CN101089520A - 制冷热泵两用的降膜式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制冷技术领域的制冷热泵两用的降膜式热交换器。本发明包括：壳体、制冷剂分配器、管束、液态制冷剂进口、气态制冷剂进出口和液态制冷剂出口，液态制冷剂进口位于壳体上端一侧，液态制冷剂出口位于壳体下端，气态制冷剂出口位于壳体上端另一侧，管束位于壳体内部，壳体内部空间和制冷剂分配器、液态制冷剂进口、气态制冷剂进出口以及液态制冷剂出口都是相通的。本发明能够实现降膜式热交换器在热泵系统运行时同时具有蒸发器和冷凝器的功能，不仅可以提高冷热水机组的能效比，而且在制取相等的冷量或热量时所耗电能大大减少。

Description

制冷热泵两用的降膜式热交换器

技术领域

本发明涉及一种制冷技术领域的热交换器，具体是一种能够用于冷水机组或热泵系统的制冷热泵两用的降膜式热交换器。

背景技术

目前在空调技术领域，直接膨胀式蒸发器仍然被广泛地应用于大型冷水机组或热泵系统中，因为其既可用作蒸发器，又可用作冷凝器。相对而言，降膜式蒸发器有更好的传热性能、更少的制冷剂充注量等优势，但它只作为蒸发器用于单冷的机组，不能同时实现蒸发器、冷凝器两方面的功能用于热泵机组。

经对现有技术的文献检索发现，专利公开号为CN1607366A，名称为“具有两相制冷剂分配系统的降膜式蒸发器”，提出了用于蒸汽压缩式制冷的降膜式蒸发器，降膜式蒸发器的主要工作原理是在压缩式制冷系统中，将膨胀阀后的气液两相制冷剂通过一个分配装置均匀地喷淋到管束外表面，液态制冷剂在管束外表面形成下降的液膜，液膜在蒸发过程中将管内的载冷介质冷却。载冷介质被输送到需冷却空间提供制冷能力。但是该发明只限于降膜式热交换器在制冷模式时作蒸发器的应用，而不能解决降膜式热交换器在制热模式时用作冷凝器。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种制冷热泵两用的降膜式热交换器，使其在单冷型冷水机组的应用拓展到热泵机组，具有制冷和制热两种功能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：壳体、制冷剂分配器、管束、液态制冷剂进口、气态制冷剂进出口和液态制冷剂出口，液态制冷剂进口位于壳体上端一侧，液态制冷剂出口位于壳体底部，气态制冷剂出口位于壳体上端另一侧，管束位于壳体内部，壳体内部空间和制冷剂分配器、液态制冷剂进口、气态制冷剂进出口以及液态制冷剂出口都是相通的。

所述壳体，由圆柱形筒体及其两端的管板组成。

所述制冷剂分配器，由多层结构钢板焊接构成，制冷剂分配器可以将液态或气液两相制冷剂均匀分配后喷淋到管束的外表面上。

所述管束，由若干根传热管组成，两端胀接或焊接在壳体的管板上，形成内外隔绝的空间。

所述液态制冷剂进口为圆柱形管道。

所述气态制冷剂进出口为壳体上的圆形开口。

所述液态制冷剂出口为壳体底部的开口。

本发明工作原理是：低压的制冷剂气体被压缩机压缩后温度和压力升高，在冷凝器中冷凝为液体，然后通过节流装置温度和压力降低，再在蒸发器内蒸发为气体回到压缩机进行再一次循环。蒸发过程可以实现制冷，冷凝过程可以实现制热。本发明就是一种既可用作蒸发器，又可用作冷凝器的设备。

本发明在进行制冷模式工作时：液态或气液两相混和的制冷剂从液态制冷剂进口进入降膜式热交换器后，通过一个制冷剂分配器均匀地喷淋到管束上面，液态或气液两相制冷剂与管束内温度较高的载冷介质进行热交换，吸收热量，并在管束表面被气化，然后向上流动到达气态制冷剂进出口。部分未蒸发的制冷剂液体则流到壳体的下部，被壳体下部管束内的载冷介质加热后作池态沸腾，经气化后向上流动到达气态制冷剂进出口。壳体内制冷剂液体的液面可以按浸没管束数量的百分比来确定，可在0％到100％的范围内波动。传热管内流动的载冷介质在向制冷剂放热后温度降低，流到需冷却的空间实现制冷。

本发明在进行制热模式工作时：气态制冷剂从气态制冷剂进出口进入降膜式热交换器后，气体在管束表面与管束内的载热介质进行热交换而被冷凝。冷凝后的制冷剂液体滴落到壳体下部，然后从液态制冷剂出口流出。冷凝过程中制冷剂向传热管内的载热介质流体放热，传热管内的载热介质流体温度升高后流到需加热的空间实现制热。

