CN104896974A - 一种跨临界co2热泵一体式换热器、水箱及热水一体机 - Google Patents
一种跨临界co2热泵一体式换热器、水箱及热水一体机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种跨临界CO2热泵一体式换热器，包括换热器主体，换热器主体包括内管和外管，外管通过换热器外管隔断部件隔断成热器外管气冷器段和换热器外管回热器段，换热器外管气冷器段位于的高压工质进口端，换热器外管回热器段位于高压工质出口端；换热器外管回热器段上设有与换热器外管回热器段贯通的换热器低压工质进口和换热器低压工质出口，换热器低压工质进口靠近高压工质出口端；换热器外管气冷器段上设有与换热器外管气冷器段贯通的换热器进水口端和换热器出水口端，换热器出水口端靠近高压工质进口端。换热器的气冷器和回热器为一体结构，将套管式气冷器和回热器做成一体式设计，可以有效地利用空间，换热器的安装非常简单。
Description
技术领域
本发明涉及热泵热水系统领域，特别是一种跨临界CO2热泵一体式换热器、水箱及热水一体机。
背景技术
由于绿色环保天然制冷剂CO2以其无毒、对臭氧层无破坏，不会产生温室效应，以及其良好的热力学性质等优点，再次受到人们的重视。同时由于跨临界CO2循环的放热过程处于超临界区，且在放热过程中存在温度滑移等特性，特别适用于热泵热水器系统。但跨临界二氧化碳热泵系统通常情况下效率较之常规冷媒系统要低，为了提高系统性能，一般都需要在跨临界二氧化碳热泵系统中加入回热器。回热器的作用一是可以降低气冷器出口工质的过冷度，二是可以提高压缩机的吸气过热度。同时增加回热器不仅减少了系统的节流损失，同时还提高了系统的循环效率。
目前跨临界CO2热泵热水器用气冷器和回热器一般都是套管式结构。套管式换热器不仅结构简单，而且换热效率高。套管式换热器中内管为高压工质通道，即气冷器的内管为工质通道，内外管之间为水通道；在回热器中，内管为高压工质通道，内外管之间为低压工质通道。其中气冷器和回热器是两个分离的部件，在安装和使用过程中需要通过管道连接。
发明内容
本发明提供一种跨临界CO2热泵一体式换热器、水箱及热水一体机，以解决上述热泵热水器的气冷器和回热器是两个分离的部件，在安装和使用过程中需要通过管道连接的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种跨临界CO2热泵一体式换热器，包括换热器主体，所述换热器主体包括内管和外管，所述外管通过换热器外管隔断部件隔断成两部分、分别为换热器外管气冷器段和换热器外管回热器段，所述换热器外管气冷器段位于内管的高压工质进口端，所述换热器外管回热器段位于内管的高压工质出口端；与所述换热器外管气冷器段和所述换热器外管回热器段相对应的内管分别为换热器内管气冷器段和换热器内管回热器段；所述换热器外管回热器段上设有与所述换热器外管回热器段贯通的换热器低压工质进口和换热器低压工质出口；所述换热器外管气冷器段上设有与所述换热器外管气冷器段贯通的换热器进水口端和换热器出水口端。
本发明的有益效果是：由于外管通过换热器外管隔断部件隔断成两部分、分别为换热器外管气冷器段和换热器外管回热器段，换热器的气冷器和回热器为一体结构，将套管式气冷器和回热器做成一体式设计，可以有效地利用空间，换热器的安装非常简单；由于是一体式设计，减少了中间连接管，也就意味着减少了接头，从而减少了系统的泄漏点；同时，由于是一体式设计，气冷器和回热器的内管自然而然的是同一规格尺寸，减少了部件的重复设计。
进一步，所述换热器低压工质进口靠近所述高压工质出口端，所述换热器出水口端靠近高压工质进口端。
采用上述进一步方案的有益效果是：这种设计使得气冷器段中的高压工质的流向和换热器中的谁的流动方向相反，这种逆流式换热方式，能够有效地提高换热效率；同时在回热器段也是逆流式换热方式，能够有效地提高换热效率。
进一步，所述内管为多个，所述多个内管相互平行设置在所述外管内。
采用上述进一步方案的有益效果是：高压工质在多个内管中流动，有效地提高了高压工质和水的换热面积，提高了换热器的换热效率。
