CN105546819A - 一种使用二级换热器的热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用二级换热器的热泵机组。本发明热泵机组的二级换热器通过隔板将壳体内分隔成一级换热腔和二级换热腔，一级换热腔和二级换热腔内分别设有一级换热管和二级换热管，当一级换热管的过冷度较小时，本发明便可投入二级换热管一起使用，首先一级换热腔内的过热冷媒蒸汽与一级换热管的冷却水快速换热后冷凝成液态冷媒，然后液态冷媒再进入二级换热腔，二级换热管内的液态冷媒蒸发或饱和冷媒蒸汽吸收了二级换热腔内的液态冷媒的热量，从而使得二级换热器内的冷媒在节流前得到充分过冷，并且由于隔板的隔热作用，一级换热腔和二级换热腔在换热时，两者之间的热传导不容易相互影响，从而使得本发明热泵机组的换热效率更高。

Description

一种使用二级换热器的热泵机组

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，特别涉及一种使用二级换热器的热泵机组。

背景技术

目前，一般的热泵机组的换热器，都是单级换热方式的设计，当冷却液温度升高时，系统过冷度减小，就会引致系统工质压力过大，压缩机负荷加重，机组功率增大，能效比减低。

例如现在的循环式热泵热水器，当水温升高时，随着水温的上升，工质在冷凝器出口的温度逐步上升，过冷度减少，导致工质在蒸发器内的蒸发吸热受到影响，机组的制热量下降但功率不断上升，耗电多，做功少，能效低，而且压缩机也会因负荷过重而影响使用寿命。

因此，针对目前热泵机组存在的一些问题，国内的热泵机组生产厂家研发了出了一款新型的热泵机组，如中国专利号2014205550520于2014年11月28日公告的一种喷气增焓热泵热水器，它包括通过管道连接压缩机、四通阀、第一换热器、第一节流装置、第二换热器形成主冷媒回路，所述压缩机上设有增焓接口，所述第一换热器包括壳体和换热水管，壳体内设有主冷媒通道，换热水管设于主冷媒通道内，所述主冷媒回路上还旁通有增焓管路，所述第一换热器还包括增焓换热管，所述增焓换热管连接于所述增焓管路上并位于主冷媒通道内，所述增焓管路上设有第二节流装置，增焓换热管的一端通过第二节流装置连接在主冷媒通道与第一节流装置之间的管路上，增焓换热管的另一端与压缩机的增焓接口连接。但是现有的热泵机组却存在以下不足之处：（一）现有喷气增焓换热器的换热水管和增焓换热管都设置在其主冷媒通道内，并同时与主冷媒通道内的冷媒换热，换热水管与冷媒的热传导和增焓换热管与冷媒的热传导之间容易相互影响，从而降低了热泵机组的换热效率。因此，现有的热泵机组仍需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能保持冷媒系统过冷度在合适的范围内，防止因冷却液温度升高而性能下降、换热效率更高，换热效果更好的使用二级换热器的热泵机组。而且本发明的二级换热器内的两级换热管换热不相互影响，从而进一步提高了本发明的换热效率。

本发明的目的是这样实现的：

一种使用二级换热器的热泵机组，包括通过管路连接压缩机、四通阀、二级换热器、第一节流装置以及第二换热器形成的冷媒循环回路，所述二级换热器包括壳体，所述壳体内通过隔板分隔成一级换热腔和二级换热腔，所述一级换热腔和二级换热腔内分别设有一级换热管和二级换热管，所述隔板上设有连通通道，所述连通通道连通一级换热腔和二级换热腔，所述壳体对应一级换热腔和二级换热腔分别设有第一冷媒进口、第一冷媒出口，所述一级换热腔和二级换热腔分别通过第一冷媒进口和第一冷媒出口串联于冷媒循环回路上，所述壳体上设有分别与一级换热管两端连接的进水口和出水口，所述壳体上设有分别与二级换热管两端连接的第二冷媒进口和第二冷媒出口，二级换热管通过第二冷媒进口和第二冷媒出口串联于第二换热器的出口与压缩机回气口之间的冷媒循环回路上，所述二级换热器的进水口和出水口分别与储水箱的排水口和入水口连接。

