CN104266408A - 一种热泵换热器及应用该换热器的热泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵换热器，包括依次连接的副换热舱、缓冲舱以及主换热舱；主换热舱包括主换热舱壳体，主换热舱壳体内设有主换热管管束，主换热管管束的一端通过第一主换热管板与缓冲舱连通，主换热管管束的另一端通过第二主换热管板与制冷剂排管连通；副换热舱包括副换热舱壳体，副换热舱内设有毛细管管束，毛细管管束的一端通过毛细管分液器与制冷剂供管连通，毛细管管束的另一端通过毛细管管板与缓冲舱连通；缓冲舱包括缓冲舱壳体；主换热舱设有主进水管和主出水管，副换热舱设有连接到主换热舱的吸水管、以及连接到主出水管的副出水管。本发明还公开了一种应用上述换热器的热泵。本发明主换热管中制冷剂压力均衡、换热效率高。

Description

一种热泵换热器及应用该换热器的热泵

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，特别是涉及一种热泵换热器及应用该换热器的热泵。

背景技术

现有的热泵换热器，是将供液(供气)管口直接对准换热器中换热管的管板，是通过管板连接换热管，进行蒸发或者冷凝。

当现有的换热器作为蒸发换热器来使用时，供液管口直接对准蒸发换热器中的换热管的管板，换热管管束的等效截面积一般要大于供液管的截面积。而现有的换热器在制造过程中由于工艺尺寸的限定，供液管与管板间距很短，导致制冷剂液体进入蒸发换热器后直接撞击管板，造成制冷剂翻腾和涡旋并产生大量的制冷剂泡沫。如此，一是制冷剂液体以不均匀的流速进入换热管管束，导致换热器中各点的温度不等效，使换热器系统能效比下降；二是制冷剂被分成液体部分、气体部分和气液混合部分。在这两种状况下，制冷剂的液体部分经蒸发获取热量，气体部分不会再蒸发，气液混合部分则因为闪蒸其蒸发量很低，最终导致蒸发换热器换热效率比理论状况很低，甚至偏低达到50％。

另外，制冷剂以不均匀的流速进入换热管管束，在换热管中的各点温度不均匀，在蒸发过程中易导致蒸发不完全，蒸发后存在液滴的现象。蒸发后的冷媒带着液滴进入压缩机，是压缩机运行条件所不允许的，会导致压缩机的损坏。

当现有的换热器作为冷凝换热器来使用时，供气管口直接对准冷凝换热器中的换热管的管板，也会导致制冷剂气体进入冷凝换热器后直接撞击管板，造成制冷剂翻腾和漩涡，使制冷剂气体进入换热管管束的流速不均匀，导致换热器中各点的温度不等效，使换热器系统能效比下降，影响冷凝换热器的换热效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种主换热管中各点的制冷剂压力、流速均衡、换热效率高的热泵换热器及应用该换热器的热泵。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种热泵换热器，包括依次连接的副换热舱、缓冲舱以及主换热舱；

其中，

所述主换热舱包括主换热舱壳体，所述主换热舱壳体内设有主换热管管束，所述主换热管管束包括若干条并列的主换热管，所述主换热管管束的一端通过第一主换热管板与所述缓冲舱连通，所述主换热管管束的另一端通过第二主换热管板与制冷剂排管连通；

所述副换热舱包括副换热舱壳体，所述副换热舱内设有毛细管管束，所述毛细管管束包括若干条并列的毛细管，所述毛细管的管径小于所述主换热管的管径，所述毛细管管束的等效截面积大于所述主换热管管束的等效截面积，所述毛细管管束的一端通过毛细管分液器与所述制冷剂供管连通，所述毛细管管束的另一端通过毛细管管板与所述缓冲舱连通；

所述缓冲舱包括缓冲舱壳体，所述缓冲舱壳体围成缓冲内腔，所述缓冲舱壳体的轴向长度不大于125mm,所述缓冲内腔的体积不大于循环制冷剂液体体积的1/30-1/40；

所述主换热舱设有主进水管和主出水管，所述副换热舱设有连接到所述主换热舱的吸水管、以及连接到所述主出水管的副出水管。

优选的，所述毛细管管束的等效截面积比所述主换热管管束的等效截面积大10％-20％。

优选的，所述主换热管管束为紫铜材料的主换热管管束，所述毛细管管束为紫铜材料的毛细管管束。

优选的，所述第一主换热管板和所述第二主换热管板分别包括一层刚性主换热管板、以及敷设于所述刚性主换热管板外侧的一层主换热紫铜管板，所述主换热管管束穿过所述刚性主换热管板银焊接在所述主换热紫铜管板上。

