并将媒介喷洒为雾状，由于蒸发器中处于负压状态，从管道(13)进入蒸发器的热源水放出热量，使得雾状媒介吸热蒸发为气体，并通过真空泵(9)抽入到冷凝器(6)中；

C.蒸汽在冷凝器(6)中受压并和通过管道(16)进入冷凝器的一次加热水管道进行接触，放出凝结热量变为液体，冷凝器中管道内的一次加热水吸收凝结热的热量再次被加热，并从管道(11)排出冷凝器；

D．步骤C中的媒介液化后从冷凝器底部被水泵(8)抽取进入管道(17)，并再次被送入蒸发器上部的喷淋装置，被喷淋为雾状，蒸发器中的热源水放出热量后通过管道(15)排出蒸发器。

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