CN208720406U - 一种自动除垢的海水空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自动除垢的海水空调系统。其技术方案是：用户侧循环介质通过用户侧循环泵与第一换热器的管程连接，第一换热器一端连接四通换向阀，另一端通过管线连接到干燥过滤器的一端，干燥过滤器的另一端通过热力膨胀阀连接到第二换热器的壳程一端，第二换热器的壳程另一端通过管线连接到四通换向阀，第二换热器的管程通过海水侧循环水泵连接到海水侧。有益效果是：污垢在经过结冰及迅速化霜的冷热膨胀过程后，会自动脱离管壁，采用的是多套管内管螺旋式结构，增加了铜管的机械强度，因此水在结冰时对换热器不会造成损伤；该系统运维简单，使用寿命长，不会对环境造成污染，解决了海水源热泵的除垢困难和腐蚀问题。

Description

一种自动除垢的海水空调系统

技术领域

本实用新型涉及一种海水空调系统及方法，特别涉及一种自动除垢的海水空调系统。

背景技术

海洋是一个巨大的可再生能源库，进入海洋中的太阳辐射能一部分转变为海流的动能，更多的是以热能的形式储存在海水中，而且海水的热容量又比较大，为3996kJ／(m3•℃)，而空气只有1.28kJ／(m3•℃)。随着热泵技术的发展，把海水用作冷源和热源代替传统的锅炉房和冷冻机进行区域供热和供冷在技术上已经成为可能，是可再生能源利用达到实用的技术之一。

我国有超过3万 km 的海岸线，有众多的岛屿和半岛，目前沿海城市是发展最快的地区，建筑物分布密集度高，对环保及节能的要求很高，同时沿海城市又是冷、热负荷最集中的地区。在适当的季节、适当的海域及深处取得15℃以下的海水，经过中介换热可为建筑供冷，是最为节能的空调方式。（不同海域不同设计）海水热泵取消了空调系统的冷却设备，利用海水源热泵技术进行集中供热供冷，采用区域规模化应用，热泵机组运行效率会显著提高，运行费用必然明显降低，将会带来巨大的经济效益和社会效益。

海水的腐蚀性和海生物附着问题是应用海水源热泵必须解决的问题。海水的盐度在30‰左右，海水对管路和设备的腐蚀关系到海水源热泵系统能否安全。海生物主要指海水中的固着生物(藤壶类、牡蛎等)、粘附微生物(细菌、硅藻和真菌等)、附着生物(海藻类等)和吸营生物(贻贝、海藻等)，这些海生物进入海水源热泵系统，其幼虫及孢子还可能在管路中繁殖生长，从而堵塞海水源热泵系统，影响供水系统的正常运行。一些海水源系统采用水体加化学药剂的形式解决海生物附着问题，造成二次污染。换热器也由于结垢及化学药剂清洗等原因，会造成管壁破损，导致整机报废，因此目前海水热泵无法做到长期使用。

中国专利文献公开号为202927984U，专利名称为《一种海水换热中央空调器的冷热水机组》，包括压缩机、四通转换阀、耐蚀换热器、节流装置、系统循环水换热器，四通转换阀的接口分别与压缩机、耐蚀换热器、系统循环水换热器相连接，节流装置连通在耐蚀换热器和系统循环水换热器之间，还包括除垢灭藻装置，除垢灭藻装置接驳在耐蚀换热器的进水端口。此款冷热水机组的耐蚀换热器加装除垢灭藻装置，利用物理方式对海水做除垢灭藻处理，减少管道因水沟和藻类滋生引起的阻塞问题，延长设备寿命和改善制冷效果；另外，在机组中增加了热回收系统，充分利用多余热量通过换热器对生活用水进行加热，一定程度上节约了能源、防止了空调设备对周围环境的热污染。

发明内容

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种自动除垢的海水空调系统，解决了海水的除污除垢困难的问题，另外，采用了耐腐蚀的材料，提高了空调的使用寿命。