优选的，所述毛细管管板包括一层刚性毛细管管板、以及敷设于所述刚性毛细管管板外侧的一层毛细管紫铜管板，所述毛细管管束穿过刚性毛细管管板银焊接在所述毛细管紫铜管板上。

优选的，所述主出水管内对应所述副出水管处设有喷射器。

优选的，所述主换热舱内的相对两侧交错间隔设有若干个主换热管固定板。

优选的，所述副换热舱与所述缓冲舱通过毛细管管板法兰连接，所述缓冲舱与所述主换热舱通过主换热管板法兰连接。

优选的，所述刚性毛细管管板与所述毛细管管板法兰为一体结构，所述刚性主换热管板与所述主换热管板法兰为一体结构。

一种热泵，包括压缩机以及与所述压缩机连接的换热器，所述换热器为上述的换热器。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

本发明的热泵换热器在使用时，制冷剂通过制冷剂供管进入副换热舱内的毛细管分液器，经过毛细管分液器的分液，分给毛细管管束中的每条毛细管。在压缩机吸力形成的内压的作用下，制冷剂通过毛细管实现分液。分液过程是一个对制冷剂的挤压和抽吸复合作用的过程。压缩机的排气端形成挤压力，压缩机的吸气端形成抽吸力。因为毛细管的管径较细，因此，制冷剂分入毛细管中后，制冷剂的表面张力较小，不易产生泡沫。制冷剂通过毛细管进入缓冲舱后，由于缓冲舱的轴向长度不大于125mm,所述缓冲舱的内腔体积不大于制冷剂液体体积的1/30-1/40。因此，缓冲舱的结构和内腔体积对制冷剂形成限制喷射的效应，控制制冷剂进入缓冲舱不会出现翻腾、回旋和泡沫等现象。在缓冲舱内灌满、灌实制冷剂，使得缓冲舱内的各点的制冷剂的压力、流量和流速基本均衡一致，实现了对制冷剂的缓冲和均压效果。从而提高了换热系数和换热能效。

在该换热器作为蒸发换热器使用时，缓冲舱内的压强均衡的制冷剂再通过主换热管板分液均匀地进入主换热舱内的主换热管，这种方式保证了制冷剂在进入主换热管时液体状态，且主换热管束中制冷剂各点的压力、流量和流速基本均衡一致，温度等效，使整个换热器的能效比较高，进入主换热管的制冷剂在被冷却水的作用下，制冷剂从液态到气液混合态，再到饱和蒸汽态，最终达到过热饱和蒸汽态，实现“过热度”完全蒸发，在压缩机吸力的作用下进入压缩机，从而能够大大提高换热器的换热效率，能够保证制冷剂在蒸发过程中蒸发完全，消除液滴存在的现象，避免了因为制冷剂蒸发气体中存在液滴而损坏压塑机的问题，从而保证压缩机及整个热泵系统的正常运行。

在该换热器作为冷凝换热器使用时，高温高压气态制冷剂先进入副换热舱，进行初级冷却，再经毛细管分液器和毛细管分液后进入缓冲舱，制冷剂经主换热管均匀分布到主换热舱，制冷剂从高温高压气态到低温高压气态，再到低温高压液态，直至达到“过冷度”要求，经节流和蒸发再次被压缩机吸收。缓冲舱内的压强均衡的制冷剂再通过主换热管板分液均匀地进入主换热舱内的主换热管，这种方式保证了进入换热管的制冷剂在主换热管束中制冷剂各点的压力、流量和流速基本均衡一致，温度等效，使整个换热器的能效比较高，从而使换热器系统能效比较高，大大提高了冷凝换热器的换热效率。

另外，本发明的热泵换热器，包括副换热舱和主换热舱，采用了两级换热的方式，通过在副换热舱的初级换热，然后经过缓冲舱，进入主换热舱中进一步换热，延长了换热路径，提高了换热效率。

