CN201652794U - Co2并、串联螺旋式套管换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CO₂并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于，采用是并、串联式套管换热器结构模式为Lm+Ln；第一级：换热级Lm、第二级：冷却级Ln；换热级：多级并联Lm，m为并联级数，取值范围：2-m；冷却级：多极并联Ln，n为并联级数，取值范围：1-n，m、n为整数，同时满足m＞n。采用此形式的换热器组合可以有效地换热冷却CO₂气体，将其热量充分地传输给水。

Description

CO2并、串联螺旋式套管换热器

技术领域

本实用新型涉及一种CO2并、串联螺旋式套管换热器，本实用新型专利属热能转换和利用技术领域，它涉及到天然工质CO2热泵的换热系统。

背景技术

当今世界经济发展迅速，世界各国废气及温室气体排放量快速增加，给世界人民的生存环境带来了严重威胁。因此大力发展可再生能源和清洁能源受到了各国政府的高度重视，各国政府相继出台了对可再生能源和清洁能源的支持和扶持政策，极大地推动了新能源产业的快速发展。CO2热泵以它对环境非常友好、高效率、能量来源广泛、体积小等优点在发达国家受到政府及冷、热行业的高度重视。众多研究机构、院校、企业相继投入大量资金开发研制。我国对CO2热泵研究起步较晚，大多处在理论研究阶断。

发明内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种CO2并、串联螺旋式套管换热器。

实用新型目的是设计一种在CO2热泵中可以有效地对天然工质CO2和水进行热交换的换热装置，用于加热生产45-90℃的中、高温热水。该装置能高效地对超临界的高温高压CO2气体和水进行热交换，并能有效地对热交换后的CO2气体进行冷却，极大地提高CO2热泵系统效率，从而提高能源利用率，并且要求结构简单、组合方便、便于批量生产、适合小、中、大型CO2热泵系统使用。

如图1、2所示，本实用新型一种CO2并、串联螺旋式套管换热器，采用是并、串联式套管换热器(Lm+Ln结构模式)。第一级：换热级Lm、第二级：冷却级Ln；换热级：多级并联Lm，m为并联级数，取值范围：2-m；冷却级：多极并联Ln，n为并联级数，取值范围：1-n，m、n为整数，同时满足m＞n。Lm、Ln为铜套管式结构方式。

本实用新型特征在于：换热级(Lm)的并联级数，级数增加CO2流速降低，换热时间增长，同时换热面积增大，其换热量的调整组合方便、灵活、实用性强。

本实用新特征还在于：冷却级(Ln)的并联级数，级数增加CO2流速降低，冷却时间增长，CO2出口温度低；同时取决于冷却水的流速，流速快冷却效果好，级数要满足n＜m条件，其冷却级的调整组合方便、灵活、实用性强。

本实用新型特征还在于：换热级和冷却级的串联结构组合即Lm+Ln模式。在换热级CO2流速较慢便于换热，在冷却级水流速度较快便于冷却，此结构的组合充分地满足了CO2热泵系统中换热器对CO2气体和水的性能要求，极大地提高了换热器的换热量。

本实用新型特征还在于：内管介质：CO2，温度：75-135℃范围，最大压力：15MPa。外管介质：水，温度：5-90℃范围，压力：1.0MPa。

本实用新型特征还在于：内管介质CO2换热过程是在超临界区进行，温度滑移匹配性较好有利于CO2和水的热交换，适合CO2热泵系统。

本实用新型特征还在于：CO2气体和水逆向流动换热，实现一次性加热热水，出水温度可达90℃。

本实用新型热力学特征在于：经压缩机压缩的高温、高压CO2气体经管路进入分配排，分别进入Lm级的并联套管式换热器进行热交换，降温后的CO2气体汇流后再进入分配排分配进入Ln级冷却器进行冷却，冷却后的液体或亚临界气体的CO2汇流后流出换热器。

本实用新型设计的CO2并、串联式套管换热器由气体分配排、水分配排、气体汇流排、水汇流排、铜套管、密封接头、水连接管及相应的接头等组成，CO2气体侧的连接关系为Lm级的气体分配汇流排与Lm换热级的铜套管入口相连，Lm换热级的铜套管出口与汇流分配排相连，然后汇流分配排与Ln冷却级铜套管的入口相连，Ln冷却级铜套管的出口与汇流分配排相连。水侧的连接关系为Ln级的水分配汇流排与Ln冷却级的铜套管入口相连，Ln冷却级的铜套管出口与汇流分配排相连，然后汇流分配排与Lm换热级铜套管的入口相连，Lm换热级铜套管的出口与汇流分配排相连。

