CN104515324B - 一种改进的空气源热泵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的空气源热泵装置，结构中包括储水箱、压缩机和设置在储水箱外的外换热器和设置在储水箱内部的内换热器，所述外换热器的管路分为内层管和外层管，内层管和外层管之间的内管壁上设置有若干个通孔，外层管内填充有导热丝；外层管外侧设置有翅片，翅片上对称设置有两个螺旋形导流板；所述储水箱由水平设置的隔热板分为第一加热区和第二加热区两部分，第二加热区的底部设置有出水管，出水管上设置有流量调节阀和温度传感器，进水管与进水管内部的内换热器管路之间设置有导热片,导热片设置在出水管的径向上；结构中还包括一个控制器。本发明能够解决现有技术的不足，提高了空气源热泵的冷媒换热效率以及除霜效果。

Description

一种改进的空气源热泵装置
技术领域
本发明涉及暖通技术领域，尤其是一种改进的空气源热泵装置。
背景技术
随着人们对节能环保的重视，提高暖通设备的能源利用率成为了技术人员研究的重要方向之一。空气源热泵就是近些年新兴的一种暖通设备，其具有比一般暖通设备更高的能源利用，且废气排放少。但是，现有的空气源热泵在冷媒的换热和除霜问题上还是存在缺陷。中国专利CN102374702B公开了一种加装发热翅片来解决除霜问题的空气能热泵，虽然发热翅片可以起到除霜的作用，但是其热量利用率低，除霜所需时间长，电能消耗大。中国专利CN102052806B公开了一种双层套管式蒸发器，这种结构虽然具有较高的能效比，但是其原理和单层的蒸发器是一样的，无法从根本上改善冷媒的吸热效率，进而大幅度提高能效比。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改进的空气源热泵装置，能够解决现有技术的不足，提高了空气源热泵的冷媒换热效率以及除霜效果。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种改进的空气源热泵装置，结构中包括储水箱、压缩机和设置 在储水箱外的外换热器和设置在储水箱内部的内换热器，所述外换热器的管路分为内层管和外层管，内层管与内换热器相连，内层管和外层管之间的内管壁上设置有若干个通孔，外层管内填充有导热丝，内层管和外层管内径之比为5：6～7：8；外层管外侧设置有翅片，翅片上对称设置有两个螺旋形导流板，翅片中设置有电加热丝，相邻两个螺旋形导流板之间的最短距离与相邻两个翅片之间的距离之比为1：3～1：5；所述储水箱由水平设置的隔热板分为第一加热区和第二加热区两部分，第一加热区和第二加热区的容积之比为2：1～4：1，隔热板上设置有单向阀，第二加热区的底部设置有出水管，出水管上设置有流量调节阀和温度传感器，第一加热区顶部设置有进水管，所述内换热器从出水管伸入所述储水箱内，进水管与进水管内部的内换热器管路之间设置有导热片,导热片设置在出水管的径向上；结构中还包括一个控制器，控制器的输出端连接至电加热丝和所述压缩机，控制器的输入端连接至温度传感器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述通孔间的距离由所述外换热器的入口到外换热器的出口逐渐变小，所述两个相邻通孔之间的距离之比为3：1。
作为本发明的一种优选技术方案，所述导热丝的填充比为1：10。
作为本发明的一种优选技术方案，所述导热片表面设置有半球状凸起。
作为本发明的一种优选技术方案，所述压缩机为变频压缩机。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：外换热器的管路为双 层设计，冷媒从内层管通过通孔向外层管流动，并在外层管首先吸热蒸发，然后再将热量传递给内层管的冷媒，这种两次蒸发的吸热方式可以有效地增大冷媒对热量的吸收率，导热丝可以提高冷媒的吸热接触面积，进一步提高吸热效率。通孔直径根据冷媒的表面张力的不同而采取不同大小，可以保证冷媒的流速保持在一个最佳范围内。既保证了冷媒具有足够的流速来吸收热量，又避免了由于冷媒流速过大而导致的压缩机效率降低。优选的通孔间距离可以使所有通孔的流速保持基本一致，避免出现初始段流速高，末端流速低，影响冷媒吸热的问题。翅片上的螺旋形导流板可以将吸热后上升的热空气封闭在螺旋形导流板下方的范围内，减少热量散失，极大地提高了除霜效果。另外，螺旋形导流板又增加了翅片与外界的接触面积，可以提高冷媒的吸热效率。储水箱分为两部分设置，可以使出水管部分的热水温度更高，同时将更多的热量用在第二加热区，提高这一区域的加热效率，使得用水时水温波动小。出水管处的导热片可以对出水进行瞬时加热，由于设置有球状凸起，其换热有效面积大大增加，可以提高换热效率。通过温度传感器监控出水温度，控制器控制压缩机进行变频调节，保持出水温度恒定。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的示意图。
图2是本发明一个具体实施方式中外换热器的结构图。
图3是本发明一个具体实施方式中储水箱出水口的结构图。
图中：1、储水箱；2、压缩机；3、外换热器；4、内换热器；5、 内层管；6、外层管；7、内管壁；8、通孔；9、翅片；10、螺旋形导流板；11、电加热丝；12、隔热板；13、第一加热区；14、第二加热区；15、单向阀；16、出水管；17、流量调节阀；18、温度传感器；19、进水管；20、导热片；21、控制器；22、导热丝；23、半球状凸起。
具体实施方式
参照图1-3，一种改进的空气源热泵装置，结构中包括储水箱1、压缩机2和设置在储水箱1外的外换热器3和设置在储水箱1内部的内换热器4，所述外换热器3的管路分为内层管5和外层管6，内层管5与内换热器4相连，内层管5和外层管6之间的内管壁7上设置有若干个通孔8，外层管6内填充有导热丝22，内层管5和外层管6内径之比为6：7；外层管6外侧设置有翅片9，翅片9上对称设置有两个螺旋形导流板10，翅片9中设置有电加热丝11，相邻两个螺旋形导流板10之间的最短距离与相邻两个翅片9之间的距离之比为1：4；所述储水箱1由水平设置的隔热板12分为第一加热区13和第二加热区14两部分，第一加热区13和第二加热区14的容积之比为3：1，隔热板12上设置有单向阀15，第二加热区14的底部设置有出水管16，出水管16上设置有流量调节阀17和温度传感器18，第一加热区14顶部设置有进水管19，所述内换热器4从出水管16伸入所述储水箱1内，进水管19与进水管19内部的内换热器4管路之间设置有导热片20,导热片20设置在出水管16的径向上；结构中还包括一个控制器21，控制器21的输出端连接至电加热丝11和所述压 缩机2，控制器21的输入端连接至温度传感器18。
值得注意的是，所述通孔8间的距离由所述外换热器3的入口到外换热器3的出口逐渐变小，所述两个相邻通孔8之间的距离之比为3：1。
值得注意的是，所述导热丝22的填充比为1：10。
值得注意的是，所述导热片20表面设置有半球状凸起23。
此外，所述压缩机2为变频压缩机，控制器21为西门子公司的S7-300系列PLC。
通过以下各组实验，进一步说明本发明的有益效果。以下实验除注明的区别条件外，其它实验条件均相同。
1、不同类型外换热器的对比
类型 吸热率
单层结构 34J/cm2·s
双层结构 52J/cm2·s
带有通孔和导热丝的双层结构 89J/cm2·s
2、不同导热丝填充比的对比
填充比 吸热率
1：5 72J/cm2·s
1：10 89J/cm2·s
1：20 65J/cm2·s
3、不同内层管和外层管内径之比的对比
4、不同翅片结构除霜耗能的对比
同时，对螺旋形导流板距离对冷媒吸热效率的影响进行试验，
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术 方案本身的单一限制条件。

Claims (5)

1.一种改进的空气源热泵装置，结构中包括储水箱(1)、压缩机(2)和设置在储水箱(1)外的外换热器(3)和设置在储水箱(1)内部的内换热器(4)，其特征在于：所述外换热器(3)的管路分为内层管(5)和外层管(6)，内层管(5)与内换热器(4)相连，内层管(5)和外层管(6)之间的内管壁(7)上设置有若干个通孔(8)，外层管(6)内填充有导热丝(22)，内层管(5)和外层管(6)内径之比为5：6～7：8；外层管(6)外侧设置有翅片(9)，翅片(9)上对称设置有两个螺旋形导流板(10)，翅片(9)中设置有电加热丝(11)，相邻两个螺旋形导流板(10)之间的最短距离与相邻两个翅片(9)之间的距离之比为1：3～1：5；所述储水箱(1)由水平设置的隔热板(12)分为第一加热区(13)和第二加热区(14)两部分，第一加热区(13)和第二加热区(14)的容积之比为2：1～4：1，隔热板(12)上设置有单向阀(15)，第二加热区(14)的底部设置有出水管(16)，出水管(16)上设置有流量调节阀(17)和温度传感器(18)，第一加热区(13)顶部设置有进水管(19)，所述内换热器(4)从出水管(16)伸入所述储水箱(1)内，进水管(19)与进水管(19)内部的内换热器(4)管路之间设置有导热片(20),导热片(20)设置在出水管(16)的径向上；结构中还包括一个控制器(21)，控制器(21)的输出端连接至电加热丝(11)和所述压缩机(2)，控制器(21)的输入端连接至温度传感器(18)。
2.根据权利要求1所述的改进的空气源热泵装置，其特征在于：所述通孔(8)间的距离由所述外换热器(3)的入口到外换热器(3)的出口逐渐变小，所述两个相邻通孔(8)之间的距离之比为3：1。
3.根据权利要求1所述的改进的空气源热泵装置，其特征在于：所述导热丝(22)的填充比为1：10。
4.根据权利要求1所述的改进的空气源热泵装置，其特征在于：所述导热片(20)表面设置有半球状凸起(23)。
5.根据权利要求1所述的改进的空气源热泵装置，其特征在于：所述压缩机(2)为变频压缩机。
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