用于自然水源与换热介质热交换的换热装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于自然水源与换热介质热交换的换热装置，其包括：敞开式隧道结构，其具有沿着长度方向形成的坡度，坡度驱动自然水源水在其内流动；若干个并联连接的列管换热单元，其沿敞开式隧道结构的长度方向排布于敞开式隧道结构内，其列管内流动有换热介质；进口端换热介质储箱通过独立输入管道与各列管换热单元分别连接，以向各列管换热单元内输入温度相同的换热介质；其各输入管道上均设有泵；出口端换热介质储箱通过独立的输出管道与各列管换热单元分别连接，换热介质从各列管换热单元内输出到出口端换热介质储箱内；热泵系统与上述两个储箱分别连接；控制装置与各泵分别连接以分别控制各列管换热单元内的换热介质具有不同的流速。

【技术实现步骤摘要】
用于自然水源与换热介质热交换的换热装置
本技术涉及一种换热装置，尤其涉及一种地表水换热装置。
技术介绍
众所周知，地表水地源热泵系统的技术核心是自然水源与换热介质的热交换。在现有技术中，对于提取地表水源水体在独立的自然水源与换热介质换热装置内进行热交换的地表水源离体换热系统，通常采用密闭、标准化、小型化的高效换热设备，其常见设备包括：板式列管换热单元、管壳列管换热单元等。当采用板式列管换热单元与管壳列管换热单元时，其通常选用单个或多个列管换热单元，列管换热单元内自然水源水与换热介质逆向流动，在使用多个列管换热单元时，列管换热单元之间也仅仅只是简单的并联，即自然水源水与换热介质全程逆向流动。在传统的换热装置中，自然水源水从进口到出口的温度逐步降低，换热介质从进口到出口温度逐步升高，而且两者从进口到出口沿水流运动方向其温度变化梯度随距离基本呈现线性关系，即全流程基本为均衡强度换热，如图2所示。图2示意性地显示了传统换热装置中的换热介质和自然水源水全流程温度随流动距离变化。在现有传统换热装置中，全流程基本为均衡强度换热。全流程均衡强度换热意味着自然水源水和换热介质在全流程换热过程中基本处于等温差换热，这使得在自然水源水在其对应的出口处为最低温度，换热介质在其对应的进口处为最低温度。假设：自然水源水的冰点为0℃，换热介质在换热介质进口端即自然水源水出口端的温度控制在-10℃，自然水源水在自然水源水出口端即换热介质进口端的温度控制在4℃，该区域换热温差14℃；换热介质在换热介质出口端即自然水源水进口端的温度控制在-4℃，自然水源水在自然水源水出口端即换热介质进口端的温度设定在10℃，该区域换热温差也是14℃。在该条件下，自然水源水进口端，虽然换热温差是14℃，但是对应换热介质为-4℃，换热器壁面即自然水源换热界面最低温度为-4℃，换热界面形成相变结冰的能力很低，同时自然水源水温度达到10℃，即该条件下，在自然水源水进口端换热界面基本不会发生水-冰相变；在自然水源水出口端，虽然换热温差也是14℃，但是对应换热介质为-10℃，换热器壁面即自然水源换热界面最低温度为-10℃，换热界面形成相变结冰的能力很强，同时自然水源水温度只有4℃，即该条件下，在自然水源水出口端换热界面极易发生水-冰相变。因此，在传统列管换热单元自然水源水与换热介质全流程均衡强度换热条件下，水-冰相变首先在自然水源水出口端发生，并随自然水源水出口端冰层厚度增加逐步向自然水源水进口端延伸，而且冰层在向自然水源水进口端延伸过程中很可能自然出口端冰层厚度已经达到可以堵塞自然水源水流通的程度。此外，在传统全流程均衡强度换热条件下，换热装置中水-冰相变主要发生在自然水源水出口端，可发生相变的数量有限，相变热数量很小对整体供热影响有限，无法用于峰谷调节。而且自然水源水出口端是极易产生水冰相变的区域，该区域的换热强度无法调整，会成为确定换热装置全流程换热强度的瓶颈。如果能在自然水源水高温段(自然水源水进口)加大换热强度直至列管换热单元壁面产生可控制厚度的冰层，这样可以降低自然水源水低温段(自然水源水出口)的换热量即降低换热强度，在低换热强度下，同样的换热介质进口温度允许自然水源水出口端以较低的温度排放，且列管换热单元壁面产生的冰层不阻塞自然水源水的正常流通即冰层厚度也在控制范围内，自然水源水出口端的温度可以控制在冰点以上较低温度。若采用这种控制方法，便可在换热装置进行换热的全流程产生控制冰层厚度的水-冰相变，则可发生数量巨大的相变，巨大数量的相变热对整体供热影响很大，可以用于峰谷调节，自然水源水低出口温度意味着自然水源水可提取热能提高。基于此，为了克服以上现有技术中的缺陷，在上述非均衡强度换热理论指导下，技术人从工程思维角度出发，将地表水换热系统中自然水源水与换热介质的换热装置由设备化改为构件化，创造性地设计了一种新的用于自然水源与换热介质热交换的换热装置，该换热装置实现了自然水源水从进口到出口水流全流程非均衡强度换热的理念。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于自然水源与换热介质热交换的换热装置，在该换热装置中，自然水源水从进口到出口水流的全流程为非均衡强度换热，其可以通过控制向各列管换热单元输送的换热介质的流通速度与出口温度，使自然水源水在换热过程中的温度变化梯度处于设定区间，通过控制自然水源水温度变化梯度使每个列管换热单元外壁面均产生可控轻微相变结冰，控制生成冰层的厚度，从而实现自然水源水在近冰点排放时保持顺行，达到对自然水源水能量的最大提取。为了实现上述目的，本技术提出了一种用于自然水源与换热介质热交换的换热装置，其包括：敞开式隧道结构，其具有沿着长度方向形成的坡度，所述坡度驱动自然水源水在敞开式隧道结构内流动；若干个彼此之间并联连接的列管换热单元，其沿敞开式隧道结构的长度方向排布于敞开式隧道结构内，所述列管换热单元的列管内流动有换热介质；进口端换热介质储箱，其通过独立的输入管道与各列管换热单元分别连接，以向各列管换热单元内输入温度相同的换热介质；其中各输入管道上均设有泵；出口端换热介质储箱，其通过独立的输出管道与各列管换热单元分别连接，所述换热介质从各列管换热单元内输出到出口端换热介质储箱内；热泵系统，其与所述进口端换热介质储箱和出口端换热介质储箱分别连接；控制装置，其与各泵分别连接以分别控制各列管换热单元内的换热介质具有不同的流通速度，以控制各列管换热单元的外壁上均产生设定厚度范围内的相变结冰。在本技术的上述技术方案中，本技术针对现有技术中存在的不足提供了一种包括：敞开式隧道结构、若干个列管换热单元、进口端换热介质储箱、出口端换热介质储箱、热泵系统和控制装置的开式结构换热装置，该换热装置实现了自然水源水从进口到出口水流全流程非均衡强度换热的理念。在本技术中，列管换热单元以并联方式浸没于敞开式隧道结构内自然水源水中，进口端换热介质储箱通过独立的输入管道向各列管换热单元同时输送换热介质，换热介质在敞开式隧道结构内换热后汇集于出口端换热介质储箱中，两种储箱内的换热介质与热泵系统连接可以构成地表水源热泵系统。本技术所述的换热装置通过控制各列管换热单元中的换热介质的流通速度与出口温度，可以使各列管换热单元的外壁面均产生厚度可控的相变结冰，控制冰层厚度的生成量，使结冰导致的自然水源水流通阻力的增加值，仅通过提高隧道进出口自然水源水高位差产生的压力增加值来克服，以保持本技术所述换热装置稳定、可靠的运行。在本技术所述的换热装置中，自然水源水从敞开式隧道结构进口向敞开式隧道结构出口流动，其温度逐步降低。由于进口端换热介质储箱向各列管换热单元输出的换热介质温度相同，因此靠近敞开式隧道结构进口的列管换热单元处于高自然水源水温度、高温差换热的条件(换热介质与自然水源水温差较大)。此时，换热装置可以通过控制装置控制泵，提高对应列管换热单元的列管内流动的换热介质的速度，采用提高换热介质流动速度的方法进行高强度换热，直至列管换热单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于自然水源与换热介质热交换的换热装置，其特征在于，其包括：/n敞开式隧道结构，其具有沿着长度方向形成的坡度，所述坡度驱动自然水源水在敞开式隧道结构内流动；/n若干个彼此之间并联连接的列管换热单元，其沿敞开式隧道结构的长度方向排布于敞开式隧道结构内，所述列管换热单元的列管内流动有换热介质；/n进口端换热介质储箱，其通过独立的输入管道与各列管换热单元分别连接，以向各列管换热单元内输入温度相同的换热介质；其中各输入管道上均设有泵；/n出口端换热介质储箱，其通过独立的输出管道与各列管换热单元分别连接，所述换热介质从各列管换热单元内输出到出口端换热介质储箱内；/n热泵系统，其与所述进口端换热介质储箱和出口端换热介质储箱分别连接；/n控制装置，其与各泵分别连接以分别控制各列管换热单元内的换热介质具有不同的流通速度，以控制各列管换热单元的外壁上均产生设定厚度范围内的相变结冰。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于自然水源与换热介质热交换的换热装置，其特征在于，其包括：
敞开式隧道结构，其具有沿着长度方向形成的坡度，所述坡度驱动自然水源水在敞开式隧道结构内流动；
若干个彼此之间并联连接的列管换热单元，其沿敞开式隧道结构的长度方向排布于敞开式隧道结构内，所述列管换热单元的列管内流动有换热介质；
进口端换热介质储箱，其通过独立的输入管道与各列管换热单元分别连接，以向各列管换热单元内输入温度相同的换热介质；其中各输入管道上均设有泵；
出口端换热介质储箱，其通过独立的输出管道与各列管换热单元分别连接，所述换热介质从各列管换热单元内输出到出口端换热介质储箱内；
热泵系统，其与所述进口端换热介质储箱和出口端换热介质储箱分别连接；
控制装置，其与各泵分别连接以分别控制各列管换热单元内的换热介质具有不同的流通速度，以控制各列管换热单元的外壁上均产生设定厚度范围内的相变结冰。


2.如权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述控制装置包括变频控制器。


3.如权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述坡度≤2％。


4.如权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述敞开式隧道结构的长径比≥50，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵铭，赵宗波，于希军，赵宏彬，李凌飞，芦照华，
申请(专利权)人：青岛新欧亚能源有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37