CN112781417B - 一种热管换热器组合及其地源热泵系统 - Google Patents

一种热管换热器组合及其地源热泵系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112781417B
CN112781417B CN202010279197.2A CN202010279197A CN112781417B CN 112781417 B CN112781417 B CN 112781417B CN 202010279197 A CN202010279197 A CN 202010279197A CN 112781417 B CN112781417 B CN 112781417B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
pipe
heat exchanger
valve
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN202010279197.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112781417A (zh
Inventor
裴佃飞
崔峥
刘昱
郭春生
朱幸福
邵卫
邓高翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Gold Mining Technology Co ltd Deep Mine Mining Laboratory Branch
SHANDONG GOLD GROUP CO Ltd
Original Assignee
Shandong Gold Mining Technology Co ltd Deep Mine Mining Laboratory Branch
SHANDONG GOLD GROUP CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Gold Mining Technology Co ltd Deep Mine Mining Laboratory Branch, SHANDONG GOLD GROUP CO Ltd filed Critical Shandong Gold Mining Technology Co ltd Deep Mine Mining Laboratory Branch
Priority to CN202010279197.2A priority Critical patent/CN112781417B/zh
Publication of CN112781417A publication Critical patent/CN112781417A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112781417B publication Critical patent/CN112781417B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24TGEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00Geothermal collectors
    • F24T10/40Geothermal collectors operated without external energy sources, e.g. using thermosiphonic circulation or heat pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/06Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

Abstract

本发明提供了一种热管换热器组合及其地源热泵系统,热管、第一箱体和第二箱体,所述第一箱体设置在地下水网系统管路中,所述第一箱体具有入口和出口,供地下水网系统的水的流入和流出,所述第二箱体设置在地面热泵机组管路中,所述第二箱体具有入口和出口,供制冷剂流入和流出,所述热管包括蒸发段和冷凝段,所述蒸发段设置在第一管箱中,冷凝段设置在第二管箱中。本发明能够进一步实现加热效率以及除垢操作。避免内部流体流动形成稳定性。

Description

一种热管换热器组合及其地源热泵系统
技术领域
本发明属于换热领域,尤其涉及一种矿井地源热泵的利用系统。
背景技术
解决矿山深井热害问题的传统方法是矿山循环通风,但是这种方法存在着不少的问题。首先,随着矿井深度的增加,其冷却能力和通风极限不足的缺点越来越突出,从而导致其冷却效果逐渐降低,难以满足实际需要。其次,矿山循环通风的方式需要消耗大量电能来驱动机械设备产生强制对流的空气,并且机械设备的运行也会不可避免地产生噪音,即不经济又影响井下工人的作业条件。
地源热泵是以地源能土壤、地下水、地表水、低温地热水作为热泵空调系统冬季采暖供热的低温热源,它可用来替代传统的锅炉采暖供热模式,是改善城市大气环境和节约能源的一种有效途径。地源热泵一般由三个部分组成:室外地源热泵系统、热泵机组、室内采暖末端装置。地源热泵的运行原理如下:地热经室外地源热泵系统吸收后通过工质传递到热泵机组,而热泵机组的工质吸收这部分热量后传递给室内末端采暖装置的工作介质(水)。
热管一种高效的换热元件,它依靠封闭在管内的工作液的反复相变 (蒸发、冷凝)来进行传热,它可以在没有外力的条件下达到较高的热流密度。热管具有以下优点:高效的导热性、优良的热响应性、良好的环境适应能力以及较低的安装及运行成本(体积小,结构简单,运行稳定,维修方便,使用寿命长)。典型的热管由管壳、吸液芯和端盖三部分组成,然后将管内抽成负压后充以适量工作液密封而成。位于热管蒸发段吸液芯中的工作液吸收热量后汽化为蒸汽,然后蒸汽在压差的作用下流向热管的冷凝段,与外界换热后冷凝为液体后回到蒸发段,在蒸发段在此再次受热汽化。上述过程不断循环,进而热量不断地从蒸发段流向冷凝段。
地热是矿山深井热害的主要来源,而采用热管地源热泵技术可以充分利用矿山深井的地热能。本发明通过热管地源热泵带走矿山深井的热量,来达到治理矿山深井热害的目的。
本发明基本思路如下:热管地源热泵用于吸收矿山深井的地热,吸收热量后,热管内的工作液发生液—气相变,相变后的蒸汽与流有冷冻水的管路进行换热,由冷冻水带走地热回到地面加以利用。基于以上思路,我们发明了一种利用矿山深井热害综合治理的地源热泵的技术。
发明内容
本发明的主要目的之一是提供一种利用的矿山深井热害治理地源热泵系统,该技术通过安装热管地源热泵,治理矿山深井热害的同时通过地源热泵利用深井的地热能。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种换热器组合,所述换热器包括热管、第一箱体和第二箱体,所述第一箱体设置在地下水网系统管路中,所述第一箱体具有入口和出口,供地下水网系统的水的流入和流出,所述第二箱体设置在地面热泵机组管路中,所述第二箱体具有入口和出口,供制冷剂流入和流出,所述热管包括蒸发段和冷凝段,所述蒸发段设置在第一管箱中,冷凝段设置在第二管箱中,所述系统包括串联的两个换热器,分别是第一换热器和第二换热器,第一换热器和第二换热器中设置的热管分别是第一热管和第二热管,地下水网系统管路包括两个旁通管路,第一旁通管路与第一换热器所在的地下水网系统管路并联,第二旁通管路与第二换热器所在的地下水网系统管路并联,其中第一旁通管路与上设置第一阀门,第一旁通管路并联的地下水网系统管路上设置第二阀门,其中第二旁通管路上设置第四阀门,第二旁通管路并联的地下水网系统管路上设置第三阀门;其特征在于,
在一个周期时间T内,第一热管和第二热管进行换热方式如下:
0-T/2的半个周期内,第一阀门、第三阀门打开,第二阀门、第四阀门关闭,使得热水进入第二换热器进行换热,不进入第一换热器进行换热,使得热管内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
T/2-T的半个周期内, 第二阀门、第四阀门打开,第一阀门、第三阀门关闭,使得热水进入第一换热器进行换热,不进入第二换热器中,使得第一热管内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
