本发明专利技术公开一种使用Ｒ－１２３工质热管作核心部件的地源热泵用地埋式换热器及其换热方法，它包括Ｒ－１２３工质热管、分体串联式结构、顺流逆流的次序交替式进水方式、倾角３５°的布置工艺。其特点是：本发明专利技术选择的核心换热管为Ｒ－１２３工质热管，其工质的分子式为ＣＦ３－ＣＨＣｌ２，沸点温度只有２７．８５℃而其冰点温度为－１０７．０℃，工质极易沸腾与蒸发，启动也非常迅速，且Ｒ－１２３工质热管换热效率比一般热管换热器效率高８０％以上，本发明专利技术采用分体串联式结构设计，最大程度地保证了地热能的充分利用，在同等单位面积和容量的地热资源环境下达到最充分的利用效果；降低地热式中央空调系统的初投资，节约占地面积，并将热泵机组的整体性能与节能率平均提高３０％以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热管及换热器
，具体涉及材料学(热物性)，热力学。
技术介绍
土壤源热泵是以土壤热为热源的热泵系统。土壤源热泵系统具有节能和环保两方 面的优势，是具有发展前景的能源利用方式。但是，这种热泵系统在采暖季节提供的供水温 度通常需要在40 60°C之间，如果采用常规的换热器很难得到与之相匹配的效果，而不得 不长时间启动热泵的加热功能造成电能的极大消耗。以水或水融性混合液作工作介质的重力水热管，其换热效率较低，水及水融性液 体在冰土层极易失去传热性能。尤其在北方地区有很大的应用局限；当热源温度在15°C以 下时换热器传热性能只能达到设计值的50%，影响热泵的热源稳定性，为保持中央空调系 统的性能，机组通常也只能是通过大幅增加了电力消耗来达到供暖或制冷的目标。为解决上述问题，本专利技术提供一种用于地源热泵空调系统的分体串联式R-123工 质热管换热器，将R-123工质热管应用到以土壤源热泵为热源的低温采暖系统中，以解决 上述存在这个问题，大力促进地热能的广泛应用，并提高地源热泵机组的性能，节能电力消 耗，除低企业能源支出成本。
技术实现思路
为克服如上所述技术上存在几个缺陷和问题，本专利技术的目的是提供一种用于地源 热泵空调系统的分体串联式R-123工质热管换热器及其工艺，使地热资源能得以更高效利 用，使地源热泵性能效率提高30%以上，且节能率提高30%以上。同时降低中央空调系统 的设备故障率，提高系统的运行效率和安全性。为实现上述这种专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案所述的用于地源热泵空调系统的分体串联式R-123工质热管换热器，其核心工艺 为选择R-123工质热管为核心换热管，采用分体串联式式结构设计，进水以顺流逆流的次 序交替方式循环进行，热管在土壤中呈倾角35°均衡布置，R-123工质热管与热管之的间 距以3X3M-4X4M之间为宜。本专利技术选择的核心换热管为R-123工质热管，其工质的分子式为CF3-CHC12，沸点 温度只有27. 85°C而其冰点温度为-107. 0°C，工质极易沸腾与蒸发，启动也非常迅速，特别 适合地热资源利用的换热环境(地热温度一般为12°C _22°C，普通工质热管换热启动慢，传 输热能速度慢且热损失大，在严寒地区绝热端容易因结冰使一般热管失去性能)，且R-123 工质热管换热效率比一般热管换热器效率高80%以上，而埋深仅为其它一般热管换热器的 50%。遵循地热能梯级利用的原则，本专利技术采用分体串联式结构设计，最大程度地保证 了地热能的充分利用，，在同等单位面积和容量的地热资源环境下达到最充分的利用效果；经处理后的进水以顺流逆流的次序交替方式循环进行，顺流时，蒸发段入口的温度比出口 的高，造成入口段的蒸发量大、液膜薄，而出口段的蒸发量小、液膜厚，于是整个蒸发段的蒸 发量不大、液膜厚度不均勻，因此蒸发段的换热系数较小，使得整个热管的传热功率不高； 而逆流时，蒸发段入口的温度与出口的温度都较高，造成整个蒸发段的蒸发量大、液膜厚度 均勻且薄，因此蒸发段的换热系数增加，热管的传热功率和壁温也相应升高，实验证明这种 方式总换热效率高高且波动幅度小，热管间的温差达到最小。热管在土壤中呈倾角35°均衡布置由于重力式热管没有吸液芯，冷凝液从冷凝段 返回到蒸发段是靠液体自身的重力。因此，当热管倾角很小时，冷凝液回流的速度很低，蒸 汽流速相对较高，阻碍了液体的回流，使得蒸发段缺液而冷凝段液体过多，造成管内传热恶 化，因而热管传热功率很低。