CN206094547U - 一种多元介质热量梯级利用的套管换热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多元介质热量梯级利用的套管换热器，可应用于以CO2为制冷剂的热泵热水器系统中，作为系统高压侧加热使用。该套管换热器由上、下两层套管换热器组成，上层套管换热器和下层套管换热器均由内管和外管套装构成，上层套管换热器的内管连通下层套管换热器的内管，上层套管换热器的外管与内管之间及下层套管换热器的外管与内管之间分别为独立的封闭结构。该套管换热器在充分利用跨临界CO2热泵热水器高压侧的高品质热量的同时，进一步吸收高压侧低温热量，实现热量的梯级利用，进而提高整个跨临界CO2热泵热水器系统的能效比，实现节能效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多元介质热量梯级利用的套管换热器，可应用于以CO2为制冷剂的热泵热水器系统中，作为系统高压侧加热使用，同时将高压侧低品位热量进一步回收利用。
背景技术
以CO2为制冷剂的跨临界CO2热泵热水器高压侧换热不同于常规制冷剂换热，其类似于水-水换热的显热交换，从压缩机排出的高温高压CO2制冷剂在换热器内加热供暖用回水或热水储水箱低于设定温度的热水，回水温度的高低决定了CO2制冷剂在换热器出口温度的高低，而CO2制冷剂在换热器出口温度的高低决定了跨临界CO2热泵热水器能效比的高低，能效比越高，机组越节能。因此，在回水温度较高的情况下，充分利用高压侧高温制冷CO2所携带的热量是实现机组高能效的关键条件。该换热器就是基于以上理论设计而来，在供暖回水温度高于45℃或热水储水箱温度低于50℃时，通过热回收系统将高压侧CO2的热量回收利用，将CO2制冷剂在换热器出口温度降低到15℃，同时热回收系统回收的热量以较高的品质加热供暖回水或热水储水箱回水，实现了系统能效比的提高。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了在充分利用跨临界CO2热泵热水器高压侧的高品质热量的同时，进一步吸收高压侧低温热量，实现热量的梯级利用，进而提高整个跨临界CO2热泵热水器系统的能效比，实现节能效果。
上述目的通过以下技术方案实现：
一种多元介质热量梯级利用的套管换热器，该套管换热器由上、下两层套管换热器组成，上层套管换热器和下层套管换热器均由内管和外管套装构成，上层套管换热器的内管连通下层套管换热器的内管，上层套管换热器的外管与内管之间及下层套管换热器的外管与内管之间分别为两个独立的封闭结构。
上、下两层套管换热器中套管(内管和外管)的盘绕方向相反，从套管换热器上方俯视，上层套管换热器的套管为逆时针方向盘绕，下层套管换热器的套管为顺时针方向盘绕。
上、下两层套管换热器中的内管在两层套管换热器之间由弯头连接；上层套管换热器内管的端口设为第一类介质入口，下层套管换热器内管的端口设为第一类介质出口；上、下两层套管换热器内管中为第一类介质的流动空间。
上、下两层套管换热器内管的端口分别安装分流器；第一类介质流动空间由上套管分流器、内管、内管连接弯头和下套管分流器组成，成为一个封闭流动空间。
上层套管换热器外管的两端与内管之间安装封堵，上层套管换热器外管邻近内管端口的一端设置第二类介质出口，在上层套管换热器外管的另一端设置第二类介质入口。第二类介质通过内管、外管和封堵在上层套管换热器中与第一类介质隔离，上层套管换热器外管和内管之间为第二类介质流动空间。
下层套管换热器外管的两端与内管之间安装封堵，下层套管换热器外管邻近内管端口的一端设置第三类介质入口，在下层套管换热器外管的另一端设置第三类介质出口。第三类介质通过内管、外管和封堵在下层套管换热器中与第一类介质隔离，下层套管换热器外管和内管之间为第三类介质流动空间。