进一步，所述换热器外管气冷器段的长度大于所述换热器外管回热器段的长度。
采用上述进一步方案的有益效果是：换热器外管气冷器段的长度大于换热器外管回热器段的长度，有利于提高水的换热容量。
本发明还提供一种水箱，包括水箱主体和设置在所述水箱主体上的循环水泵，还包括上述一体式换热器，所述换热器主体设置在所述水箱主体的内部，所述循环水泵的进水端与循环水泵进水管连接，所述循环水泵的出水端通过循环水泵出水管与换热器进水口端连接，换热器出水口端与热水出水管连接；在所述水箱主体的下部和上部分别设置有水箱进水口端和水箱出水口端。。
本发明水箱的有益效果是：由于在水箱中设有一体式换热器，节省了大量安装空间，提高了水箱的安装速度，节约了安装成本。
进一步，所述换热器主体为盘管式，设置在所述水箱主体的内表面。
采用上述进一步方案的有益效果是：盘管式的换热器设置在水箱主体的内表面，安装过程非常方便，不会影响到水箱的整体结构和使用。
进一步，所述换热器外管气冷器段在所述水箱中、相对于所述换热器外管回热器段的位置靠上。
采用上述进一步方案的有益效果是：在水箱中，水温会上下高低温分层，这样换热器外管气冷器段处于水箱中较高的区域，换热器外管回热器段处于水箱中较低的区域，可以尽量减少换热器和水箱内表面之间的温差，从而减少换热器和水箱内表面之间的换热。
进一步，所述换热器主体位于距离所述水箱主体底部1/4到1/2高度的位置上。
采用上述进一步方案的有益效果是：距离所述水箱主体底部1/4到1/2高度的位置的水温可以进一步减少换热器和水箱内的水之间的温差，从而减少换热器和水箱内的水之间的换热，提高换热器的能效。
进一步，所述循环水泵进水管的进水端位于所述水箱主体的下部，所述热水出水管的出水端位于所述水箱主体的上部。
采用上述进一步方案的有益效果是：水箱中的高温区域位于水箱的上部，水箱中的低温区域位于水箱的下部，这样换热器中通过循环水泵进入换热器的水为水箱中温度较低，而换热器的高温出水口位于水箱中的高温区域，使换热器的化热效率得到最大化。
本发明还提供一种跨临界CO2热泵热水一体机，包括压缩机，电子膨胀阀蒸发器和水箱，所述水箱为上述的水箱，所述压缩机的压缩机排气管与水箱中换热器的高压工质进口端相连，所述压缩机的压缩机进气管与水箱中换热器的换热器低压工质出口相连；所述高压工质出口端通过电子膨胀阀与所述蒸发器的输入端相连，所述蒸发器的输出端与换热器低压工质进口相连。
本发明的热泵热水一体机的有益效果是：整个热泵热水一体机的结构相对简单，占用的空间较小，安装非常方便，提高了空间利用率和设备安装效率。
附图说明
图1是本发明跨临界CO2热泵一体式换热器实施方式一的结构图，
图2是图1中A-A方向剖视图，
图3是本发明水箱实施方式一结构示意图，
图4是本发明跨临界CO2热泵热水一体机实施方式一结构示意图，
图5是本发明跨临界CO2热泵热水一体机实施方式二结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、换热器主体，101、高压工质进口端，102、换热器内管气冷器段，103、换热器内管气冷器段，104、换热器外管隔断部件，105、换热器内管回热器段，106、换热器外管回热器段，107、高压工质出口端，108、换热器低压工质进口，109、换热器低压工质出口，110、换热器进水口端，111、换热器出水口端，2、水箱，201、水箱进水口端，202、水箱出水口端，203、热水出水管，3、循环水泵，301、循环水泵进水管，302、循环水泵出水管，4、压缩机，401、压缩机排气管，402、压缩机进气管，5、电子膨胀阀，6、蒸发器，601、蒸发器风扇
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
