CN220083363U - 一种换热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种换热系统，其包括空气源热泵子系统及热管换热子系统。该系统整合了超低温空气源热泵和热管换热器技术，空气源热泵子系统在管壳式换热器中与热管换热子系统中的氟利昂工质换热，令氟利昂在蒸发段沸腾或蒸发，产生汽化潜热，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在冷凝段内冷却并加热空气，氟利昂蒸汽遇冷壁面，凝结成液体，同时放出汽化潜热，然后回流到蒸发段再次蒸发，如此往复，实现对外部冷热两种介质的热量传递与交换。加热的空气提供给矿井井口以达到保温加热的作用，是一种高效、节能的换热系统。

Description

一种换热系统

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，特别是涉及到一种换热系统。

背景技术

我国北方地区的冬季天气寒冷，一些需要低温热源，如矿井井口、地磅、泵房等如果不采取加热措施，会存在大量冷风从井口进入矿道及矿洞的现象，导致井口及地面结冰、皮带冻裂、自来水管爆裂、润滑油凝结等事故，严重影响生产安全，甚至造成停产。因此技术规程规定矿井井口的冬季总进风的气温不得小于2℃。为了提高矿井井口的进风温度，现有技术中存在的解决方案一般为通过燃煤锅炉、燃气锅炉、生物质锅炉、电锅炉来加热水，通过水-空气换热器产生的热风与井口的自然流动的冷风进行混合，形成混合风，对井筒进行保暖，使得井筒的混合风温度始终保持在2℃以上，这样即使在寒冷的冬天，井筒内的水管、油管等都能够保持正常工作，工人可以安全生产。然而这些传统的加热方式存在能源利用率低、能耗高、能源供应不稳定以及不够节能环保等问题。

现有技术中还存在采用传统的空气源热泵或者水源热泵来加热水，并通过热水对热风的温度进行自动调节，来实现井口保温的目的。但是这种传统的空气源热泵系统或水源热泵系统的适应工况较少，存在系统工作不够稳定、能效不高等缺陷。

实用新型内容

本实用新型为了解决传统解决方案存在的各种问题，提供一种空气源热泵系统，以便解决矿井井口升温的技术问题。本实用新型提供一种换热系统，其包括空气源热泵子系统及热管换热子系统；

所述空气源热泵子系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、节流部件、管路及空气源热泵子系统换热工质；

所述冷凝器为管壳式换热器的管程段，所述空气源热泵子系统换热工质流过所述管壳式换热器的管程段；

所述热管换热子系统包括蒸发段、冷凝段、上升管、下降管及热管换热子系统换热工质；

所述蒸发段为管壳式换热器的壳程段，所述热管换热子系统换热工质流过所述壳程段并与流过管程段的空气源热泵子系统换热工质进行热交换并蒸发，随后通过上升管进入冷凝段，并在其中冷凝，随后通过下降管流回所述蒸发段；

所述冷凝段为空气换热器，空气流过所述空气换热器的空气侧并被热管换热子系统换热工质加热并随后被供应。

进一步的，在所述系统的全部运行工况下，所述热管换热子系统换热工质在管壳式换热器的壳程段中形成的液面均高于管程段中的换热管路中处于最高处的管路所在的平面。

进一步的，所述空气源热泵子系统为两个或者多个，所述两个或多个空气源热泵子系统并联工作，且每个空气源热泵子系统的冷凝器均共用一个管壳式换热器的壳程段。

进一步的，空气源热泵子系统的压缩机为变频压缩机。

进一步的，当一个空气源热泵子系统化霜时，其他空气源热泵子系统提高工作频率。

进一步的，所述热管换热子系统换热工质为氟利昂。

进一步的，所述空气换热器设置有风机。

进一步的，所述空气用于给矿井井口保温。

进一步的，所述空气源热泵子系统为超低温空气源热泵。

进一步的，所述热管换热子系统的冷凝段内设置有吸液芯。

本实用新型整合了超低温空气源热泵和热管换热器技术，空气源热泵子系统利用逆卡诺循环原理，吸收空气中的热量，在管壳式换热器中与热管换热子系统中的氟利昂工质换热，令氟利昂在蒸发段沸腾或蒸发，产生汽化潜热，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在冷凝段内冷却并加热空气，氟利昂蒸汽遇冷壁面，凝结成液体，同时放出汽化潜热，然后回流到蒸发段再次蒸发，如此往复，实现对外部冷热两种介质的热量传递与交换。加热的空气提供给矿井井口以达到保温加热的作用，是一种高效、节能的换热系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型披露的实施例1的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型专利的结构和运行方式做进一步详细说明，显然，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型专利，它们不应该理解为对本实用新型专利的限制。基于本实用新型专利的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

结合图1所示，本实用新型披露一种换热系统，包括空气源热泵子系统S1及热管换热子系统S2，其中所述空气源热泵子系统S1包括压缩机、蒸发器、冷凝器、节流部件、管路及空气源热泵子系统换热工质；所述冷凝器为管壳式换热器2的管程段，所述空气源热泵子系统S1换热工质流过所述管壳式换热器2的管程段；

所述热管换热子系统S2包括蒸发段、冷凝段、上升管、下降管及热管换热子系统换热工质；所述蒸发段为管壳式换热器2的壳程段，所述热管换热子系统换热工质流过所述管壳式换热器2的壳程段并与流过管程段的空气源热泵子系统换热工质进行热交换并蒸发，随后通过上升管进入冷凝段，并在其中冷凝，随后通过下降管流回所述蒸发段；其中冷凝段为空气换热器6，空气流过所述空气换热器6的空气侧并被热管换热子系统换热工质加热并随后被供应，例如供应给需要热风的场合。

热管换热子系统S2中热管换热子系统换热工质的充注量是充足的，以便在所述系统的全部运行工况下，所述热管换热子系统换热工质在管壳式换热器2的壳程段中形成的液面均高于管程段中的换热管路中处于最高处的管路所在的平面。这样的好处在于，管程段中的换热管路完全浸没在壳程段中的换热工质之中，管壳式换热器2即形成了满液式换热器，最大化的提高系统的制热效果。

在具体的实施例中，所述热管换热子系统换热工质为氟利昂，所述热管换热子系统的冷凝段内设置有吸液芯。换热工质为氟利昂，相较于水，无需考虑管路结垢以及冬季停机维护管路结冰，具有很高的推广性和社会经济性意义。

所述空气换热器设置有风机。风机将空气吹过空气换热器6，经过加热后供应到矿井井口，起到对矿井井口的保温作用。由于冬季室外气温低，矿井附近的空气温度也非常低，因此所述空气源热泵子系统可以为超低温空气源热泵，以适应超低温的空气条件。本实施例中，由于矿井井口所需要的送风温度为2℃，因此空气源热泵子系统的冷凝温度可以做到15-25℃，一定程度上降低了压缩机的压缩比，空气源热泵子系统可以高能效运行，做到高效节能。

所述换热器系统的具体工作过程为，空气源热泵子系统S1利用逆卡诺循环原理，吸收空气中的热量，将热量释放给管壳式换热器2中的热管换热子系统中的氟利昂，氟利昂在蒸发段受热后将沸腾或蒸发，产生汽化潜热，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在管内一定压差的作用下，经过上升段流到空气换热器6中，经过风机5的冷却，蒸汽遇冷壁面，凝结成液体，同时放出汽化潜热，冷凝液靠重力或吸液芯作用下回流到蒸发段再次蒸发。如此往复，实现对外部冷热两种介质的热量传递与交换。热管换热子系统S2中的工质在整个循环过程不需要提供外力，因此节能环保。热管换热子系统采用活动的静密封结构，方便维修、清洗，且焊接结构密封可靠，两边流体没有泄漏的隐患。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于，上述换热系统中的空气源热泵子系统为两个或者多个，所述两个或多个空气源热泵子系统并联工作，且每个空气源热泵子系统的冷凝器均共用一个管壳式换热器的壳程段。每个空气源热泵子系统的冷凝器为同一个管壳式换热器中的并联设置的管程段，所有的管程段共用一个壳程段，即所有的管程段均浸没在壳程段内的换热工质中。

在此种情况下，所述空气源热泵子系统的压缩机为变频压缩机。这样当一个空气源热泵子系统化霜时，其他空气源热泵子系统可以提高工作频率而不影响总的热量输出。此外，多台空气源热泵子系统的冷凝器共用一个壳程段的好处还在于，由于当某个空气源热泵子系统化霜时，其余的空气源热泵子系统可以为其提供热量。当末端负荷降低后，可以通过个别机组停机的方式来进行变频调节，以达到节能的效果。

上述各实施例仅用于说明本实用新型专利，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型专利的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种换热系统，其特征在于：包括空气源热泵子系统及热管换热子系统；

所述空气源热泵子系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、节流部件、管路及空气源热泵子系统换热工质；

所述冷凝器为管壳式换热器的管程段，所述空气源热泵子系统换热工质流过所述管壳式换热器的管程段；

所述热管换热子系统包括蒸发段、冷凝段、上升管、下降管及热管换热子系统换热工质；

所述蒸发段为管壳式换热器的壳程段，所述热管换热子系统换热工质流过所述壳程段并与流过管程段的空气源热泵子系统换热工质进行热交换并蒸发，随后通过上升管进入冷凝段，并在其中冷凝，随后通过下降管流回所述蒸发段；

所述冷凝段为空气换热器，空气流过所述空气换热器的空气侧并被热管换热子系统换热工质加热并随后被供应。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：在所述系统的全部运行工况下，所述热管换热子系统换热工质在管壳式换热器的壳程段中形成的液面均高于管程段中的换热管路中处于最高处的管路所在的平面。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述空气源热泵子系统为两个或者多个，所述两个或多个空气源热泵子系统并联工作，且每个空气源热泵子系统的冷凝器均共用一个管壳式换热器的壳程段。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于空气源热泵子系统的压缩机为变频压缩机。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：当一个空气源热泵子系统化霜时，其他空气源热泵子系统提高工作频率。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述热管换热子系统换热工质为氟利昂。

7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述空气换热器设置有风机。

8.根据权利要求1或2所述系统，其特征在于所述空气用于给矿井井口保温。

9.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述空气源热泵子系统为超低温空气源热泵。

10.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述热管换热子系统的冷凝段内设置有吸液芯。