CN102914087B - 制冷机组的换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制冷机组的换热系统，制冷机组的换热系统包括：第一换热器，第一换热器包括：油冷却换热管、制冷剂换热管和换热介质通道，油冷却换热管和制冷剂换热管相互独立，油冷却换热管和制冷剂换热管共用换热介质通道进行换热。本发明通过油冷却换热器和使用侧制冷换热器的合二为一的整体结构，防止了油冷却换热器冬季水路冻结问题，提高了油冷却系统的可靠性，同时也解决了油冷却换热器不用时水路旁通的问题。制冷机组的换热系节省了换热介质连接管路，减少了换热器个数，使制冷机组油冷却系统的成本大幅降低。制冷机组在制热运行时，油冷却换热同时也提升了机组的制热性能。

Description

制冷机组的换热系统

技术领域

本发明涉及制冷领域，具体涉及一种制冷机组(含热泵机组，下同)的换热系统，例如，涉及一种具有油冷却功能的组合式壳管换热器，尤其是涉及一种以水为使用侧换热介质的制冷机组具有油冷却功能的组合式壳管换热器。

背景技术

在制冷压缩机中冷冻油起到了运动部件润滑，带走相对运动产生的热量，对压缩腔的密封等作用，冷冻油系统的稳定对压缩机的安全运行起着至关重要的作用。如图1所示，制冷剂通过压缩机1压缩，高温高压排气进入冷凝器2冷凝成液体，液体制冷剂通过电磁阀3后经膨胀阀4节流成为低温低压的制冷剂液体，再通过使用侧换热器(第一换热器)5蒸发成制冷剂气体后回压缩机1。

对于冷冻油槽位于压缩机排气侧的制冷机组，冷冻油的温度接近于压缩机的排气温度，当压缩机1的排气温度过高时，会导致冷冻油碳化和粘度下降的问题，严重影响冷冻油的品质，使得压缩机的润滑不足，影响压缩机的寿命，严重时甚至出现压缩机抱轴。为了确保压缩机的运行可靠性，对于高压缩比的机组，通常需要对冷冻油进行冷却。油冷却换热器是实现对冷冻油进行冷却的关键部件。

如图1所示，使用侧换热器5(即第一换热器5)具有进水口51和出水口53，冷却水从进水口51进到第一换热器5，从出水口53流出使用侧换热器5(即第一换热器5)，实现对制冷剂进行冷却。

而冷冻油进行冷却则需要使用侧水路单独引出一路冷却水到油冷却换热器7，通常，冷冻油从压缩机1的油冷却出口出来，经过调节阀6，进入油冷却换热器7，常用的以水为换热介质的油冷却换热器7是独立于制冷机组使用侧换热器5(即第一换热器5)的。油冷却换热器7设有进水口71和出水口73，冷却水从进水口71进到油冷却换热器7，从出水口73流出油冷却换热器7，实现对冷冻油进行冷却。这种油冷系统存在以下缺点和问题：1、油冷却水路水量较小而且管路较长，当冬季环境温度低于0℃时，油冷却换热器和管路中的冷缺水非常容易冻结，使得油冷却换热器不能正常工作，甚至导致换热器冻裂。2、当排气温度较低时，机组不需要采用油冷却换热器，而此时冷却水依然会通过油冷却换热器，使得浪费了使用侧水流量。3、系统采用独立结构的油冷却换热器，使得系统的成本较高，而且管路系统结构更加复杂。4、系统采用独立结构的油冷却换热器，增加了制冷机组换热系统或制冷机组的整体体积，不便安装，使用和安装受限于场所的空间。

发明内容

本发明旨在提供一种制冷机组的换热系统，以解决现有的油冷却换热器易冻裂的问题。进而，本发明还要解决现有的油冷却换热器浪费冷却水的问题。进而，本发明还要解决现有的油冷却换热器管路系统结构复杂，成本较高的问题。进而，本发明还要解决现有的制冷机组换热系统或制冷机组不便安装，使用和安装受限于场所的空间的问题。

为此，本发明提出一种制冷机组的换热系统，制冷机组的换热系统包括：第一换热器，第一换热器包括：油冷却换热管、制冷剂换热管和换热介质通道，油冷却换热管和制冷剂换热管相互独立，油冷却换热管和制冷剂换热管共用换热介质通道进行换热。

