CN104329837A - 一种强化换热热泵系统 - Google Patents

Abstract

一种强化换热热泵系统，属于能源技术领域。利用电动回转换向阀中阀板使水源水产生脉动水流，显著提高热泵系统的换热效率，有效解决现有技术为实现强化换热而导致流动阻力大、加工难度大、结构复杂问题。两个电动回转换向阀的水源水出口各与蒸发器的两个水源水进口连通；当水源水进口与两个水源水出口中的其中一个相通时，水源水进口与两个水源水出口中的余下一个水源水出口不相通；当水源水进口与两个水源水出口中的其中一个不相通位置时，水源水进口与两个水源水出口中的余下一个水源水出口相通；蒸发器、压缩机、冷凝器及膨胀阀依次相连，冷凝器的末端循环水进、出口与末端循环水主进、出水管路连通。本发明用于非清洁水与清洁水强化换热。

Description

一种强化换热热泵系统

技术领域

本发明涉及一种热泵系统，属于能源技术领域。

背景技术

利用热泵技术提取污水或地表水中的低位热能为建筑物采暖空调，即污水或地表水源热泵供热空调系统，具有巨大的节能潜力，其节能幅度可达45%以上。按我国现有污水排放量测算，开发利用污水低位热能（按温降4~5℃计算），可为20%的城市建筑物供热空调，其开发应用前景非常广阔，是建筑节能减排的有效途径之一。

要利用热泵系统为建筑物供暖空调需要解决防堵、防垢及强化换热问题，目前的研究大多集中在防堵、防垢问题上而缺少对强化换热方面的研究，强化传热技术对于提高换热效率和高效节能都起着关键的作用。

当前采取的热泵强化换热技术主要为对换热设备进行改造（如采用翅片管、螺纹管、管内插入物等）来增大换热面积或增加流体扰动而强化换热，其缺点是在强化换热的同时也大大的增加了流动阻力，流动阻力的过分增加对流体循环很不利，也使循环系统的给水泵功耗大为增加；并且这类技术加工难度大、成本高，加工设备也比较复杂，尤其是对于大型换热设备。

发明内容

本发明目的是提供一种强化换热热泵系统，在水源水进入热泵系统进行换热前利用电动回转换向阀中阀板使水源水产生脉动水流，显著提高水源水在热泵系统内的换热效率，有效解决现有技术为实现强化换热而导致的流动阻力大、加工难度大、结构复杂问题。

为解决上述技术问题，本发明有两种技术方案。

本发明的一种强化换热热泵系统的第一种技术方案是，它包括热泵机组、两根水源水过渡管路2，所述的热泵机组包括冷凝器3、压缩机4、膨胀阀5、蒸发器6，所述的强化换热热泵系统还包括电动回转换向阀7。

所述的电动回转换向阀7的阀体13侧壁上设有与所述的阀体13内腔相通的一个水源水进口8和两个水源水出口9，所述的两个水源水出口9设置在电动回转换向阀7的同一中心线上，且两个水源水出口9相对于电动回转换向阀7中心对称设置，所述的电动回转换向阀7的水源水进口8设置在电动回转换向阀7的中心线上且与水源水出口9间隔90°设置；电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水进水主管路10连通，两个电动回转换向阀7的水源水出口9各通过一根水源水过渡管路2与蒸发器6的各自对应的水源水进口连通，蒸发器6的水源水出口与水源水出水主管路11连通；当电动回转换向阀7的阀板18转动到水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的其中一个水源水出口9相通位置时，电动回转换向阀7的水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的余下一个水源水出口9不相通；当电动回转换向阀7的阀板18转动到水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的所述的其一个水源水出口9不相通位置时，电动回转换向阀7的水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的所述的余下一个水源水出口9相通；蒸发器6的制冷剂出口与压缩机4的制冷剂进口连通，压缩机4的制冷剂出口与冷凝器3的制冷剂进口连通，冷凝器的制冷剂出口与膨胀阀5的制冷剂进口连通，膨胀阀5的制冷剂出口与蒸发器6的制冷剂进口连通；冷凝器3的末端循环水进口与末端循环水主进水管路12连通，冷凝器3的末端循环水出口与末端循环水主出水管路20连通。