作为优选,所述热管包括下管箱、上管箱和冷凝管组,所述冷凝管组包括左冷凝管组和右冷凝管组,左冷凝管组与上管箱和下管箱相连通,右冷凝管组与上管箱和下管箱相连通,从而使得下管箱、上管箱和冷凝管组形成加热流体封闭循环,下管箱内填充相变流体,每个冷凝管组包括圆弧形的多根放热管,相邻放热管的端部连通,使多根放热管形成串联结构,并且使得放热管的端部形成放热管自由端;下管箱包括第一管口和第二管口,第一管口连接左冷凝管组的入口,第二管口连接右冷凝管组的入口,左冷凝管组的出口连接上管箱,右冷凝管组的出口连接上管箱。
一种地源热泵系统,包括地面热泵机组和地下水网系统,所述地下水网系统包括依次通过管路连接的热管换热器、热水坝、换热器、涡轮、冷水坝,所述冷水坝的水进入热管换热器,水在热管换热器吸收矿井地下的热能,然后进入热水坝,然后从热水坝进入地面热泵机组的换热器放热,然后再通过涡轮进入冷水坝,完成一个循环;所述地面热泵机组包括依次通过管路连接的换热器、压缩机、水冷冷凝器、储液器和节流阀组成的循环回路,制冷剂在换热器吸热,进入压缩机压缩后进入冷凝器中放热,放热后的制冷剂进入储液器,然后从储液器中通过节流阀进入换热器,形成循环;所述水冷冷凝器包括冷水进口、热水出口,水通过冷水进口进入水冷冷凝器,然后吸热后通过热水出口流出。
作为优选,所述热水坝和换热器之间的管路上设置泵。
作为优选,热管换热器包括热管,所述热管蒸发段安装在土壤孔,所述土壤孔内壁与热管外壁的间隙填充有导热材料,地下水网的管路的吸热管设置在热管冷凝段。
作为优选,所述热管的蒸发段位于热管的下端且置于土壤中,其冷凝段位于土壤上方。
作为优选,所述热管的材料为铜或者钢。
作为优选,所述制冷剂为相变材料。
作为优选,所述换热器包括热管、第一箱体和第二箱体,所述第一箱体设置在地下水网系统管路中,所述第一箱体具有入口和出口,供地下水网系统的水的流入和流出,所述第二箱体设置在地面热泵机组管路中,所述第二箱体具有入口和出口,供制冷剂流入和流出,所述热管包括蒸发段和冷凝段,所述蒸发段设置在第一管箱,冷凝段设置在第二管箱。
作为优选,所述换热器设置串联的多个。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)本发明通过上述的时间变化性的进行加热,可以使得流体在热管16、17弹性管束内频繁的蒸发膨胀以及收缩,从而不断的带动弹性管束的振动,从而能够进一步实现加热效率以及除垢操作。避免内部流体流动形成稳定性。
2)本发明利用了地源热泵系统治理矿山深井热害,在矿山深井安装地源热泵系统,将深井的地热加以利用,此部分热量既可用于加热生活用水也可转化为其他形式的能量(如电能等)。在一定程度上,矿山的矿井越深,热害也就越严重,即可利用的能量也就越多。
3)本发明采用热管,其热流密度大,传热效率高,所以能量转化效率较高;采用热管地源热泵,无需采用电机风扇等装置,噪音较小,更有利于改善矿井的工作环境;本发明采用热管吸收热害,且在管道中设有滤网,可以滤去水中的杂质,运营维护简单方便,成本较低。
4)本发明参数感知元件检测的前后时间段参数差或者累计参数差,能够通过参数差来判断内部流体的蒸发基本达到了饱和,内部流体的体积也基本变化不大,此种情况下,内部流体相对稳定,此时的管束振动性变差,因此需要进行调整,使其进行振动,从而停止换热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当压力差降低到一定程度时,此时内部流体又开始进入稳定状态,此时需要换热使得流体重新蒸发膨胀,因此需要进行启动换热。
5)本发明提出了新式结构的换热装置,将左右侧管组都连接同一个上管箱,与现有技术设计两个上管箱相对比,可以进一步均衡左右侧管组的压力和流量,保证换热均匀。本申请是对上述结构进行进一步改进,增强除垢以及换热效果。能够提高换热效果,提高换热管的放热能力,减小能量的耗费。
6)本发明通过大量的实验和数值模拟,优化了换热装置的参数的最佳关系,从而实现最优的加热效率。
附图说明:
图1为系统的整体结构示意图。
图2为地下热管换热器结构示意图。
图3是换热器结构示意图。
图4是换热器横截面结构示意图。
图5是换热器控制系统结构示意图。
图6是图4热管的底部观察视图。
图7是本发明冷凝管组错列布置结构示意图(没示出上管箱)。
图8是蒸发段端部分布结构示意图。
图9是换热器横截面另一个结构示意图。
附图标记如下:
1地面热泵机组3冷水进口4热水出口12压缩机13水冷冷凝器14储液器15节流阀
2地下水网系统201涡轮202冷水坝203阀门204涡轮205冷水坝206热水坝207泵208阀门209阀门210泵211热水坝
5地下热管换热器 51热交换水管52工作液53蒸发端端部
11换热器,111热管,112第一箱体,113第二箱体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本文中,如果没有特殊说明,涉及公式的,“/”表示除法,“×”、“*”表示乘法。
如图1-9展示的一种矿井地源热泵的利用系统,包括地面热泵机组1和地下水网系统2,所述地下水网系统2包括依次通过管路连接的地下热管换热器5、热水坝(hot waterdam)211、换热器11、涡轮201、冷水坝(cold water dam)202,所述冷水坝202的水进入地下热管换热器5,水在地下热管换热器5吸收矿井地下的热能,然后进入热水坝211,然后从热水坝211进入换热器11放热给地面热泵机组1的制冷剂,然后再通过涡轮201进入冷水坝202,完成一个循环;所述地面热泵机组1包括依次通过管路连接的换热器11、压缩机12、水冷冷凝器13、储液器14和节流阀15组成的循环回路,所述制冷剂在换热器11吸热,进入压缩机12压缩后进入冷凝器13中放热,放热后的制冷剂进入储液器14,然后从储液器14中通过节流阀15进入换热器11,形成循环;所述水冷冷凝器13包括冷水进口3、热水出口4,水通过冷水进口3进入水冷冷凝器13,然后吸热后通过热水出口4流出。
本发明利用了地源热泵系统治理矿山深井热害,在矿山深井安装地源热泵系统,将深井的地热加以利用,此部分热量既可用于加热生活用水也可转化为其他形式的能量(如电能等)。在一定程度上,矿山的矿井越深,热害也就越严重,即可利用的能量也就越多。
本发明通过设置水坝和涡轮,缓解了深井导致的水管压力过大的问题。
作为优选,所述热水坝211和换热器5之间的管路上设置泵210。
作为优选,所述设置与地下热管换热器5所在的第一管路并联的多个管路。每个并联的管路上依次设置阀门203、涡轮204、冷水坝205、地下热管换热器5、热水坝206、泵207和阀门208。其中第一管路设置与热水坝211、泵210所在的管路并联的旁通管路,所述旁通管路上设置阀门209。此旁通阀门主要有两个作用,一是设备运行时,旁通管道上的阀门可以减少主阀门的压力,从而使系统能够承受更大的压力和流量;二是设备更换时,当主管路需要维修而关闭时,打开旁通管道,此时旁通管道上的旁通阀门可以起控制流体的作用。
所述泵和阀是为了控制和调节地下水网的流量以适应地下热管换热器5不同热负荷的情形。
涡轮201、204是矿井的地下水网系统的一种必要的设计。此涡轮有两个作用,一是缓解水管的深井压力,二是减小水压的同时将这部分能量转化为电能来驱动水泵。由于矿井的深度通常都在4000m以上,而在这样的深度,水的静压通常可达40MPa。如此大的压力,对管路的安装,对设备的运行都是十分不利的,所以需要在地下水网的水被输运到设备之前降低水的压力。而涡轮的作用是,在高压水流经涡轮时会带动涡轮的叶片,叶片通过轴与发电设备相连。最终水流过涡轮后,水压降低,同时水储存的能量被转化为电能以驱动水泵。
旁通阀209旁通的是热水回路干路上的主阀门208。旁通阀209和主阀门208的作用是控制来自热水坝206的热水是否流到热水坝211中,即当旁通阀209关闭时,来自热水坝206的热水会直接被泵到换热器11中;而当旁通阀209开启、主阀门208关闭时,来自热水坝206的热水会被泵入热水坝211中,之后经水泵210泵入换热器11中。根据具体工况不同,通过调整阀门208和209的开闭可以调整泵207和210的功耗。
作为优选,如图1所示,所述热管换热器包括热管,热交换水管51设置在热管的冷凝段,吸收地下的热能。所述热管蒸发段安装在土壤孔,作为优选,所述土壤孔内壁与热管外壁的间隙填充有导热材料,如颗粒均匀且细小的砂石,以增强热管与周围土壤的换热。作为优选,所述土壤孔由钻孔器械钻孔。
作为优选,如图2、8所示,所述热管的蒸发段包括多个互相分隔向下延伸的端部53,每个端部53都单独设置在土壤孔内。本发明通过设置多个端部53,增强热管的吸热面积,进一步提高热管的传热效率。
