CN112781406A - 一体式双源换热单元及其换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体式双源换热单元及其换热器，所述换热单元具有内层套管(11)与外层套管(12)，内层套管(11)与外层套管(12)相互间隔地固定；所述内层套管(11)的内部可供热源液体通过，所述外层套管(12)的外侧可供热源气体经过，所述内层套管(11)与外层套管(12)之间的环管可供换热工质通过。各换热单元间通过套管弯头连接，多排间错布置形成换热器。本发明通过换热器结构优化，可以实现同时利用气态和液态低温热源，或者利用两者之一，有效增加了换热保证率，可以实现低温热源的扩展。同时由于结构优化集成为一体式换热器，避免了利用多种低温热源时的换热器重置造成的设备堆砌罗列浪费。

Description

一体式双源换热单元及其换热器

技术领域

本发明涉及热泵与空调系统中低位热源一端所使用的换热器，特别涉及一种能够同时与液态热源与气态热源进行换热的一体式双源换热器。

背景技术

近年来在我国的北方地区清洁供暖和长江流域冬季供暖中，可再生能源热泵供能处于主导地位，起到了显著的节能减排作用。

热泵是有效利用可再生能源的途径，按照可再生能源低位热源的不同，热泵分为空气源热泵和地源热泵两大类，其中地源热泵又包括：地埋管地源热泵(包括浅层地埋管和中深层地埋管)、地下水地源热泵、地表水地源热泵(包括江河湖海水、污水和中水)等。具体采用何种可再生能源作为低位热源，与项目所在地的资源禀赋情况，项目场地可用情况相关。空气为广泛易得的低温热源，在寒冷地区及夏热冬冷地区应用广泛，近年来应用范围不断北扩。但是空气源作为低温热源，能量密度低，且换热器的换热量受空气温度变化影响显著，在低温工况下，热泵机组性能较低。

为了改善这种情况，通常将浅层地热能、中深层地热能以及太阳能与空气一起作为热泵的低温热源，方式主要有两个不同低位热源的热泵系统并联、两个低位热源侧换热器并联等。采取这种措施可以弥补单一低位热源热泵系统的换热波动及保证率问题，有效改善热泵机组及系统性能。

但是，目前既有产品尚存有以下技术不足：

1.换热器均为针对单一低位热源设计。由于不同的低位热源的可利用温度区间不同，能量密度不同，通常低位热源侧换热器针对单一换热介质，即制冷剂/空气换热器，或制冷剂/水换热器。导致换热能力受单一低温热源影响显著，会因低位热源温度降低，影响换热器的换热量，同时还会降低热泵机组蒸发温度，影响热泵机组性能。

2.多换热器机组都是通过装置叠加，一体化程度低，投资增加。由于可再生能源低位热源的特点，导致存在了换热量受资源条件变化影响显著。目前市场上有部分产品针对这一问题也进行了改进，主要改进措施是并联多个不同低温热源换热器的热泵机组，或者同一个热泵机组并联多个不同低位热源的换热器，即仍是将不同低温热源分别换热利用，是设备的叠加堆砌，换热器一体化程度低，造成多换热器机组体积增大，占地面积增加等问题，同时设备投资也增加了。

3.无一体化双源换热装置及机组。市场上采用的叠加方式，来推动热泵机组双源应用，但是目前仍无一体化双源换热装置及采用此种装置的热泵机组。

发明内容

本发明的目的是提供一种一体式双源换热单元及换热器，以实现一体化的气体和液体的双源换热，可以根据实际应用情况，选择一种或者两种可再生能源低温热源使用，有效的提高了换热保证率，提高了换热稳定性，同时一体化设计改进了传统多源系统中多换热器的冗余，减少换热体积，应用于系统和机组更加灵活方便。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种一体式双源换热器的换热单元，其特征在于：具有内层套管与外层套管，内层套管与外层套管相互间隔地固定；所述内层套管的内部可供热源液体通过，所述外层套管的外侧可供热源气体经过，所述内层套管与外层套管之间的环管可供换热工质通过。

所述的一体式双源换热器的换热单元，其中：内层套管与外层套管之间通过不影响液体介质轴向流动的支撑体固定连接。

所述的一体式双源换热器的换热单元，其中：在内层套管的内侧壁上设有螺旋形的旋转肋。

所述的一体式双源换热器的换热单元，其中：在外层套管的外侧壁上设有环状的换热翅片。

一种一体式双源换热器，其特征在于：由多个前述换热单元组成，其中：

多个换热单元的内层套管的一端串/并联至热源液体总入口，另一端串/并联至热源液体总出口；

多个换热单元的环管的一端串/并联至工质总入口，另一端串/并联至工质总出口。

所述的一体式双源换热器，其中：所述热源液体与换热工质的流动方向相反。

所述的一体式双源换热器，其中：多个所述换热单元间通过套管弯头连接而形成多排间错布置结构。

所述的一体式双源换热器，其中：热源气体的流动方向与所述热源液体以及换热工质的流动方向垂直。

与现有技术相比较，本发明通过换热器结构优化，可以实现同时利用气态和液态低温热源，或者利用两者之一，有效增加了换热保证率，可以实现低温热源的扩展，将适用低温热源进行多源接入，同时，一体化双源换热器有效实现了系统集成，避免了设备堆砌和重复，节省了占地面积，在提高换热可靠性的同时提高了设备经济性。

附图说明

图1是一体式双源换热器的换热单元的结构示意图。

图2是一体式双源换热器的结构示意图。

图3是图2的侧视图。

附图标记说明：内层套管11；外层套管12；旋转肋13；换热翅片14；热泵压缩机21；四通换向阀22；室内侧换热器23；节流机构24；一体式双源换热器25；气液分离器26；热源液体总入口31；热源液体总出口32；工质总入口33；工质总出口34。

具体实施方式

如图1所示，是本发明提供的一体式双源换热器的换热单元，其具有内层套管11与外层套管12，内层套管11与外层套管12之间可通过不影响液体介质轴向流动的支撑体(如筛板、支撑柱或螺旋形肋)固定，使内层套管11与外层套管12相互间隔地固定；所述内层套管11的内部可供热源液体通过，所述外层套管12的外侧可供热源气体经过，所述内层套管11与外层套管12之间的环管可供换热工质通过，此过程中，换热工质能够与内侧的热源液体和外侧的热源气体同时进行热交换，在不无需大幅增加设备成本以及布置空间的基础上提高热交换效率。

其中，所述热源液体与换热工质的流动方向可根据换热效果需求进行设计为顺流或逆流，逆流换热效果更佳(如图1所示)，为了增加换热工质与其内侧的热源液体的换热效率，在内层套管11的内侧壁上形成有螺旋形的旋转肋13，热源液体在内层套管11中轴向流动时，由于旋转肋13增加扰动，会更易达到紊流状态，同时内肋也增加了换热面积，因此换热效果得到加强。。

如图1所示，为了增加换热工质与其外侧的热源气体的换热效率，在外层套管12的外侧壁上有环形换热翅片14，以增加换热面积。

如图2、图3所示，是本发明提供的一体式双源换热器的结构示意图，由多个换热单元组成，所述多个换热单元的内层套管11的一端串/并联至热源液体总入口31，另一端串/并联至热源液体总出口32；所述多个换热单元的环管的一端串/并联至工质总入口33，另一端串/并联至工质总出口34。而且，所述多个换热单元通过套管弯头连接而形成多排间错布置结构，热源气体垂直套管与管道及翅片换热(热源气体的流动方向与所述热源液体以及换热工质的流动方向垂直)，提高了换热效率。

一体式双源换热器中的双源指气体热源和液体热源，其中的液体热源可以来自于多种可再生能源，如土壤地埋管换热器提供的循环换热水、符合水质要求的地下水、地表水、污水、中水、太阳能循环水等。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种一体式双源换热器的换热单元，其特征在于：具有内层套管(11)与外层套管(12)，内层套管(11)与外层套管(12)相互间隔地固定；所述内层套管(11)的内部可供热源液体通过，所述外层套管(12)的外侧可供热源气体经过，所述内层套管(11)与外层套管(12)之间的环管可供换热工质通过。

2.根据权利要求1所述的一体式双源换热器的换热单元，其特征在于：内层套管(11)与外层套管(12)之间通过不影响液体介质轴向流动的支撑体固定连接。

3.根据权利要求1所述的一体式双源换热器的换热单元，其特征在于：在内层套管(11)的内侧壁上设有螺旋形的旋转肋(13)。

4.根据权利要求1所述的一体式双源换热器的换热单元，其特征在于：在外层套管(12)的外侧壁上设有环状的换热翅片(14)。

5.一种一体式双源换热器，其特征在于：由多个如权利要求1-4中任一项所述的换热单元组成，其中：

多个换热单元的内层套管(11)的一端串/并联至热源液体总入口(31)，另一端串/并联至热源液体总出口(32)；

多个换热单元的环管的一端串/并联至工质总入口(33)，另一端串/并联至工质总出口(34)。

6.根据权利要求5所述的一体式双源换热器，其特征在于：所述热源液体与换热工质的流动方向相反。

7.根据权利要求5所述的一体式双源换热器，其特征在于：多个所述换热单元间通过套管弯头连接而形成多排间错布置结构。

8.根据权利要求6所述的一体式双源换热器，其特征在于：热源气体的流动方向与所述热源液体以及换热工质的流动方向垂直。

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