本实用新型CO2并、串联螺旋式套管换热器可应用在CO2热泵系统或高温高压气体和水的热交换系统中。

本实用新型CO2并、串联螺旋式套管换热器特征还在于螺旋式结构它增强了CO2气体在管内的扰动，使换热更加充分。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，其中：

图1是表示作为本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的工艺流程图；

图3是实施例出水60℃温度时测量的CO2温度与水温度在换热器中的分布图；

图4是实施例出水温度85℃时CO2温度与水温度在换热器中的分布图；

图5是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

参照图1至图5对本实用新型的实施例进行说明。

显然，本领域技术人员基于本实用新型的宗旨所做的许多修改和变化属于本实用新型的保护范围。

实施例：

如图5所示，CO2并、串联式套管换热器由气体分配排、水分配排、气体汇流排、水汇流排、铜套管、密封接头、水连接管及相应的接头等组成，连接关系为Lm级的气体分配排1与Lm换热级的铜套管3入口相连，Lm换热级的铜套管出口与汇流排5相连，然后汇流排与Ln冷却级铜套管的入口相连，Ln冷却级铜套管的出口与汇流分配排相连。水侧的连接关系为Ln级的水分配排2与Ln冷却级的铜套管4入口相连，Ln冷却级的铜套管4出口与汇流排相连，然后汇流排与Lm换热级铜套管的入口相连，Lm换热级铜套管的出口与汇流排相连。

在此应用实例中(Lm+Ln)；m＝2，n＝1；Lm＝15米，Ln＝14米.

环境温度：21℃入水温度：15℃出水温度：6O℃和85℃。

表1为实施例出水温度60℃时的工作参数：

工作压力	9.1MPa	流量	552Kg/h
				入水温度	15℃	CO2入口温度	89℃
出水温度	60℃	CO2出口温度	22.3℃

换热量：Q_大＝C×L×ΔT/H＝(4.2×552×45)/3600＝28.9KW出水60℃温度时CO2气体以及水温度在换热器中的分布如图3所示；

表2为实施例出水温度85℃时的工作参数：

工作压力	10.9MPa	流量	300Kg/h
				入水温度	15℃	CO2入口	110℃
		温度
				出水温度	85℃	CO2出口温度	28℃

换热量：Q_大＝C×L×ΔT/H＝(4.2×300×60)/3600＝21KW

85℃出水温度时CO2气体以及水温度在换热器中的分布如图4所示；

由以上实施例可以看出，由该实用新型设计的CO2并、串联螺旋式套管换热器可以有效地满足出水温度的要求。

如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种CO2并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于，采用是并、串联式套管换热器结构模式为Lm+Ln；第一级：换热级Lm、第二级：冷却级Ln；换热级：多级并联Lm，m为并联级数，取值范围：2-m；冷却级：多极并联Ln，n为并联级数，取值范围：1-n，m、n为整数，同时满足m＞n。

2.根据权利要求1所述的一种CO2并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于CO2并、串联式套管换热器由气体分配排、水分配排、气体汇流排、水汇流排、铜套管、密封接头、水连接管及相应的接头组成。

3.根据权利要求3所述的一种CO2并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于：CO2气体侧的连接关系为Lm级的气体分配汇流排与Lm换热级的铜套管入口相连，Lm换热级的铜套管出口与汇流分配排相连，然后汇流分配排与Ln冷却级铜套管的入口相连，Ln冷却级铜套管的出口与汇流分配排相连；水侧的连接关系为Ln级的水分配汇流排与Ln冷却级的铜套管入口相连，Ln冷却级的铜套管出口与汇流分配排相连，然后汇流分配排与Lm换热级铜套管的入口相连，Lm换热级铜套管的出口与汇流分配排相连。

4.根据权利要求1所述的一种CO2并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于；Lm、Ln为铜套管式结构方式。

5.根据权利要求1所述的一种CO2并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于其中的套管换热器是螺旋式结构。

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