一种地表水换热装置及系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种地表水换热装置，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；列管换热器，其排布于所述敞开式隧道结构内，所述列管换热器的列管内部流动有换热介质；循环泵，其与所述列管换热器连接，以驱动换热介质的流动。相应地，本实用新型专利技术还公开了一种地表水换热系统，其除包括上述的地表水换热装置外，还包括：自然水源提取装置、自然水源返回装置、换热介质与制冷剂换热装置、工作介质与制冷剂换热装置和工作介质输出装置。

【技术实现步骤摘要】
一种地表水换热装置及系统
本技术涉及一种换热装置及系统，尤其涉及一种地表水换热装置及系统。
技术介绍
根据国家标准《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)可知，以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统，统称为地源热泵系统。然而，根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统又可以分为：地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。进一步地，在地表水地源热泵系统中，与地表水进行热交换的地热能交换系统又可以分为：开式地表水换热系统(open-loopsurfacewatersystem)和闭式地表水换热系统(closed-loopsurfacewatersystem)。其中，开式地表水换热系统是指：采用取水系统从自然水源水体提取自然水源水，自然水源水经净化处理后在循环泵的驱动下与换热介质进行热交换的系统；闭式地表水换热系统是指：将列管换热器按照各种排列方法直接浸入自然水源水体中，换热介质通过列管换热器管壁与自然水源水体直接进行热交换的系统。然而，传统的开式地表水换热系统和闭式地表水换热系统均存在一定的缺陷，具体如下：(1)在传统的开式地表水换热系统中，自然水源水与换热介质的热交换属于强制热交换，即自然水源水与换热介质在换热装置内均采用循环泵加压的高速流动模式，其换热装置一般选用密闭、标准化、小型化的高效换热设备，并遵循大批量、规模化、标准化的设备制造思维，将换热设备标准化为一种通用标准设备，最常见的标准化设备包括：板式换热器、管壳式换热器。板式换热器一般采用间隙为0.6～0.8mm换热板板间换热，管壳换热器一般采用间距在10～20mm的管束在管间换热。板式换热器与管壳换热器均具有流体流通间隙狭窄的特点，而这一特点正是批量化、规模化、标准化的设备制造思维的体现，它保证了换热设备的小型化、高效化和低成本优势。但是，板式换热器与管壳换热器的流隙狭小很容易引起水路堵塞，故对换热流体的纯净度与稳定性有较高要求，对水源水质要求高，这对于冶金、化工、电力等常规稳定的工业过程而言是可以实现的，因此板式换热器与管壳换热器在常规工业领域得到很好的应用。然而，自然水源的水源状态是极不稳定，因此，自然水源采用板式换热器与管壳换热器需要庞大的水源预处理系统，既要除去水体中的悬浮物，也要除掉水体中微生物，大量药剂的使用可能污染水体。即使这样，在运行过程中，两种换热器均极易结垢、形成污垢层，导致换热效率迅速下降，严重时必须停机进行污垢清洗。在板式换热器及管壳换热器中，流体在换热器边界处过渡段会出现流速较低的流态，当流体温度下降到冰点附近时，该过渡段会率先因温度下降发生相变结冰，进而导致换热器内部结冰堵塞引起系统故障；同时换热介质温度不宜过低，如果过低换热器壁面将产生相变结冰现象，从而增加水流阻力，并进一步强化结冰现象直至系统因结冰而堵塞。同时两种换热器以一体化为主，目前虽然有便携可拆卸式面世，但是发生堵塞事故后，两种换热器维修均很不方便，需要停机进行拆卸更换等工作，维修工程较为复杂困难。同时，在追求小型化、高效化和低成本的理念下，设备化的换热器均采用了高强度换热模式即同样换热量下换热界面相对较小。高强度换热模式要求换热器换热界面两侧的介质均处于高温差条件，这就导致两个问题。其一，换热后自然水源水的出口对应中间介质的入口，即自然水源水、中间介质均处于最低温度条件，高强度换热模式又要求换热界面两侧的介质处于高温差条件，超低温中间介质使换热器自然水源侧界面产生超低温，则换热器自然水源侧产生相变发生结冰，自然水源水又处于低温条件，在高强度换热模式下，相变发生发生强度高，冰层厚度大，在此处生成的厚冰层极有可能阻塞水流通道，如果仍保持高强度换热模式只能提高自然水源出口温度抑制冰层厚度在允许范围内，这就导致自然水源水可提取温差降低，即自然水源水可提取能量降低。传统换热方法通常控制自然水源温度在冰点以上5℃，自然水源水可提取能量大量流失。其二，高强度换热模式要求换热界面两侧的介质处于高温差条件，即换热介质处于低温循环条件，处于低温循环条件下的换热介质降低了热泵工作效率，间接降低了全系统能效比。由此可见，传统的开式地表水换热系统在应对自然水源水多变性上的能力较差，其取水工程、水源预处理系统复杂，长时间运行的安全性、可靠性差；换热后自然水源水排放温度高，自然水源水可提取能量流失量大；换热温差大，换热介质进口温度低，降低了热泵工作效率，间接降低了全系统能效比。(2)而在传统的闭式地表水换热系统中，自然水源水与换热介质的热交换属于半强制热交换，即仅换热介质在换热装置内采用循环泵加压的高速流动模式，而自然水源水在换热装置内采用无压的自然状态，列管换热器直接浸入自然水源水体因此换热装置由自然水源水体与列管换热器构成的敞开式系统。传统的闭式地表水换热系统是由自然水源水体与列管换热器构成的敞开式系统，自然水源水处于自然状态，对于流动型水体自然水源而言，水体流动速度随自然状况波动较大，洪水、大潮汐对浸没于水体的列管换热器构成巨大冲击，因此有强烈流动冲击可能的水体不宜采用闭式地表水换热系统。滞留型水体相对安全性高，但是对于滞留型水体自然水源而言，在自然状态下形成的浪涌传递到水体产生的流动很小，列管换热器的管壁由于热交换在管壁附近产生的密度流成为自然水源流动换热水流流速的主体部分。因此，滞留型水体闭式地表水换热系统自然水源侧流动换热系数很低，而换热介质侧流动换热系数很高，即换热界面两侧的换热能力差距很大。因此，传统的闭式地表水换热系统可以应对自然水源的多变性，对于流动型水体虽然没有建设配套取水工程，但是为了防止流动冲击，系统中列管换热器在水体的固定投资较大；滞留型水体很低的自然水源侧流动换热系数使列管换热器的数量需求过于庞大，成本过高。基于此，为了克服以上现有技术的开式和闭式地表水换热系统中存在的缺陷，本技术期望获得一种新的地表水换热装置及系统，其不仅可以保证复杂条件下自然水源系统运行的安全性、可靠性，还可以实现自然水源水与换热介质之间换热界面大型化，其能够有效提高水源热泵系统整体能源利用效率，保证自然水源能量最大限度提取，大幅度降低整体投资和运营费用。
技术实现思路
本技术的目的之一在于提供一种地表水换热装置，该地表水换热装置不仅可以保证复杂条件下自然水源系统运行的安全性、可靠性，还可以实现自然水源与换热介质之间换热界面大型化，其能够有效提高水源热泵系统整体能源利用效率，保证自然水源能量最大限度提取，大幅度降低了整体投资和运营费用，具有良好推广前景和应用价值。为了实现上述目的，本技术提出了一种地表水换热装置，其包括步骤：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；列管换热器，其排布于所述敞开式隧道结构内，所述列管换热器的列管内部流动有换热介质；循环泵，其与所述列管换热器连接，以驱动换热介质的流动。在本技术的上述技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地表水换热装置，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列管换热器，其排布于所述敞开式隧道结构内，所述列管换热器的列管内部流动有换热介质；/n循环泵，其与所述列管换热器连接，以驱动换热介质的流动。/n