本发明充分利用现有降膜式蒸发器传热效率高，制冷剂充注量少的特点，将其应用拓展到热泵运行时用作冷凝器。与可实现同样功能的干式蒸发器相比，采用本发明的冷热水机组的能效比可提高10-12％左右，制取同样的冷量或热量时所耗电能也可大大减少。而且，在较高的能效比下，干式蒸发器由于结构的限制，成本会急剧上升而失去经济性，但本发明可以在较少的成本下，实现较高的能效比。在同等的条件下，采用降膜式热交换器比采用干式蒸发器可节省成本约25％左右。

附图说明

图1为本发明降膜式热交换器侧面结构示意图；

图2为本发明降膜式热交换器端面结构示意图；

图3为本发明作为蒸发器工作时的原理图；

图4为本发明作为冷凝器工作时的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例是以本发明的技术方案为基础进行实施的，其中给出详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、2所示，本实施例包括壳体1、制冷剂分配器2、管束3、液态制冷剂进口4、气态制冷剂进出口5和液态制冷剂出口6，液态制冷剂进口4位于壳体1上端的一侧，液态制冷剂出口6位于壳体1下端，气态制冷剂进出口5位于壳体1上端的另一侧，管束3位于壳体1内部，壳体1内部空间和制冷剂分配器2、液态制冷剂进口4、气态制冷剂进出口5以及液态制冷剂出口6都是相通的。

所述壳体1，由圆柱形筒体和两端的管板组成，材料为压力容器用钢，制冷剂的蒸发和冷凝过程都在壳体1内部完成。

所述制冷剂分配器2，为多层结构钢板焊接而成，把在制冷模式下进入热交换器的液态或气液两相制冷剂均匀分配后喷淋到管束3的外表面上。比如，可以采用公开号CN1607366A中的分配器结构。

所述管束3，由若干根具有内外强化传热表面的传热管组成，两端胀接或焊接在壳体1的管板上，形成内外隔绝的空间。壳体1内部、传热管外部的制冷剂和传热管内部流动的载冷介质通过传热管的管壁进行热交换。

所述液态制冷剂进口4，为圆柱形管道，在制冷模式下液态或气液两相制冷剂从该进口流入热交换器。

所述气态制冷剂进出口5，为壳体1上的圆形开口，在制冷模式下气态制冷剂从该口流出，在制热模式下气态制冷剂从该口流入。

所述液态制冷剂出口6，为壳体1底部的开口，在制冷模式下该出口关闭，在制热模式下液态制冷剂从该口流出。

本实施例运行模式包括了制冷模式和制热模式，在制冷和制热模式下制冷剂不同的流动方向由外部管道上的阀门切换来控制。

本实施例制冷模式如图3所示：液态或气液两相混和的制冷剂从液态制冷剂进口4进入降膜式热交换器后，通过一个制冷剂分配器2均匀地喷淋到管束3上面，温度较高的载冷介质在传热管内流过，将热量通过管壁传给液态制冷剂使其蒸发，载冷介质本身的温度降低后从传热管的另一端流出，再流到需冷却空间，通过其他热交换器实现制冷。液态制冷剂在管束3表面被气化后，向上流动到达气态制冷剂出口5。部分未蒸发的制冷剂液体流到壳体1的下部，被下部管束内的载冷介质加热后作池态沸腾，气化后的制冷剂向上流动到气态制冷剂出口5。制冷剂液体的液面由浸没管束3数量的百分比确定，可在0％到100％的范围内波动。

本实施例制冷模式如图4所示：气态制冷剂从气态制冷剂进出口5进入降膜式热交换器后，在管束3表面被管束内载热介质冷凝，气态制冷剂在冷凝过程中向载热介质放出热量，温度升高后的载热介质流到需加热的空间，通过其它热交换器放出热量。冷凝后的制冷剂液体滴落到壳体1下部，然后从液态制冷剂出口6流出。

Claims (6)

1.一种制冷热泵两用的降膜式热交换器，包括壳体、制冷剂分配器、管束、液态制冷剂进口、气态制冷剂进出口，其特征在于，还包括液态制冷剂出口，液态制冷剂出口位于壳体下端，液态制冷剂进口位于壳体上端一侧，气态制冷剂进出口位于壳体上端另一侧，管束位于壳体内部，壳体内部空间和制冷剂分配器、液态制冷剂进口、气态制冷剂进出口以及液态制冷剂出口都是相通的。

2.根据权利要求1所述的制冷热泵两用的降膜式热交换器，其特征是，所述壳体，由圆柱形筒体及其两端的管板组成。

3.根据权利要求1所述的制冷热泵两用的降膜式热交换器，其特征是，所述制冷剂分配器，由多层结构钢板焊接构成。

4.根据权利要求1所述的制冷热泵两用的降膜式热交换器，其特征是，所述管束，由若干根传热管组成，两端胀接或焊接在壳体的管板上，形成内外隔绝的空间。

5.根据权利要求1所述的制冷热泵两用的降膜式热交换器，其特征是，所述液态制冷剂进口为圆柱形管道。

6.根据权利要求1所述的制冷热泵两用的降膜式热交换器，其特征是，所述气态制冷剂进出口为壳体上的圆形开口。

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