本发明还可以做以下进一步改进。

所述隔板呈中空状，从而增强了隔板的隔热能力，从而能进一步减少一级换热管与二级换热管之间的热传导影响。

所述一级换热腔和二级换热腔上设有第一回油孔，从而能有效地防止压缩机冷冻油积存在二级换热器内。

所述一级换热腔和二级换热腔分别上下设置在壳体内，所述一级换热腔的容积大于二级换热腔的容积，本实用新型结构设计合理，二级换热腔仅是作为辅助过冷机构，从而能使液态冷媒得到充分过冷。

所述壳体包括上内筒、上外筒、下内筒、下外筒、上端盖以及下端盖，所述上外筒和下外筒分别套设于上内筒外和下内筒外，所述上内筒与上外筒之间相离设置，所述下内筒与下外筒之间相离设置，上端盖封闭上内筒和上外筒的顶端，所述隔板封闭上内筒和上外筒的底端，所述上端盖、上内筒、上外筒、以及隔板所围成空腔为所述一级换热腔，所述隔板封闭下内筒和下外筒的顶端，下端盖封闭下内筒和下外筒的底端，所述隔板、下内筒、下外筒、以及下端盖所围成的空腔为所述二级换热腔。

所述连通通道设于隔板中心。

所述上内筒的下端设有第三冷媒出口，所述第三冷媒出口连通一级换热腔和上内筒，所述下内筒的上端设有第三冷媒进口，所述第三冷媒进口连通下内筒和二级换热腔，所述连通通道的一端位于上内筒内，所述连通通道的另一端位于下内筒内。

所述隔板连接上外筒和下外筒。

所述一级换热管螺旋盘绕设置上内筒的外壁，所述二级换热管螺旋盘绕设置在下内筒的外壁。

所述二级换热管的换热面积小于一级换热管的换热面积。

所述上内筒内和下内筒内分别设有上围板和下围板，上围板位于第三冷媒进口的上方，下围板位于第三冷媒进口的下方，所述上围板、上内筒、以及隔板围成第一过渡缓流腔，所述下围板、下内筒、以及隔板围成第二过渡缓流腔，所述第一过渡缓流腔通过连通通道与第二过渡缓流腔连通，本实用新型内的第一过渡缓流腔和第二过渡缓流腔减缓了冷媒的流速，从而使得液态冷媒能与一级换热管或二级换热管内的冷却液充分换热，从而得到充分过冷。

所述连通通道或第一过渡缓流腔或第二过渡缓流腔上设有第二回油孔，从而能有效地防止压缩机冷冻油积存在二级换热器内。

所述第一冷媒进口和第一冷媒出口分别设于上外筒和下端盖上，所述进水口和出水口分别设于上外筒的底端和顶端。

所述连通通道上端的水平高度高于所述第三冷媒出口的水平高度，所述连通通道下端的水平高度高于所述第三冷媒进口的水平高度。

本发明的目的在于提供一种能保持冷媒系统过冷度在合适的范围内，防止因冷却液温度升高而性能下降、换热效率更高，换热效果更好的使用二级换热器的热泵机组。且本发明的二级换热器内的两级换热管换热不相互影响，从而进一步提高了本发明换热效率。

本发明的有益效果是：

（一）本发明热泵机组的二级换热器通过隔板将壳体内分隔成一级换热腔和二级换热腔，一级换热腔和二级换热腔通过隔板上的连通通道连通，一级换热腔和二级换热腔内分别设有一级换热管和二级换热管，当二级换热器作为冷凝器使用时，即使冷却液的温度升高，一级换热管的过冷度较小时，本发明便可投入二级换热管一起使用，一级换热腔内的过热冷媒蒸汽与一级换热管的冷却液快速换热后冷凝成液态冷媒，然后再入二级换热腔，二级换热管内的液态冷媒蒸发或饱和冷媒蒸汽吸收了液态冷媒的热量，从而使得二级换热器内的冷媒在节流前得到充分过冷，保持冷媒系统的过冷度，降低本发明热泵机组的冷媒系统压力和压缩机负荷，并能提升本发明热泵机组的整体能效。并且由于隔板的隔热作用，一级换热腔和二级换热腔在换热时，两者之间的热传导不容易相互影响，从而使得本发明热泵机组的换热效率更高，换热效果更好。