由于所述主出水管内对应副出水管处设有喷射器。主换热舱中的水先在重力作用下通过吸水管进入副换热舱，然后，由于喷射器在喷射过程中会产生真空，真空对副出水管产生吸力，形成虹吸效应，将主换热舱内的水通过吸水管吸入副换热舱，形成副换热舱内的水流循环和换热。

由于所述刚性主换热管板的外侧敷有一层主换热紫铜管板，所述主换热管管束穿过所述刚性主换热管板银焊接在所述主换热紫铜管板上。所述刚性毛细管管板的外侧敷设有一层毛细管紫铜管板，所述毛细管管束穿过刚性毛细管管板银焊接在所述毛细管紫铜管板上。这种连接方式，替代了铜质的换热管与管板之间的胀管连接工艺，完全消除了因为温度应力可能产生的轴向膨胀和位移而导致的制冷剂内漏。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的热泵换热器的结构示意图；

图2是图1中的副换热舱的结构示意图；

图3是图1中的缓冲舱的结构示意图；

图中：1、副换热舱；11、副换热舱壳体；12、毛细管管束；121、毛细管；13、毛细管分液器；131、均液头；132、均液头法兰；14、毛细管管板；141、刚性毛细管管板；142、毛细管紫铜管板；143、毛细管管板法兰；2、缓冲舱；21、缓冲舱壳体；22、壳体法兰；3、主换热舱；31、主换热舱壳体；32、主换热管管束；321、主换热管；33、第一主换热管板；331、刚性主换热管板；332、主换热紫铜管板；333、主换热管板法兰；34、第二主换热管板；4、制冷剂供管；5、制冷剂排管；6、主进水管；7、主出水管；8、吸水管；9、副出水管；10、喷射器；20、主换热管固定板。

具体实施方式

图1是本发明的热泵换热器的结构示意图；图2是图1中的副换热舱的结构示意图；图3是图1中的缓冲舱的结构示意图。

参照附图1、图2以及图3，一种热泵换热器，包括依次连接的副换热舱1、缓冲舱2以及主换热舱3。

其中，主换热舱3包括主换热舱壳体31，主换热舱壳体31内设有主换热管管束32，主换热管管束32的一端通过第一主换热管板33与缓冲舱2连通，主换热管管束32的另一端通过第二主换热管板34与制冷剂排管5连通。

副换热舱1包括副换热舱壳体11，副换热舱1内设有毛细管管束12，毛细管管束12的一端通过毛细管分液器13与制冷剂供管4连通，毛细管管束12的另一端通过毛细管管板14与缓冲舱2连通；其中，毛细管分液器13采用球顶状的均液头131，均液头131的球底边缘一体设有均液头法兰132用于和制冷剂供管4进行连接。其中，制冷剂供管为碳钢制成。

缓冲舱2包括缓冲舱壳体21，缓冲舱壳体21围成缓冲内腔，缓冲舱壳体21的轴向长度不大于125mm,缓冲内腔的体积不大于制冷剂液体体积的1/30-1/40。

主换热舱3设有主进水管6和主出水管7，副换热舱1设有连接到主换热舱3的吸水管8、以及连接到主出水管7的副出水管9。主出水管7内对应副出水管9处设有喷射器10。喷射器10的工作原理：利用流体来传递能量和质量的真空获得装置，采用有一定压力的水流通过对称均布成一定侧斜度的喷嘴喷出，聚合在一个焦点上。由于喷射水流速特别高，将压力能转变为速度能，使吸气区压力降低产生真空。数条高速水流将被抽吸的气体攫走，经过文氏管收缩段与喉径充分混合压缩，进行分子扩散能量交换，速度均衡。在经扩张段速度降低压力增高，大于大气压力从出口喷入出水主管道中，不凝性气体析出。水经离心泵循环使用，完成吸气工艺。因此，本发明的换热器在使用时，主换热舱3中的水先在重力作用下通过吸水管8进入副换热舱1，然后，由于喷射器10在喷射过程中会产生真空，真空对副出水管9产生吸力，形成虹吸效应，将主换热舱3内的水通过吸水管8吸入副换热舱1，形成副换热舱1内的水流循环和换热。

