CN103836741A - 一种液泵驱动多重回路热管换热装置及换热方法 - Google Patents

Abstract

一种液泵驱动多重回路热管换热装置及换热方法，属换热装置热交换技术领域。该装置的每个回路均由液泵(1)、分液器(2)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、集液器(5)、储液罐(6)、电动三通阀(7)和连接管路组成。每个回路的工质泵(1)、分液器(2)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、集液器(5)、储液罐(6)、电动三通阀(7)和连接管路构成密闭空间，抽真空后充注流体工质。有几重回路就有几个密闭空间。多重液泵驱动的热管回路同时工作，有效地提高了换热装置的温度效率，增大热回收量。夏季工况时，新风为蒸发器，排风为冷凝器；冬季工况时，新风为冷凝器，排风为蒸发器。

Description

一种液泵驱动多重回路热管换热装置及换热方法

技术领域:

本发明涉及一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，属于建筑热回收领域。 

背景技术:

《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）明确规定：设有集中排风的建筑，在新风与排风的温差大于等于8℃时：当新风量大于等于4000m³/h的空调系统，或送风量大于等于3000m³/h的直流式空调系统，以及设有独立新风和排风的系统，宜设置排风热回收装置。并规定排风热回收装置的额定热回收效率不低于60%。 

目前建筑领域应用的空气—空气换热器，整体式的包括：转轮式、板式、板翅式、整体热管式、溶液吸收式，分体式的包括：液体循环式和分离式热管。对于整体式的空气—空气换热器需要将新排风管道安装在一起，规范明确要求排风出口和新风进口有一定距离的要求，这就需增加风管长度，减少建筑使用空间。而对于分体式空气—空气换热器而言，液体循环式可通过中间介质传输新排风热量，但液体循环式需要考虑冬季防冻措施，同时液体循环式利用显热进行换热，泵功消耗较大，当回收热量较小时，不及泵消耗的能量。分离式热管是对单根热管的变形，依靠重力或毛细力或热虹吸力进行循环，由于分离式热管没有机械动力，无法应用于复杂、大型热回收场所。 

专利《一种自然冷却用的液泵驱动热管冷却装置》提出了单回路热管换热装置，研究发现，单回路的回路热管温度效率极限较低，换热量小。对于单回路热管换热器，增大蒸发器与冷凝器换热面积或换热器排数，其极限温度效率也只有50%。 

通过模拟12排、9排、8排、6排换热器，改变换热器的回路个数发现，随着排数的增加，增加回路个数可以提高换热器的换热量和温度效率。 

通过模拟12排换热器发现，当回路由1个变为3个时，温度效率由49.75%，提高到70.17%，提高幅度达到46%，接近一半换热量，而继续增加回路个数，换热量却增幅不大，由3回路到12回路，温度效率由70.17%，提高到75.59%，只提高了7.72%。 

研究发现，在换热器的迎风面积、管排数和其它结构尺寸给定的情况下，适当增加换热器的回路数，可以显著提高其换热量和温度效率，为此本发明设计出一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置，在不增加换热器材料消耗的情况下，通过改变流路编排来提高其换热效率。 

发明内容:

本发明提出一种多回路泵驱动分离式热回收装置。采用低沸点、稳定性好、凝固点远低于气象温度的环保工质进行相变循环。利用相变换热进行循环，与液体循环工质相比，可较大降低泵功率；采用凝固点较低工质可解决冬季防冻问题；采用多回路循环可从根本上提高回收器的回收热量和回收效率；采用泵驱动可解决复杂管路的阻力过大问题，同时提高了管内工质流速，提高换热效果；采用分离式热回收装置，可解决新排风交叉污染问题和间长距离空气输送问题，减少风管布置，节省建筑空间，减少空气阻力，降低风机功率，从根本上解决建筑空气能量回收的能耗较高问题。 

