CN102798254A - 一种热利用平衡处理器 - Google Patents

Abstract

一种热利用平衡处理器，涉及一种用于热泵热水机或制冷循环系统的换热器部件，尤其涉及一种适用于R407C环保型制冷剂的热利用平衡处理器。换热管盘绕为螺旋状，置于主换热腔内；汽液分离器的汽分筒体置于壳体内部的下半部，壳体的下半部与汽分筒体的外周之间形成副换热腔；主换热腔的上部连接通到置于壳体外部的工质入口，主换热腔通过工质通道孔与副换热腔连通，副换热腔底部连通到置于壳体外部的工质出口；换热管的内部为热媒水通道。通过在副换热腔中对冷凝过程和蒸发过程的工质进行热利用平衡交换，解决由于非共沸混合工质R407C的相变不等温特性造成的相变过程不平衡的问题，消除混合制冷剂的温度滑移对设备的运行性能和安全性的影响。

Description

一种热利用平衡处理器

技术领域

本发明涉及一种用于热泵热水机或制冷循环系统的换热器部件，尤其涉及一种适用于R407C环保型制冷剂的热泵系统的热利用平衡处理器。

背景技术

在《家特利尔议定书》中，R22作为HCFC类工质是第二批要被替代的物质。1992年在丹麦哥本哈根召开的《议定书》缔约国第四次会议决定把R22的禁用期提前到2020年,因此制冷系统使用环保型制冷剂的替代已经越来越接近。作为R22制冷剂的重要的替代品，R407C制冷剂是一种混合工质，是R125、R32和R134a（重量百分比为25/23/52%）的非共沸混合物，温度滑移约为7K。温度滑移是指制冷剂混合物在某一恒定压力下发生相变时相变温度的变化值。对于非共沸混合制冷剂相变温度会随着相变过程而发生较大变化，因此换热器必须进行优化，否则温度滑移将会对设备的制冷性造成严重影响。R407C环保型制冷剂是R22在某些应用中的长期替代品，现有的冷凝器和蒸发器的带管壳式热交换器的R22设备，直接改装成R407C制冷剂之后，表面传热系数较低，导致换热效果变化，系统的热力循环状态发生了改变，因此对使用R407C制冷剂系统重新进行技术研究是非常重要。中国实用新型专利“一种R407C冷媒环保工业冷水机的冷媒循环装置”（中国实用新型专利号：ZL 200820301799.8，授权公告号：CN201281485Y）公开了一种R407C冷媒环保工业冷水机的冷媒循环装置，包括通过进出水管路连接有外部冷却水的冷凝换热器、压缩机、通过进出水管路连接有外部待冷却水的蒸发换热器，三者通过管连接构成封闭回路，其特征在于：所述的蒸发换热器为通过R407C冷媒的蒸发来吸收被冷却水热量的板式蒸发器，其内被冷却水的流向与R407C冷媒的流向相反构成全逆流热交换；所述的冷凝换热器为通过R407C冷媒的冷凝来释放热量给冷却水的板式冷凝器，其内的冷却水流向与R407C冷媒的流向相反构成全逆流热交换，使得冷媒循环系统有效避免此替代冷媒R407C冷凝和蒸发时的温度滑移对换热器的换热量的显著影响，避免系统失衡；该实用新型应用于符合无氟环保要求的采用替代环保冷媒R407C做制冷剂的工业冷水机，具有热转换稳定可靠的特点。中国发明专利申请“一种采用混合制冷剂的空调换热器及空调器”（中国发明专利申请号：201210036236.1，公开号：CN 102538308A）公开了一种采用混合制冷剂的空调换热器及空调器，包括翅片管换热器、集流管、至少2路分流管及连接集流管与各分流管的分流器，所述的集流管与所述分流器的进口端连接，所述分流器的分流出口分别连接所述各分流管的一端，所述各分流管的另一端分别与翅片管换热器上的管路连接以此来改善混合制冷剂因为非共沸带来的温度滑移问题，以及提高空调器换热器的换热效率及制热能力。上述实用新型专利和发明专利申请虽然分别提出了不同的解决混合制冷剂带来的温度滑移问题的技术方案，但是，现有的技术方案都是通过控制换热器自身的温差来适应混合制冷剂的温度滑移，并不能从根本上解决由于非共沸混合工质R407C的相变不等温特性造成的相变过程不平衡的问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种热利用平衡处理器，通过对冷凝过程和蒸发过程的不同相态的工质进行热利用平衡交换，解决混合制冷剂的温度滑移对设备的运行性能和安全性带来的严重影响。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种热利用平衡处理器，用于非共沸混合制冷剂的热泵热水机或制冷循环系统，包括壳体、换热管、工质入口、工质出口、进水口、出水口和汽液分离器，其特征在于：