主换热管管束32为紫铜材料的主换热管管束，毛细管管束12为紫铜材料的毛细管管束。

第一主换热管板33和第二主换热管板34的外侧分别包括一层刚性主换热管板331、以及敷设于刚性主换热管板331外侧的一层主换热紫铜管板332，主换热管管束32穿过刚性主换热管板331银焊接在主换热紫铜管板332上。毛细管管板14包括一层刚性毛细管管板141、以及敷设于刚性毛细管管板141外侧的一层毛细管紫铜管板142，毛细管管束12穿过刚性毛细管管板141银焊接在毛细管紫铜管板142上。这种连接方式，替代了铜质的换热管与管板之间的胀管连接工艺，完全消除了因为温度应力可能产生的轴线膨胀和位移而导致的制冷剂内漏。副换热舱1与缓冲舱2通过毛细管管板法兰143连接，缓冲舱2与主换热舱3通过主换热管板法兰333连接。刚性毛细管管板141与毛细管管板法兰143为一体结构，刚性主换热管板331与主换热管板法兰333为一体结构。毛细管紫铜管板142与毛细管管板法兰143同直径，缓冲舱壳体21的两端带有壳体法兰22，通过螺栓将毛细管管板法兰143、毛细管紫铜管板142以及壳体法兰22固定在一起。同理，主换热紫铜管板332与主换热管板法兰333同直径，主换热管板法兰333、主换热紫铜管板332以及壳体法兰22也通过螺栓固定连接在一起。

主换热舱3内的相对两侧交错间隔设有若干个主换热管固定板20，主换热管固定板20对主换热管管束32起到固定支撑的作用，防止主换热管321在换热过程中，受到冲击而变形。还能延缓冷却水(或被冷却水)通过主换热舱3的时间，提高换热效果。

本发明还包括一种热泵，包括压缩机以及与压缩机连接的换热器，其中，换热器为上述的换热器。

本发明的热泵换热器在使用时，制冷剂供管4、毛细管分液器13、毛细管管束12、缓冲舱2、主换热管管束32以及制冷剂排管5形成了制冷剂的循环路径，主进水管、主换热舱、吸水管、副换热舱、副出水管以及主出水管形成了冷却水(或被冷却水)的循环路径，在本发明的换热器中，制冷剂与冷却水(或被冷却水)在各自的循环过程中是相互分离的。制冷剂通过制冷剂供管4进入副换热舱1内的毛细管分液器13，经过毛细管分液器13的分液，分给毛细管管束12中的每条毛细管121。在压缩机吸力形成的内压的作用下，制冷剂通过毛细管121实现分液。分液过程是一个对制冷剂的挤压和抽吸复合作用的过程。压缩机的排气端形成挤压力，压缩机的吸气端形成抽吸力。因为毛细管121的管径较细，因此，制冷剂分入毛细管121中后，制冷剂的表面张力较小，不易产生泡沫。制冷剂通过毛细管121进入缓冲舱2后，由于缓冲舱壳体21的轴向长度不大于125mm,缓冲舱2的内腔体积不大于循环制冷剂液体体积的1/30-1/40。因此，缓冲舱2的结构和内腔体积对制冷剂形成限制喷射的效应，控制制冷剂进入缓冲舱2不会出现翻腾、回旋和泡沫等现象。在缓冲舱2内灌满、灌实制冷剂，使得缓冲舱2内的各点的制冷剂的压力、流量和流速基本均衡一致，实现了对制冷剂的缓冲和均压效果。从而提高了换热系数和换热能效。

在该换热器作为蒸发换热器使用时，缓冲舱2内的压强均衡的制冷剂再通过第一主换热管板33分液均匀地进入主换热舱3内的主换热管管束32中的每条主换热管321，这种方式保证了制冷剂在进入主换热管321时为液体状态，且主换热管管束32中制冷剂各点的压力、流量和流速基本均衡一致，温度等效，使整个换热器的能效比较高，进入主换热管的制冷剂在被冷却水的作用下，制冷剂从液态到气液混合态，再到饱和蒸汽态，最终达到过热饱和蒸汽态，实现“过热度”完全蒸发，在压缩机吸力的作用下进入压缩机，从而能够大大提高换热器的换热效率，能够保证制冷剂在蒸发过程中蒸发完全，消除液滴存在的现象，避免了因为制冷剂蒸发气体中存在液滴而损坏压塑机的问题，从而保证压缩机及整个热泵系统的正常运行。其中，“过热度”是将干饱和蒸汽继续定压加热，蒸汽温度就要上升，而超过饱和温度，其超过的温度就叫过热度。制冷剂在蒸发换热器中达到过热度要求，能够充分保证换热效率。