本实用新型提到的一种自动除垢的海水空调系统，其技术方案是：包括用户侧循环泵（1）、第一换热器（2）、四通换向阀（3）、压缩机（4）、气液分离器（5）、第二换热器（6）、热力膨胀阀（7）、干燥过滤器（8）、海水侧循环水泵（9）、用户侧循环介质（A）、海水侧（B），所述用户侧循环介质（A）通过用户侧循环泵（1）与第一换热器（2）的管程连接，第一换热器（2）的壳程的一端通过管线连接到四通换向阀（3）的C口，另一端通过管线连接到干燥过滤器（8）的一端，干燥过滤器（8）的另一端通过热力膨胀阀（7）连接到第二换热器（6）的壳程一端，第二换热器（6）的壳程另一端通过管线连接到四通换向阀（3）的E口，所述第二换热器（6）的管程通过海水侧循环水泵（9）连接到海水侧（B）；四通换向阀（3）的D口连接到压缩机（4），压缩机（4）的进口端与四通换向阀（3）的S口之间设有气液分离器（5）。

优选的，上述的第二换热器（6）包括多个外管和多个内管套制而成，一个套管内套有一个内管，且多个套管外端并接在一起，所述内管外壁设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽与外管之间形成壳程，壳程内通入冷媒，在内管的内壁通入海水。

优选的，上述的内管采用镍白铜制成。

优选的，上述的外管采用镍白铜制成。

优选的，上述的一个外管和内管的截面图为花瓣形结构。

优选的，上述的内管外壁设有多组螺旋形凹槽，从而形成多个换热通道。

本实用新型的有益效果是： 本实用新型系统采用多套管内管螺旋式换热器，分别从材料和结构上解决了目前换热器的弊端，其换热器材料为镍白铜，强度高，耐腐蚀性强，换热器采用多套管内管螺旋式结构，提高换热效率，同时提高其耐压强度。目前水源热泵的采用传统换热器其标况下COP值约为4-4.5左右，而本实用新型海水空调采用新型换热器其COP值可达到5-6左右。经测试，该换热器通关内的耐压值可达到20MPa，解决了因换热器内循环水结冰而导致换热器报废的难题；相比较现有技术，该系统运维简单，使用寿命长，不会对环境造成污染，解决了海水源热泵的除垢困难和腐蚀问题。

附图说明

附图1是本实用新型系统的空调制热流程图；

附图2是蒸发器结垢后，对蒸发器内部循环海水进行冷冻结冰的示意图；

附图3是蒸发器冷冻完成后，进行高温化冻的示意图；

附图4是第二换热器内单个螺旋管的剖视示意图；

附图5是第二换热器内部结垢时单个螺旋管剖视示意图；

附图6是第二换热器第二种实施例的内管的结构示意图；

图中：用户侧循环泵1、冷凝器2、四通换向阀3、压缩机4、气液分离器5、蒸发器6、热力膨胀阀7、干燥过滤器8、海水侧循环水泵9、用户侧循环介质A、海水B；外管6.1、多个内管6.2、壳程6.3、管程6.4、螺旋形凹槽6.2.1。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照附图1-5，本实用新型提到的一种自动除垢的海水空调系统，其技术方案是：包括用户侧循环泵1、第一换热器2、四通换向阀3、压缩机4、气液分离器5、第二换热器6、热力膨胀阀7、干燥过滤器8、海水侧循环水泵9、用户侧循环介质A、海水侧B，所述用户侧循环介质A通过用户侧循环泵1与第一换热器2的管程连接，第一换热器2的壳程的一端通过管线连接到四通换向阀3的C口，另一端通过管线连接到干燥过滤器8的一端，干燥过滤器8的另一端通过热力膨胀阀7连接到第二换热器6的壳程一端，第二换热器6的壳程另一端通过管线连接到四通换向阀3的E口，所述第二换热器6的管程通过海水侧循环水泵9连接到海水侧B；四通换向阀3的D口连接到压缩机4，压缩机4的进口端与四通换向阀3的S口之间设有气液分离器5。

其中，第二换热器6包括多个外管6.1和多个内管6.2套制而成，一个套管内套有一个内管，且多个套管外端并接在一起，所述内管外壁设有螺旋形凹槽6.2.1，所述螺旋形凹槽6.2.1与外管之间形成壳程6.3，壳程内通入冷媒，在内管的内壁也就是管程6.4通入海水。

另外，内管采用镍白铜制成，外管采用镍白铜制成，本镍白铜合金组份包括下述质量组份：Ni为12-14％；Fe为1.8-2％；Mn为0.7-0.8％；Pb为0.01-0.02％；Zn为0.01-0.25％；P为0.02-0.025％；C为0.0025-0.0035％；S为0.003-0.004％；Al为0.1-1.0％；其余为Gu。与现有的技术相比，该镍白铜合金及其组份的优点在于：镍含量较低，能够大幅降低材料成本，降低成本；而且机械性能优良，在不断的冷热交替中避免内管和外管爆裂，延长了使用寿命。

参照附图4-5，本发明的一个外管和内管的截面图为花瓣形结构，该结构可以保证了海水在内管的管程中结冰时，耐压能力较大，避免内管被撑破变形，更大程度的保证了产品的性能。

本实用新型提到的一种自动除垢的海水空调系统的使用方法，包括以下步骤：

（a）压缩机4将低温的汽态冷媒压缩成高温高压的汽态冷媒，通过四通换向阀3进入第一换热器2与用户侧循环介质进行热交换，将低温介质加热成高温介质，同时冷媒变成常温高压的汽态和液态混合物，液态冷媒通过热力膨胀阀7后压力降低，进入第二换热器6，冷媒吸收海水的热量沸腾汽化，最后进入压缩机4，完成制热循环，在此过程运行一段时间后，由于海水中存在微生物或盐碱，使第二换热器6内的管程出现污垢，造成换热效率下降；

（b）当第二换热器6下降到设计值时，此时需要除污垢操作，系统继续制热循环，将海水侧循环水泵9停机，此时第二换热器6内的水放热降温至冰点后开始结冰，当第二换热器6内水全部结冰后，将系统切换成制冷循环，四通换向阀3切换冷媒流向，将高温高压的汽态冷媒送入第二换热器6，对冰冻的海水进行化霜，在第二换热器6的管程的污垢经过结冰和化霜的冷热交替过程会自动脱离内管管壁，然后将海水侧循环水泵9再次打开，将融化的冰水和污垢冲出第二换热器6。

优选的，上述的第二换热器6包括多个外管和多个内管套制而成，一个套管内套有一个内管，且多个套管外端并接在一起，所述内管外壁设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽与外管之间形成壳程，壳程内通入冷媒，在内管的内壁通入海水。

通过检测海水进出口温度和压力来精确判断第二换热器的结垢程度，当进出水水温温差低于设定温度2℃，则海水管路的循环水泵停机，海水空调持续运行一段时间，使得第二换热器内部结冰；当出水温度低于0℃，海水空调通过四通换向阀，改变冷媒走向，将高温高压的汽态冷媒切换至第二换热器内部，对第二换热器进行化霜；污垢在经过结冰及迅速化霜的冷热膨胀过程后，会自动脱离管壁，当达到设定的运行时间后，循环水泵开启，冰水和污垢会自动随循环水流出，整个除垢循环完成，系统自动恢复初始运行状态。

1.本实用新型系统采用多套管内管螺旋式换热器，分别从材料和结构上解决了目前换热器的弊端，其换热器材料为镍白铜，强度高，耐腐蚀性强，换热器采用多套管内管螺旋式结构，提高换热效率，同时提高其耐压强度。目前水源热泵的采用传统换热器其标况下COP值约为4-4.5左右，而本实用新型海水空调采用新型换热器其COP值可达到5-6左右。经测试，该换热器通关内的耐压值可达到20MPa，解决了因换热器内循环水结冰而导致换热器报废的难题；

2. 现有海水源热泵机组长期运行时，换热器内部会产生结垢、微生物粘附等情况，使得机组换热效率下降，系统的制冷制热量减少，影响客户的使用效果。针对上述情况，目前除污除垢的解决方案为投放化学药剂的方式，该方式无法准确掌握化学药剂的投入量，也无法判断除垢的程度，因此会造成资源浪费，使用时会经常出现化学药剂腐蚀换热器管壁的情况，长期使用换热器管壁会出现漏洞，造成系统报废，且化学药剂会对海水造成污染，破坏环境，不符合节能环保的使用理念。因此目前海水源热泵普遍存在使用周期较短（半年左右），需经常更换换热器的情况，这无形中给用户增加了使用成本，造成了物资的浪费，同时对海水产生了污染；