本发明跨临界CO2热泵一体式换热器实施方式一的结构图参见图1，包括换热器主体1，换热器主体1包括内管和外管，外管通过换热器外管隔断部件104隔断成两部分、分别为换热器外管气冷器段103和换热器外管回热器段106，换热器外管气冷器段103位于内管的高压工质进口端101，换热器外管回热器段106位于内管的高压工质出口端107；与换热器外管气冷器段103和换热器外管回热器段106相对应的内管分别为换热器内管气冷器段102和换热器内管回热器段105；换热器外管回热器段106上设有与换热器外管回热器段106贯通的换热器低压工质进口108和换热器低压工质出口109，换热器低压工质进口108靠近高压工质出口端107；换热器外管气冷器段103上设有与换热器外管气冷器段103贯通的换热器进水口端110和换热器出水口端111，换热器出水口端111靠近高压工质进口端101；换热器低压工质进口108靠近高压工质出口端107，换热器出水口端111靠近高压工质进口端101；内管为三个，多个内管相互平行设置在外管内；换热器外管气冷器段103的长度大于换热器外管回热器段106的长度。
由于外管通过换热器外管隔断部件隔断成两部分、分别为换热器外管气冷器段和换热器外管回热器段，使得换热器的气冷器和回热器为一体结构，将套管式气冷器和回热器做成一体式设计，可以有效地利用空间，换热器的安装非常简单；由于是一体式设计，减少了中间连接管，也就意味着减少了接头，从而减少了系统的泄漏点；同时，由于是一体式设计，气冷器和回热器的内管自然而然的是同一规格尺寸，减少了部件的重复设计；高压工质，低压工质和水的流向如图中箭头所示，换热器的气冷器段和回热器段通过是逆流式换热方式，能够有效地提高换热效率；换热器外管气冷器段的长度大于换热器外管回热器段的长度，有利于提高水的换热容量。
图1中A-A方向剖视图参见图2，图示中内管为三个，在气冷器段包括三个相互平行的换热器内管气冷器段102，中间的换热器内管气冷器段102的轴心与换热器外管气冷器段103的轴心平行。高压工质在三个内管中流动，有效地提高了高压工质和水的换热面积，提高了换热器的换热效率。
本发明水箱实施方式一结构示意图参见图3，包括水箱主体2和设置在水箱主体2上的循环水泵3，还包括上述一体式换热器，换热器主体1设置在水箱主体2的内部，循环水泵3的进水端与循环水泵进水管301连接，循环水泵3的出水端通过循环水泵出水管302与换热器进水口端110连接，换热器出水口端111与热水出水管203连接；在水箱主体2的下部和上部分别设置有水箱进水口端201和水箱出水口端202；换热器主体1为盘管式，设置在水箱主体2的内表面；换热器外管气冷器段103在水箱中、相对于换热器外管回热器段106的位置靠上；换热器主体1位于距离水箱主体2底部1/4到1/2高度的位置上；循环水泵进水管301的进水端位于水箱主体2的下部，热水出水管203的出水端位于水箱主体2的上部。
由于在水箱中设有一体式换热器，节省了大量安装空间，提高了水箱的安装速度，节约了安装成本；盘管式的换热器设置在水箱主体的内表面，安装过程非常方便，不会影响到水箱的整体结构和使用；换热器外管气冷器段处于水箱中较高的区域，换热器外管回热器段处于水箱中较低的区域，可以尽量减少换热器和水箱内表面之间的温差，从而减少换热器和水箱内表面之间的换热；距离水箱主体底部1/4到1/2高度的位置的水温可以进一步减少换热器和水箱内的水之间的温差，从而减少换热器和水箱内的水之间的换热，提高换热器的能效；换热器中通过循环水泵进入换热器的水为水箱中温度较低，而换热器的高温出水口位于水箱中的高温区域，使换热器的化热效率得到最大化。
循环水泵可以根据实际使用情况设置在水箱的上部、外部或者其它位置，以提高水箱的工作效率和便于安装。
本发明跨临界CO2热泵热水一体机实施方式一结构示意图参见图4，包括压缩机4，电子膨胀阀5、蒸发器6和水箱，水箱为上述的水箱，压缩机4的压缩机排气管401与水箱中换热器的高压工质进口端101相连，压缩机4的压缩机进气管402与水箱中换热器的换热器低压工质出口109相连；高压工质出口端107通过电子膨胀阀5与蒸发器6的输入端相连，蒸发器6的输出端与换热器低压工质进口108相连，在蒸发器6的侧面设有蒸发器风扇601。
本发明的整个热泵热水一体机的结构相对简单，占用的空间较小，安装非常方便，提高了空间利用率和设备安装效率。