在该换热器作为冷凝换热器使用时，高温高压气态制冷剂先进入副换热舱1，进行初级冷却，再经毛细管分液器13和毛细管121分液后进入缓冲舱2，缓冲舱2内的制冷剂经第一主换热管板33均液到主换热管321中，均匀分布到主换热舱3，制冷剂从高温高压气态到低温高压气态，再到低温高压液态，直至达到“过冷度”要求，经节流和蒸发再次被压缩机吸收。缓冲舱2内压强均衡的制冷剂再通过第一主换热管板33分液均匀地进入主换热舱3内的主换热管321，这种方式保证了进入换热管的制冷剂在主换热管管束32中制冷剂各点的压力、流量和流速基本均衡一致，温度等效，使整个换热器的能效比较高，从而使换热器系统能效比较高，大大提高了冷凝换热器的换热效率。其中，所谓过冷度是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和温度的差值。制冷剂在冷凝换热器中达到过热度要求，能够充分保证换热效率。

另外，本发明的热泵换热器，包括副换热舱1和主换热舱3，采用了两级换热的方式，通过在副换热舱1的初级换热，然后经过缓冲舱2，进入主换热舱3中进一步换热，延长了换热路径，提高了换热效率。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热泵换热器，其特征在于：包括依次连接的副换热舱、缓冲舱以及主换热舱；

其中，

所述主换热舱包括主换热舱壳体，所述主换热舱壳体内设有主换热管管束，所述主换热管管束包括若干条并列的主换热管，所述主换热管管束的一端通过第一主换热管板与所述缓冲舱连通，所述主换热管管束的另一端通过第二主换热管板与制冷剂排管连通；

所述副换热舱包括副换热舱壳体，所述副换热舱内设有毛细管管束，所述毛细管管束包括若干条并列的毛细管，所述毛细管的管径小于所述主换热管的管径，所述毛细管管束的等效截面积大于所述主换热管管束的等效截面积，所述毛细管管束的一端通过毛细管分液器与所述制冷剂供管连通，所述毛细管管束的另一端通过毛细管管板与所述缓冲舱连通；

所述缓冲舱包括缓冲舱壳体，所述缓冲舱壳体围成缓冲内腔，所述缓冲舱壳体的轴向长度不大于125mm,所述缓冲内腔的体积不大于循环制冷剂液体体积的1/30-1/40；

所述主换热舱设有主进水管和主出水管，所述副换热舱设有连接到所述主换热舱的吸水管、以及连接到所述主出水管的副出水管。

2.如权利要求1所述的热泵换热器，其特征在于：所述毛细管管束的等效截面积比所述主换热管管束的等效截面积大10％-20％。

3.如权利要求1所述的热泵换热器，其特征在于：所述主换热管管束为紫铜材料的主换热管管束，所述毛细管管束为紫铜材料的毛细管管束。

4.如权利要求3所述的热泵换热器，其特征在于：所述第一主换热管板和所述第二主换热管板分别包括一层刚性主换热管板、以及敷设于所述刚性主换热管板外侧的一层主换热紫铜管板，所述主换热管管束穿过所述刚性主换热管板银焊接在所述主换热紫铜管板上。

5.如权利要求4所述的热泵换热器，其特征在于：所述毛细管管板包括一层刚性毛细管管板、以及敷设于所述刚性毛细管管板外侧的一层毛细管紫铜管板，所述毛细管管束穿过刚性毛细管管板银焊接在所述毛细管紫铜管板上。

6.如权利要求1所述的热泵换热器，其特征在于：所述主出水管内对应所述副出水管处设有喷射器。

7.如权利要求1所述的热泵换热器，其特征在于：所述主换热舱内的相对两侧交错间隔设有若干个主换热管固定板。

8.如权利要求1所述的热泵换热器，其特征在于：所述副换热舱与所述缓冲舱通过毛细管管板法兰连接，所述缓冲舱与所述主换热舱通过主换热管板法兰连接。

9.如权利要求8所述的热泵换热器，其特征在于：所述刚性毛细管管板与所述毛细管管板法兰为一体结构，所述刚性主换热管板与所述主换热管板法兰为一体结构。

10.一种热泵，包括压缩机以及与所述压缩机连接的换热器，其特征在于：所述换热器为如权利要求1至9任一项所述的换热器。