针对第一种技术方案中的电动回转换向阀7，优选的方案是：所述的电动回转换向阀7包括阀体13、转轴14、电机15、联轴器16、两个阀盖17、两个阀板18及两个轴承19，所述的阀体13为具有内腔的圆柱体，阀体13的两端与两个阀盖17可拆卸密封连接；两个阀盖17中心分别设有轴孔，轴孔内安装有轴承19，转轴14的两端各通过一个轴承19转动安装在两个阀盖17上，转轴14的其中一端伸出阀盖17外部，伸出阀盖17外部的转轴14端部通过联轴器16与电机15的输出轴连接，两个阀板18相对于转轴14的轴线对称设置并与转轴14侧壁固接，两个阀板18将阀体13内腔一分为二。

结合图1、图3、图4说明本发明的一种强化换热热泵系统的第一种技术方案的工作原理。水源水通过水源水进水主管路10分流进入两根水源水支管路内，两路水源水分别进入电动回转换向阀7内。电动回转换向阀7由电机15驱动转轴14转动从而带动阀板18旋转，而两个电动回转换向阀7的启闭是交替进行的，这样使得进入蒸发器6内的水源水产生波动形成脉动水流（前提是进入电动回转换向阀7的水源水流量和流速均匀稳定）。进入蒸发器6内脉动水源水的热量被蒸发器6制冷剂侧的低温低压液态制冷剂（如氟利昂）吸收，释放热量的水源水由水源水出水主管路11流出蒸发器6。而吸收热量的低温低压液态制冷剂气化为低压制冷剂蒸气，然后低压制冷剂蒸气被吸入压缩机4内，并经压缩机4压缩做功后成为高温高压的制冷剂蒸气，该高温高压制冷剂蒸气进入冷凝器3内。同时末端循环水由末端循环水主进水管路12进入冷凝器3内，高温高压的制冷剂蒸气被冷凝器3内的末端循环水冷却凝结为高压液态制冷剂。吸收热量的末端循环水由末端循环水主出水管路20流出冷凝器3，而高压液态制冷剂再经膨胀阀5节流降压成为低温低压液态制冷剂，低温低压液态制冷剂再次进入蒸发器6内吸热，如此就完成一个制冷循环。

本发明的一种强化换热热泵系统的第二种技术方案是，它包括热泵机组、两根水源水支管路1、两根水源水过渡管路2，所述的热泵机组包括冷凝器3、压缩机4、膨胀阀5、蒸发器6，所述的强化换热热泵系统还包括两个电动回转换向阀7。

每个电动回转换向阀7的阀体13侧壁上均设有与所述的阀体13内腔相通的一个水源水进口8和一个水源水出口9，所述的水源水进口8和水源水出口9均设置在电动回转换向阀7的中心线上，且水源水进口8和水源水出口9间隔90°设置；两个电动回转换向阀7的水源水进口8各与一根水源水支管路1连通，两根水源水支管路1并联后与水源水进水主管路10连通；当两个电动回转换向阀7的其中一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该其中一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9相通位置时，两个电动回转换向阀7的余下一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该余下一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9不相通位置；当两个电动回转换向阀7的所述的其中一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该其中一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9不相通位置时，两个电动回转换向阀7的所述的余下一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该余下一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9相通位置；两个电动回转换向阀7的水源水出口9各通过一根水源水过渡管路2与蒸发器6的各自对应的水源水进口连通，蒸发器6的水源水出口与水源水出水主管路11连通；蒸发器6的制冷剂出口与压缩机4的制冷剂进口连通，压缩机4的制冷剂出口与冷凝器3的制冷剂进口连通，冷凝器3的制冷剂出口与膨胀阀5的制冷剂进口连通，膨胀阀5的制冷剂出口与蒸发器6的制冷剂进口连通；冷凝器3的末端循环水进口与末端循环水主进水管路12连通，冷凝器3的末端循环水出口与末端循环水主出水管路20连通。