进一步地，第一换热器为壳管式换热器，第一换热器包括：筒体，油冷却换热管和制冷剂换热管布设在筒体的空腔中，该空腔中除油冷却换热管和制冷剂换热管之外的空间作为换热介质通道，并且筒体上设有换热介质通道的进口和出口、油冷却换热管的进口和出口以及制冷剂换热管的进口和出口。

进一步地，油冷却换热管的进口和制冷剂换热管的进口处设有均分器。

进一步地，油冷却换热管和制冷剂换热管为U形管或直管。

进一步地，空腔内设有折流板。

进一步地，换热介质通道中容纳有换热介质，换热介质为水、卤水、乙二醇溶液、丙三醇溶液或其它类似的水溶液。

进一步地，制冷机组的换热系统还包括：压缩机、与压缩机连接的制冷剂管路以及与压缩机连接的冷冻油管路，制冷剂管路与冷冻油管路相互独立，制冷剂管路与制冷剂换热管连通，冷冻油管路与油冷却换热管连通，制冷剂管路上连接有第二换热器，第二换热器与压缩机的制冷剂出口连接，第一换热器连接在制冷剂管路上，制冷剂换热管的出口连接在压缩机的制冷剂入口上，油冷却换热管的出口连接在压缩机的冷冻油入口上，制冷剂换热管的入口连接在第二换热器的出口上，油冷却换热管的入口连接在压缩机的冷冻油出口上，第一换热器为蒸发器，第二换热器为冷凝器。

作为另一种选择，所述制冷机组的换热系统还包括：压缩机、与所述压缩机连接的制冷剂管路以及与所述压缩机连接的冷冻油管路，所述制冷剂管路与所述冷冻油管路相互独立，所述制冷剂管路与所述制冷剂换热管连通，所述冷冻油管路与所述油冷却换热管连通，所述制冷剂管路上连接有第二换热器，所述第二换热器与所述压缩机的制冷剂入口连接，所述第一换热器连接在所述制冷剂管路上，所述制冷剂换热管的入口连接在所述压缩机的制冷剂出口上，所述油冷却换热管的出口连接在所述压缩机的冷冻油入口上，所述制冷剂换热管的出口连接在所述第二换热器的入口上，所述油冷却换热管的入口连接在所述压缩机的冷冻油出口上，其中，所述第一换热器为冷凝器，所述第二换热器为蒸发器。

进一步地，冷冻油管路还包括：与油冷却换热管并联的油路旁通管以及与油冷却换热管和油路旁通管连接的调节阀。调节阀可以是一个三通阀也可以由两个两通阀组成。

进一步地，制冷剂管路上还设有串联的电磁阀和膨胀阀，电磁阀和膨胀阀设置在第一换热器和第二换热器之间。

本发明取消了单独的油冷却换热器，将油冷却换热器融合在使用侧换热器中(即包含制冷剂换热管的换热器，也就是本发明的第一换热器)，把油冷却换热器集成到制冷机组使用侧换热器中形成组合式的整体式换热器，使油冷却换热管和制冷剂换热管共用换热介质通道进行冷却或换热。当冬季安装环境温度会低于0℃的制冷机组特别是安装于室外的风冷热泵机组，其使用侧换热器一般都具有冬季防冻措施。油冷却换热器集成到使用侧换热器中后彻底的解决了油冷却换热器冬季结冰的问题。这种组合式换热器具有可靠性高、成本低、管路简单、换热效率高等优点。

本发明通过油冷却换热器和第一换热器的合二为一的整体结构，防止了油冷却换热器冬季水路冻结问题，提高了制冷机组换热系统的油冷却的可靠性，同时也解决了油冷却换热器不用时的水路旁通的问题。本发明的制冷机组的换热系统节省了水系统连接管路，减少了换热器个数，使机组油冷却系统的成本大幅降低。制冷机组在制热运行时，油冷却换热同时也提升了机组的制热性能。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，图中相同功能的部件以同一个数字标注。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为现有的制冷机组换热系统的结构和工作原理图；

图2为根据本发明实施例的制冷机组的换热系统的结构和工作原理图；

图3为根据本发明实施例的第一换热器的结构，其中，第一换热器采用壳管换热器的结构。

图2和图3的标号说明：

1、压缩机 2、第二换热器 3、电磁阀 4、膨胀阀 5、第一换热器(即使用侧换热器) 6、调节阀 7、油冷却换热器 8、封头 9、管板 10、筒体 11、油冷却换热管 12、制冷剂换热管 13、折流板 14、冷冻油均分器 15、制冷剂均分器 16、排水口 17、支架 19、空腔 20、冷冻油管路 21、油冷却换热管的进口(即冷冻油进油口) 22、油冷却换热管的出口(冷冻油出油口)