作为优选,如图8所示,所述蒸发段为环形结构,蒸发段的端部53是环形布置,在水平面投影上,沿着中心点设置多层端部53,每层端部的轴线与中心点的距离相同,从而形成以蒸发段中心点为圆心的圆弧结构。
本发明采用热管,其热流密度大,传热效率高,所以的能量转化效率较高,本发明采用热管地源热泵,无需采用电机风扇等装置,噪音较小,更有利于改善矿井的工作环境。
作为优选,所述的热管蒸发段的端部53为多个,沿着蒸发段的中心向外的径向方向,所述端部53的分布密度越来越大。越到外部,端部与土壤接触面积更大,而且相对内部来说,单位面积吸热的热管数量也越少,吸热效果要远好于内部的端部。越到内部,因为相邻的热管端部以及土壤的数量问题,使得热量分布越少,这样,蒸发端端部在土壤中的不同位置都能充分吸热,避免有的热管过热,有的端部吸热不够,保证整体端部的吸热均匀,避免部分过热蒸汽损坏,造成产品的维护困难。通过这样设置,可以使热管整体的使用寿命达到相同。上述设置是为了保证沿着蒸发段的中心向外的径向方向,热管的吸热面积越来越大。
作为优选,沿着蒸发段的中心向外的径向方向,所述热管蒸发段的端部53的分布密度越来越大的幅度逐渐增加。通过实验和数值模拟发现,采取这种设置,可以进一步提高热管端部的吸热均匀度,更好的符合热量分布规律。
作为优选,所述的热管蒸发段的端部53为多个,沿着蒸发段的中心向外的径向方向,所述热管蒸发段的端部53的管径越来越大。越到外部,端部与土壤接触面积更大,而且相对内部来说,单位面积吸热的热管数量也越少,吸热效果要远好于内部的端部。越到内部,因为相邻的热管端部以及土壤的数量问题,使得热量分布越少,这样,蒸发端端部在土壤中的不同位置都能充分吸热,避免有的热管过热,有的端部吸热不够,保证整体端部的吸热均匀,避免部分过热蒸汽损坏,造成产品的维护困难。通过这样设置,可以使热管整体的使用寿命达到相同。上述设置是为了保证沿着蒸发段的中心向外的径向方向,热管的吸热面积越来越大。
作为优选,沿着蒸发段的中心向外的径向方向,所述热管蒸发段的端部53的管径越来越大的幅度逐渐增加。通过实验和数值模拟发现,采取这种设置,可以进一步提高热管端部的吸热均匀度,更好的符合热量分布规律。
作为优选,所述热管的蒸发段位于热管的下端且置于土壤中,其冷凝段位于土壤上方,与地下水网的热交换水管51相连。
作为优选,所述热管的材料为铜或者钢。
作为优选,所述制冷剂为相变材料。
作为优选,如3所示,所述换热器包括热管111、第一箱体112和第二箱体113,所述第一箱体112设置在地下水网系统管路中,所述第一箱体112具有入口和出口,供地下水网系统的水的流入和流出,所述第二箱体113设置在地面热泵机组管路中,所述第二箱体113具有入口和出口,供制冷剂流入和流出,所述热管111包括蒸发段和冷凝段,所述蒸发段设置在第一管箱112中,冷凝段设置在第二管箱113中。
本发明在换热器11中设置热管的吸热方式,进一步提高热利用率,传热效率高,噪音较小。
作为优选,所述换热器11设置串联的多个。作为优选,设置为两个。
图5公开了换热器控制系统的示意图。如图5所示,换热器11为两个,分别是第一换热器116和第二换热器117,地下水网系统管路包括两个旁通管路114、115,第一旁通管路114与第一换热器116所在的地下水网系统管路并联,第二旁通管路115与第二换热器117所在的地下水网系统管路并联,其中第一旁通管路114与上分别设置第一阀门18,第一旁通管路114并联的地下水网系统管路上设置第二阀门19,通过设置第一阀门18和第二阀门19,可以控制水是否经过第一换热器116进行换热。其中第二旁通管路115上分别设置第四阀门23,第二旁通管路115并联的地下水网系统管路上设置第三阀门20,通过设置第四阀门23和第三阀门20,可以控制水是否经过第二换热器117进行换热。
第一换热器116和第二换热器117中的设置的热管111分别是热管16和热管17。
作为优选,所述第一换热器116、第二换热器117中的热管是弹性振动管束热管,结构如图4所示,所述热管包括下管箱8、上管箱10和冷凝管组91、92,所述冷凝管组包括左冷凝管组91和右冷凝管组92,左冷凝管组91与上管箱10和下管箱8相连通,右冷凝管组92与上管箱10和下管箱8相连通,从而使得下管箱8、上管箱10和冷凝管组形成加热流体封闭循环,下管箱8内填充相变流体,每个冷凝管组包括圆弧形的多根放热管7,相邻放热管7的端部连通,使多根放热管7形成串联结构,并且使得放热管7的端部形成放热管自由端;下管箱包括第一管口81和第二管口82,第一管口81连接左冷凝管组91的入口,第二管口82连接右冷凝管组92的入口,左冷凝管组91的出口连接上管箱10,右冷凝管组92的出口连接上管箱10;所述第一管口81和第二管口82设置在在下管箱8一侧,优选设置在上侧。作为优选,上管箱10沿着下管箱的中间位置对称。
其中下管箱8是热管的蒸发段,上管箱是热管的冷凝段。所述的上管箱至少一部分或者全部设置在地面热泵机组管路的第二管箱113中,所述下管箱8设置在地下水网系统管路的第一管箱112中。
作为优选,下管箱8为扁平管结构。拓展了下管箱的吸热面积。
所述下管箱8位于上管箱10下部。
本发明热管在运行中,通过下管箱8 从地下管网的热水中吸收热量,然后下管箱8中的流体进行蒸发,通过第一管口81和第二管口82进入上管箱,然后在上管箱、冷凝管组将热量释放给制冷剂,流体进行冷凝,依靠重力的作用再进入下管箱。
本发明通过设置热管的上管箱的结构进行了改进,在不改变热管的上管箱体积的情况下,使得热管的下管箱的吸热面积增加,这样可以扩大热管的放热范围。相对于现有技术中的热管下管箱和上管箱保持一致大小,能够提高15%以上的换热效率。同时减少上管箱的体积和占地面积,使得结构紧凑。
本发明将左右侧管组都连接同一个上管箱,与现有技术设计两个上管箱相对比,可以进一步均衡左右侧管组的压力和流量,保证换热均匀。本申请是对上述结构进行进一步改进,增强除垢以及换热效果。
作为优选,所述上管箱10与下管箱8沿着水平方向延伸。
作为优选,沿着上管箱10与下管箱8水平方向延伸上设置多个冷凝管组,所述冷凝管组之间是并联结构。
作为优选,所述上管箱10与下管箱8之间设置回流管83,作为优选,所述回流管设置在上管箱10水平方向的两端。
下管箱8内填充相变流体,优选是汽液相变流体。所述流体在下管箱8进行加热蒸发,沿着放热管束向上管箱10流动,流体受热后会产生体积膨胀,从而形成蒸汽,而蒸汽的体积远远大于水,因此形成的蒸汽会在盘管内进行快速冲击式的流动。因为体积膨胀以及蒸汽的流动,能够诱导放热管自由端产生振动,换热管自由端在振动的过程中将该振动传递至周围换热流体,流体也会相互之间产生扰动,从而使得周围的换热流体形成扰流,破坏边界层,从而实现强化传热的目的。流体在左右冷凝管冷凝放热后又通过回流管回流到下管箱。
本发明通过对现有技术进行改进,将冷凝管组分别设置为左右分布的两个,使得左右两侧分布的冷凝管组都能进行振动换热除垢,从而扩大换热振动的区域,越能够使的振动更加均匀,换热效果更加均匀,增加换热面积,强化换热和除垢效果。
在实际应用中发现,持续性的加热会导致内部热管装置的流体形成稳定性,即流体不再流动或者流动性很少,或者流量稳定,导致盘管振动性能大大减弱,从而影响盘管的除垢以及加热的效率。因此本发明对上述的系统进行了进一步的改进。具体改进如下:
作为一个优选,热管16和热管17采取间隔式的加热方式。
在一个周期时间T内,热管16和热管17进行换热方式如下:
0-T/2的半个周期内,第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116进行换热,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
T/2-T的半个周期内, 第二阀门19、第四阀门23打开,第一阀门18、第三阀门20关闭,使得热水进入第一换热器116进行换热,不进入第二换热器117中,使得热管16内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
通过上述的时间变化性的进行加热,可以使得流体在热管16、17弹性管束内频繁的蒸发膨胀以及收缩,从而不断的带动弹性管束的振动,从而能够进一步实现加热效率以及除垢操作。避免内部流体流动形成稳定性。
T是50-150分钟。
通过周期性的加热方式来不断的促进盘管的振动,从而提高加热效率和除垢效果。但是,通过固定性周期性变化来调整管束的振动,会出现滞后性以及周期会出现过长或者过短的情况。因此本发明进行了进一步的改进,对振动进行智能型控制,从而使得内部的流体能够实现的频繁性的振动,从而实现很好的除垢以及加热效果。本发明针对在先研究的技术中的不足,提供一种新式的智能控制振动的换热方式。能够提高加热效率,从而实现很好的除垢以及换热效果。
一、基于压力自主调节振动
作为优选,环路热管16、17内部设置压力感知元件,用于检测环路热管内部的压力,所述压力感知元件与控制器进行数据连接,控制器根据检测的压力来控制热水是否进入第一换热器116、第二换热器117中进行换热。
热管16和热管17进行换热步骤如下:
1)第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
2)热管17内的压力感知元件检测的压力高于一定数值,此时控制器控制第二阀门19、第四阀门23打开,第一阀门18、第三阀门20关闭,使得热水进入第一换热器116进行换热,不进入第二换热器117中,使得热管16内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
3)当热管16内的压力感知元件检测的压力高于一定数值,控制器控制第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
然后不断的重复步骤2)和3),从而实现热管16、17的交替换热。
通过压力感知元件检测的压力,能够在满足一定的压力情况下,内部的流体的蒸发基本达到了饱和,内部流体的体积也基本变化不大,此种情况下,内部流体相对稳定,此时的管束振动性变差,因此需要进行调整,使其进行振动,从而停止加热,从而切换到另一个热管中进行加热。从而使得根据压力不断的在热管16、17中交替换热,从而形成热管16、17的不断的振动除垢和换热。
作为优选,压力感知元件设置在左冷凝管组91和/或者右冷凝管组92内。
作为优选,压力感知元件设置在左冷凝管组91和右冷凝管组92内。此时可以选择两个管组的压力平均值作为调节数据。
作为优选,压力感知元件设置在上管箱内。
作为优选,压力感知元件设置在左冷凝管组和/或右冷凝管组自由端。通过设置在自由端,能够感知自由端的压力变化,从而实现更好的控制和调节。此时可以选择两个冷凝管组的压力平均值作为调节数据。
二、基于温度自主调节振动
作为优选,环路热管16、17内部设置温度感知元件,用于检测热管内部的温度,所述温度感知元件与控制器进行数据连接,控制器根据检测的温度来控制热水是否进入第一换热器116、第二换热器117中进行换热。
热管16和热管17进行换热步骤如下:
1)第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
2)热管17内的温度感知元件检测的温度高于一定数值,此时控制器控制第二阀门19、第四阀门23打开,第一阀门18、第三阀门20关闭,使得热水进入第一换热器116进行换热,不进入第二换热器117中,使得热管16内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
3)当热管16内的温度感知元件检测的温度高于一定数值,控制器控制第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
然后不断的重复步骤2)和3),从而实现热管16、17的交替换热。
通过温度感知元件检测的温度,能够在满足一定的温度情况下,内部的流体的蒸发基本达到了饱和,内部流体的体积也基本变化不大,此种情况下,内部流体相对稳定,此时的管束振动性变差,因此需要进行调整,使其进行振动,从而停止加热,从而切换到另一个热管中进行加热。从而使得根据温度不断的在热管16、17中交替加热,从而形成热管16、17的不断的振动除垢和换热。
作为优选,温度感知元件设置在左冷凝管组91和/或者右冷凝管组92内。
作为优选,温度感知元件设置在左冷凝管组91和右冷凝管组92内。此时可以选择两个管箱的温度平均值作为调节数据。
作为优选,温度感知元件设置在上管箱内。
作为优选,温度感知元件设置在左冷凝管组和/或右冷凝管组自由端。通过设置在自由端,能够感知自由端的温度变化,从而实现更好的控制和调节。此时可以选择两个冷凝管组的温度平均值作为调节数据。
三、基于液位自主调节振动
作为优选,热管16、17的下管箱内部分别设置液位感知元件,用于检测热管16、17下管箱内的流体的液位,所述液位感知元件与控制器进行数据连接,控制器根据检测的流体的液位来控制热水是否对热管16、17进行加热。
热管16和热管17进行换热步骤如下:
1)第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
2)热管17内的液位感知元件检测的液位低于一定数值,此时控制器控制第二阀门19、第四阀门23打开,第一阀门18、第三阀门20关闭,使得热水进入第一换热器116进行换热,不进入第二换热器117中,使得热管16内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
3)当热管16内的液位感知元件检测的液位低于一定数值,控制器控制第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
然后不断的重复步骤2)和3),从而实现热管16、17的交替换热。
通过液位感知元件检测的液位,能够在满足一定的液位(例如最低下限)情况下,内部的流体的蒸发基本达到了饱和,内部流体的体积也基本变化不大,此种情况下,内部流体相对稳定,此时的管束振动性变差,因此需要进行调整,使其进行振动,从而停止加热,从而切换到另一个热管中进行加热。从而使得根据液位高度不断的在热管16、17中交替加热,从而形成热管16、17的不断的振动除垢和换热。
四、基于速度自主调节振动
作为优选,热管16、17的管束自由端内部设置速度感知元件,用于检测管束自由端内的流体的流速,所述速度感知元件与控制器进行数据连接,控制器根据检测的流体的速度来控制热水是否对热管16、17进行加热。
热管16和热管17进行换热步骤如下:
1)第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
2)热管17内的速度感知元件检测的流速高于一定数值,此时控制器控制第二阀门19、第四阀门23打开,第一阀门18、第三阀门20关闭,使得热水进入第一换热器116进行换热,不进入第二换热器117中,使得热管16内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
3)当热管16内的速度感知元件检测的流速高于一定数值,控制器控制第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
然后不断的重复步骤2)和3),从而实现热管16、17的交替换热。
通过速度感知元件检测的流速,能够在满足一定的速度(例如最高上限)情况下,内部的流体的蒸发基本达到了饱和,内部流体的体积也基本变化不大,此种情况下,内部流体相对稳定,此时的管束振动性变差,因此需要进行调整,使其进行振动,从而停止加热,从而切换到另一个热管中进行加热。从而使得根据速度不断的在热管16、17中交替加热,从而形成热管16、17的不断的振动除垢和换热。
作为优选,本发明提供一种新式的智能控制振动的系统。能够提高加热效率,从而实现很好的除垢以及加热效果。
一、基于压力差自主调节振动
作为优选,环路热管16、17内部设置压力感知元件,用于检测电加热装置内部的压力,所述压力感知元件与控制器进行数据连接,控制器根据时间顺序提取压力数据,通过相邻的时间段的压力数据的比较,获取其压力差或者压力差变化的累计,控制器根据检测的压力差或者压力差变化的累计来控制水是否进入第一换热器和第二换热器进行换热。
热管16和热管17进行换热步骤如下:
1)第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
2)热管17内的压力感知元件检测的压力差或者压力差变化的累计低于一定数值,此时控制器控制第二阀门19、第四阀门23打开,第一阀门18、第三阀门20关闭,使得热水进入第一换热器116进行换热,不进入第二换热器117中,使得热管16内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
3)当热管16内的压力感知元件检测的压力差或者压力差变化的累计低于一定数值,控制器控制第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
