CN100498137C - 热泵热水器用的过热平衡器 - Google Patents

Abstract

一种能源类供热及空调技术领域的热泵热水器用的过热平衡器，包括：耐压金属腔体、蓄热材料和保温材料，保温材料与耐压金属腔体紧密结合，用来隔绝耐压金属腔体与环境的换热，耐压金属腔体的入口和蒸发器出口相连，蓄热材料紧密封装在耐压金属腔体中。本发明安装在蒸发器出口和热力膨胀阀的温包之间，通过蓄热和强导热促使通过的制冷剂的温度更加均匀，波动幅度更小。由于该过热平衡器的平衡作用，使得热力膨胀阀调节蒸发器出口温度的波动或者振荡幅度更小，从而可以设置更低的过热度，提高热泵热水器的安全性和经济性。

Description

热泵热水器用的过热平衡器

技术领域

本发明涉及一种制冷及空调技术领域的装置，具体是一种热泵热水器用的过热平衡器。

背景技术

热力膨胀阀是一种广泛用于空调制冷设备中的节流部件，随着热泵热水器的出现，热力膨胀阀又被运用到热泵热水器中。在气候温和的情况下，热力膨胀阀通过对制冷剂流量的调节，保证蒸发器出口获得稳定的过热度，并使得系统正常运行，但是，一旦到了环境温度较低的冬季，由于热力膨胀阀本身固有的缺陷，在自身调节的过程中使得蒸发器出口过热度出现较大的振荡，甚至出现负值，使得压缩机吸气带液，严重影响压缩机的寿命。为了避免吸气带液的发生，通常只能以牺牲效率为代价，调高热力膨胀阀的静态过热度。但是，大的静态过热度一方面使得热泵热水器在环境低温时过热度过大，另一方面导致压缩机排气温度过高，甚至超过安全运行的范围，而且它会随着环境温度的降低变得更加严重。所以，目前采用热力膨胀阀的热泵热水器不能适应较低的环境温度。

为了拓宽热泵热水器的适用范围，使得在较低的环境温度下也能使用，从更大的程度上发挥热泵节能的优势，就迫切需要改善节流部件的工作特性，一方面要设法降低在环境为低温时过热度的值，同时也要避免过热度振荡带液的发生，但是，采用热力膨胀阀作为系统的节流部件是无法同时实现的，这是采用热力膨胀阀作为热泵热水器节流部件所面临的共同难题。因此，有必要设法拓宽热力膨胀阀的工作范围，同时提高系统的效率。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号：03116026.3，发明名称为：热力膨胀阀与毛细管并联的节流机构。该结构设计的目的在于在一定程度上拓宽了制冷空调设备的工况范围，和热力膨胀阀单独工作时相比，热力膨胀阀和辅助毛细管并联工作时的制冷剂通过能力增强，制冷量增大，拓宽了制冷剂的流通能力。但是，由于该设计中热力膨胀阀的工作机制和通常热力膨胀的工作机制完全相同，而热力膨胀阀本身固有的缺陷就决定了一方面要设法降低在环境为低温时过热度的值，另一方面也要避免过热度振荡带液是无法同时实现的。因此，要提高热力膨胀阀在低温环境下的性能，就必须从削弱振荡的幅度入手，通过一定的装置来稳定蒸发器出口温度，使得热力膨胀阀的调节动作平滑，最终达到降低蒸发器出口过热度的目的，但是，在对目前检索的文献中没有发现能改善热力膨胀阀在环境为低温时工作特性的装置。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种过热平衡器的装置。本发明利用自身热平衡的原理，在拓宽热力膨胀阀使用范围的同时，还可以提高热泵热水器可靠性和经济性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：耐压金属腔体(与制冷剂相容)、蓄热材料和保温材料。整个过热平衡器安装在蒸发器出口和热力膨胀阀的温包之间。保温材料与耐压金属腔体紧密结合，用来隔绝耐压金属腔体与环境的换热，耐压金属腔体的入口和蒸发器出口相连，蓄热材料紧密封装在耐压金属腔体中，所述蓄热材料为与制冷剂相容的金属。保温材料的功能是用来隔绝耐压金属腔体与环境的换热，蓄热材料放置在耐压金属腔体中，从蒸发器出口过来的制冷剂气体或者气液两相首先通过过热平衡器的入口，然后均匀通过蓄热材料中的多孔通道，同时和蓄热材料进行换热，使得蓄热材料蓄存了一部分的能量，而制冷剂的温度变得更加均匀，然后制冷剂从过热平衡器出口排出，热力膨胀阀的温包放置在过热平衡器的出口下游，用于感知制冷剂的过热度。

所述的蓄热材料为具有较高导热性能和热容的材料，其总热容根据压缩机的制冷量来确定。蓄热材料可以为与制冷剂相容的金属，如紫铜、黄铜、纯铝。蓄热材料结构形式可以采用丝网，各层丝网之间紧密接触并填满蓄热的空间，或者采用金属粉末烧结成多孔通道的形式，保证制冷剂气体能顺利通过，而制冷剂液滴不能直接通过，液滴在经过蓄热材料时，在多孔通道表面张力的作用下被蓄热材料表面吸附，然后和蓄热材料进行换热后蒸发。制冷剂和蓄热材料能充分换热且通过该段时的压降控制在蒸发温度降低1℃左右。