针对第二种技术方案中的电动回转换向阀7，优选的方案是：所述的电动回转换向阀包括阀体13、转轴14、电机15、联轴器16、两个阀盖17、两个阀板18及两个轴承19，所述的阀体13为具有内腔的圆柱体，阀体13的两端与两个阀盖17可拆卸密封连接；两个阀盖17中心分别设有轴孔，轴孔内安装有轴承19，转轴14的两端各通过一个轴承19转动安装在两个阀盖17上，转轴14的其中一端伸出阀盖17外部，伸出阀盖17外部的转轴14端部通过联轴器16与电机15的输出轴连接，两个阀板18相对于转轴14的轴线对称设置并与转轴14侧壁固接，两个阀板18将阀体13内腔一分为二。

结合图2、图5、图6说明本发明的一种强化换热热泵系统的第二种技术方案的工作原理。水源水经水源水进水主管路10由水源水进口8进入到电动回转换向阀7的阀腔内，电动回转换向阀7的电机15工作，带动阀板18转动，当电动回转换向阀7的阀板18转动到水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的所述的其中一个水源水出口9不相通位置时，电动回转换向阀7的水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的所述的余下一个水源水出口9相通；这样水源水以脉动水流从电动回转换向阀7的两个水源水出口9进入到蒸发器6内换热。进入蒸发器6内脉动水源水的热量被蒸发器6制冷剂侧的低温低压液态制冷剂（如氟利昂）吸收，释放热量的水源水由水源水出水主管路11流出蒸发器6。而吸收热量的低温低压液态制冷剂气化为低压制冷剂蒸气，然后低压制冷剂蒸气被吸入压缩机4内，并经压缩机4压缩做功后成为高温高压的制冷剂蒸气，该高温高压制冷剂蒸气进入冷凝器3内。同时末端循环水由末端循环水主进水管路12进入冷凝器3，高温高压的制冷剂蒸气被冷凝器3内的末端循环水冷却凝结为高压液态制冷剂。吸收热量的末端循环水由末端循环水主出水管路20流出冷凝器3，而高压液态制冷剂再经膨胀阀5节流降压成为低温低压液态制冷剂，低温低压液态制冷剂再次进入蒸发器6内吸热，如此就完成一个制冷循环。

本发明相对于现有技术具有如下有益效果。 

1、水源水受电动回转换向阀中的阀板的扰动形成脉动水流，脉动水流能破坏层流边界层，减薄热边界层，增加流体扰动，强化换热效果显著，可提高换热效率30%~35%，且其结构简单、易加工、成本低，可操作性高。

2、第一种技术方案由一个电动回转换向阀控制两个水源水出口与水源水进口的相通与不相通，此技术方案的电动回转换向阀体积大，但控制简单；第二种技术方案设有两个电动回转换向阀，每个电动回转换向阀控制其上的一个非清洁水出口与一个非清洁水进口的相通与不相通，此技术方案的电动回转换向阀的体积相对第一种技术方案的小，便于施工安装布置，但控制相对复杂。两种方案各有优缺点，但两者都具有显著的强化换热性能，可针对具体情况进行合理选择。

