CN101482348B - 3段式热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3段式热交换器，包括具有公共流道壁面的氟利昂流道及水流道，氟利昂流道和水流道内的介质逆向流动以在公共流道壁面完成热交换，其特征在于，水流道自入口端至出口端分为依次串联的过冷段、饱和段和过热段，在饱和段上并联有一循环水泵，循环水泵的入口及出口分别连通饱和段的出口及入口，循环水泵的开/关由进入过冷段的水温决定。过热段可使热泵热水机组获得高于冷凝温度的出水温度；由于饱和段增大了循环水流量，使冷凝压力变化小，制冷系统运行平稳、可靠；过冷段改善了热泵热水机组的冷凝条件，减小了压缩机的压缩比，提高了制冷系统的COP值。
Description
技术领域：
本发明涉及一种热泵热水机组的水侧热交换器，特别是涉及一种直热式空气源热泵热水机组的水侧3段式热交换器。
背景技术：
现有的空气源热泵热水机组多是由压缩机、风侧热交换器、风机、水侧热交换器、节流元件、智能控制系统及相应的水系统组成，其工作原理是制冷剂在风侧换交热器中蒸发吸收空气中的热量，经压缩机压缩后在水侧热交换器中冷凝放热，把吸收的热量释放到水系统中，向用户提供生活热水，这种制热水方式COP值高，节能环保，综合经济效益好。
水侧热交换器一般为套管式或板式，热交换器的流体介质为水和氟里昂，两种流体在各自的流道中逆向流动，通过共有的流道壁面进行热量交换。现有的热交换器为一个氟利昂流道和一个水流道，根据水侧流道进水状态的不同，大致分为循环加热式和直热式两种。
循环加热式空气源热泵热水机组由于自身的特点，存在以下突出问题：
1、出水温度受限，不能满足高水温要求。
现有的氟里昂制冷系统对冷凝温度有一限定值，所以循环加热式空气源热泵热水机组的水箱最终温度不能超过某一极限值(一般为50℃)，当温度超过此值时，机组的压力和温度急剧升高，机组不能正常工作甚至造成事故。
2、水箱温度波动大，减小了水箱的有效容积，影响使用的舒适性。
循环加热式空气源热泵热水机组补水直接到水箱中，再经过机组循环加热使水温逐渐达到使用要求，这就造成机组刚开启时，水箱水温很低，随着机组的运行水温逐渐升高，直到水温达到使用要求，因而等待时间较长，另外，在使用过程中为保证水位要求，冷水直接补入水箱与水箱中的高温水混合，使水箱水温下降，导致最终不能使用，减小了水箱的有效容积，影响使用的舒适性。
直热式空气源热泵热水机组采用的是冷水进热水出的加热方式，冷水经过机组出来就是高温热水直接到保温水箱，所以不存在循环式的上述弊端，并且在相同的出水温度下，机组的冷凝温度低，效率更高，但这种方式也有其先天不足：
1、在冬季低环境温度、低水温条件下，由于机组的制热量衰减大，为获得高的水温，经过机组的水流量很小，从而造成调节过程中水温波动很大，制冷系统的冷凝压力或高或低，制冷系统极不稳定。
2、由于水流量小，对流量调节阀的调节精度提出了更高要求，机器在短时间内不能达到稳定的工作状态。启动过程中，为避免机器压力过大，水流量调节幅度大，再加上冷机器的热损失，水箱中会混入大量的凉水，影响后续的储水过程，甚至在水箱制满水时水温还达不到设定值。
为满足使用要求，上述两种方式都需要配备大水箱，而大水箱带来的弊端是：成本高；安装空间受限；水箱保温需要消耗更多的能量。
发明内容：
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种直热式空气源热泵热水机组的3段式热交换器，在低温工况下使机组迅速进入稳定工作状态，避免了启动过程中的系统波动和热量损失，提高了制热效率，可有效减小储水箱的容积。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种3段式热交换器，包括具有公共流道壁面的氟利昂流道及水流道，氟利昂流道和水流道内的介质逆向流动以在公共流道壁面完成热交换，其特征在于，所述水流道自入口端至出口端分为依次串联的过冷段、饱和段和过热段，在所述饱和段上并联有一循环水泵，所述循环水泵的入口及出口分别连通所述饱和段的出口及入口，所述循环水泵的开/关由进入所述过冷段的水温决定。
