[发明专利]一种提高地表水源热泵系统效率的换热装置

说明书

本发明公开了一种提高地表水源热泵系统效率的换热装置，其包括：敞开式隧道结构，其具有沿着长度方向形成的坡度，所述坡度驱动来自自然水源的水在敞开式隧道结构内流动；列管换热器，其设于所述敞开式隧道结构内，所述列管换热器的列管内流动有换热介质；进口端换热介质储箱，其与列管换热器的进口端连接；出口端换热介质储箱，其与列管换热器的出口端连接；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；循环泵，其被设置为将换热介质从进口端换热介质储箱泵送到列管换热器内，再从列管换热器泵送至出口端换热介质储箱。

技术领域

本发明涉及一种换热装置，尤其涉及一种地表水换热装置。

背景技术

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。

根据批量化、规模化、标准化的设备制造思想，换热设备的制造也开始逐步趋于小型化、高效化。标准化换热设备进行换热所采用办法是：提高流体在换热界面的流速、增加扰动使流体流动形式以喘流替代层流。但需要注意的是，这种方法是以提高流动阻力为代价的，例如：单体换热效率最高的板式换热器，其板间流道内介质平均流速小于1m/s，大多在0.3～0.6m/s，流动阻力已经大于100kPa，因此，设备化的单体换热器由于流动阻力太大，很少采用串联方法使用，通常采用并联方式配合连接使用。在这种情况下，即使自然水源水与换热介质全程保持逆向流动，但还是难以有效大型化。

在换热设备中，流体换热总量计算公式为：Q＝V*ΔT。其中，上式中Q 表示流体换热总量，V表示流体流量，ΔT表示流体进出口温差。由此可见，若设定好了流体换热总量、流体进出口温差，则从能量守恒的角度看，此时流体流量亦是一个确定值。在流体流量一定的条件下，流体在列管换热器列管内的流速可以为：v＝V/S。其中，v表示流体在换热器内的流速，V表示流体流量，S表示流体流经换热器的截面积总和。

需要说明的是，传统标准化的换热设备增加换热面积通常只能采用并联标准化单体换热器的方式，单体换热器并联意味流体流经换热设备截面积总和的增加，导致流体在换热设备内的流速降低，流动换热系数降低，更重要的是流速降低会使流体流动形式以喘流为主变为以层流为主，最终使综合换热系数下降，其实际有效的换热面积并没有增加。如果保持流体在换热设备内的流速不变，即综合换热系数不变的条件下增加换热面积，只能通过串联标准化单体换热器的方式实现。由于标准化单体换热器的运行阻力较高，串联标准化单体换热器难以实现，因此必须使用高功率高压泵来驱动换热介质以克服流动阻力；抑或是通过设置中间缓冲换热介质储箱、中间接力泵的方式克服流动阻力，但这种方法在实际工程应用中很少使用。

基于此，本发明期望获得一种提高地表水源热泵系统效率的换热装置，该换热装置可以在换热介质与自然水源水全流程逆流换热的模式下，通过换热面积有效大型化，降低换热介质与自然水源的换热温差，提高换热介质在热泵系统的换热温度，进而提高地表水源热泵系统的总工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高地表水源热泵系统效率的换热装置，该提高地表水源热泵系统效率的换热装置通过合理的设计，可以实现自然水源水与换热介质在全流程逆流换热模式下的换热面积有效大型化，从而在确定换热量的条件下降低换热介质与自然水源水的换热温差，提高换热介质在热泵系统的换热温度，进而提高地表水源热泵系统的总工作效率。

为了实现上述目的，本发明提出了一种提高地表水源热泵系统效率的换热装置，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，其设于所述敞开式隧道结构内，所述列管换热器的列管内流动有换热介质；

进口端换热介质储箱，其与列管换热器的进口端连接；