CO₂并、串联螺旋式套管换热器的制作方法

专利名称：CO₂并、串联螺旋式套管换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种C02并、串联螺旋式套管换热器，本实用新型专利属热能转 换和利用技术领域，它涉及到天然工质C02热泵的换热系统。
背景技术：
当今世界经济发展迅速，世界各国废气及温室气体排放量快速增加，给世界人民 的生存环境带来了严重威胁。因此大力发展可再生能源和清洁能源受到了各国政府的高度 重视，各国政府相继出台了对可再生能源和清洁能源的支持和扶持政策，极大地推动了新 能源产业的快速发展。C02热泵以它对环境非常友好、高效率、能量来源广泛、体积小等优点 在发达国家受到政府及冷、热行业的高度重视。众多研究机构、院校、企业相继投入大量资 金开发研制。我国对C02热泵研究起步较晚，大多处在理论研究阶断。
发明内容鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种C02并、串联螺旋式套管换热器。实用新型目的是设计一种在C02热泵中可以有效地对天然工质C02和水进行热 交换的换热装置，用于加热生产45-90°C的中、高温热水。该装置能高效地对超临界的高温 高压C02气体和水进行热交换，并能有效地对热交换后的C02气体进行冷却，极大地提高 C02热泵系统效率，从而提高能源利用率，并且要求结构简单、组合方便、便于批量生产、适 合小、中、大型C02热泵系统使用。如图1、2所示，本实用新型一种C02并、串联螺旋式套管换热器，采用是并、串联式 套管换热器(Lm+Ln结构模式)。第一级换热级Lm、第二级冷却级Ln ；换热级多级并联 Lm，m为并联级数，取值范围2-m;冷却级多极并联Ln，η为并联级数，取值范围l-n，m、n 为整数，同时满足m> η。Lm、Ln为铜套管式结构方式。本实用新型特征在于换热级(Lm)的并联级数，级数增加C02流速降低，换热时间 增长，同时换热面积增大，其换热量的调整组合方便、灵活、实用性强。本实用新特征还在于冷却级(Ln)的并联级数，级数增加C02流速降低，冷却时间 增长，C02出口温度低；同时取决于冷却水的流速，流速快冷却效果好，级数要满足η < m条 件，其冷却级的调整组合方便、灵活、实用性强。本实用新型特征还在于换热级和冷却级的串联结构组合即Lm+Ln模式。在换热 级C02流速较慢便于换热，在冷却级水流速度较快便于冷却，此结构的组合充分地满足了 C02热泵系统中换热器对C02气体和水的性能要求，极大地提高了换热器的换热量。本实用新型特征还在于内管介质C02，温度75-135°C范围，最大压力15MPa。 外管介质水，温度5-90°C范围，压力1. OMPa0本实用新型特征还在于内管介质C02换热过程是在超临界区进行，温度滑移匹 配性较好有利于C02和水的热交换，适合C02热泵系统。本实用新型特征还在于C02气体和水逆向流动换热，实现一次性加热热水，出水
3温度可达90°C。本实用新型热力学特征在于经压缩机压缩的高温、高压C02气体经管路进入分 配排，分别进入Lm级的并联套管式换热器进行热交换，降温后的C02气体汇流后再进入分 配排分配进入Ln级冷却器进行冷却，冷却后的液体或亚临界气体的C02汇流后流出换热
ο本实用新型设计的C02并、串联式套管换热器由气体分配排、水分配排、气体汇流 排、水汇流排、铜套管、密封接头、水连接管及相应的接头等组成，C02气体侧的连接关系为 Lm级的气体分配汇流排与Lm换热级的铜套管入口相连，Lm换热级的铜套管出口与汇流分 配排相连，然后汇流分配排与Ln冷却级铜套管的入口相连，Ln冷却级铜套管的出口与汇流 分配排相连。水侧的连接关系为Ln级的水分配汇流排与Ln冷却级的铜套管入口相连，Ln 冷却级的铜套管出口与汇流分配排相连，然后汇流分配排与Lm换热级铜套管的入口相连， Lm换热级铜套管的出口与汇流分配排相连。本实用新型C02并、串联螺旋式套管换热器可应用在C02热泵系统或高温高压气 体和水的热交换系统中。本实用新型C02并、串联螺旋式套管换热器特征还在于螺旋式结构它增强了 C02 气体在管内的扰动，使换热更加充分。

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新 型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一 步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用 新型，并不构成对本实用新型的不当限定，其中图1是表示作为本实用新型实施例的结构示意图；图2是本实用新型的工艺流程图；图3是实施例出水60°C温度时测量的C02温度与水温度在换热器中的分布图；图4是实施例出水温度85°C时C02温度与水温度在换热器中的分布图；图5是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图5对本实用新型的实施例进行说明。显然，本领域技术人员基于本实用新型的宗旨所做的许多修改和变化属于本实用 新型的保护范围。实施例如图5所示，C02并、串联式套管换热器由气体分配排、水分配排、气体汇流排、水 汇流排、铜套管、密封接头、水连接管及相应的接头等组成，连接关系为Lm级的气体分配排 1与Lm换热级的铜套管3入口相连，Lm换热级的铜套管出口与汇流排5相连，然后汇流排 与Ln冷却级铜套管的入口相连，Ln冷却级铜套管的出口与汇流分配排相连。水侧的连接 关系为Ln级的水分配排2与Ln冷却级的铜套管4入口相连，Ln冷却级的铜套管4出口与 汇流排相连，然后汇流排与Lm换热级铜套管的入口相连，Lm换热级铜套管的出口与汇流排相连。在此应用实例中(Lm+Ln)；m = 2，η = 1 ;Lm = 15 米，Ln = 14 米·环境温度21°C入水温度15°C出水温度60°C和85°C。表1为实施例出水温度60°C时的工作参数 换热量Q大=CXLXΔΤ/Η = (4. 2X552X45)/3600 = 28. 9KW 出水 60°C温度时 C02气体以及水温度在换热器中的分布如图3所示；表2为实施例出水温度85°C时的工作参数 换热量Q大=CXLXΔΤ/Η = (4. 2X300X60)/3600 = 2IKff85°C出水温度时C02气体以及水温度在换热器中的分布如图4所示；由以上实施例可以看出，由该实用新型设计的C02并、串联螺旋式套管换热器可 以有效地满足出水温度的要求。如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离 本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见 的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种CO2并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于，采用是并、串联式套管换热器结构模式为Lm+Ln；第一级换热级Lm、第二级冷却级Ln；换热级多级并联Lm，m为并联级数，取值范围2 m；冷却级多极并联Ln，n为并联级数，取值范围1 n，m、n为整数，同时满足m＞n。
2.根据权利要求1所述的一种C02并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于C02并、串 联式套管换热器由气体分配排、水分配排、气体汇流排、水汇流排、铜套管、密封接头、水连 接管及相应的接头组成。
3.根据权利要求3所述的一种C02并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于C02气体 侧的连接关系为Lm级的气体分配汇流排与Lm换热级的铜套管入口相连，Lm换热级的铜套 管出口与汇流分配排相连，然后汇流分配排与Ln冷却级铜套管的入口相连，Ln冷却级铜套 管的出口与汇流分配排相连；水侧的连接关系为Ln级的水分配汇流排与Ln冷却级的铜套 管入口相连，Ln冷却级的铜套管出口与汇流分配排相连，然后汇流分配排与Lm换热级铜套 管的入口相连，Lm换热级铜套管的出口与汇流分配排相连。
4.根据权利要求1所述的一种C02并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于；Lm、Ln为 铜套管式结构方式。
5.根据权利要求1所述的一种C02并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于其中的套管 换热器是螺旋式结构。
专利摘要本实用新型公开了一种CO2并、串联螺旋式套管换热器，其特征在于，采用是并、串联式套管换热器结构模式为Lm+Ln；第一级换热级Lm、第二级冷却级Ln；换热级多级并联Lm，m为并联级数，取值范围2-m；冷却级多极并联Ln，n为并联级数，取值范围1-n，m、n为整数，同时满足m＞n。采用此形式的换热器组合可以有效地换热冷却CO2气体，将其热量充分地传输给水。
文档编号F28D7/10GK201652794SQ20102014764
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者张信荣, 杜培俭 申请人:昆明东启科技股份有限公司