在所述过冷段的入口前端设置有温度传感器，所述温度传感器与一控制器及循环水泵电连接，当进入过冷段内的水温低于设定值时，控制器控制循环水泵启动；当进入过冷段内的水温高于设定值时，控制器控制循环水泵关闭。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、在冬季低环境温度、低水温条件下，由于热泵机组的制热量衰减大、进水温度降低，欲维持出水温度不下降则进出机组的冷却水量需减小，而减小冷却水流量的弊端在于：水系统调节困难，温度波动大；制冷系统的冷凝压力变化大、系统运行不稳定。为使制冷系统的冷凝压力变化平稳，本技术方案在不改变机组进出水流量的前提下加大了热交换器内部的冷却水循环量，解决措施就是将水流道自入口至出口依次分为串联的过冷段、饱和段和过热段，并在饱和段的进出口并联一循环水泵，开启循环水泵，饱和段的冷却水循环量即可增大。具体来说，饱和段为制冷系统水侧热交换器的主换热段，对冷凝压力的大小起主要作用，当冬季低环境温度、低水温时开启饱和段的循环水泵，饱和段的冷却水循环量大大增加，加大的冷却水循环量可使制冷系统的冷凝压力变化平稳，而热交换器总的进出水量(流经过冷段和过热段)并不加大，有效保证了机组出水温度不下降。
2、过热段可使热泵热水机组获得高于冷凝温度的出水温度；由于饱和段增大了循环水流量，使冷凝压力变化小，制冷系统运行平稳、可靠；过冷段改善了热泵热水机组的冷凝条件，减小了压缩机的压缩比，提高了制冷系统的COP值。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明工作原理图。
图中标号：1压缩机，2风侧换热器，3风机，4节流元件，5为3段式热交换器，6、水路系统，61温度传感器，62控制器，7氟利昂流道，8水流道，81过冷段，82饱和段，83过热段，9公共流道壁面，10循环水泵。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式，非限定实施例如下所述：
实施例：图1所示，3段式热交换器，其具有一氟利昂流道7及一水流道8，两流道具有公共流道壁面9，氟利昂流道7和水流道8内的介质相互逆向流动以在公共流道壁面9完成热交换，水流道自入口端至出口端分为依次串联过冷段81、饱和段82和过热段83，为在必要时增加饱和段内水的循环量，而又不改变水流道内总的进出水量，在饱和段82上并联有一循环水泵10，循环水泵10的入口及出口分别连通饱和段82的出口及入口，循环水泵的开/关由进入过冷段81内的水温决定。
图2所示，本实施例中机组包括：以压缩机1、风侧换热器2、风机3、节流元件4和本发明的水侧3段式换交换器5为主要零部件构成一个封闭的制冷循环系统，3段式热交换器的另一侧为常规设置的水路系统6，水路系统6的循环水由3段式热交换器水流道过冷段81流入，受热后由过热段83流出，在过冷段的入口前端设置有温度传感器61，温度传感器61和控制器62及循环水泵10电连接。
工作时，图2所示，高温、高压的制冷剂由压缩机1排出，在3段式热交换器5中冷凝放热，经过节流元件4降压后到风侧热交换器2中蒸发，吸收空气中的热量，返回压缩机1再压缩，形成一个循环；水路系统6中的低温自来水进入3段式热交换器5吸热升温后由过热段83流出以供使用。在机组上电后，控制器62通过温度传感器61自动检测自来水温度，当温度小于设定值时，3段式热交换器5中循环水泵10得电工作，以增大3段式热交换器5的内部循环水流量，当温度大于设定值时，循环水泵10失电停止工作。
Claims (1)
1.一种3段式热交换器，包括具有公共流道壁面的氟利昂流道(7)及水流道(8)，氟利昂流道和水流道内的介质逆向流动以在公共流道壁面(9)完成热交换，其特征在于，所述水流道(8)自入口端至出口端分为依次串联的过冷段(81)、饱和段(82)和过热段(83)，在所述饱和段(82)上并联有一循环水泵(10)，所述循环水泵的入口及出口分别连通所述饱和段(82)的出口及入口，所述循环水泵(10)的开/关由进入所述过冷段(81)的水温决定。
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