（二）更有的是，所述隔板呈中空状，从而增强了隔板的隔热能力，从而能进一步减少一级换热腔和二级换热腔之间的热传导影响。

（三）而且，所述一级换热腔和二级换热腔上设有第一回油孔，从而能有效地防止压缩机冷冻油积存在二级换热器内。

附图说明

图1为本发明热泵机组实施例一的连接结构示意图。

图2为本发明的二级换热器的结构示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为图3中A-A处的剖视结构示意图。

图5为图2的侧视图。

图1至图5中的实线箭头表示热泵机组制热水时冷媒的流向，虚线箭头表示水的流向。

图6为本发明热泵机组实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例一，如图1至图5所示，一种热泵机组，包括储水箱15和通过管道连接压缩机1、四通阀2、二级换热器3、第一节流装置6、第二换热器7形成的冷媒循环回路，所述二级换热器3包括壳体31，所述壳体31内通过隔板4分隔成一级换热腔38和二级换热腔39，所述一级换热腔38和二级换热腔39内分别设有一级换热管34和二级换热管35，所述隔板4上设有连通通道41，所述连通通道41连通一级换热腔38和二级换热腔39。

所述壳体31对应一级换热腔38和二级换热腔39分别设有第一冷媒进口381、第一冷媒出口382，所述一级换热腔38和二级换热腔39分别通过第一冷媒进口381和第一冷媒出口382串联于冷媒循环回路上。

所述壳体31上设有分别与一级换热管34两端连接的进水口341和出水口342，所述二级换热器3的进水口341和出水口342分别通过管路与储水箱15的排水口和入水口连接。

所述壳体31上设有分别与二级换热管35两端连接的第二冷媒进口352和第二冷媒出口351，二级换热管35通过第二冷媒进口352和第二冷媒出口351串联于第二换热器7的出口与压缩机1回气口11之间的冷媒循环回路上。

由上可知，所述压缩机1、四通阀2、二级换热器3的一级换热腔38、二级换热腔39、第一节流装置6、第二换热器7、以及二级换热器3的二级换热管35、四通阀2通过管道依次连接形成上所述冷媒循环回路。

作为本发明更具体的技术方案。

所述一级换热腔38和二级换热腔39分别上下设置在壳体31内，所述一级换热腔38的容积大于二级换热腔39的容积。

所述壳体31包括上内筒36、上外筒37、下内筒361、下外筒371、上端盖32以及下端盖33，所述上外筒37和下外筒371分别套设于上内筒36外和下内筒361外。

所述上内筒36与上外筒37之间相离设置，所述下内筒361与下外筒371之间相离设置，上端盖32封闭上内筒36和上外筒37的顶端，所述隔板4封闭上内筒36和上外筒37的底端，所述上端盖32、上内筒36、上外筒37、以及隔板4所围成空腔为所述一级换热腔38。

所述隔板4封闭下内筒361和下外筒371的顶端，下端盖33封闭下内筒361和下外筒371的底端，所述隔板4、下内筒361、下外筒371、以及下端盖33所围成的空腔为所述二级换热腔39。

所述上内筒36的下端设有第三冷媒出口360，所述第三冷媒出口360连通一级换热腔38和上内筒36，所述下内筒361的上端设有第三冷媒进口370，所述第三冷媒进口370连通下内筒361和二级换热腔39。所述连通通道41设于隔板4的中心。所述连通通道41的一端位于上内筒36内，所述连通通道41的另一端位于下内筒361内。

作为本发明更优化的技术方案。

所述隔板4呈中空状。

所述一级换热腔38和二级换热腔39上设有第一回油孔42。

所述隔板4连接上外筒37和下外筒371。

所述一级换热管34螺旋盘绕设置上内筒36的外壁，所述二级换热管35螺旋盘绕设置在下内筒361的外壁。

所述二级换热管35的换热面积小于一级换热管34的换热面积。

所述上内筒36内和下内筒361内分别设有上围板362和下围板363，上围板362位于第三出口360的上方，下围板363位于第三进口370的下方，所述上围板362、上内筒36、以及隔板围成第一过渡缓流腔364内，所述下围板363、下内筒361、以及隔板围成第二过渡缓流腔365，所述第一过渡缓流腔364内通过连通通道与第二过渡缓流腔365连通。