本发明跨临界CO2热泵热水一体机实施方式二结构示意图参见图5，与图4相比较，其区别在于，蒸发器风扇601设置在蒸发器6的输入端，提高了蒸发器的散热效率。
在本发明中，相连是通过管道使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上对本发明的跨临界CO2热泵一体式换热器、水箱及热水一体机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种跨临界CO2热泵一体式换热器，其特征在于，包括换热器主体(1)，所述换热器主体(1)包括内管和外管，所述外管通过换热器外管隔断部件(104)隔断成两部分、分别为换热器外管气冷器段(103)和换热器外管回热器段(106)，所述换热器外管气冷器段(103)位于内管的高压工质进口端(101)，所述换热器外管回热器段(106)位于内管的高压工质出口端(107)；与所述换热器外管气冷器段(103)和所述换热器外管回热器段(106)相对应的内管分别为换热器内管气冷器段(102)和换热器内管回热器段(105)；所述换热器外管回热器段(106)上设有与所述换热器外管回热器段(106)贯通的换热器低压工质进口(108)和换热器低压工质出口(109)；所述换热器外管气冷器段(103)上设有与所述换热器外管气冷器段(103)贯通的换热器进水口端(110)和换热器出水口端(111)。
2.根据权利要求1所述的跨临界CO2热泵一体式换热器，其特征在于，所述换热器低压工质进口(108)靠近所述高压工质出口端(107)，所述换热器出水口端(111)靠近高压工质进口端(101)。
3.根据权利要求2所述的带回热器的热泵直热式采暖系统，其特征在于，所述内管为多个，所述多个内管相互平行设置在所述外管内。
4.根据权利要求1或2所述的带回热器的热泵直热式采暖系统，其特征在于，所述换热器外管气冷器段(103)的长度大于所述换热器外管回热器段(106)的长度。
5.一种水箱，包括水箱主体(2)和设置在所述水箱主体(2)上的循环水泵(3)，其特征在于，还包括权利要求1至4任一项所述的一体式换热器，所述换热器主体(1)设置在所述水箱主体(2)的内部，所述循环水泵(3)的进水端与循环水泵进水管(301)连接，所述循环水泵(3)的出水端通过循环水泵出水管(302)与换热器进水口端(110)连接，换热器出水口端(111)与热水出水管(203)连接；在所述水箱主体(2)的下部和上部分别设置有水箱进水口端(201)和水箱出水口端(202)。
6.根据权利要求5所述的水箱，其特征在于，所述换热器主体(1)为盘管式，设置在所述水箱主体(2)的内表面。
7.根据权利要求5或6所述的水箱，其特征在于，所述换热器外管气冷器段(103)在所述水箱中、相对于所述换热器外管回热器段(106)的位置靠上。
8.根据权利要求5或6所述的水箱，其特征在于，所述换热器主体(1)位于距离所述水箱主体(2)底部1/4到1/2高度的位置上。
9.根据权利要求8所述的水箱，其特征在于，所述循环水泵进水管(301)的进水端位于所述水箱主体(2)的下部，所述热水出水管(203)的出水端位于所述水箱主体(2)的上部。
10.一种跨临界CO2热泵热水一体机，包括压缩机(4)，电子膨胀阀(5)、蒸发器(6)和水箱，其特征在于，所述水箱为权利要求5至9任一项所述的水箱，所述压缩机(4)的压缩机排气管(401)与水箱中换热器的高压工质进口端(101)相连，所述压缩机(4)的压缩机进气管(402)与水箱中换热器的换热器低压工质出口(109)相连；所述高压工质出口端(107)通过电子膨胀阀(5)与所述蒸发器(6)的输入端相连，所述蒸发器(6)的输出端与换热器低压工质进口(108)相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150909 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |