CN102853575B - 空气源降膜式冷热水机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气源降膜式冷热水机组，该机组包括：压缩机、四通阀、降膜式换热器、储液器、干燥器、膨胀阀、室外翅片换热器、引射器，压缩机、降膜式换热器以及室外翅片换热器均与四通阀相接，降膜式换热器还与储液器、引射器相接，储液器与干燥器相接，引射器与干燥器和膨胀阀相接，膨胀阀和储液器还与室外翅片换热器相接。本发明可避免气态制冷剂对液态分配器的布液干扰，可使液态分配器的结构更简单，无需设置四层或五层，采用二级布液就可实现均匀布液；在制热工况时，一方面可以减少气流压降，提高系统的能效比，另一方面可以避免制热工况时高压高速气流对布液器的频繁冲击，增加装置的稳定性。

Description

空气源降膜式冷热水机组

技术领域

 本发明涉及空调领域，具体地说是空气源降膜式冷热水机组。

背景技术

最早的水平管降膜蒸发器技术在1888年就已经诞生，但在20世纪70年代之前只有少数学者致力于这项技术的研究。20世纪80年代早期受第二次石油危机的驱动，许多学者开始研究这项技术，焦点主要集中在水平管降膜蒸发器在海洋热能转换（OTEC）系统中的应用，所以20世纪70～80年代对其使用工质、操作参数等的研究都是针对OTEC系统的。20世纪90年代，随着CFC的逐步淘汰，才开始在制冷系统上被采用。与干式和满液式等换热器相比，水平管降膜式换热器具有明显的优势：1）传热性能好，具有较高的蒸发温度，可减小液体静压对传热温差的影响；2）冷媒充注量少，降膜式换热器的冷媒充注量为满液式的30-70%；3）回油性能好，蒸发器底部仅有少量的制冷剂，润滑油的浓度好，有利于回油。在降膜换热器设计过程中，保证制冷剂均匀分配是关键，越来越多的国内外学者开始研究降膜换热器结构优化及其应用技术。

在降膜换热器结构设计优化方面，目前已经有大量的文献和专利资料研究和设计新型的制冷剂分配器。美国特灵空调公司的专利（US629311B1）提出了一种制冷剂分配器，该分配器总共由五层组成，制冷剂从上往下流动时，先沿长度方向布液，再由宽度方向布液，最终实现制冷剂的均匀布液。该公司另一项专利（CN1343295A）提出了一种由四层孔板组成的布液器，设计理念与专利（US629311B1）类似。这两种形式的分配器结构复杂，尤其是成本很高。

约克国家公司专利（CN10105285A）设计了一种喷射式制冷剂分配器，该分配器结构简单，但难以实现制冷剂的均匀布液。

上海交通大学专利（CN100451495A）设计的分配器分为三级，上级由制冷剂纵向分配管和横向毛细管组成，中级由多孔板组成，下级由导流丝网构成。

重庆美的通用制冷公司设计了一种降膜式蒸发器（CN202133192U），该蒸发器的布液器由斜面分配孔板、多孔填料层、一次分配孔板和二级分配孔板组成，结构依然比较复杂，不能降低成本。

珠海格力节能技术中心专利（CN102410773A）设计了一种布液装置，制冷剂从该装置进液管流入分流池，经分流池的导流管进入到多孔布液管，然后从布液管小孔滴入填料槽中，最后从填料槽的底部布液孔均匀流出。

广东工业大学专利（CN102000437A）公开了一种带气液分离布膜的降膜蒸发器，包括最少两层分液功能的布膜器，且在两层布膜器中间还布置了管排，结构复杂，加工难度大。

上海海事大学专利（CN101191683B）授权了一种射流循环喷淋降膜蒸发器，该蒸发器的射流泵的高压制冷剂的入口与冷凝器连通，循环制冷剂入口与蒸发器外壳底部连通，混合制冷剂出口与分配器相连。