随着倾角的变大，冷凝液回流的速度增加，越来越多的液体顺 利回流到蒸发段，管内传热条件得到改善，传热功率不断增加，壁面温度相应升高；当倾角 增大到某值时，液体回流速度和蒸汽流速达到最佳值，使得管内汽液两相流体的流动达到 动态平衡，热管传热功率达到最大值；此时若继续增大倾角，会使冷凝液流速过大，造成蒸 发段液体过多，阻碍蒸汽流向冷凝段，管内换热系数因此降低，传热功率缓慢下降。以管径DN38，管长30m的R-123工质热管作为计算单位，根据实验收据，单根放热 量为180w/根，单根吸热量为108w/根，所以R-123工质热管的埋管间距在一般地热环境中 应在3X3m-43X3m之间均衡布置。图面说明附图说明图1是顺流逆流式工艺流程示意2R-123工质热管示意图，如图所示1 一 R-123工质，2 一工质气体，3 一毛细吸液芯，4 一回流液体，5 一热管管壳a_热 管蒸发段b-热管绝热段c-热管冷凝段图3分体串联式R-123工质热管换热器地下埋管示意图权利要求一种用于地源热泵空调系统的分体串联式R-123工质热管换热器及其换热方法，它包括核心换热管、换热器结构设计、换热器在土壤下的布置工艺及换热器运行方式。其特征在于以R-123工质热管为核心换热件，分体串联式式结构设计，进水以顺流逆流的次序交替方式循环进行，热管在土壤中呈倾角35°均衡布置，R-123工质热管与热管之的间距以3×3M-4×4M之间为宜。2.如权利要求1所述的用于地源热泵空调系统的分体串联式R-123工质热管换热器 及其换热方法，其特征于本专利技术选择的核心换热管为R-123工质热管，其工质的分子式为 CF3-CHC12，沸点温度只有27. 85°C而其冰点温度为-107. 0°C，工质极易沸腾与蒸发，启动 也非常迅速，特别适合地热资源利用的换热环境(地热温度一般为12°C _22°C，普通工质热 管换热启动慢，传输热能速度慢且热损失大，在严寒地区绝热端容易因结冰使一般热管失 去性能)，且R-123工质热管换热效率比一般热管换热器效率高80%以上，而埋深仅为其它 一般热管换热器的50%。3.如权利要求1或2所述的用于地源热泵空调系统的分体串联式R-123工质热管换 热器及其换热方法，其特征在遵循地热能梯级利用的原则，本专利技术采用分体串联式结构设 计，最大程度地保证了地热能的充分利用，，在同等单位面积和容量的地热资源环境下达到 最充分的利用效果；经处理后的进水以顺流逆流的次序交替方式循环进行，顺流时，蒸发段 入口的温度比出口的高，造成入口段的蒸发量大、液膜薄，而出口段的蒸发量小、液膜厚，于 是整个蒸发段的蒸发量不大、液膜厚度不均勻，因此蒸发段的换热系数较小，使得整个热管 的传热功率不高；而逆流时，蒸发段入口的温度与出口的温度都较高，造成整个蒸发段的蒸 发量大、液膜厚度均勻且薄，因此蒸发段的换热系数增加，热管的传热功率和壁温也相应升 高，实验证明这种方式总换热效率高高且波动幅度小，热管间的温差达到最小。4.如权利要求1或2或所述的用于地源热泵空调系统的分体串联式R-123工质热管换 热器及其换热工艺，其特征在于热管在土壤中呈倾角35°均衡布置由于重力式热管没有 吸液芯，冷凝液从冷凝段返回到蒸发段是靠液体自身的重力。因此，当热管倾角很小时，冷 凝液回流的速度很低，蒸汽流速相对较高，阻碍了液体的回流，使得蒸发段缺液而冷凝段液 体过多，造成管内传热恶化，因而热管传热功率很低。随着倾角的变大，冷凝液回流的速度 增加，越来越多的液体顺利回流到蒸发段，管内传热条件得到改善，传热功率不断增加，壁 面温度相应升高；当倾角增大到某值时，液体回流速度和蒸汽流速达到最佳值，使得管内汽 液两相流体的流动达到动态平衡，热管传热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于地源热泵空调系统的分体串联式Ｒ－１２３工质热管换热器及其换热方法，它包括核心换热管、换热器结构设计、换热器在土壤下的布置工艺及换热器运行方式。其特征在于：以Ｒ－１２３工质热管为核心换热件，分体串联式式结构设计，进水以顺流逆流的次序交替方式循环进行，热管在土壤中呈倾角３５°均衡布置，Ｒ－１２３工质热管与热管之的间距以３×３Ｍ－４×４Ｍ之间为宜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：童裳慧，
申请(专利权)人：童裳慧，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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