【技术特征摘要】
1.一种地表水换热装置，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；
列管换热器，其排布于所述敞开式隧道结构内，所述列管换热器的列管内部流动有换热介质；
循环泵，其与所述列管换热器连接，以驱动换热介质的流动。


2.如权利要求1所述的地表水换热装置，其特征在于，所述敞开式隧道结构包括混凝土敞开式隧道结构。


3.如权利要求1所述的地表水换热装置，其特征在于，所述敞开式隧道结构的内壁表面贴附有平滑层。


4.如权利要求3所述的地表水换热装置，其特征在于，所述平滑层被设置为瓷板层、不锈钢板层和涂料层的至少其中之一。


5.如权利要求1所述的地表水换热装置，其特征在于，所述坡度≤2％。


6.如权利要求1所述的地表水换热装置，其特征在于，所述敞开式隧道结构的长径比≥50，所述长径比为自然水源水流动距离与自然水源水有效截面积折合的等面积圆的直径的比。


7.如权利要求1所述的地表水换热装置，其特征在于，所述敞开式隧道结构被构造为：使得其中流动的自然水源水的流速≥0.5m/s。


8.如权利要求1所述的地表水换热装置，其特征在于，所述循环泵被设置：使得换热介质的流速≥1m/s。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宗波，赵铭，李洪利，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