附图说明

图1是本发明的强化换热热泵系统的第一种技术方案的结构示意图。

图2是本发明的强化换热热泵系统的第二种技术方案的结构示意图。 

图3是电动回转换向阀具有一个水源水进口和两个水源水出口的主视图。

图4是图3的A-A截面剖视图。

图5是电动回转换向阀具有一个水源水进口和一个水源水出口的主视图。

图6是图5的B-B截面剖视图。

附图中的各零部件名称及标号分别如下。

水源水支管路1、水源水过渡管路2、冷凝器3、压缩机4、膨胀阀5、蒸发器6、电动回转换向阀7、水源水进口8、水源水出口9、水源水进水主管路10、水源水出水主管路11、末端循环水主进水管路12、阀体13、转轴14、电机15、联轴器16、阀盖17、阀板18、轴承19、末端循环水主出水管路20。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1、图3、图4所示，本实施方式为一种强化换热热泵系统的第一种技术方案，它包括热泵机组、两根水源水过渡管路2，所述的热泵机组包括冷凝器3、压缩机4、膨胀阀5、蒸发器6，所述的强化换热热泵系统还包括电动回转换向阀7。

所述的电动回转换向阀7的阀体13侧壁上设有与所述的阀体13内腔相通的一个水源水进口8和两个水源水出口9，所述的两个水源水出口9设置在电动回转换向阀7的同一中心线上，且两个水源水出口9相对于电动回转换向阀7中心对称设置，所述的电动回转换向阀7的水源水进口8设置在电动回转换向阀7的中心线上且与水源水出口9间隔90°设置；电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水进水主管路10连通，两个电动回转换向阀7的水源水出口9各通过一根水源水过渡管路2与蒸发器6的各自对应的水源水进口连通，蒸发器6的水源水出口与水源水出水主管路11连通；当电动回转换向阀7的阀板18转动到水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的其中一个水源水出口9相通位置时，电动回转换向阀7的水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的余下一个水源水出口9不相通；当电动回转换向阀7的阀板18转动到水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的所述的其一个水源水出口9不相通位置时，电动回转换向阀7的水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的所述的余下一个水源水出口9相通；蒸发器6的制冷剂出口与压缩机4的制冷剂进口连通，压缩机4的制冷剂出口与冷凝器3的制冷剂进口连通，冷凝器3的制冷剂出口与膨胀阀5的制冷剂进口连通，膨胀阀5的制冷剂出口与蒸发器6的制冷剂进口连通；冷凝器3的末端循环水进口与末端循环水主进水管路12连通，冷凝器3的末端循环水出口与末端循环水主出水管路20连通。

当电动回转换向阀7的阀板18转动到水源水进口8中部时，此时，水源水进口8与两个水源水出口9瞬间相通。

具体实施方式二：如图1、图3、图4所示，具体实施方式一所述的一种强化换热热泵系统，所述的电动回转换向阀7包括阀体13、转轴14、电机15、联轴器16、两个阀盖17、两个阀板18及两个轴承19；所述的阀体13为具有内腔的圆柱体，阀体13的两端与两个阀盖17可拆卸密封连接；两个阀盖17中心分别设有轴孔，轴孔内安装有轴承19，转轴14的两端各通过一个轴承19转动安装在两个阀盖17上，转轴14的其中一端伸出阀盖17外部，伸出阀盖17外部的转轴14端部通过联轴器16与电机15的输出轴连接，两个阀板18相对于转轴14的轴线对称设置并与转轴14侧壁固接，两个阀板18将阀体13内腔一分为二。本实施方式由一个电动回转换向阀7控制两个水源水出口9与水源水进口8的相通与不相通，其电动回转换向阀体积大，但控制简单。利用电动回转换向阀中阀板使水源水产生脉动水流，可显著改善热泵系统的换热性能，使换热效率提高30%~35%，有效解决现有技术为实现强化换热而导致的流动阻力大、加工难度大、结构复杂等关键问题。

具体实施方式三：如图2、图5、图6所示，本实施方式为一种强化换热热泵系统的第二种技术方案，它包括热泵机组、两根水源水支管路1、两根水源水过渡管路2，所述的热泵机组包括冷凝器3、压缩机4、膨胀阀5、蒸发器6，所述的强化换热热泵系统还包括两个电动回转换向阀7。