所述连通通道或者第一过渡缓流腔364或第二过渡缓流腔365上设有第二回油孔42。

所述二级换热管35的直径为一级换热管34的直径的1/3或1/2。

所述二级换热器3的第一冷媒进口381和第一冷媒出口382分别设于上外筒37和下端盖33上，所述进水口341和出水口342分别设于上外筒37的底端和顶端。

所述连通通道41上端的水平高度高于所述第三冷媒出口360的水平高度，所述连通通道41下端的水平高度高于所述第三冷媒进口370的水平高度。

所述连通通道41具体可以是连通管，当然也可以是连通孔的结构。

所述壳体31的底部环设有多块支撑板9，壳体31可通过支撑板竖向放置在地面上。

作为本发明更详细的技术方案。

所述压缩机1的排气口12连接四通阀2的D接口连接，四通阀2的E接口与二级换热器3的第一冷媒进口381连接，二级换热器3的第一冷媒出口382通过第一节流装置6与第二换热器7一端连接，第二换热器7的另一端与二级换热器3的第二冷媒进口352连接，二级换热器3的第二冷媒出口351与四通阀2的C接口连接，四通阀2的S接口与压缩机1的回气口11连接。

所述二级换热器3的进水口341通过水泵14与一储水箱15的排水口连接，所述二级换热器3的出水口342通过管道与储水箱15的入水口连接。当所述热泵机组制热水时，冷水被水泵14抽入一级换热管34内吸热，冷水通过一级换热管34吸收一级换热腔38内的过热冷媒蒸汽冷凝所释放的热量而变成高温热水，冷水吸热后又回到储水箱，如此循环往复，直至储水箱内的水被加热到一定温度，整个系统才停机，储存在储水箱内的高温热水可供给用户作为淋浴或清洁使用。

本发明的工作原理：

当热泵机组制热水时，所述二级换热器3为冷凝器，第二换热器7为蒸发器。压缩机1压缩由蒸发器吸回的低温低压的饱和冷媒蒸汽，使其变成高温高压的过热冷媒蒸汽，高温高压的过热冷媒蒸汽从压缩机1的排气口12排向二级换热器3的一级换热腔38，并在一级换热腔38中冷凝放热成液态冷媒，一级换热管34内的冷水吸收了过热冷媒蒸汽冷凝所释放出来的热量而变成高温热水，高温热水用于供用户淋浴使用。

接着冷媒通过第一过渡缓流腔364、连通通道41、第二过渡缓流腔365进入二级换热腔39内，之前未与一级换热管34换热的液态冷媒在二级换热腔39内与二级换热管35换热，换热后的低温液态冷媒通过第一节流装置6节流降压后流向第二换热器7，并在第二换热器7蒸发吸热，变成低温低压的饱和冷媒蒸汽。低温低压的饱和冷媒蒸汽再通过第二冷媒进口流入二级换热管35，并与二级换热腔39内的液态冷媒继续换热，饱和冷媒蒸汽得到过热后再依次通过四通阀、回气口11回到压缩机。

由上可知，高温高压的液态冷媒与一级换热管的冷水换热后，又接着与二级换热管35内的饱和冷媒蒸汽进行二次换热，饱和冷媒蒸汽在二级换热管35内吸收液态冷媒的热量变成过热冷媒蒸汽，从而使得二级换热器内的冷媒在节流前得到充分过冷，降低冷媒系统的压力和压缩机负荷，增加热泵机组的制热量，提高制热效果；另一方面，由于二级换热管35内的饱和冷媒蒸汽得到有效过热，这不仅有效防止进入压缩机1的冷媒蒸汽带液对压缩机1产生液击，而且使得冷媒蒸汽的压力和温度都有所提高，避免了冷媒回气温度太低，压缩机1的压差过大而导致整台压缩机1停机。

实施例二，如图6所示，实施例二与实施例一的实施方式相似，工作原理也相同，唯一的不同点在于：所述二级换热器3的第一冷媒出口382通过第一节流装置6与第二换热器7一端连接，第二换热器7的另一端与四通阀2的C接口连接,二级换热器3的第一冷媒出口382是通过第一节流装置61与二级换热器3的第二冷媒进口352连接，二级换热器3的第二冷媒出口351与四通阀2的C接口连接，四通阀2的S接口与压缩机1的回气口11连接。