所述的壳体内部的上半部设有一个内筒，壳体的上半部和内筒之间形成的空间，构成一个主换热腔；所述的换热管盘绕为螺旋状，置于所述的主换热腔内；

所述的汽液分离器由汽分筒体、汽分入口和汽分出口构成；所述的汽分筒体置于壳体内部的下半部，所述壳体的下半部与汽分筒体的外周之间形成的空间，构成一个副换热腔；

所述主换热腔的上部连接通到置于壳体外部的工质入口，所述主换热腔的下部通过工质通道孔与副换热腔连通，所述副换热腔底部连通到置于壳体外部的工质出口；

所述的工质入口和工质出口连接到热泵热水机或制冷循环系统的高压工质回路；所述的汽液分离器通过汽分入口和汽分出口，连接到热泵热水机或制冷循环系统的低压工质回路；所述的换热管的内部为热媒水通道，换热管的两端分别通过所述的进水口和出水口，连接到接到热泵热水机或制冷循环系统的热媒水循环回路。

本发明提供的热利用平衡处理器的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的换热管与主换热腔形成低频紊流换热结构，所述的换热管为麻花状螺旋管，所述麻花状螺旋管的内外表面均带有凹凸螺旋扭转的峰谷结构，所述换热管外壁的凸起螺旋贴近主换热腔的内壁，形成具有螺旋状工质通道的低频紊流换热结构。

本发明提供的热利用平衡处理器的一种更好的技术方案，其特征在于所述汽分筒体的外周设有螺旋翅片，所述壳体的内壁贴近汽分筒体外周的螺旋翅片，形成具有盘绕管结构的副换热腔。

本发明提供的热利用平衡处理器的一种优选的技术方案，其特征在于所述的热利用平衡处理器对冷凝过程和蒸发过程的不同相态的工质进行热利用平衡交换，冷凝过程的液态高温工质从工质入口进入热利用平衡处理器，经过主换热腔与换热管中的热媒水换热后，在所述的副换热腔中，与蒸发过程中由汽分入口进入所述汽分筒体的气态低温工质再次进行换热；在副换热腔中的工质，在换热过程中进一步降温成为过冷状态，并从工质出口流出进入蒸发器，从而提高蒸发器从空气源中吸收热能的效率，同时，汽分筒体中的工质在换热过程中升温，充分汽化成为过热气体，从汽分出口流出进入压缩机，从而防止液态工质进入压缩机造成液击故障。

本发明的有益效果是：

1、本发明的热利用平衡处理器用于热泵系统的热平衡处理，进行热量的综合利用，可保证系统的过冷度和过热度，并提高机组的能效系数，使机组更能稳定运行。

2、本发明的热利用平衡处理器通过在副换热腔中对冷凝过程和蒸发过程的不同相态的工质进行热利用平衡交换，可以解决由于非共沸混合工质R407C的相变不等温特性造成的相变过程不平衡的问题，可以消除混合制冷剂的温度滑移对设备的运行性能和安全性的影响，尤其适用于R407C环保型制冷剂系统。

3、本发明使用的热利用平衡处理器的主换热腔采用低频紊流换热技术，使管程与壳程同时处于螺旋管流动状态，促进了湍流程度，提高了传热效率，使总传热系数较常规换热器高40%。

4、本发明使用的热利用平衡处理器采用低频紊流换热技术，使介质流经螺旋管流动时，在管内外产生明显扰动，同时在介质作用下可产生低频率微动，具有较强的自洁作用，不易结垢；同时，换热管的波峰与波谷的结构设计还使其具有热应力自动补偿功能。

附图说明

图1本发明的热利用平衡处理器的内部结构示意图，

图2是本发明的热利用平衡处理器的主换热腔的结构示意图，

图3是热利用平衡处理结构的换热管的结构示意图，

图4是热利用平衡处理结构的副换热腔的局部放大图，

图5是本发明的热利用平衡处理器的主视图，

图6是本发明的热利用平衡处理器的左视图，

图7是本发明的热利用平衡处理器的俯视图。

以上图中的各部件的标号：4-热利用平衡处理器，401-工质入口，402-工质出口，403-主换热腔，404-工质通道孔，405-副换热腔，411-进水口，412-出水口，415-热媒水通道，41-壳体，42-换热管，43-内筒，7-汽液分离器，701-汽分入口，702-汽分出口，71-汽分筒体，711-螺旋翅片，703-过滤网。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

本发明的热利用平衡处理器4用于非共沸混合制冷剂的热泵热水机或制冷循环系统，包括壳体41、换热管42、工质入口401、工质出口402、进水口411、出水口412和汽液分离器7，如图1、图5至图7所示。

壳体41内部的上半部设有一个内筒43，壳体41的上半部和内筒43之间形成的空间，构成一个主换热腔403；换热管42盘绕为螺旋状，置于主换热腔403内，参见图1和图2。

所述的汽液分离器7由汽分筒体71、汽分入口702和汽分出口703构成；汽分筒体71置于壳体41内部的下半部，壳体41的下半部与汽分筒体71的外周之间形成的空间，构成一个副换热腔405，参见图1和图4。