所述的保温材料为制冷系统里常用的聚氨酯、软泡沫塑料等材料。保温材料与耐压金属腔体紧密结合，用来隔绝耐压金属腔体与环境的换热。

对于使用热力膨胀阀作为节流部件的热泵热水器在低温天气，例如0℃以下时，为了保证压缩机不吸气带液而不得不设高热力膨胀阀的静态过热度，使得压缩机的排气温度接近或超过压缩机厂家推荐的115℃，容易导致润滑油出现结焦而降低系统的安全性，另外，也由于设高的过热度导致系统COP偏低。本发明通过耐压金属腔体、蓄热材料、保温材料和热力膨胀阀的结合，以提高蒸发器出口温度的均匀度和降低过热度振荡幅度为手段，最终降低蒸发器的出口过热度，具有拓展热力膨胀阀在冬季低温环境下的适用性，使之能适应0℃以下的天气、提高热泵热水器可靠性和系统能源利用率的特点，节能和环保意义明显，且适用于各类型的热泵热水系统。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为蓄热材料的结构形式。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例过热平衡器由耐压金属腔体1、蓄热材料2和保温材料3构成。图1中的4和5分别表示蒸发器出口和热力膨胀阀的温包。

如图2所示，表示蓄热材料2的结构形式，它可以采用丝网，各层丝网之间紧密接触并填满蓄热的空间，或者采用金属粉末烧结成多孔通道的形式，保证制冷剂气体能顺利通过，但制冷剂液滴不能直接通过，液滴在经过蓄热材料2时被蓄热材料表面吸附，制冷剂通过该蓄热材料2时能充分换热且通过该段时的压降控制在蒸发温度降低1℃左右。蓄热材料2为与制冷剂相容的金属，如紫铜、黄铜、纯铝。保温材料3为制冷系统里常用的聚氨酯、软泡沫塑料等材料。

本实施例过热平衡器安装在蒸发器出口4和热力膨胀阀的温包5之间。其中，上述的保温材料3与耐压金属腔体1紧密结合，用来隔绝耐压金属腔体1与环境的换热，耐压金属腔体1的入口和蒸发器出口4相连，蓄热材料2紧密封装在耐压金属腔体1中，蓄热材料2具有多孔通道，制冷剂气体能直接通过，而制冷剂的液滴不能直接通过，液滴在经过蓄热材料2时被蓄热材料表面吸附。在制冷剂通过蓄热材料2时，制冷剂也在和蓄热材料2进行换热，由于蓄热材料2优良的导热性能，整个蓄热材料2温度均匀，使得通过后的制冷剂温度也变得更加均匀，另外，当蒸发器出口4温度出现振荡或者波动时，由于蓄热器优良的蓄热能力，蓄热材料2也能补偿温度的波动，使得蒸发器出口4温度振荡的幅度变小，甚至消失。

本实施例使用时，过热平衡器安装在蒸发器出口4和热力膨胀阀的温包5之间。根据热力膨胀阀的工作原理，热力膨胀阀通过感测温包处的过热度来调节阀的开度，当温包5感知的过热度出现大的波动时会促使膨胀阀改变开度来调节制冷剂流量，一旦蒸发器出口4温度波动太大，膨胀阀就表现为频繁的动作，过热度出现振荡，在低温环境如0℃以下甚至出现过热度为负值的情况，即蒸发器出口4带液，当在蒸发器出口4和温包5之间安装该过热平衡器之后，气液两相的制冷剂会和过热平衡器中的蓄热材料2进行换热，即使在蒸发器出口4温度处于波动的情况下，由于蓄热材料2自身的蓄热能力，使其温度也要比蒸发器出口4的温度稳定，因此，通过过热平衡器后的制冷剂温度波动的幅度要变小，使得热力膨胀阀调节的过热度振荡幅度变小甚至消失，因此，在过热平衡器的作用下可以进一步调整热力膨胀阀的静态过热度，降低蒸发器出口4的过热度，提高蒸发器的热力学效率，拓宽热力膨胀阀在低温环境下的适用范围，同时也提高系统的安全性和效率。该过热平衡器的重要特点在于改善热力膨胀阀在低温环境下的调节能力，能设置更低的过热度，而在其他环境下，当过热度波动较小或者无明显波动时，热力膨胀阀本身就能保证良好的调节能力，在这种情况下过热平衡器就起到一个通道的作用，不会影响系统的安全运行。

Claims (4)

1、一种热泵热水器用的过热平衡器，其特征在于，包括：耐压金属腔体、蓄热材料和保温材料，保温材料与耐压金属腔体紧密结合，用来隔绝耐压金属腔体与环境的换热，耐压金属腔体的入口和蒸发器出口相连，蓄热材料紧密封装在耐压金属腔体中，所述蓄热材料为与制冷剂相容的金属，该与制冷剂相容的金属为紫铜、黄铜、纯铝中的一种。

2、根据权利要求1所述的热泵热水器用的过热平衡器，其特征是，所述的蓄热材料的结构形式为丝网，各层丝网之间紧密接触并填满蓄热的空间；或者采用金属粉末烧结成多孔通道的结构形式。

3、根据权利要求2所述的热泵热水器用的过热平衡器，其特征是，所述的蓄热材料为多孔通道的形式时，制冷剂气体能顺利通过多孔通道，制冷剂液滴在经过蓄热材料时被蓄热材料表面吸附，再和蓄热材料进行换热后蒸发。

4、根据权利要求1所述的热泵热水器用的过热平衡器，其特征是，所述的过热平衡器安装在蒸发器出口和热力膨胀阀的温包之间，从蒸发器出口过来的制冷剂气体或者气液两相首先通过过热平衡器的入口，然后均匀通过蓄热材料，同时和蓄热材料进行换热，使得蓄热材料蓄存了一部分的能量，而制冷剂的温度变得更加均匀，然后制冷剂从过热平衡器出口排出，热力膨胀阀的温包设置在过热平衡器的出口下游，用于感知制冷剂的过热度。

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