然后不断的重复步骤2)和3),从而实现第一第二换热器的交替换热。
通过压力感知元件检测的前后时间段压力差或者累计压力差,能够通过压力差来判断内部的流体的蒸发基本达到了饱和,内部流体的体积也基本变化不大,此种情况下,内部流体相对稳定,此时的管束振动性变差,因此需要进行调整,使其进行振动,从而停止加热,从而切换到另一个换热器中进行换热。从而使得根据压力不断的在热管16、17中交替换热,从而形成热管16、17的不断的振动除垢和换热。
通过根据压力差或者压力差变化的累计来判断流体的稳定状态,使得结果更加准确,不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。
作为优选,热管16或热管17在换热过程中,如果在前时间段的压力为P1,相邻的在后时间段的压力为P2,如果P1<P2,则P2-P1压力差低于阈值时,控制器通过控制阀门切换到另一个热管17或16进行加热。
通过先后的压力大小判断,来确定目前的热管是处于加热状态,从而根据不同情况决定热源的运行状态。
作为优选,热管16或热管17在换热过程中,如果在前时间段的压力为P1,相邻的在后时间段的压力为P2,如果P1=P2,则根据下面情况判断加热:
如果P1大于第一数据的压力,控制器控制阀门切换另一个换热器换热;其中第一数据大于相变流体发生相变后的压力;优选第一数据是相变流体充分相变的压力;
如果P1小于等于第二数据的压力,控制器控制目前换热器继续换热,其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的压力。
所述的第一数据是充分加热状态的压力数据,第二数据是没有加热或者加热刚开始的压力数据。通过上述的压力大小的判断,也是来确定目前的换热器是处于换热状态还是非换热状态,从而根据不同情况决定换热器的运行状态。
作为优选,所述压力感知元件为n个,依次计算当前时间段压力 Pi与前一时间段压力Qi-1的差Di=Pi-Qi-1,并对n个压力差Di进行算术累计求和
Figure 948386DEST_PATH_IMAGE001
,当Y的值低于设定阈值时,控制器控制阀门是否切换加热热管。
作为优选,Y>0,则低于阈值时,控制器控制阀门切换换热器进行换热;如果Y<0,则低于阈值时,不切换换热器。
通过先后的压力大小判断,来确定目前的热管的加热状态,从而根据不同情况决定热源的运行状态。
作为优选,如果Y=0,则根据下面情况判断加热:
如果Pi的算术平均数大于第一数据的压力,控制器切换另一个换热器换热;其中第一数据大于相变流体发生相变后的压力;优选是相变流体充分相变的压力;
如果Pi的算术平均数小于第二数据的压力,控制器控制目前换热器仅需换热,其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的压力。
所述的第一数据是充分加热状态的压力数据,第二数据是没有加热或者加热刚开始的压力数据。通过上述的压力大小的判断,也是来确定目前的换热器是处于加热状态还是非加热状态,从而根据不同情况决定换热器的运行状态。
作为优选,测量压力的时间段周期是1-10分钟,优选3-6分钟,进一步优选是4分钟。
作为优选,阈值是100-1000pa,优选是500pa。
作为优选,压力值可以是时间段周期内的平均压力值。也可以是时间段内的某一时刻的压力。例如优选都是时间段结束时的压力。
作为优选,压力感知元件设置在左冷凝管组和/或者右冷凝管组内。
作为优选,压力感知元件设置在左冷凝管组和右冷凝管组内。此时可以选择两个管组的压力平均值作为调节数据。
作为优选,压力感知元件设置在左冷凝管组和/或右冷凝管组自由端。通过设置在自由端,能够感知自由端的压力变化,从而实现更好的控制和调节。此时可以选择两个冷凝管组的压力平均值作为调节数据。
二、基于温度差自主调节振动
作为优选,环路热管16、17内部设置温度感知元件,用于检测电加热装置内部的温度,所述温度感知元件与控制器进行数据连接,控制器根据时间顺序提取温度数据,通过相邻的时间段的温度数据的比较,获取其温度差或者温度差变化的累计,控制器根据检测的温度差或者温度差变化的累计来控制热水是否对第一换热器、第二换热器进行换热。
热管16和热管17进行换热步骤如下:
1)第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
2)热管17内的温度感知元件检测的温度差或者温度差变化的累计低于一定数值,此时控制器控制第二阀门19、第四阀门23打开,第一阀门18、第三阀门20关闭,使得热水进入第一换热器进行换热,不进入第二换热器中,使得热管16内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
3)当热管16内的温度感知元件检测的温度差或者温度差变化的累计低于一定数值,控制器控制第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器进行换热,不进入第一换热器中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
然后不断的重复步骤2)和3),从而实现热管16、17的交替换热。
通过温度感知元件检测的温度差或者温度差变化的累计,能够在满足一定的温度情况下,内部的流体的蒸发基本达到了饱和,内部流体的体积也基本变化不大,此种情况下,内部流体相对稳定,此时的管束振动性变差,因此需要进行调整,使其进行振动,从而停止加热,从而切换到另一个换热器中进行加热。从而使得根据温度不断的在热管16、17中交替换热,从而形成热管16、17的不断的振动除垢和换热。
通过根据温度差或者温度差变化的累计来判断流体的稳定状态,使得结果更加准确,不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。
作为优选,如果在前时间段的温度为T1,相邻的在后时间段的温度为T2,如果T1<T2,则T2-T1低于阈值时,控制器控制阀门切换另一个换热器换热。
通过先后的温度大小判断,来确定目前的热源是处于加热状态,从而根据不同情况决定是否切换热管。
作为优选,如果在前时间段的温度为T1,相邻的在后的时间段温度为T2,如果T1=T2,则根据下面情况判断加热:
如果T1大于第一数据的温度,控制器控制阀门切换另一个换热器换热;其中第一数据大于相变流体发生相变后的温度;优选第一数据是相变流体充分相变的温度;
如果T1小于等于第二数据的温度,控制器控制热管继续加热,不切换另一个换热器换热,其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的温度。
所述的第一数据是充分加热状态的温度数据,第二数据是没有加热或者加热刚开始的温度数据。通过上述的温度大小的判断,也是来确定目前的换热器是处于加热状态还是非加热状态,从而根据不同情况决定热源的运行状态。
作为优选,所述温度感知元件为n个,依次计算当前时间段温度Ti与前一时间段温度Qi-1的差Di=Ti-Qi-1,并对n个温度差Di进行算术累计求和
Figure 290505DEST_PATH_IMAGE001
,当Y的值低于设定阈值时,控制器控制阀门是否切换另一个换热器换热。
作为优选,Y>0,则低于阈值时,控制器控制阀门切换另一个换热器换热;如果Y<0,则低于阈值时,控制器控制当前换热器继续进行换热,不切换。
通过先后的温度大小判断,来确定目前的换热器的加热状态,从而根据不同情况决定热管的运行状态。
作为优选,如果Y=0,则根据下面情况判断加热:
如果Ti的算术平均数大于第一数据的温度,控制器控制阀门切换另一个换热器换热;其中第一数据大于相变流体发生相变后的温度;优选是相变流体充分相变的温度;
如果Ti的算术平均数小于第二数据的温度,控制器控制不切换另一个换热器换热,其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的温度。
所述的第一数据是充分加热状态的温度数据,第二数据是没有加热或者加热刚开始的温度数据。通过上述的温度大小的判断,也是来确定目前的换热器是处于加热状态还是非加热状态,从而根据不同情况决定换热器的运行状态。
作为优选,测量温度的时间段周期是1-10分钟,优选3-6分钟,进一步优选是4分钟。
作为优选,阈值是1-10℃,优选是4℃。
作为优选,温度值可以是时间段周期内的平均温度值。也可以是时间段内的某一时刻的温度。例如优选都是时间段结束时的温度。
作为优选,温度感知元件设置在左冷凝管组和/或者冷凝管组内。