23、油路旁通管

30、制冷剂管路 40、换热介质通道 51、换热介质通道进口 53、换热介质通道出口

55、制冷剂换热管入口 57、制冷剂换热管出口 71、油冷却换热管进口或进水口 73、油冷却换热管出口或出水口

具体实施方式

除非另有说明，否则本发明的上下文中所用的术语具有下面给出的含义。本文没有具体给出含义的其他术语具有其在本领域中通常的含义。

如图2所示，根据本发明实施例的制冷机组的换热系统包括：第一换热器5，第一换热器5包括：油冷却换热管11、制冷剂换热管12和换热介质通道40，油冷却换热管11和制冷剂换热管12相互独立，也就是，油冷却换热管11和制冷剂换热管12互不连通，各自进行各自的循环。油冷却换热管11和制冷剂换热管12共用换热介质通道40进行换热。换热介质通道中容纳有换热介质，例如，换热介质为水、卤水、乙二醇溶液、丙三醇溶液或其它类似水溶液，通过换热介质在油冷却换热管11和制冷剂换热管12外的流动，可以同时与冷冻油和制冷剂进行热交换。图2中，本发明的制冷机组为单制冷机组，此外，本发明的制冷机组也可以为单制热或冷热两用机组，这些制冷机组的换热系统(即冷却系统)原理类似。相对于图1中的现有技术，本发明取消了单独的油冷却换热器，将油冷却换热器融合在使用侧换热器中(即包含制冷剂换热管的换热器，也就是本发明的第一换热器)，把油冷却换热器集成到制冷机组使用侧换热器中形成组合式的整体式换热器，使油冷却换热管和制冷剂换热管共用换热介质通道进行冷却或换热。当冬季安装环境温度会低于0℃的制冷机组特别是安装于室外的风冷热泵机组，其使用侧换热器中的水流量大，而且一般都具有冬季防冻措施。油冷却换热器集成到使用侧换热器中后彻底的解决了油冷却换热器冬季结冰的问题。这种组合式换热器具有可靠性高、成本低、管路简单、换热效率高等优点。制冷机组在制热运行时，冷冻油冷却换热同时也提升了机组的制热性能。

进一步地，第一换热器5为壳管式换热器，这种壳管式结构，便于制作，结构简单，能容纳较多的换热介质。如图2和图3所示，第一换热器5包括：具有空腔19的筒体10，油冷却换热管11和制冷剂换热管12布设在空腔19中，空腔19中除油冷却换热管和制冷剂换热管之外的空间作为换热介质通道40，并且第一换热器5上设有换热介质通道的进口51和出口53、油冷却换热管的进口21(即冷冻油进油口)和出口22(冷冻油出油口)以及制冷剂换热管的进口55和出口57。

进一步地，如图3所示，油冷却换热管的进口21设有冷冻油均分器14，制冷剂换热管的进口55处设有制冷剂均分器15，以提高流体在各换热管中的均匀分配。关于冷冻油均分器14和制冷剂均分器15都可以采用现有的均分器的结构。

进一步地，如图3所示，油冷却换热管11和制冷剂换热管12为U形管，这样可以提高换热效率，当然，油冷却换热管11和制冷剂换热管12也可以直管以及其他壳管式换热器，以便制作。根据油冷却换热管11和制冷剂换热管12的不同流程，制冷剂换热管的入口55、制冷剂换热管的出口57、冷冻油进油口21和冷冻油出油口22可以布置在换热器的同一端，也可以布置在换热器的两端。

进一步地，如图3所示，第一换热器5的空腔19内设有折流板13，折流板13可以垂直油冷却换热管11和制冷剂换热管12固定在第一换热器5的筒体10的内部，折流板13的数目为多个，间隔设置，通过折流板13可增加管外换热介质的流速和扰动，提高换热效果，折流板也起到了油冷却换热管11和制冷剂换热管12固定的作用。

进一步地，如图2和图3所示，制冷机组的换热系统还包括：压缩机1、与压缩机1连接的制冷剂管路30以及与压缩机1连接的冷冻油管路20，制冷剂管路30与冷冻油管路20相互独立，制冷剂管路30与冷冻油管路20之间互不连通，制冷剂管路30与制冷剂换热管12连通，冷冻油管路20与油冷却换热管11连通。

制冷剂管路30上连接有第二换热器2，第二换热器2与压缩机1的制冷剂出口连接，第一换热器5连接在制冷剂管路30上，制冷剂换热管的出口57连接在压缩机的制冷剂入口(图中未标号)上，油冷却换热管的出口22连接在压缩机的冷冻油入口(图中未标号)上，制冷剂换热管的入口55连接在第二换热器的出口(图中未标号)上，油冷却换热管的入口21连接在压缩机的冷冻油出口(图中未标号)上。

作为另一种选择，第二换热器2与压缩机1的制冷剂入口连接，第一换热器5连接在制冷剂管路上，制冷剂换热管的入口连接在压缩机1的制冷剂出口上，油冷却换热管的出口连接在压缩机的冷冻油入口上，制冷剂换热管的出口连接在第二换热器2的入口上，油冷却换热管的入口连接在压缩机的冷冻油出口上，其中，第一换热器5为冷凝器，第二换热器2为蒸发器，这样，可以也得到很好的换热效果，能够在满足第一换热器5为冷凝器时的换热要求的条件下，实现冷冻油的换热。

制冷剂从第二换热器2的出口通过制冷剂管路30进入制冷剂换热管的入口55，经过在第一换热器5换热后，从制冷剂换热管的出口57进入压缩机的制冷剂入口。冷冻油通过冷冻油管路20从压缩机的冷冻油出口(图中未标号)进入到油冷却换热管的入口21，经过在第一换热器5换热后，从油冷却换热管的出口22进入到压缩机的冷冻油入口。在制冷剂和冷冻油的换热过程中，当第一换热器5是冷凝器时，换热介质通道40中的换热介质同时对制冷剂和冷冻油进行冷却，当第一换热器是蒸发器时，制冷剂冷却换热介质，而后换热介质冷却冷冻油。解决了油冷却换热器不用时的水路旁通的问题。本发明的制冷机组的换热系统节省了水系统连接管路，减少了换热器个数，使机组油冷却系统的成本大幅降低。此外，制冷机组在制热运行时，油冷却换热同时也提升了机组的制热性能，相对于冷冻油单独换热和制冷剂单独换热，本发明提高了换热效率。

进一步地，如图3所示，第一换热器5中设有封头8、管板9、筒体10、冷冻油换热管11、制冷剂换热管12、折流板13、冷冻油均分器14、制冷剂均分器15、排水口16、支架17。支架17支撑整个筒体10。封头8具有较厚的壁厚，起到承压、分隔和密封的作用，封头8设置在第一换热器5的侧向。换热介质通道的进口51和出口53均设置在第一换热器5的顶端，换热介质均从顶端进出，有利于空气排出，提高换热效果，也便于安装、维修和使用。为了便于维修时排出内部的换热介质，在在第一换热器5的底端设置有排水口16。管板9支撑筒体10中的各换热管。

进一步地，如图2所示，第一换热器5为蒸发器，第二换热器2为冷凝器；或者第一换热器5为冷凝器，第二换热器2为蒸发器。也就是，本发明的组合式壳管换热器可用作蒸发器，也可用作冷凝器，可以有更多的选择。

进一步地，如图2所示，冷冻油管路20还包括：与油冷却换热管并联的油路旁通管23以及与油冷却换热管和油路旁通管连接的调节阀6，从而可调节油冷却换热管11中冷冻油的流量，并控制进入压缩机的冷冻油的温度。

进一步地，如图2所示，制冷剂管路上还设有串联的电磁阀3和膨胀阀4，电磁阀3和膨胀阀4设置在第一换热器5和第二换热器2之间，制冷剂通过电磁阀3后经膨胀阀4节流成为低温低压的制冷剂液体。

下面描述一下本发明的工作原理：

如图2和图3所示，制冷剂通过压缩机1的压缩，高温高压排气进入第二换热器2(例如为冷凝器)冷凝成液体，液体制冷剂通过电磁阀3后经膨胀阀4节流成为低温低压的制冷剂液体，再通过第一换热器5(例如为蒸发器)蒸发成制冷剂气体后会压缩机1。制冷机组的换热系统的冷冻油循环如下：冷冻油从压缩机1的冷冻油出口出来，经过调节阀6，再到第一换热器5进行冷却换热，冷冻油冷却降温后回压缩机冷冻油入口，对压缩机运动部件进行润滑。