上海柯茂机械有限公司专利（CN102338512A）也涉及了一种带引射器泵的降膜式蒸发器，在该蒸发器低端和侧旁之间连接一引射泵。

以上发明涉及的降膜换热器都只能作为制冷系统的蒸发器，若要将这类降膜换热器用于热泵空调系统中，必须加以改进。适用于在制冷热泵两用的降膜式换热器的研究还很少。经过查阅相关的专利文献，仅有特灵空调公司申请了一项专利（CN101089520A），该发明涉及的制冷热泵两用降膜式换热器包括一个气态制冷剂进出口，一个液体制冷剂出口，一个液体制冷剂进口，其中液态制冷剂进口位于壳体上端的一侧，气态制冷剂进出口位于壳体上端的另一侧，液体制冷剂出口位于壳体的下端。

该发明专利（CN101089520A）设计的降膜换热器结构模糊，制冷剂的进入口位置设计不合理，没有考虑由于气体冲击布液器带来的不良后果，也不能给出相应的热泵空调系统运行的流程示意图。因此需要加以改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种空气源降膜式冷热水机组，该机组既能够实现制冷工况运行时制冷剂液体的均匀布液，又能实现制热工况运行时制冷剂气体的顺畅导流。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种空气源降膜式冷热水机组，包括：压缩机、四通阀、降膜式换热器、储液器、干燥器、膨胀阀、室外翅片换热器、引射器，压缩机、降膜式换热器以及室外翅片换热器均与四通阀相接，降膜式换热器还与储液器、引射器相接，储液器与干燥器相接，引射器与干燥器和膨胀阀相接，膨胀阀和储液器还与室外翅片换热器相接。所述压缩机出口通过球阀与四通阀的A端口相连，压缩机进口与四通阀的C端口相连。所述引射器包括混合出口，高压入口以及引射器入口。

所述降膜式换热器的外部包括液态制冷剂进口，气态制冷剂进出口以及底端液态制冷剂储液包，储液包设有引射出口和冷凝出口。气态制冷剂进出口与四通阀的D端口相连，液态制冷剂进口与引射器的混合出口连通，储液包的引射出口与引射器的引射入口相连，储液包的冷凝出口与通过球阀、电磁阀和单向阀与储液器入口相通。所述室外翅片换热器一端与四通阀的C端口相连，另一端通过单向阀与膨胀阀相通。所述膨胀阀通过干燥器与储液器的出口相通。

所述降膜式换热器的内部包括壳体、气体导流装置、并联多孔管一次布液器、筛板式二次布液器以及管束等。

所述并联多孔管一次布液器由中心分配管、制冷剂进口管、连通管和并联旁通管等组成。连通管用来联接中心分配管和并联旁通管，并联旁通管对称安装在中心分配管两侧；中心分配管和并联旁通管的底部都开有小孔，小孔的孔径大小可采用多种尺寸；连通管的轴线与中心分配管的中心应保留一定的水平距离。

所述气体导流装置位于并联多孔管一次布液器的上端，且位于降膜式换热器外部的气态制冷剂进出口的正下方，气流导流装置包括金属吊杆和导流板，导流板可以加工成圆弧形，也可以加工成圆盘等其它形状，通过细小的金属吊杆与壳体的内侧顶部焊接固定；导流板与并联多孔管一次布液器之间应保留一定的间隙。

所述气体导流装置应靠近并联多孔管一次布液器的制冷剂进口管安装。气体导流装置安装在壳体顶部的两端附近时，不利于制冷剂气流的顺畅排出，将导致气体的压降增大。

所述降膜式换热器设有储液包、制冷剂引射出口和制冷剂冷凝出口。制冷剂引射出口和制冷剂冷凝出口分别位于储液包的两侧；储液包安装在换热器底端，用于收集液态制冷剂，在制冷模式下可防止气态制冷剂进入引射器，从而避免影响引射器的性能，在制热模式下可阻止未冷凝的气态制冷剂进入储液器，从而避免影响系统的制热量。

本发明在进行制冷模式时：从压缩机出口流出的高压制冷剂经过四通阀后，进入室外翅片换热器冷却冷凝，冷却冷凝后的高压制冷剂进入储液器，经过干燥过滤器后，分为两路，一路进入膨胀阀，另一路送入引射器高压入口，引射器通过高压液体抽吸降膜式换热器底端的低压液体制冷剂，经过膨胀阀节流后的低压制冷剂与引射器混合出口的低压制冷剂并为一路，然后送入降膜式蒸发器的制冷剂进口，低压制冷剂在降膜式蒸发器内的管束外蒸发并过热后，从降膜式蒸发器顶端的气态制冷剂出口流出，最后经过四通阀回到压缩机的入口，完成一个制冷循环。