第一类介质为高压CO2介质，第二类介质为供暖循环水或热水水箱回水；第三类介质为热回收介质，比如常规制冷剂R410a等。
第一类介质与第二、三类介质之间均为逆流换热。
本实用新型的多元介质热量梯级利用的套管换热器，该套管换热器由上下两层套管换热器组成，上下两层套管换热器内管均为第一类介质CO2，上层套管换热器外管和内管之间为第二类介质流动空间，下层套管换热器外管和内管之间为第三类介质流动空间。第一类介质与第二、三类介质之间均为逆流换热。该套管换热器在充分利用跨临界CO2热泵热水器高压侧的高品质热量的同时，进一步吸收高压侧低温热量，实现热量的梯级利用，进而提高整个跨临界CO2热泵热水器系统的能效比，实现节能效果。
附图说明
图1是本实用新型多元介质热量梯级利用的套管换热器的原理图。
图2是本实用新型多元介质热量梯级利用的套管换热器的结构示意图。
主要附图标记：
A 分流器 B 第三类介质入口
C 第二类介质出口 D 外管
E 内管 F 第二类介质入口
G 第三类介质出口 H 封堵
I 内管连接弯头 J 第一类介质入口
K 第一类介质出口
具体实施方式
如图1所示，为上述多元介质热量梯级利用的套管换热器的原理图。第一类介质入口J即为高温高压CO2制冷剂入口，第一类介质出口K为高压低温CO2制冷剂出口；第二类介质入口F为经热回收加热后的供暖回水或热水储水箱回水进口，第二类介质出口C为在充分吸收高品质热量后的高温热水出口；第三类介质入口B为热回收系统介质入口，第三类介质出口G为热回收系统介质出口。
如图1所示，上虚线内为高品质热量利用区：第一类介质高温高压的CO2与第二类介质热水回水换热，高温高压的CO2释放热量后降温为高压中温的介质，中温热水回水吸收热量后以高于70℃的高温热水流出换热器。
如图1所示，下虚线内为低品质热量回收利用区：第一类介质高压中温的CO2与热回收系统中的第三类介质换热，CO2制冷剂进一步释放热量成为高压低温流体强制流出换热器，热回收系统中的第三类介质吸收热量，由气液两相转换为具有一定干度的全气态介质，完成整个换热过程。
从图1可以看到，介质之间的换热为逆向流动换热，换热器采用套管形式。第一类介质CO2在套管内管流动，在高品质热量利用区，热水回水在套管外管流动换热；在低品质热量回收区，第三类介质在套管外管流动换热。
如图2所示，为本实用新型多元介质热量梯级利用的套管换热器的结构示意图。该套管换热器由上下两层套管换热器组成，上层套管换热器和下层套管换热器均由内管E和外管D套装构成，上下两个分套管换热器套管的盘绕加工方向相反，从套管上方视角，上层套管换热器为逆时针盘绕加工，下层套管换热器为顺时针盘绕加工。
上、下两层套管换热器中的内管E在两个分套管换热器之间由内管连接弯头I连接，上层套管换热器的内管E与下层套管换热器的内管E连通。上层套管换热器内管E的端口设为第一类介质入口J，下层套管换热器内管E的端口设为第一类介质出口K；上、下两层套管换热器内管E中均为第一类介质。
上、下两层套管换热器内管E的端口分别安装分流器A；第一类介质流动空间由上套管分流器A、内管E、内管连接弯头I和下套管分流器A组成，成为一个封闭流动空间。
上层套管换热器外管D的两端与内管E之间安装封堵H，上层套管换热器的外管D与内管E之间形成封闭结构。上层套管换热器外管D邻近内管E端口的一端设置第二类介质出口C，在上层套管换热器外管D的另一端设置第二类介质入口F。第二类介质通过内管E、外管D和封堵H在上层套管换热器中与第一类介质隔离。