主换热腔403的上部连接通到置于壳体41外部的工质入口401，主换热腔403的下部，通过工质通道孔404与副换热腔405连通，副换热腔405底部连通到置于壳体41外部的工质出口402；工质入口401和工质出口402连接到热泵热水机或制冷循环系统的高压工质回路；汽液分离器7通过汽分入口401和汽分出口402连接到热泵热水机或制冷循环系统的低压工质回路；换热管42的内部为热媒水通道415，换热管42的两端分别通过进水口411和出水口412，连接到接到热泵热水机或制冷循环系统的热媒水循环回路。

根据本发明提供的热利用平衡处理器4的一个实施例，换热管42与主换热腔403形成低频紊流换热结构，换热管42为麻花状螺旋管，所述麻花状螺旋管的内外表面均带有凹凸螺旋扭转的峰谷结构，参见图3中A部截面放大图。换热管42外壁的凸起螺旋贴近主换热腔403的内壁，形成具有螺旋状工质通道的低频紊流换热结构，如图2和图3所示，换热管42外壁的凸起部位靠近换热腔403的内壁，换热管42外壁的螺旋凹槽，与换热腔403的内壁形成螺旋状工质通道，管程的热媒水和壳程的工质同时处于螺旋管流动状态，促进了湍流程度，提高了传热效率。

在图1所示的本发明提供的热利用平衡处理器4的实施例中，汽分筒体71的外周设有螺旋翅片711，壳体41的内壁贴近汽分筒体71外周的螺旋翅片711，形成具有盘绕管结构的副换热腔405，参见图4所示的D部放大图，汽分筒体71外周的螺旋翅片711的凸起部位靠近壳体41的内壁，使副换热腔405形成螺旋状的液态高压工质通道，副换热腔405中工质处于螺旋管流动状态，促进了湍流程度，提高了传热效率。

根据本发明提供的热利用平衡处理器4的一种优选的实施例，热利用平衡处理器4对冷凝过程和蒸发过程的不同相态的工质进行热利用平衡交换，冷凝过程的液态高温工质从工质入口401进入热利用平衡处理器4，经过主换热腔403与换热管42中的热媒水换热后，在副换热腔405中，与蒸发过程中由汽分入口701进入所述汽分筒体71的气态低温工质再次进行换热；在副换热腔405中的工质，在平衡换热过程中进一步降温成为过冷状态，并从工质出口402流出进入蒸发器，从而提高蒸发器从空气源中吸收热能的效率；同时，汽分筒体71中的工质在平衡换热过程中升温，充分汽化成为过热气体，从汽分出口702流出进入压缩机，从而防止液态工质进入压缩机造成液击故障。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种热利用平衡处理器，用于非共沸混合制冷剂的热泵热水机或制冷循环系统，包括壳体、换热管、工质入口、工质出口、进水口、出水口和汽液分离器，其特征在于：

所述的壳体内部的上半部设有一个内筒，壳体的上半部和内筒之间形成的空间，构成一个主换热腔；所述的换热管盘绕为螺旋状，置于所述的主换热腔内；

所述的汽液分离器由汽分筒体、汽分入口和汽分出口构成；所述的汽分筒体置于壳体内部的下半部，所述壳体的下半部与汽分筒体的外周之间形成的空间，构成一个副换热腔；

所述主换热腔的上部连接通到置于壳体外部的工质入口，所述主换热腔的下部通过工质通道孔与副换热腔连通，所述副换热腔底部连通到置于壳体外部的工质出口；所述的工质入口和工质出口连接到热泵热水机或制冷循环系统的高压工质回路；所述的汽液分离器通过汽分入口和汽分出口，连接到热泵热水机或制冷循环系统的低压工质回路；所述的换热管的内部为热媒水通道，换热管的两端分别通过所述的进水口和出水口，连接到接到热泵热水机或制冷循环系统的热媒水循环回路。

2.根据权利要求1所述的热利用平衡处理器，其特征在于所述的换热管与主换热腔形成低频紊流换热结构，所述的换热管为麻花状螺旋管，所述麻花状螺旋管的内外表面均带有凹凸螺旋扭转的峰谷结构，所述换热管外壁的凸起螺旋贴近主换热腔的内壁，形成具有螺旋状工质通道的低频紊流换热结构。

3.根据权利要求1或2所述的热利用平衡处理器，其特征在于所述汽分筒体的外周设有螺旋翅片，所述壳体的内壁贴近汽分筒体外周的螺旋翅片，形成具有盘绕管结构的副换热腔。

4.根据权利要求1所述的热利用平衡处理器，其特征在于所述的热利用平衡处理器对冷凝过程和蒸发过程的不同相态的工质进行热利用平衡交换，冷凝过程的液态高温工质从工质入口进入热利用平衡处理器，经过主换热腔与换热管中的热媒水换热后，在所述的副换热腔中，与蒸发过程中由汽分入口进入所述汽分筒体的气态低温工质再次进行换热；在副换热腔中的工质，在换热过程中进一步降温成为过冷状态，并从工质出口流出进入蒸发器，从而提高蒸发器从空气源中吸收热能的效率，同时，汽分筒体中的工质在换热过程中升温，充分汽化成为过热气体，从汽分出口702流出进入压缩机，从而防止液态工质进入压缩机造成液击故障。

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