本发明在进行制热模式时：从压缩机流出的高压制冷剂经过四通阀后经过降膜式换热器的气态制冷剂入口，被送入降膜式换热器中冷却冷凝，冷却冷凝后的高压制冷剂进入储液器，经过干燥过滤器和膨胀阀后，进入室外翅片换热器蒸发并过热，最后经过四通阀进入压缩机的入口，完成一个制热循环。在制热模式下，通过断开电磁阀和关闭球阀，引射器不工作。

有益效果：1）本发明充分利用降膜式蒸发的传热效率高、制冷剂充注量少等优点，将降膜式蒸发技术的应用拓展到空气源冷热水机组中；2）本发明的降膜式换热器内设并联多孔管一次布液器，可避免气态制冷剂对液态分配器的布液干扰，实现液体制冷剂的分区均匀布液，使得液态分配器的结构更简单，无需设置四层或五层，采用二级布液就可实现均匀布液；3）本发明的降膜式换热器内设气体导流装置，在制热工况时，一方面可以减少气流压降，提高系统的能效比，另一方面可以避免制热工况时高压高速气流对布液器的频繁冲击，增加装置的稳定性。

附图说明

图1是本发明总体结构示意图；

图2是降膜式换热器的内部结构示意图；

图3是降膜式换热器的轴对称剖面示意图；

图4是降膜式换热器内气体导流装置的局部结构示意图；

图5是降膜式换热器内并联多孔管一次布液器的结构示意图；

图6是本发明空气源降膜式冷热水机组的制冷循环流程示意图；

图7是本发明空气源降膜式冷热水机组的制热循环流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1所示，一种空气源降膜式冷热水机组，包括：压缩机1、四通阀3、降膜式换热器4、储液器13、干燥器14、膨胀阀15、室外翅片换热器16、引射器17，压缩机1、降膜式换热器4以及室外翅片换热器16均与四通阀3相接，降膜式换热器4还与储液器13、引射器17相接，储液器13与干燥器14相接，引射器17与干燥器14和膨胀阀15相接，膨胀阀15和储液器13还与室外翅片换热器16相接。

如图2、图3所示，降膜式换热器4包括壳体20、气体制冷剂进出口21、制冷剂进口22、储液包23、制冷剂引射出口24、制冷剂冷凝出口25、气体导流装置26、并联多孔管一次布液器28、筛板式二次布液器29以及管排30等。

降膜式换热器4底部还设有储液包23、制冷剂引射出口24和制冷剂冷凝出口25，如图3所示。制冷剂引射出口24和制冷剂冷凝出口25分别位于储液包23的两侧，储液包23安装在降膜式换热器4的底端。

气体导流装置26包括金属吊杆26a和导流板26b，如图3、图4所示。其中，导流板26b可加工成圆弧形曲面，也可加工成倒锥形等其它曲面形状，导流板26b通过细小的金属吊杆26a与壳体20的内侧顶部焊接固定，气体导流装置26与并联多孔管一次布液器28之间应保留一定的间隙。

并联多孔管一次布液器28由中心分配管28a、制冷剂进口管22、连通管27a和并联旁通管27b等组成，如图5所示；中心分配管28a和并联旁通管27b之间通过连通管27a联接，并联旁通管27b对称安装在中心分配管28a两侧。中心分配管和并联旁通管的底部都开有小孔27c。

如图5所示，连通管27a的轴线应与中心分配管28a的中心保留一定的水平距离L0。

气体导流装置26安装时应尽能靠近制冷剂进口管22，如图3所示，以减小两者之间的水平距离。

本发明工作原理：

装置制冷模式如图6所示：关闭球阀7和电磁阀8，开启手阀19、球阀5、电磁阀6和电磁阀18。从压缩机1出口流出的高压制冷剂经过球阀2后，进入四通阀3的A端口，再从四通阀3的B端口流出后进入室外翅片换热器16内冷却冷凝，冷凝后的高压制冷剂经单向阀11后被送入储液器13，然后经过干燥过滤器14后，分为两路，一路被膨胀阀15节流后进入单向阀10，另一路经过手阀19和电磁阀18后，送入引射器17的高压入口，由于引射器17内高压液体的卷吸作用，降膜式换热器4底端的低压制冷剂不断地经过冷凝出口25、球阀5和电磁阀6进入引射器17的引射入口，单向阀10出口处的低压制冷剂与引射器17混合出口的低压制冷剂合并为一路后，送入降膜式蒸发器4的制冷剂进口22，进入并联多孔管一次布液器28中完成初次布液，然后在重力作用下，低压液态制冷剂经过筛板式二次布液器29内完成二次均匀布液后，滴淋在排管30上，汽化并过热后的制冷剂蒸气经过导流板26b和气体制冷剂出口21后，被送入四通阀3的D端口，最后经过四通阀3的C端口，回到压缩机1的入口，完成一个制冷循环。

装置制热模式如图7所示：开启球阀7和电磁阀8，关闭手阀19、球阀5、电磁阀6和电磁阀18，从压缩机1出口流出的高压制冷剂经过球阀2后，进入四通阀3的A端口，从四通阀3的D端口流出后进入降膜式蒸发器4的气体制冷剂进口21，经过导流板26b后在管排30外表面上冷却冷凝，冷却冷凝后的高压制冷剂经过储液包23侧边的冷凝出口25、球阀7和电磁阀8，被送入单向阀12后，进入储液器13中，从储液器13流出的高压制冷剂依次经过干燥过滤14和膨胀阀15，节流后的低压制冷剂进单向阀9流进室外侧翅片换热器16内完成蒸发过程，汽化并过热后的低压制冷剂进入四通阀3的B端口，最后经过四通阀3的C端口，回到压缩机1的入口，完成一个制热循环。

Claims (6)

1.一种空气源降膜式冷热水机组，其特征在于，包括：压缩机(1)、四通阀(3)、降膜式换热器(4)、储液器(13)、干燥器(14)、膨胀阀(15)、室外翅片换热器(16)、引射器(17)，压缩机(1)、降膜式换热器(4)以及室外翅片换热器(16)均与四通阀(3)相接，降膜式换热器(4)还与储液器(13)、引射器(17)相接，储液器(13)与干燥器(14)相接，引射器(17)与干燥器(14)和膨胀阀(15)相接，膨胀阀(15)和储液器(13)还与室外翅片换热器(16)相接；所述降膜式换热器(4)包括壳体(20)，在壳体(20)内部设有气体导流装置(26)，在壳体(20)内部由上而下依次连接有并联多孔管一次布液器(28)、筛板式二次布液器(29)以及管束(30)；在壳体(20)外部设有与并联多孔管一次布液器(28)相接的液态制冷剂进口(22)和与气体导流装置(26)相接的气体制冷剂进出口(21)。

2.根据权利要求1所述空气源降膜式冷热水机组，其特征在于：所述并联多孔管一次布液器(28)由中心分配管(28a)、制冷剂进口(22)、连通管(27a)和并联旁通管(27b)等组成；中心分配管(28a)和并联旁通管(27b)之间通过连通管(27a)联接，并联旁通管(27b)对称安装在中心分配管(28a)两侧，并联旁通管(27b)的底部开有小孔(27c)。

3.根据权利要求2所述空气源降膜式冷热水机组，其特征在于：所述连通管(27a)的轴线与中心分配管(28a)的中心保留一定的水平距离。

4.根据权利要求1所述空气源降膜式冷热水机组，其特征在于：所述气体导流装置(26)位于并联多孔管一次布液器(28)的上端，且位于气体制冷剂进出口(21)的正下方，气流导流装置(26)包括金属吊杆(26a)和导流板(26b)，导流板(26b)为圆弧形或者圆盘形，通过金属吊杆(26a)与壳体(20)的内侧顶部焊接固定；导流板(26b)与并联多孔管一次布液器(28)之间具有间隙。

5.根据权利要求1所述空气源降膜式冷热水机组，其特征在于：气体导流装置(26)与制冷剂进口(22)相邻。

6.根据权利要求1所述空气源降膜式冷热水机组，其特征在于：所述降膜式换热器(4)还设有储液包(23)、制冷剂引射出口(24)和制冷剂冷凝出口(25)，制冷剂引射出口(24)和制冷剂冷凝出口(25)分别位于储液包(23)的两侧，储液包(23)安装在降膜式换热器(4)底端。