專利名稱：換熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種換熱裝置。
背景技術(shù)：
近年來，地源熱泵系統(tǒng)由于其具有系統(tǒng)能效比和自動(dòng)化程度高，可同時(shí)滿足采暖、 空調(diào)及熱水供應(yīng)的需求等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。地源熱泵系統(tǒng)是一種利用淺層地?zé)豳Y源(也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)設(shè)備。實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)和模擬研究表明，單一的地源熱泵系統(tǒng)只有在冬夏冷熱負(fù)荷相近的地區(qū)，才能長(zhǎng)期發(fā)揮較好的運(yùn)行性能。我國(guó)有接近 2/3的面積處于嚴(yán)寒地區(qū)或寒冷地區(qū)，建筑的熱負(fù)荷遠(yuǎn)大于冷負(fù)荷。當(dāng)在這些地區(qū)應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)時(shí)，由于地源熱泵系統(tǒng)的取熱速率遠(yuǎn)超過地表和地心對(duì)取熱區(qū)域的恢復(fù)速率，使土壤換熱器周圍的土壤溫度場(chǎng)逐年下降，會(huì)出現(xiàn)采暖性能逐年降低的情況，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)無法正常工作。為了提高地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，部分工程采用了擴(kuò)大埋管間距的方式，該方式雖能夠延緩?fù)寥罍囟葓?chǎng)的下降，但并不能從根本上解決地源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期應(yīng)用性能降低的問題。保證寒冷地區(qū)地下土壤溫度場(chǎng)的熱平衡，是提升地源熱泵系統(tǒng)節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行可靠性的根本途徑。太陽(yáng)能作為一種分布普遍、取之不竭的可再生能源，是解決上述問題的理想選擇之一。利用太陽(yáng)能補(bǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)熱，維持土壤溫度場(chǎng)以年為周期的熱平衡， 可使得地源熱泵系統(tǒng)具有理想的長(zhǎng)期應(yīng)用性能。但是，在實(shí)際工程中，許多因素制約了這種系統(tǒng)的應(yīng)用。例如，由于太陽(yáng)能熱流密度較低，實(shí)際應(yīng)用太陽(yáng)能補(bǔ)熱系統(tǒng)時(shí)需要較大的集熱器面積，而目前市場(chǎng)上集熱器的價(jià)格相對(duì)較高，造成系統(tǒng)初投資高，投資回收期長(zhǎng)。同時(shí)目前大部分應(yīng)用在寒冷地區(qū)的集熱器經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于冷熱變化劇烈導(dǎo)致的爆管現(xiàn)象，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。另外，太陽(yáng)能補(bǔ)熱系統(tǒng)必須進(jìn)行合理的自動(dòng)控制才能發(fā)揮較佳的性能， 以適應(yīng)天氣的變化。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種換熱裝置，該換熱裝置能夠用于地源熱泵系統(tǒng)，通過土壤換熱器向周圍的土壤中補(bǔ)充熱量，維持土壤溫度場(chǎng)的熱平衡。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種換熱裝置，包括冷凝器、蒸發(fā)器和壓縮機(jī)，所述冷凝器、蒸發(fā)器和壓縮機(jī)通過管路順次連接形成閉合回路，其中，所述換熱裝置還包括第一閥，該第一閥與所述壓縮機(jī)并聯(lián)。優(yōu)選地，所述換熱裝置包括用于加快所述蒸發(fā)器外部的流體的流動(dòng)速度的風(fēng)機(jī)。優(yōu)選地，所述風(fēng)機(jī)為軸流風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)或二者的組合。優(yōu)選地，所述換熱裝置包括節(jié)流件和第二閥，所述節(jié)流件設(shè)置在所述冷凝器和所述蒸發(fā)器之間的管路上，所述第二閥與所述節(jié)流件并聯(lián)。優(yōu)選地，所述節(jié)流件為膨脹閥、孔板、毛細(xì)管或它們的組合。[0011]優(yōu)選地，所述換熱裝置包括氣液分離器，該氣液分離器位于所述壓縮機(jī)的入口側(cè)并與所述壓縮機(jī)串聯(lián)。優(yōu)選地，所述換熱裝置包括第三閥(，該第三閥位于所述壓縮機(jī)的出口側(cè)并與所述壓縮機(jī)串聯(lián)。優(yōu)選地，所述第一閥和/或第二閥和/或第三閥為電磁閥或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。通過上述方案，本實(shí)用新型提供的換熱裝置能夠在蒸發(fā)器處吸收外部熱量，并在冷凝器處將吸收的外部熱量傳遞至地埋管等土壤換熱器，通過土壤換熱器向周圍的土壤中補(bǔ)充熱量，維持土壤溫度場(chǎng)的熱平衡。