每个电动回转换向阀7的阀体13侧壁上均设有与所述的阀体13内腔相通的一个水源水进口8和一个水源水出口9，所述的水源水进口8和水源水出口9均设置在电动回转换向阀7的中心线上，且水源水进口8和水源水出口9间隔90°设置；两个电动回转换向阀7的水源水进口8各与一根水源水支管路1连通，两根水源水支管路1并联后与水源水进水主管路10连通；当两个电动回转换向阀7的其中一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该其中一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9相通位置时，两个电动回转换向阀7的余下一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该余下一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9不相通位置；当两个电动回转换向阀7的所述的其中一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该其中一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9不相通位置时，两个电动回转换向阀7的所述的余下一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该余下一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9相通位置；两个电动回转换向阀7的水源水出口9各通过一根水源水过渡管路2与蒸发器6的各自对应的水源水进口连通，蒸发器6的水源水出口与水源水出水主管路11连通；蒸发器6的制冷剂出口与压缩机4的制冷剂进口连通，压缩机4的制冷剂出口与冷凝器3的制冷剂进口连通，冷凝器的制冷剂出口与膨胀阀5的制冷剂进口连通，膨胀阀5的制冷剂出口与蒸发器6的制冷剂进口连通；冷凝器3的末端循环水进口与末端循环水主进水管路12连通，冷凝器3的末端循环水出口与末端循环水主出水管路20连通。

具体实施方式四：如图2、图5、图6所示，具体实施方式三所述的一种强化换热热泵系统，所述的电动回转换向阀包括阀体13、转轴14、电机15、联轴器16、两个阀盖17、两个阀板18及两个轴承19；所述的阀体13为具有内腔的圆柱体，阀体13的两端与两个阀盖17可拆卸密封连接；两个阀盖17中心分别设有轴孔，轴孔内安装有轴承19，转轴14的两端各通过一个轴承19转动安装在两个阀盖17上，转轴14的其中一端伸出阀盖17外部，伸出阀盖17外部的转轴14端部通过联轴器16与电机15的输出轴连接，两个阀板18相对于转轴14的轴线对称设置并与转轴14侧壁固接，两个阀板18将阀体13内腔一分为二。本实施方式设有两个电动回转换向阀，每个电动回转换向阀控制其上的一个非清洁水出口与一个非清洁水进口的相通与不相通，其电动回转换向阀的体积相对第一种技术方案的小，便于施工安装布置，但控制相对复杂。利用电动回转换向阀中阀板使水源水产生脉动水流，可显著改善热泵系统的换热性能，使换热效率提高30%~35%，有效解决现有技术为实现强化换热而导致的流动阻力大、加工难度大、结构复杂等关键问题。

Claims (4)

1.一种强化换热热泵系统，它包括热泵机组、两根水源水过渡管路2，所述的热泵机组包括冷凝器3、压缩机4、膨胀阀5、蒸发器6，其特征是：所述的强化换热热泵系统还包括电动回转换向阀7；

所述的电动回转换向阀7的阀体13侧壁上设有与所述的阀体13内腔相通的一个水源水进口8和两个水源水出口9，所述的两个水源水出口9设置在电动回转换向阀7的同一中心线上，且两个水源水出口9相对于电动回转换向阀7中心对称设置，所述的电动回转换向阀7的水源水进口8设置在电动回转换向阀7的中心线上且与水源水出口9间隔90°设置；电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水进水主管路10连通，两个电动回转换向阀7的水源水出口9各通过一根水源水过渡管路2与蒸发器6的各自对应的水源水进口连通，蒸发器6的水源水出口与水源水出水主管路11连通；当电动回转换向阀7的阀板18转动到水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的其中一个水源水出口9相通位置时，电动回转换向阀7的水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的余下一个水源水出口9不相通；当电动回转换向阀7的阀板18转动到水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的所述的其一个水源水出口9不相通位置时，电动回转换向阀7的水源水进口8与电动回转换向阀7的两个水源水出口9中的所述的余下一个水源水出口9相通；蒸发器6的制冷剂出口与压缩机4的制冷剂进口连通，压缩机4的制冷剂出口与冷凝器3的制冷剂进口连通，冷凝器3的制冷剂出口与膨胀阀5的制冷剂进口连通，膨胀阀5的制冷剂出口与蒸发器6的制冷剂进口连通；冷凝器3的末端循环水进口与末端循环水主进水管路12连通，冷凝器3的末端循环水出口与末端循环水主出水管路20连通。

2.根据权利要求1所述的一种强化换热热泵系统，其特征是：所述的电动回转换向阀7包括阀体13、转轴14、电机15、联轴器16、两个阀盖17、两个阀板18及两个轴承19；所述的阀体13为具有内腔的圆柱体，阀体13的两端与两个阀盖17可拆卸密封连接；两个阀盖17中心分别设有轴孔，轴孔内安装有轴承19，转轴14的两端各通过一个轴承19转动安装在两个阀盖17上，转轴14的其中一端伸出阀盖17外部，伸出阀盖17外部的转轴14端部通过联轴器16与电机15的输出轴连接，两个阀板18相对于转轴14的轴线对称设置并与转轴14侧壁固接，两个阀板18将阀体13内腔一分为二。

3.一种强化换热热泵系统，它包括热泵机组、两根水源水支管路1、两根水源水过渡管路2，所述的热泵机组包括冷凝器3、压缩机4、膨胀阀5、蒸发器6，其特征是：所述的强化换热热泵系统还包括两个电动回转换向阀7；

每个电动回转换向阀7的阀体13侧壁上均设有与所述的阀体13内腔相通的一个水源水进口8和一个水源水出口9，所述的水源水进口8和水源水出口9均设置在电动回转换向阀7的中心线上，且水源水进口8和水源水出口9间隔90°设置；两个电动回转换向阀7的水源水进口8各与一根水源水支管路1连通，两根水源水支管路1并联后与水源水进水主管路10连通；当两个电动回转换向阀7的其中一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该其中一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9相通位置时，两个电动回转换向阀7的余下一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该余下一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9不相通位置；当两个电动回转换向阀7的所述的其中一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该其中一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9不相通位置时，两个电动回转换向阀7的所述的余下一个电动回转换向阀7的阀板18转动到该余下一个电动回转换向阀7的水源水进口8与水源水出口9相通位置；两个电动回转换向阀7的水源水出口9各通过一根水源水过渡管路2与蒸发器6的各自对应的水源水进口连通，蒸发器6的水源水出口与水源水出水主管路11连通；蒸发器6的制冷剂出口与压缩机4的制冷剂进口连通，压缩机4的制冷剂出口与冷凝器3的制冷剂进口连通，冷凝器的制冷剂出口与膨胀阀5的制冷剂进口连通，膨胀阀5的制冷剂出口与蒸发器6的制冷剂进口连通；冷凝器3的末端循环水进口与末端循环水主进水管路12连通，冷凝器3的末端循环水出口与末端循环水主出水管路20连通。

4.根据权利要求3所述的一种强化换热热泵系统，其特征是：所述的电动回转换向阀包括阀体13、转轴14、电机15、联轴器16、两个阀盖17、两个阀板18及两个轴承19；所述的阀体13为具有内腔的圆柱体，阀体13的两端与两个阀盖17可拆卸密封连接；两个阀盖17中心分别设有轴孔，轴孔内安装有轴承19，转轴14的两端各通过一个轴承19转动安装在两个阀盖17上，转轴14的其中一端伸出阀盖17外部，伸出阀盖17外部的转轴14端部通过联轴器16与电机15的输出轴连接，两个阀板18相对于转轴14的轴线对称设置并与转轴14侧壁固接，两个阀板18将阀体13内腔一分为二。