下层套管换热器外管D的两端与内管E之间安装封堵H，下层套管换热器的外管D与内管E之间形成封闭结构。下层套管换热器外管D邻近内管E端口的一端设置第三类介质入口B，在下层套管换热器外管D的另一端设置第三类介质出口G。第三类介质通过内管E、外管D和封堵H在下层套管换热器中与第一类介质隔离。
上下两层套管换热器内管E均为第一类介质CO2，上层套管换热器外管D和内管E之间为第二类介质流动空间，下层套管换热器外管D和内管E之间为第三类介质流动空间。第一类介质与第二、三类介质之间均为逆流换热。
第一类介质为高压CO2介质，第二类介质为供暖循环水或热水水箱回水；第三类介质为热回收介质，比如常规制冷剂R410a等。
该套管换热器由上下两个弯管方向相反的套管换热器组成，上层套管换热器内为第一类介质CO2和第二类介质的换热，第一类介质CO2在套管换热器内管E中流动，第二类介质在套管换热器外管D流动；两类介质换热为逆向换热。内管E连接上套管分流器A和内管连接弯头I，上套管分流器A将第一类介质CO2均匀分配至每根单管中；套管两个接头处由封堵H将第一类介质CO2和第二类介质隔离；第二类介质在内管E和外管D之间流动。上层套管按逆时针(从套管上方视角)盘绕加工。
下层套管换热器内为第一类介质CO2和第三类介质的换热，第一类介质CO2在套管内管E流动，第三类介质在套管换热器外管D流动；两类介质换热为逆向换热。内管E连接下分流器A和内管连接弯头I，下分流器A的作用在于汇流第一类介质CO2；下套管两个接头处由封堵H将第一类介质CO2和第三类介质隔离；第三类介质在内管E和外管D之间流动。下层套管按顺时针(从套管上方视角)盘绕加工。
Claims (10)
1.一种多元介质热量梯级利用的套管换热器，其特征在于：该套管换热器由上、下两层套管换热器组成，上层套管换热器和下层套管换热器均由内管和外管套装构成，上层套管换热器的内管连通下层套管换热器的内管，上层套管换热器的外管与内管之间及下层套管换热器的外管与内管之间分别为独立的封闭结构。
2.根据权利要求1所述的多元介质热量梯级利用的套管换热器，其特征在于：上、下两层套管换热器中套管的盘绕方向相反。
3.根据权利要求2所述的多元介质热量梯级利用的套管换热器，其特征在于：从套管换热器上方俯视，上层套管换热器的套管为逆时针方向盘绕，下层套管换热器的套管为顺时针方向盘绕。
4.根据权利要求1所述的多元介质热量梯级利用的套管换热器，其特征在于：上、下两层套管换热器中的内管在两层套管换热器之间通过弯头连接。
5.根据权利要求4所述的多元介质热量梯级利用的套管换热器，其特征在于：上层套管换热器内管的端口设为第一类介质入口，下层套管换热器内管的端口设为第一类介质出口。
6.根据权利要求5所述的多元介质热量梯级利用的套管换热器，其特征在于：上、下两层套管换热器内管的端口分别安装分流器。
7.根据权利要求6所述的多元介质热量梯级利用的套管换热器，其特征在于：上层套管换热器外管的两端与内管之间安装封堵，下层套管换热器外管的两端与内管之间安装封堵。
8.根据权利要求7所述的多元介质热量梯级利用的套管换热器，其特征在于：上层套管换热器外管邻近内管端口的一端设置第二类介质出口，在上层套管换热器外管的另一端设置第二类介质入口；第一类介质与第二类介质之间为逆流换热。
9.根据权利要求7所述的多元介质热量梯级利用的套管换热器，其特征在于：下层套管换热器外管邻近内管端口的一端设置第三类介质入口，在下层套管换热器外管的另一端设置第三类介质出口；第一类介质与第三类介质之间为逆流换热。
10.根据权利要求8或9所述的多元介质热量梯级利用的套管换热器，其特征在于：第一类介质为高压CO2介质，第二类介质为供暖循环水或热水水箱回水，第三类介质为热回收介质。
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