[实用新型]用于自然水源与换热介质热交换的换热装置

说明书

本实用新型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。

技术领域

本实用新型涉及一种换热装置，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。