E为每千焦能量需要的资金，单位￥/kJ；Q为热回收器的每小时热回收量，单位kJ；W为热回收器的每小时耗电量，单位kWh；d为电价，单位￥/kWh。当Q*E＜W*d时，关闭热回 收装置；当Q*E≥W*d时，开启热回收装置。通过Q*E=W*d可得出临界换热量Q数值，由Q可求得对应的室内外温差值C。在冬夏两种工况下，E值不相同，应分别考虑冬夏两种工况下的室内外温差C1和C2。一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征为该换热装置由多个液泵驱动的热管回路嵌套而成；每个热管回路均由液泵1、分液器2、蒸发器3、冷凝器4、集液器5、储液罐6、流向转换阀7等组成，并用连接管路依次将之连接起来构成密闭的回路空间，密闭回路抽真空后充注流体工质；液泵1驱动工质循环时，工质通过分液器2进入蒸发器3，在蒸发器3中吸收高温流体A的热量后工质部分汽化，气液两相工质进入冷凝器4后放热给低温流体B，工质降温使蒸汽冷凝为过冷液体，通过集液器5流入储液罐6，再被泵吸入重新循环；多重液泵驱动的热管回路同时工作，有效地提高了换热装置的温度效率、增大换热量。其工作模式为：当流体A温度TA大于流体B温度TB时，换热装置内流体按照上述流向工作，当TA小于TB时，流向转换阀7转换工质的流动方向，从液泵1出来的工质先进入冷凝器4而后再进入蒸发器3，以适应换热温差的改变。夏季工况：当TB－TA＜C1时，关闭热回收器；当TB－TA≥C1时，开启热回收器，。冬季工况：当TA－TB＜C2时，关闭热回收器；当TA－TB≥C2时，开启热回收器。 

所述的一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征是：所述回路热管可以是一重，二重，三重或者多重；每重回路可以充注相同的工质，也可以充注不同的工质。 

所述的一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征是：所述液泵为机械泵、射流泵、气泡泵或电磁泵的一种。 

所述的一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征是:所述的流体工质是二氧化碳、氨、乙醇、丙酮等，以及烷烃、烯烃及其卤代物的一种或若干种的混合物。 

所述的一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征是：所述流向转换阀为电动三通阀或电磁三通阀，也可以由其他转换装置构成。 

所述的一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征是:所述蒸发器和冷凝器可以为壳管式、板式或螺旋式结构等液冷换热器的一种，也可以是管翅式、管带式或者板翅式结构等气冷换热器的一种。 

本发明与市场上常用的换热器相比，具有以下优点：1.蒸发器与冷凝器可直接安装在新排风风管内，结构简单，体积小，不占用额外建筑空间；2.采用凝固点较低工质，解决冬季防冻问题；3.采用泵驱动，解决空调热回收系统中管路复杂问题；4.采用相变换热进行循环， 解决液体循环泵功消耗较大问题；5.采用分离式热回收装置，可解决新排风交叉污染问题和间长距离空气输送问题；6.采用多回路循环可从根本上提高回收器的回收热量和回收效率。多回路液泵驱动分离式热回收装置可以降低建筑建造能耗，建造使用能耗，节约能源，减少CO₂排放，减少雾霾天气，改善城市环境，具有广阔的应用前景。 

附图说明

图1——换热器排数与温度效率关系 

图2——换热器回路数与温度效率关系 

图3——双新风和双排风双回路热回收装置 

图4——单新风和双排风双回路热回收装置 

图5——单新风和单排风三回路热回收装置 

图6——锅炉烟气—空气（煤气）预热器装置 

图7——锅炉烟气—水预热器装置 

图中：1-液泵、2-分液器、3-蒸发器、4-冷凝器、5-集液器、6-储液罐、7-流向转向阀。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

实施例1： 

设计要求，某建筑双排风，双新风系统，热回收温度效率不低于60%时，选择双蒸发器和双冷凝器，换热器8排共2回路，每4排为一回路，每一回路工质流程为单管程。该装置由液泵1、分液器2、蒸发器3、冷凝器4、集液器5、储液罐6、电动三通阀7和连接管路组成。工质泵1、分液器2、蒸发器3、冷凝器4、集液器5、储液罐6、电动三通阀7和连接管路构成密闭空间，抽真空后充注R410A。其工作过程是液泵将储液罐的过冷工质通过分液器输送到各个蒸发器，工质在蒸发器内吸收热空气的热量，温度升高并伴随部分工质汽化，即工质在蒸发器内既有显热换热、又有相变吸热，从蒸发器出来的两相工质流入各个冷凝器，由冷空气进行冷凝放热，工质将自身携带的热量散到冷空气中而变为过冷液体汇集于集液器，然后进入储液罐，进行下一次循环。夏季工况时，新风为蒸发器，排风为冷凝器；冬季工况时，新风为冷凝器，排风为蒸发器。由于冬夏室内外温差不同，冷凝器与蒸发器需要冬夏转换，因此安装2个电动三通阀7，保证冬夏转换。 

实施例2： 

当建筑热回收新排风系统数目不一样时，只需满足热回收量，新排风换热器可采用不同数目的配比。如图2为单排风双新风系统的热回收装置。换热器为6排共两回路，每3排为 一回路，每回路工质管程为3管程，其余部分的构成和工作原理如实施例一。 

实施例3： 

当热回收温度效率要求高于65%时，换热器选择9排3回路的热回收系统。图3为单排风单新风系统的热回收装置。换热器为9排3回路，每3排为一回路，每回路工质管程为单管程，其余部分的构成和工作原理如实施例一。 

实施例四： 

高温煤气锅炉的烟气排烟温度在280℃～350℃，一般平均排烟温度在290℃，锅炉的空气温度一般在20℃，煤气温度在30℃左右，如果烟气直接排出浪费太多热能，而且利用烟气对空气或者煤气进行预热可提高锅炉热效率。采用泵驱动分离式预热装置，可减少风道布置，简化管路设计；采用多回路相变换热可提高温度效率，降低烟气排烟温度，提高能源利用率。采用15排换热器5回路换热器，每回路3排，温度效率可达到76.7%，烟气的排烟温度可降到80℃左右，可用来预热锅炉水等。采用水为工质，由于全年烟气均为高温流体，可省去流向转向阀7，其余部分的构成和工作原理如实施例一。 

实施例五： 

高温煤气锅炉的烟气排烟温度在280℃～350℃，一般平均排烟温度在290℃，锅炉进水温度在20℃左右，如果烟气直接排出浪费太多热能，而且利用烟气对空气或者煤气进行预热可提高锅炉热效率。采用泵驱动分离式预热装置，可减少管道布置，简化管路设计；采用多回路相变换热可提高温度效率，降低烟气排烟温度，提高能源利用率。采用9排换热器3回路换热器，每回路3排，温度效率可达到75%以上，烟气的排烟温度可降到80℃左右，水温可升高度220℃左右。采用水为工质，由于全年烟气均为高温流体，可省去流向转向阀7，水侧换热可选择套管式换热器，其余部分的构成和工作原理如实施例一。 

Claims (6)

1.一种液泵驱动多重回路热管换热装置，其特征为该换热装置由多个液泵驱动的热管回路并联构成；每个热管回路均由液泵(1)、分液器(2)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、集液器(5)、储液罐(6)、流向转换阀(7)组成，并用连接管路依次将之连接起来构成密闭的回路空间，密闭回路抽真空后充注流体工质，每重回路独立运行，多重回路并联在一起构成多回路换热系统；在每个回路中，液泵（1）驱动工质循环时，工质通过分液器（2）进入蒸发器（3），在蒸发器（3）中吸收高温流体A的热量后工质部分汽化，气液两相工质进入冷凝器（4）后放热给低温流体B，工质降温使蒸汽冷凝为过冷液体，汇集于集液器（5），然后进入储液罐（6），再被泵吸入重新循环。 

2.权利要求1所述的一种液泵驱动多重回路热管换热装置的换热方法：当流体A温度TA大于流体B温度TB时为冬季工况，换热装置内工质按照液泵(1)、分液器(2)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、集液器(5)、储液罐(6)和液泵(1)方向循环。当TA小于TB时为夏季工况，流向转换阀（7）转换工质的流动方向，从液泵（1）出来的工质先进入冷凝器(4)而后再进入蒸发器(3)，以适应换热温差的改变；夏季工况：当TB－TA＜C1时，关闭热回收器；当TB－TA≥C1时，开启热回收器；冬季工况：当TA－TB＜C2时，关闭热回收器；当TA－TB≥C2时，开启热回收器。根据权利要求1所述的一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征是：所述回路热管可以是一重，二重，三重或者多重；每重回路可以充注相同的工质，也可以充注不同的工质；C1为夏季工况时热回收器启动温差，C2为冬季工况时热回收器启动温差。 

3.根据权利要求1所述的一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征是：所述液泵为机械泵、射流泵、气泡泵或电磁泵的一种。 

4.根据权利要求1所述的一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征是:所述的流体工质是二氧化碳、氨、乙醇、丙酮等，以及烷烃、烯烃及其卤代物的一种或若干种的混合物。 

5.根据权利要求1所述的一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征是：所述流向转换阀为电动三通阀或电磁三通阀，也可以是二个二通阀组成的阀组。 

6.根据权利要求1所述的一种液泵驱动的多重回路热管分体式换热装置及其工作模式，其特征是:所述蒸发器和冷凝器可以为壳管式、板式或螺旋式结构等液冷换热器的一种，也可以是管翅式、管带式或者板翅式结构等气冷换热器的一种。 

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