作为优选,温度感知元件设置在左冷凝管组和右冷凝管组内。此时可以选择两个管箱的温度平均值作为调节数据。
作为优选,温度感知元件设置在左冷凝管组和/或右冷凝管组自由端。通过设置在自由端,能够感知自由端的温度变化,从而实现更好的控制和调节。此时可以选择两个冷凝管组的温度平均值作为调节数据。
三、基于液位差自主调节振动
作为优选,热管16、17的下管箱内部分别设置液位感知元件,用于检测热管16、17下管箱内的流体的液位,所述液位感知元件与控制器进行数据连接,控制器根据时间顺序提取液位数据,通过相邻的时间段的液位数据的比较,获取其液位差或者液位差变化的累计,控制器根据检测的流体的液位差或者液位差变化的累计来控制热水是否对第一换热器、第二换热器进行换热器。
热管16和热管17进行换热步骤如下:
1)第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器117中进行换热,不进入第一换热器116中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
2)热管17内的液位感知元件检测的液位差或者液位差变化的累计低于一定数值,此时控制器控制第二阀门19、第四阀门23打开,第一阀门18、第三阀门20关闭,使得热水进入第一换热器进行换热,不进入第二换热器中,使得热管16内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
3)当热管16内的液位感知元件检测的液位差或者液位差变化的累计低于一定数值,控制器控制第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器进行换热,不进入第一换热器中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
然后不断的重复步骤2)和3),从而实现热管16、17的交替换热。
通过液位感知元件检测的液位差或者液位差变化的累计,能够在满足一定的液位(例如最低下限)情况下,内部的流体的蒸发基本达到了饱和,内部流体的体积也基本变化不大,此种情况下,内部流体相对稳定,此时的管束振动性变差,因此需要进行调整,使其进行振动,从而停止加热,从而切换到另一个换热器中进行加热。从而使得根据液位高度不断的在热管16、17中交替换热,从而形成热管16、17的不断的振动除垢和换热。
通过根据液位差或者液位差变化的累计来判断流体的稳定状态,使得结果更加准确,不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。
作为优选,如果在前时间段的液位为L1,相邻的在后时间段的液位为L2,如果L1>L2,则L2-L1低于阈值时,控制器控制切换到另一个换热器换热。
通过先后的液位大小判断,来确定目前的热管加热状态,从而根据不同情况决定换热器的运行状态。
作为优选,如果在前时间段的液位为L1,相邻的在后时间段的液位为L2,如果L1=L2,则根据下面情况判断加热:
如果L1小于第一数据的液位或者L1是0,控制器控制切换到另一个换热器换热;其中第一数据大于相变流体发生相变后的液位;优选第一数据是相变流体充分相变的液位;
如果L1大于等于第二数据的液位,控制器控制不切换到另一个换热器换热,继续加热,其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的液位。
所述的第一数据是充分加热状态的液位数据,包括干涸的液位,第二数据是没有加热或者加热刚开始的液位数据。通过上述的液位大小的判断,也是来确定目前的热源是处于加热状态还是非加热状态,从而根据不同情况决定热源的运行状态。
作为优选,所述液位感知元件为n个,依次计算当前时间段液位Li与前一时间段液位Qi-1的差Di=Li-Qi-1,并对n个液位差Di进行算术累计求和
Figure 608354DEST_PATH_IMAGE001
,当Y的值低于设定阈值时,控制器控制是否切换到另一个换热器换热。
作为优选,Y>0,则低于阈值时,控制器控制热管16、17进行切换。
通过先后的液位大小判断,来确定目前的换热器的状态,从而根据不同情况决定换热器的运行状态。
作为优选,如果Y=0,则根据下面情况判断加热:
如果Li的算术平均数小于第一数据的液位或者是0,控制器控制换热器116、117进行切换;其中第一数据大于相变流体发生相变后的液位;优选是相变流体充分相变的液位;
如果Li的算术平均数大于第二数据的液位,控制器控制换热器116、117不切换,其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的液位。
所述的第一数据是充分加热状态的液位数据,包括干涸的液位,第二数据是没有加热或者加热刚开始的液位数据。通过上述的液位大小的判断,也是来确定目前的换热器是处于加热状态还是非加热状态,从而根据不同情况决定换热器的运行状态。
作为优选,测量液位的时间段周期是1-10分钟,优选3-6分钟,进一步优选是4分钟。
作为优选,阈值是1-10mm,优选是4mm。
作为优选,水位值可以是时间段周期内的平均水位值。也可以是时间段内的某一时刻的水位置。例如优选都是时间段结束时的水位。
四、基于速度差自主调节振动
作为优选,热管16、17的管束自由端内部设置速度感知元件,用于检测管束自由端内的流体的流速,所述速度感知元件与控制器进行数据连接,控制器根据时间顺序提取速度数据,通过相邻的时间段的速度数据的比较,获取其速度差或者速度差变化的累计,控制器根据检测的流体的速度差或者速度差变化的累计来控制热水是否对第一换热器和第二换热器进行加热。
第一换热器和第二换热器进行换热步骤如下:
1)第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器进行换热,不进入第一换热器中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
2)热管17内的速度感知元件检测的速度差或者速度差变化的累计低于一定数值,此时控制器控制第二阀门19、第四阀门23打开,第一阀门18、第三阀门20关闭,使得热水进入第一换热器进行换热,不进入第二换热器中,使得热管16内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
3)当热管16内的速度感知元件检测的速度差或者速度差变化的累计低于一定数值,控制器控制第一阀门18、第三阀门20打开,第二阀门19、第四阀门23关闭,使得热水进入第二换热器进行换热,不进入第一换热器中,使得热管17内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
然后不断的重复步骤2)和3),从而实现热管16、17的交替换热。
通过速度感知元件检测的流速,能够在满足一定的速度(例如最高上限)情况下,内部的流体的蒸发基本达到了饱和,内部流体的体积也基本变化不大,此种情况下,内部流体相对稳定,此时的管束振动性变差,因此需要进行调整,使其进行振动,从而停止加热,从而切换到另一个换热器中进行加热。从而使得根据速度不断的在热管16、17中交替换热,从而形成热管16、17的不断的振动除垢和换热。
通过根据速度差或者速度差变化的累计来判断流体的稳定状态,使得结果更加准确,不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。
作为优选,如果在前时间段的速度为V1,相邻的在后时间段的速度为V 2,如果V 1< V 2,则低于阈值时,控制器控制换热器116、117切换加热。
通过先后的速度大小判断,来确定目前的换热状态,从而根据不同情况决定热管的运行状态。
作为优选,如果在前时间段的速度为V 1,相邻的在后时间段的速度为V 2,如果V1= V 2,则根据下面情况判断加热:
如果V 1大于第一数据的速度,控制器控制换热器116、117切换换热;其中第一数据大于相变流体发生相变后的速度;优选第一数据是相变流体充分相变的速度;
如果V 1小于等于第二数据的速度,控制器控制换热器116、117不切换换热,其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的速度。
所述的第一数据是充分加热状态的速度数据,第二数据是没有加热或者加热刚开始的速度数据。通过上述的速度大小的判断,也是来确定目前的换热器是处于加热状态还是非加热状态,从而根据不同情况决定热源的运行状态。