由上可知，液态冷媒从第一节流装置6出来后就分为两路，一路流向第二换热器7并在第二换热器7蒸发吸热变成低温低压的冷媒饱和蒸汽，然后再依次通过四通阀、回气口11回到压缩机；另一路则流向二级换热管35，液态冷媒在二级换热管35内通过吸收二级换热腔39内的液态冷媒的热量来蒸发变成冷媒饱和蒸汽，从而使得二级换热器3内的冷媒在节流之前得到过冷，增加热泵热水器的制热量，提高制热效果。

Claims (10)

1.一种使用二级换热器的热泵机组，包括通过管路连接压缩机、四通阀、二级换热器、第一节流装置以及第二换热器形成的冷媒循环回路，其特征在于：所述二级换热器包括壳体，所述壳体内通过隔板分隔成一级换热腔和二级换热腔，所述一级换热腔和二级换热腔内分别设有一级换热管和二级换热管，所述隔板上设有连通通道，所述连通通道连通一级换热腔和二级换热腔，所述壳体对应一级换热腔和二级换热腔分别设有第一冷媒进口、第一冷媒出口，所述一级换热腔和二级换热腔分别通过第一冷媒进口和第一冷媒出口串联于冷媒循环回路上，所述壳体上设有分别与一级换热管两端连接的进水口和出水口，所述壳体上设有分别与二级换热管两端连接的第二冷媒进口和第二冷媒出口，二级换热管通过第二冷媒进口和第二冷媒出口串联于第二换热器出口与压缩机回气口之间的冷媒循环回路上。

2.根据权利要求1所述使用二级换热器的热泵机组，其特征在于：所述隔板呈中空状。

3.根据权利要求1所述使用二级换热器的热泵机组，其特征在于：所述一级换热腔和二级换热腔上设有第一回油孔。

4.根据权利要求1或2所述使用二级换热器的热泵机组，其特征在于：所述一级换热腔和二级换热腔分别上下设置在壳体内，所述一级换热腔的容积大于二级换热腔的容积。

5.根据权利要求4所述使用二级换热器的热泵机组，其特征在于：所述壳体包括上内筒、上外筒、下内筒、下外筒、上端盖以及下端盖，所述上外筒和下外筒分别套设于上内筒外和下内筒外，所述上内筒与上外筒之间相离设置，所述下内筒与下外筒之间相离设置，上端盖封闭上内筒和上外筒的顶端，所述隔板封闭上内筒和上外筒的底端，所述上端盖、上内筒、上外筒、以及隔板所围成空腔为所述一级换热腔，所述隔板封闭下内筒和下外筒的顶端，下端盖封闭下内筒和下外筒的底端，所述隔板、下内筒、下外筒、以及下端盖所围成的空腔为所述二级换热腔。

6.根据权利要求5所述使用二级换热器的热泵机组，其特征在于：所述上内筒的下端设有第三冷媒出口，所述第三冷媒出口连通一级换热腔和上内筒，所述下内筒的上端设有第三冷媒进口，所述第三冷媒进口连通下内筒和二级换热腔，所述连通通道的一端位于上内筒内，所述连通通道的另一端位于下内筒内。

7.根据权利要求2所述使用二级换热器的热泵机组，其特征在于：所述隔板连接上外筒和下外筒。

8.根据权利要求6所述使用二级换热器的热泵机组，其特征在于：所述上内筒内和下内筒内分别设有上围板和下围板，上围板位于第三冷媒进口的上方，下围板位于第三冷媒进口的下方，所述上围板、上内筒、以及隔板围成第一过渡缓流腔，所述下围板、下内筒、以及隔板围成第二过渡缓流腔，所述第一过渡缓流腔通过连通通道与第二过渡缓流腔连通。

9.根据权利要求1所述使用二级换热器的热泵机组，其特征在于：所述连通通道或者第一过渡缓流腔或第二过渡缓流腔上设有第二回油孔。

10.根据权利要求5所述使用二级换热器的热泵机组，其特征在于：所述连通通道上端的水平高度高于所述第三冷媒出口的水平高度，所述连通通道下端的水平高度高于所述第三冷媒进口的水平高度。