制冷剂回路：制冷剂进入制冷剂换热管入口55后，通过制冷剂均分器15进入制冷剂换热管12，在制冷剂换热管12中与换热介质换热后通过制冷剂换热管出口57离开换热器。

冷冻油回路：冷冻油进入油冷却换热管的入口21后，通过冷冻油均分器14进入油换热管11，在油换热管11中与换热介质(例如，水)进行换热，通过封头上8的冷冻油换热管的出口22离开第一换热器5。

换热介质为水时的换热介质回路，即水回路：水进入筒体10后，在制冷剂换热管12和冷冻油换热管11外侧流动，并与制冷剂换热管12内的制冷剂和冷冻油换热管11内的冷冻油进行换热。较佳的，通过折流板13，使水流在换热器内保持合适的流速，同时使流道长度也得到增加，提高了水侧换热效果。

在以上表述中，进口、出口仅仅是相对而言，在空调系统一种工作模式下的进口或者出口，在另一种工作模式下即作为出口或进口。

本发明的上述结构和特征在不相互矛盾的情况下可以互相组合，前面的具体实施方式的说明将能充分地揭示本发明的一般特征，以致他人借助现有知识很容易为具体应用对这些具体实施方式做调整和/或适应性变化，这些皆没有偏离本发明的范围，因此这些调整和修改应该视为对本发明中所披露实施方式的等同替换。

Claims (7)

1.一种制冷机组的换热系统，其特征在于，所述制冷机组的换热系统包括第一换热器，所述第一换热器包括油冷却换热管、制冷剂换热管和换热介质通道，所述油冷却换热管和制冷剂换热管相互独立，所述油冷却换热管和制冷剂换热管共用所述换热介质通道进行换热，所述第一换热器为壳管式换热器，所述第一换热器包括：筒体，所述油冷却换热管和所述制冷剂换热管布设在所述筒体的空腔内，所述筒体空腔内除所述油冷却换热管和所述制冷剂换热管之外的空间作为换热介质通道，并且所述第一换热器设有所述换热介质通道的进口和出口、所述油冷却换热管的进口和出口以及制冷剂换热管的进口和出口；所述制冷机组的换热系统还包括压缩机、与所述压缩机连接的制冷剂管路以及与所述压缩机连接的冷冻油管路，所述制冷剂管路与所述冷冻油管路相互独立，所述制冷剂管路与所述制冷剂换热管连通，所述冷冻油管路与所述油冷却换热管连通，所述制冷剂管路上连接有第二换热器，所述第二换热器与所述压缩机的制冷剂出口连接，所述第一换热器连接在所述制冷剂管路上，所述制冷剂换热管的出口连接在所述压缩机的制冷剂入口上，所述油冷却换热管的出口连接在所述压缩机的冷冻油入口上，所述制冷剂换热管的入口连接在所述第二换热器的出口上，所述油冷却换热管的入口连接在所述压缩机的冷冻油出口上，其中，所述第一换热器为蒸发器，所述第二换热器为冷凝器。

2.如权利要求1所述的制冷机组的换热系统，其特征在于，所述油冷却换热管的进口和所述制冷剂换热管的进口处设有均分器。

3.如权利要求1所述的制冷机组的换热系统，其特征在于，所述油冷却换热管和所述制冷剂换热管为U形管或直管。

4.如权利要求1所述的制冷机组的换热系统，其特征在于，所述空腔内设有折流板。

5.如权利要求1所述的制冷机组的换热系统，其特征在于，所述换热介质通道中的换热介质为水、卤水、乙二醇溶液或丙三醇溶液。

6.如权利要求1所述的制冷机组的换热系统，其特征在于，所述冷冻油管路还包括：与所述油冷却换热管并联的油路旁通管以及与所述油冷却换热管和所述油路旁通管连接的调节阀，所述调节阀是一个三通阀或由两个两通阀组成。

7.如权利要求1所述的制冷机组的换热系统，其特征在于，所述制冷剂管路上还设有串联的电磁阀和膨胀阀，所述电磁阀和膨胀阀设置在所述第一换热器和所述第二换热器之间。