附圖是用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式
一起用于解釋本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中圖1為本實(shí)用新型所提供的換熱裝置的原理圖。附圖標(biāo)記說明1冷凝器2蒸發(fā)器3壓縮機(jī)4第一閥5風(fēng)機(jī)6節(jié)流件7第二閥8氣液分離器9第三閥a熱介質(zhì)出口b冷介質(zhì)入口
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式
僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種換熱裝置，包括冷凝器1、蒸發(fā)器2和壓縮機(jī)3， 所述冷凝器1、蒸發(fā)器2和壓縮機(jī)3通過管路順次連接形成閉合回路，其中，所述換熱裝置還包括第一閥4，該第一閥4與所述壓縮機(jī)3并聯(lián)。本實(shí)用新型所提供的換熱裝置能夠吸收外界流體中的熱量，并將該熱量傳遞到地源熱泵系統(tǒng)的土壤換熱器，通過土壤換熱器向周圍土壤中補(bǔ)充熱量，維持土壤溫度場(chǎng)的熱平衡。具體地，如圖1所示，當(dāng)外界流體溫度相對(duì)較低時(shí)，關(guān)閉第一閥4并啟動(dòng)壓縮機(jī)3， 使換熱裝置中的冷媒在蒸發(fā)器2處與外部高溫流體發(fā)生熱交換，以吸收其熱量并蒸發(fā)為氣態(tài)。該氣態(tài)冷媒經(jīng)壓縮機(jī)3壓縮后進(jìn)入到冷凝器1中，與將要通過熱介質(zhì)出口 a流出冷凝器1的介質(zhì)(如需要加熱的水)發(fā)生熱交換，將熱量傳遞至該介質(zhì)中。之后，已經(jīng)吸收了熱量的介質(zhì)則通過熱介質(zhì)出口 a進(jìn)入到土壤換熱器，使得土壤換熱器能過利用上述介質(zhì)中的熱量。同樣地，當(dāng)外界流體溫度相對(duì)較高時(shí)，則需要關(guān)閉壓縮機(jī)3并開啟第一閥4，使換熱裝置在蒸發(fā)器2處與外部高溫流體發(fā)生熱交換，以吸收其熱量并蒸發(fā)為氣態(tài)。該氣態(tài)冷媒進(jìn)入到冷凝器1中并與將要通過熱介質(zhì)出口 a流出冷凝器1的介質(zhì)發(fā)生熱交換，將熱量傳遞至該介質(zhì)中。然后，已經(jīng)吸收了熱量的介質(zhì)則通過熱介質(zhì)出口 a進(jìn)入到土壤換熱器，供土壤換熱器使用。通過以上描述可知，本實(shí)用新型所提供的換熱裝置能夠以兩種不同的模式(即 蒸汽壓縮循環(huán)模式，在該模式下開啟壓縮機(jī)3而關(guān)閉第一閥4 ；和熱管循環(huán)模式，在該模式下開啟第一閥4而關(guān)閉壓縮機(jī)幻運(yùn)轉(zhuǎn)，從而向土壤換熱器輸送熱量。并且，上述換熱裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其所使用的冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、第一閥和管路均為空調(diào)系統(tǒng)中常用的部件， 價(jià)格相對(duì)較低，如果將該換熱裝置作為地源熱泵系統(tǒng)的補(bǔ)熱裝置使用，則能夠在一定程度上降低地源熱泵系統(tǒng)的成本。同時(shí)，由于上述換熱裝置的控制相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要專門的自動(dòng)化控制設(shè)備，可以避免因自動(dòng)化控制設(shè)備的穩(wěn)定性而造成的設(shè)備可靠性的降低。因此，與使用現(xiàn)有的太陽(yáng)能補(bǔ)熱系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型的換熱裝置能夠提高地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。冷凝器1、蒸發(fā)器2、壓縮機(jī)3、第一閥4及管路構(gòu)成閉合回路，可以通過控制第一閥4的開啟與關(guān)閉調(diào)整換熱裝置的運(yùn)行模式，從而將換熱裝置從外部吸收的熱量傳導(dǎo)給其它設(shè)備。第一閥4主要用于控制其所在管路的通斷，從而使換熱裝置能夠在兩種不同的運(yùn)行模式之間切換，其可以使用多種形式的閥，如截止閥、旋塞閥、球閥等。另外，上述第一閥 4優(yōu)選為電磁閥或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而為管路的控制提供方便。如上所述，本實(shí)用新型中的換熱裝置中的冷媒在蒸發(fā)器2處發(fā)生熱交換，從而吸收蒸發(fā)器2周圍的流體所具有的熱量。發(fā)生熱交換的流體則會(huì)因失去熱量而導(dǎo)致其溫度降低。當(dāng)這部分低溫流體聚集在蒸發(fā)器2附近時(shí)，則會(huì)使其附近環(huán)境溫度下降，使得換熱裝置所能夠吸收到的熱量減少，導(dǎo)致?lián)Q熱裝置的工作效率降低。為了解決上述問題，如圖1所示，本實(shí)用新型的發(fā)明人在換熱裝置中設(shè)置了風(fēng)機(jī) 5，該風(fēng)機(jī)5用于加快所述蒸發(fā)器2外部的流體的流動(dòng)速度，從而確保換熱裝置的工作效率， 使換熱裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)5可以具有各種形式，如軸流風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)或二者的組合等， 只要其能夠?qū)崿F(xiàn)加快流體流動(dòng)速度的基本功能即可。并且，風(fēng)機(jī)5的設(shè)置方法也應(yīng)根據(jù)具體情況而定。當(dāng)然，設(shè)置風(fēng)機(jī)5也只是解決上述問題的一種具體方式，在本實(shí)用新型的啟示之下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以想到其它多種可行的方法，本實(shí)用新型不再對(duì)其它可行方法進(jìn)行一一列舉。為了控制換熱裝置中的冷媒的流動(dòng)速度，如圖1所示，可以在換熱裝置的冷凝器1 和蒸發(fā)器2之間的管路上設(shè)置節(jié)流件6。同時(shí)，為了使得換熱裝置能夠在兩種運(yùn)行模式之間順利切換，優(yōu)選地，換熱裝置中還設(shè)置了第二閥7，并且該第二閥7與節(jié)流件6并聯(lián)。節(jié)流件 6可以為空調(diào)領(lǐng)域中常用的節(jié)流裝置，如膨脹閥、孔板、毛細(xì)管或它們的組合。當(dāng)然，節(jié)流件 6并不限于上述具體形式，能夠起到相同作用的其它部件或結(jié)構(gòu)同樣可以用于本實(shí)用新型。 與第一閥4相同，第二閥7也用于控制其所在管路的通斷。并且，第二閥7也可以具有多種形式，如截止閥、旋塞閥、球閥等。優(yōu)選地，第二閥7為電磁閥或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。設(shè)置這種閥的目的是實(shí)現(xiàn)管路的自動(dòng)開閉，從而為管路的控制提供方便。如上所述，換熱裝置中的冷媒首先在蒸發(fā)器2處吸收熱量并蒸發(fā)為氣態(tài)，然后氣態(tài)冷媒進(jìn)入壓縮機(jī)3并經(jīng)該壓縮機(jī)3壓縮，最后，被壓縮的氣態(tài)冷媒進(jìn)入到冷凝器1中并與將要通過熱介質(zhì)出口 a進(jìn)入其它設(shè)備的介質(zhì)發(fā)生熱交換。在此過程中，如果冷媒在流經(jīng)蒸發(fā)器2時(shí)沒有完全汽化，液態(tài)冷媒很容易隨氣態(tài)冷媒直接流入到壓縮機(jī)3內(nèi)。由于該壓縮機(jī)3為氣體壓縮機(jī)，只能用于壓縮氣態(tài)物質(zhì)，當(dāng)液體流入到壓縮機(jī)3內(nèi)時(shí)，壓縮機(jī)3將會(huì)很有可能無法正常工作，甚至損壞。為了防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，如圖1所示，發(fā)明人在壓縮機(jī)3的入口側(cè)設(shè)置了氣液分離器8，并且該氣液分離器8與壓縮機(jī)3串聯(lián)。這樣，冷媒在進(jìn)入壓縮機(jī)3之前需要通過氣液分離器8將液態(tài)冷媒分離出來，從而確保進(jìn)入壓縮機(jī)3的冷媒均為氣態(tài)，也就起到了避免因壓縮液體冷媒而造成壓縮機(jī)3損壞的現(xiàn)象。氣液分離器8可以為機(jī)械領(lǐng)域中常用的氣液分離設(shè)備，如絲網(wǎng)除霧器、旋流板除霧器、折板除霧器等，只要能實(shí)現(xiàn)其基本功能即可。在熱管循環(huán)模式下，當(dāng)流過第一閥4的冷媒中包含未完全汽化的液態(tài)冷媒時(shí)，液態(tài)冷媒可能會(huì)經(jīng)由壓縮機(jī)3出口側(cè)的管道逆流到壓縮機(jī)3內(nèi)。此時(shí)，如果將換熱裝置從熱管循環(huán)模式切換到蒸汽壓縮循環(huán)模式，逆流到壓縮機(jī)3內(nèi)的液體將極有可能影響壓縮機(jī)3 的正常工作，甚至造成壓縮機(jī)3損壞。為此，發(fā)明人在壓縮機(jī)3的出口側(cè)設(shè)置了第三閥9，并使該第三閥9與壓縮機(jī)3串聯(lián)，如圖1所示。這樣，在熱管循環(huán)模式下就可以將該第三閥9關(guān)閉，從而防止流過第一閥 4的液態(tài)冷媒回流到壓縮機(jī)3內(nèi)。第三閥9可以為多種形式的部件，如截止閥、旋塞閥、球閥等。并且，為了便于管路的控制，第三閥9優(yōu)選為電磁閥或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。當(dāng)然，在本領(lǐng)域中還有其它多種防止液體冷媒回流的手段，在不影響本實(shí)用新型的地源熱泵系統(tǒng)正常工作的前提下，可以將多種合理的手段運(yùn)用到本實(shí)用新型中。限于篇幅，此處將不再逐一進(jìn)行列舉。通過以上描述可知，在環(huán)境溫度較高時(shí)，本實(shí)用新型中的換熱裝置可以在熱管循環(huán)模式下運(yùn)作，從而在不驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)等設(shè)備的前提下為土壤換熱器提供熱量，因此可以在一定程度上節(jié)約能源。同時(shí)，當(dāng)外界溫度較低時(shí)，上述換熱裝置又可以切換到蒸汽壓縮循環(huán)模式，使得土壤換熱器能夠正常工作，保證了其自身以及土壤換熱器的工作連續(xù)性。由于上述特點(diǎn)，本實(shí)用新型所提供的換熱裝置可以廣泛地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如為海水淡化系統(tǒng)中的海水預(yù)熱。當(dāng)然，以上描述也僅僅提到了所述換熱裝置的一種用途，在需要時(shí)，也可以使用換熱裝置的蒸發(fā)器2制冷。此外，應(yīng)當(dāng)注意的是，文中出現(xiàn)的“冷媒”和“介質(zhì)”都是用于發(fā)生熱量交換的媒介， 從本質(zhì)上講，二者所起到的作用是相同的。本實(shí)用新型之所以使用的不同的術(shù)語(yǔ)來描述兩者，只是為了將換熱裝置和其它設(shè)備區(qū)分開來，從而便于讀者理解本實(shí)用新型。以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式
中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，只要其不違背本實(shí)用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型所公開的內(nèi)容。為了避免不必要的重復(fù)，本實(shí)用新型不再另行說明各種可能的組合方式。
權(quán)利要求1.一種換熱裝置，包括冷凝器(1)、蒸發(fā)器(2)和壓縮機(jī)(3)，所述冷凝器(1)、蒸發(fā)器 (2)和壓縮機(jī)(3)通過管路順次連接形成閉合回路，其特征在于，所述換熱裝置還包括第一閥(4)，該第一閥(4)與所述壓縮機(jī)(3)并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱裝置，其特征在于，所述換熱裝置包括用于加快所述蒸發(fā)器(2)外部的流體的流動(dòng)速度的風(fēng)機(jī)(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的換熱裝置，其特征在于，所述風(fēng)機(jī)(5)為軸流風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)或二者的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱裝置，其特征在于，所述換熱裝置包括節(jié)流件(6)和第二閥(7)，所述節(jié)流件(6)設(shè)置在所述冷凝器(1)和所述蒸發(fā)器(2)之間的管路上，所述第二閥(7)與所述節(jié)流件(6)并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的換熱裝置，其特征在于，所述節(jié)流件(6)為膨脹閥、孔板、毛細(xì)管或它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的換熱裝置，其特征在于，所述換熱裝置包括氣液分離器(8)， 該氣液分離器(8)位于所述壓縮機(jī)(23)的入口側(cè)并與所述壓縮機(jī)(3)串聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的換熱裝置，其特征在于，所述換熱裝置包括第三閥(9)，該第三閥(9)位于所述壓縮機(jī)(23)的出口側(cè)并與所述壓縮機(jī)(3)串聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的換熱裝置，其特征在于，所述第一閥(4)和/或第二閥(7)和 /或第三閥(9)為電磁閥或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種換熱裝置，包括冷凝器(1)、蒸發(fā)器(2)和壓縮機(jī)(3)，所述冷凝器(1)、蒸發(fā)器(2)和壓縮機(jī)(3)通過管路順次連接形成閉合回路，其中，所述換熱裝置還包括第一閥(4)，該第一閥(4)與所述壓縮機(jī)(3)并聯(lián)。本實(shí)用新型提供的換熱裝置能夠在蒸發(fā)器(2)處吸收外部熱量，并在冷凝器(1)處將吸收的外部熱量傳遞至地埋管等土壤換熱器，通過土壤換熱器向周圍的土壤中補(bǔ)充熱量，維持土壤溫度場(chǎng)的熱平衡。
文檔編號(hào)F25B30/06GK202074747SQ201120136628
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者于立軍, 張余, 李先庭, 王露 申請(qǐng)人:中國(guó)機(jī)電出口產(chǎn)品投資有限公司, 清華大學(xué), 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司