作为优选,所述速度感知元件为n个,依次计算当前时间段速度Vi与前一时间速度Qi-1的差Di=Vi-Qi-1,并对n个速度差Di进行算术累计求和
Figure 841758DEST_PATH_IMAGE001
,当Y的值低于设定阈值时,控制器控制换热器116、117是否切换换热。
作为优选,Y>0,则低于阈值时,控制器控制换热器116、117切换换热。
通过先后的速度大小判断,来确定目前的热管加热状态,从而根据不同情况决定换热器的运行状态。
作为优选,如果Y=0,则根据下面情况判断加热:
如果Vi的算术平均数大于第一数据的速度,控制器控制换热器116、117切换换热;其中第一数据大于相变流体发生相变后的速度;优选是相变流体充分相变的速度;
如果Vi的算术平均数小于第二数据的速度,控制器控制换热器116、117不切换换热,其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的速度。
所述的第一数据是充分加热状态的速度数据,第二数据是没有加热或者加热刚开始的速度数据。通过上述的速度大小的判断,也是来确定目前的换热器是处于加热状态还是非加热状态,从而根据不同情况决定换热器的运行状态。
作为优选,测量速度的时间段周期是1-10分钟,优选3-6分钟,进一步优选是4分钟。
作为优选,阈值是1-3m/s,优选是2m/s。
作为优选,速度值可以是时间段周期内的平均压力值。也可以是时间段内的某一时刻的速度。例如优选都是时间段结束时的速度。
作为优选,上述的交替运行、根据参数运行或者根据参数差运行可以是在换热器116、117的除垢阶段运行,也可以在正常运行阶段。
作为优选,正常运行将第一阀门18、第三阀门20关闭,第二阀门19、第四阀门23打开,使得流体进入第一换热器、第二换热器进行换热。
作为优选,所述左冷凝管组的冷凝管是圆心分布,所述右冷凝管组的冷凝管是以圆心分布。通过将左右冷凝管设置为圆心,可以更好的保证冷凝管的分布,使得振动和加热均匀。
作为优选,所述左冷凝管组、右冷凝管组均为多个。
作为优选,左冷凝管组和右冷凝管组沿着冷凝部的竖直方向轴心所在的面镜像对称。通过如此设置,能够使得换热的放热管分布更加合理均匀,提高换热效果。
作为优选,如图7所示,左冷凝管组91和右冷凝管组92在水平延伸方向上错列分布。通过错列分布,能够使得在不同长度上进行振动放热和除垢,使得振动更加均匀,强化换热和除垢效果。
作为优选,如图9所示,第一管口81和第二管口82可以设置多个,例如图2中设置两个,通过设置多个,可以增加蒸发段蒸汽进入冷凝段的速度,加快热量的利用。
在试验中发现,上管箱的体积、距离以及下管箱的体积可以对换热效率以及均匀性产生影响。如果下管箱的体积过小,导致蒸汽过热,热量无法及时传递到放热管以及左冷凝管组右冷凝管组,体积过大,导致蒸汽冷凝过快,也无法传递,同理放热管的体积必须与换热水箱体积搭配相适用,否则会导致蒸汽冷凝过快或者过慢,都会导致换热情况恶化,放热管之间距离也会导致换热效率太差,距离太小,则放热管分布太密,也会影响换热效率,放热管之间距离也需要和下管箱之间的距离搭配相适用,否则他们之间的距离会影响容纳的液体或者蒸汽的体积,则对于自由端的振动会产生影响,从而影响换热。因此放热管的体积、距离以及下管箱的体积具有一定的关系。
本发明是通过多个不同尺寸的热管的数值模拟以及试验数据总结出的最佳的尺寸关系。从换热效果中的换热量最大出发,计算了近200种形式。所述的尺寸关系如下:
上管箱的体积是V1,下管箱的体积是V3,下管箱底部的中点与左冷凝管组、右冷凝管组圆心之间形成的夹角为A,满足如下要求:
V1/V3=a-b*sin(A/2)2-c* sin(A/2);其中a,b,c是参数,sin是三角正弦函数,
0.8490<a<0.8492,0.1302<b<0.1304,0.0020<c<0.0022;作为优选,a=0.8491, b=0.1303,c=0.0021。
作为优选,下管箱底部的中点与放热管圆心之间形成的夹角A为40-120度(角度),优选为80-100度(角度)。
作为优选,0.72<V1/V3<0.85;
作为优选,冷凝管组的放热管的数量为3-5根,优选为3或4根。
作为优选,放热管的半径优选为10-40mm;优选为15-35mm,进一步优选为20-30mm。
在先申请的仅仅依靠左冷凝管组的中心与右冷凝管组的中心之间的距离为M,左冷凝管组的管径、右冷凝管组的半径相同,为B,放热管中最内侧放热管的轴线的半径为N1,最外侧放热管的轴线的半径为W2,本发明首次将上管的体积、距离以及下管箱的体积通过优化的关系式关联起来,得到了最佳的尺寸关系。 本申请的上述关系式是针对在先申请的关系式进一步改进,通过体积以及夹角的关系式,属于本发明独创的发明点。
作为优选,冷凝管组的管束是弹性管束。通过将冷凝管组的管束设置弹性管束,可以进一步提高换热系数。
所述冷凝管组为多个,多个冷凝管组为并联结构。
本发明的热管地源热泵的矿山深井热害治理系统,包括地面热泵机组、地下水网系统、地下热管换热器,所述地面热泵机组设有矿山热水进口、冷冻水出口以及冷水进口、热水出口,所述矿山热水进口、冷冻水出口、冷水进口、热水出口分别位于热泵机组右下、左下、右上、左上。所述冷水进口、热水出口与用户室内末端采暖装置相连。所述矿山热水进口、冷冻水出口和地下水网系统相连通,所述地下水网系统与地下热管换热器相连通,所述换热器位于冷热水回路之间,所述换热器和冷冻水出口相连通。所述冷冻水依次通过冷冻水出口、地下水网系统和地下热管换热器进入到地面热泵机组内,冷冻水流经地下热管换热器时,通过所述冷冻水的循环流动吸收热管工作液相变产生的热量,进而对矿山深井的热害进行处理并加以利用。
进一步地说,所述地面热泵机组包括换热器、压缩机、水冷冷凝器、储液器和节流阀,所述换热器中制冷剂吸收来自矿井的热水的热量相变为气体。
进一步地说,所述气体在所述压缩机中被压缩后进入水冷冷凝器放出热量。冷凝后的制冷剂液体流经储液器,经节流阀降压后流回换热器吸热气化。
进一步地说,所述地面热泵机组通过水管组成的网络与地下水网系统相连接,所述水管内均安装有滤网以便定期的清理维护。
进一步地说,所述地下水网系统由水管、水坝、涡轮、泵以及阀组成,所述水坝及涡轮是为了缓解深井导致的水管压力过大的问题。
进一步地说所述泵和阀是为了控制和调节地下水网的流量以适应地下热管换热器不同热负荷的情形。
进一步地说,所述地下热管换热器装置包括一组热管及其中的工作液,所述热管,下端口封闭,并且垂直安放在土壤孔中。所述土壤孔由钻孔器械钻孔,所述土壤孔内壁与热管外壁的间隙填充有导热性较好的材料,如颗粒均匀且细小的砂石,以增强热管与周围土壤的换热。
进一步地说,所述一组热管的蒸发段位于热管的下端且置于土壤中,其绝热段位于土壤上方与地下水网相连。
进一步地说,所述工作液为相变材料,如R134a、氟利昂等。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (2)

1.一种热管换热器组合,所述换热器包括热管、第一箱体和第二箱体,所述第一箱体设置在地下水网系统管路中,所述第一箱体具有入口和出口,供地下水网系统的水的流入和流出,所述第二箱体设置在地面热泵机组管路中,所述第二箱体具有入口和出口,供制冷剂流入和流出,所述热管包括蒸发段和冷凝段,所述蒸发段设置在第一管箱中,冷凝段设置在第二管箱中,所述热管包括下管箱、上管箱和冷凝管组,所述冷凝管组包括左冷凝管组和右冷凝管组,左冷凝管组与上管箱和下管箱相连通,右冷凝管组与上管箱和下管箱相连通,从而使得下管箱、上管箱和冷凝管组形成加热流体封闭循环,下管箱内填充相变流体,每个冷凝管组包括圆弧形的多根放热管,相邻放热管的端部连通,使多根放热管形成串联结构,并且使得放热管的端部形成放热管自由端;下管箱包括第一管口和第二管口,第一管口连接左冷凝管组的入口,第二管口连接右冷凝管组的入口,左冷凝管组的出口连接上管箱,右冷凝管组的出口连接上管箱;所述系统包括串联的两个换热器,分别是第一换热器和第二换热器,第一换热器和第二换热器中设置的热管分别是第一热管和第二热管,地下水网系统管路包括两个旁通管路,第一旁通管路与第一换热器所在的地下水网系统管路并联,第二旁通管路与第二换热器所在的地下水网系统管路并联,其中第一旁通管路上设置第一阀门,第一旁通管路并联的地下水网系统管路上设置第二阀门,其中第二旁通管路上设置第四阀门,第二旁通管路并联的地下水网系统管路上设置第三阀门;其特征在于,
在一个周期时间T内,第一热管和第二热管进行换热方式如下:
0-T/2的半个周期内,第一阀门、第三阀门打开,第二阀门、第四阀门关闭,使得热水进入第二换热器进行换热,不进入第一换热器进行换热,使得热管内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的;
T/2-T的半个周期内, 第二阀门、第四阀门打开,第一阀门、第三阀门关闭,使得热水进入第一换热器进行换热,不进入第二换热器中,使得第一热管内的管束振动,从而达到强化传热以及除垢目的。
2.一种地源热泵系统,包括地面热泵机组和地下水网系统,所述地下水网系统包括依次通过管路连接的热管换热器、热水坝、换热器、涡轮、冷水坝,所述冷水坝的水进入热管换热器,水在热管换热器吸收矿井地下的热能,然后进入热水坝,然后从热水坝进入地面热泵机组的换热器放热,然后再通过涡轮进入冷水坝,完成一个循环;所述地面热泵机组包括依次通过管路连接的换热器、压缩机、水冷冷凝器、储液器和节流阀组成的循环回路,制冷剂在换热器吸热,进入压缩机压缩后进入冷凝器中放热,放热后的制冷剂进入储液器,然后从储液器中通过节流阀进入换热器,形成循环;所述水冷冷凝器包括冷水进口、热水出口,水通过冷水进口进入水冷冷凝器,然后吸热后通过热水出口流出;所述换热器是权利要求1所述的换热器组合。
CN202010279197.2A 2020-04-10 2020-04-10 一种热管换热器组合及其地源热泵系统 Expired - Fee Related CN112781417B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010279197.2A CN112781417B (zh) 2020-04-10 2020-04-10 一种热管换热器组合及其地源热泵系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010279197.2A CN112781417B (zh) 2020-04-10 2020-04-10 一种热管换热器组合及其地源热泵系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112781417A CN112781417A (zh) 2021-05-11
CN112781417B true CN112781417B (zh) 2022-02-22

Family

ID=75749206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010279197.2A Expired - Fee Related CN112781417B (zh) 2020-04-10 2020-04-10 一种热管换热器组合及其地源热泵系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112781417B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101344347A (zh) * 2008-08-25 2009-01-14 南京大学 热管地源热泵系统
CN202153110U (zh) * 2011-07-16 2012-02-29 蓬莱市安源水产有限公司 一种板式换热器
CN104006478A (zh) * 2014-06-12 2014-08-27 天津大学 一种新型地源热泵系统与应用
CN107144035A (zh) * 2017-05-16 2017-09-08 中国科学院广州能源研究所 一种工质循环流量可调控的回路热管式地热开采系统
CN107643012A (zh) * 2016-07-21 2018-01-30 天津霍斯沃明节能技术有限公司 一种高温石油干井梯级利用系统
CN108800612A (zh) * 2018-07-19 2018-11-13 仲恺农业工程学院 太阳能热管式空气源热泵热水器
CN208547134U (zh) * 2018-03-29 2019-02-26 广东努谢尔环境科技有限公司 地热能收集热管以及热管式地热能收集系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101623746B1 (ko) * 2015-11-05 2016-05-24 주식회사 제이앤지 지열 에너지를 활용한 2단 가열식 지열 시스템

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101344347A (zh) * 2008-08-25 2009-01-14 南京大学 热管地源热泵系统
CN202153110U (zh) * 2011-07-16 2012-02-29 蓬莱市安源水产有限公司 一种板式换热器
CN104006478A (zh) * 2014-06-12 2014-08-27 天津大学 一种新型地源热泵系统与应用
CN107643012A (zh) * 2016-07-21 2018-01-30 天津霍斯沃明节能技术有限公司 一种高温石油干井梯级利用系统
CN107144035A (zh) * 2017-05-16 2017-09-08 中国科学院广州能源研究所 一种工质循环流量可调控的回路热管式地热开采系统
CN208547134U (zh) * 2018-03-29 2019-02-26 广东努谢尔环境科技有限公司 地热能收集热管以及热管式地热能收集系统
CN108800612A (zh) * 2018-07-19 2018-11-13 仲恺农业工程学院 太阳能热管式空气源热泵热水器

Also Published As

Publication number Publication date
CN112781417A (zh) 2021-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2006063532A1 (fr) Dispositif a tube de chauffage exploitant l’energie froide et application dudit dispositif
CN112524842B (zh) 一种自动进行蓄热功能的地源热泵系统
CN112648869B (zh) 一种热管及其地源热泵系统
CN112484341B (zh) 一种根据水泵功率自动控制阀门的地源热泵系统
CN112696845B (zh) 一种根据室内温度蓄热的地源热泵系统
CN102445098A (zh) 一种热超导体水源换热器
CN111219901B (zh) 一种水泵功率变化调整的热力系统
CN109990505B (zh) 一种智能控制工作区温度的深井换热系统
KR20130063394A (ko) 지열교환기 및 이를 이용한 열교환 시스템
CN112781417B (zh) 一种热管换热器组合及其地源热泵系统
CN112344595B (zh) 一种液位差除垢换热器组合及其地源热泵系统
CN112503801B (zh) 一种地源热泵系统
CN112985131B (zh) 一种温度除垢换热器组合及其地源热泵系统
CN113175833B (zh) 一种双振动热管换热器组合及其地源热泵系统
CN112665219B (zh) 一种制冷剂蓄热的地源热泵系统
KR20120005027U (ko) 하이브리드 히트펌프 시스템
CN112503981B (zh) 一种环路热管系统根据温度控制加热的方法
CN112503982B (zh) 一种环路热管系统根据液位控制加热的方法
CN113446885B (zh) 一种内循环通讯控制热管系统
CN113465178B (zh) 一种通讯余热利用热管系统
RU84957U1 (ru) Брызгальный бассейн
CN112556466B (zh) 一种温度差环路热管系统
CN1321311C (zh) 基于燃气内燃机的冷热电三联供系统的热管理器
CN102705984A (zh) 地能和空气能同步供热于水源热泵的装置
TWI233477B (en) Air conditioning system with heat pump using earth as heat source

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220222

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee