一种多元介质热量梯级利用的套管换热器制造技术

本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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。本技术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是本技术多元介质热量梯级利用的套管换热器的原理图。图2是本技术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，为本技术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，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王守国，水春雨，洪蔚，林世华，李鹏，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京中铁科节能环保新技术有限公司，中国铁道科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11