本实用新型通过对海水源热泵的系统进行优化设计，从换热器结构、系统工艺流程、机组自动控制方式等进行综合考虑，提出了全自动除污除垢方案。该方案通过检测海水进出口温度和压力来精确判断第二换热器的结垢程度，当进出水水温温差低于设定温度2℃，则海水管路的循环水泵停机，海水空调持续运行一段时间，使得第二换热器内部结冰；当出水温度低于0℃，海水空调通过四通换向阀，改变冷媒走向，将高温高压的汽态冷媒切换至第二换热器内部，对第二换热器进行化霜；污垢在经过结冰及迅速化霜的冷热膨胀过程后，会自动脱离管壁，当达到设定的运行时间后，循环水泵开启，冰水和污垢会自动随循环水流出，整个除垢循环完成，系统自动恢复初始运行状态。本实用新型的自动除污除垢方法经多次验证，除污除垢效果显著，换热器内部铜管采用的是多套管内管螺旋式结构，增加了铜管的机械强度，因此水在结冰时对换热器不会造成损伤；

3.传统的水源热泵系统，其压缩机安装于换热器的上部，管路设计不当会导致压缩机回油效果差。本实用新型改变原有系统布局方式，将压缩机安装位置低于换热器，并设置U型回油管路，采用自然重力回油使压缩机的回油更彻底，降低了压缩机因缺油而烧毁的概率；

4.本实用新型的海水空调其控制系统通过RS485接口可完成多机并联控制，配合串口服务器等设备实现信号远程传输，可实现系统的远程控制、参数设置及自动除污；

5.本实用新型针对目前热泵机组运行过程中故障点难以准确判断，使用维护需要较高的学习成本等问题，提出了如下解决方案。通过在系统中增加高低压侧压力传感器、压缩机运行电流传感器等，当系统产生故障报警时，可由公司统一的服务人员对系统的运行数据进行分析，判断故障类型，给出用户一个准确的解决方法。该方式提高了机组的运维效率；

6.本实用新型针对海水空调优化布局结构，降低压缩机安装位置，机组布局紧凑节省材料且重心低，通过优化管路设计，机组整体振动低，使用寿命长。

7.海水空调采用模块化设计理念，机组规格统一，针对不同用户需求可以进行模块化拼装。使得安装更方便，运维更简单。

实施例2，本实用新型提到的实施例与实施例1不同之处：参照附图6，内管外壁设有多组螺旋形凹槽6.2.1，从而形成一个内管上设有多个换热通道，更加增大了换热效率。

可以在一根内管的表面设有六组螺旋形凹槽6.2.1，两个同轴外管之间连接十四个套管，从而形成八十四个螺旋形的换热通道，与现有技术的一根换热器相比，增加了十三根同轴的换热器，这样，大幅减少了液体流动的阻力，并且大幅提高了换热量。

以上所述，仅是本实用新型的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本实用新型的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种自动除垢的海水空调系统，其特征是：包括用户侧循环泵（1）、第一换热器（2）、四通换向阀（3）、压缩机（4）、气液分离器（5）、第二换热器（6）、热力膨胀阀（7）、干燥过滤器（8）、海水侧循环水泵（9）、用户侧循环介质（A）、海水侧（B），所述用户侧循环介质（A）通过用户侧循环泵（1）与第一换热器（2）的管程连接，第一换热器（2）的壳程的一端通过管线连接到四通换向阀（3）的C口，另一端通过管线连接到干燥过滤器（8）的一端，干燥过滤器（8）的另一端通过热力膨胀阀（7）连接到第二换热器（6）的壳程一端，第二换热器（6）的壳程另一端通过管线连接到四通换向阀（3）的E口，所述第二换热器（6）的管程通过海水侧循环水泵（9）连接到海水侧（B）；四通换向阀（3）的D口连接到压缩机（4），压缩机（4）的进口端与四通换向阀（3）的S口之间设有气液分离器（5）。

2.根据权利要求1所述的自动除垢的海水空调系统，其特征是：所述的第二换热器（6）包括多个外管和多个内管套制而成，一个套管内套有一个内管，且多个套管外端并接在一起，所述内管外壁设有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽与外管之间形成壳程，壳程内通入冷媒，在内管的内壁通入海水。

3.根据权利要求2所述的自动除垢的海水空调系统，其特征是：所述的内管采用镍白铜制成。

4.根据权利要求2所述的自动除垢的海水空调系统，其特征是：所述的外管采用镍白铜制成。

5.根据权利要求2所述的自动除垢的海水空调系统，其特征是：所述的一个外管和内管的截面图为花瓣形结构。

6.根据权利要求2所述的自动除垢的海水空调系统，其特征是：所述的内管外壁设有多组螺旋形凹槽，从而形成多个换热通道。