CN108036658B - 用于降膜式换热器的换热管及换热器和空调热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于降膜式换热器的换热管及降膜式换热器和空调热泵机组，属于空调技术领域。换热管的外表面设置涂层，涂层采用低温亲液、高温疏液的材料；降膜式换热器包括该换热管，降膜式空调热泵机组包括该降膜式换热器。根据本发明用于降膜式换热器的换热管及降膜式换热器，可以解决降膜式换热器用作蒸发器或冷凝器时的换热性能低，通过改变换热管外表面的亲液特征实现空调热泵机组制冷制热双高效。

Description

用于降膜式换热器的换热管及换热器和空调热泵机组

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别涉及一种用于降膜式换热器的换热管及降膜式换热器和空调热泵机组。

背景技术

现有的降膜式换热器，一般的商用空调冷水(热泵)机组中只用作降膜式蒸发器，其内部布置的换热管为蒸发管。当降膜式换热器用于空调热泵机组中，降膜式换热器在制冷时用作蒸发器，而制热时用作冷凝器，这就要求换热管需同时具备蒸发管和冷凝管的以下特点：降膜式换热器作为蒸发器时，其换热管要求具备蒸发管的特点，即换热管外表面能够被充分润湿，具有亲液性，且具有较多的气化核心；降膜式换热器作为冷凝器时，其换热管要求具备冷凝管的特点，即蒸气凝结在换热管外表面形成的液膜较薄，同时换热管外表面的凝结液体能够被及时排走。因此，蒸发管和冷凝管对液态制冷剂在其外表面的润湿性要求完全不同，而现有的蒸发管和冷凝管显然不能两种特点兼备，当降膜式蒸发管用作冷凝器时，换热性能下降30％～40％，故降膜式换热器无法在冷水(热泵)机组中用作冷凝器。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于降膜式换热器的换热管及降膜式换热器和空调热泵机组，用于解决降膜式换热器只能用作蒸发器不能用作冷凝器、换热性能低、无法实现空调冷水(热泵)机组制冷制热双高效的问题。

本发明实施例的第一方面，提供了一种用于降膜式换热器的换热管，所述换热管的外表面设置涂层，所述涂层采用低温亲液、高温疏液的材料。

可选地，所述换热管作为蒸发管时，所述涂层具有亲液特性；所述换热管作为冷凝管时，所述涂层具有疏液特性。

可选地，所述涂层在温度为0～20℃时，具有亲液特性；所述涂层在温度为30～60℃时，具有疏液特性。

可选地，所述涂层的厚度为1～10μm。

可选地，所述涂层的材料为聚异丙基丙烯酰胺。

本发明实施例的第二方面，提供了一种降膜式换热器，包括上述的换热管。

可选地，所述降膜式换热器还包括筒体、管板、分配器和一个或多个支撑板，所述分配器固定装配在所述筒体的内部，所述一个或多个支撑板支撑设置在所述分配器下，两个所述管板分别设置在所述筒体的两端。

可选地，所述换热管为多根，且分层设置构成换热管组；所述换热管组固定设置在所述分配器的下方。

可选地，所述支撑板上开设通孔，所述通孔的大小与数量与多根所述换热管一致，所述换热管穿设于所述通孔由所述支撑板、所述管板共同支撑。

本发明实施例的第三方面，提供了一种降膜式空调热泵机组，包括上述的降膜式换热器。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

换热管外表面的涂层设置可以使降膜式换热器在用作蒸发器、冷凝器时都可以具备较高的换热性能，实现了空调热泵机组制冷制热双高效，在提高空调制冷制热效率的同时也节省了技术成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，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。在附图中：

图1是本发明实施例中用于降膜式换热器的换热管横截面剖视图；

图2是本发明实施例中降膜式换热器的结构示意图；

图3是图2的本发明实施例中降膜式换热器结构的A-A剖视图；

图4是本发明实施例中支撑板的结构图；

图5是本发明实施例中降膜式空调热泵机组的系统原理图。

附图编号说明：1、压缩机；2、气液分离器；3、翅片管换热器；4、四通阀；5、降膜式换热器；6、电子膨胀阀；7、单向阀；8、储液器；9、进液管；10、筒体；11、气管；12、分配器；13、换热管；14、管板；151、前水室；152、后水室；16、支撑板；17、出液管；18、进水管；19、出水管；20、涂层；161、通孔。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合参照图1-4所示，根据本发明实施例的第一方面，提供了一种用于降膜式换热器5的换热管13，换热管13的外表面设置涂层20，所述涂层采用低温亲液、高温疏液的材料。

在一种可选的实施例中，换热管13作为蒸发管时，涂层20具有亲液特性；换热管13作为冷凝管时，涂层20具有疏液特性。换热管13通过涂层20在不同温度下呈现出不同的润湿特性来实现作为蒸发管或冷凝管时的高效换热。

在一种可选的实施例中，涂层20在温度为0～20℃时，具有亲液特性；涂层20在温度为30～60℃时，具有疏液特性。

换热管13作为蒸发管时，换热管13内流动的冷媒水水温较低，一般在0～20℃范围，换热管13外表面涂层20在该温度范围内呈现亲液特性，使喷淋在换热管13外表面的液态制冷剂能够很好地在外表面铺展，液膜厚度均匀，减少了换热管外表面干斑的产生，且形成较多的气化核心，因而增强了换热效果；换热管13作为冷凝管时，换热管13内流动的冷却水水温较高，一般在30～60℃范围，换热管13外表面涂层20在该温度范围内呈现疏液特性，液滴在其表面容易滚落，蒸气凝结在换热管13外表面形成的液膜较薄，同时换热管13外表面的凝结液体能够被及时排走，因而增强了换热效果。

在一种可选的实施例中，涂层20的厚度为1～10μm。其中，涂层20厚度的设置应根据实际情况在该范围内进行取值。优选地，涂层20的厚度为2～8μm。可取优选值5μm或6μm。

在一种可选的实施例中，涂层20的材料为聚异丙基丙烯酰胺。其中，聚异丙基丙烯酰胺的大分子链上同时具有亲水性的酰氨基和疏水性的异丙基，使得聚异丙基丙烯酰胺的水溶液呈现出温度敏感特征。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种降膜式换热器5，包括上述的换热管13。降膜式换热器5具备了设置涂层20的换热管13后，当降膜式换热器5作为蒸发器时，换热管13的外表面设置的涂层20具有亲液特性；当降膜式换热器5作为冷凝器时，换热管13的外表面设置的涂层20具有疏液特性。

在一种可选的实施例中，降膜式换热器5还包括筒体10、管板14、分配器12和一个或多个支撑板16，分配器12固定装配在筒体10的内部，支撑板16支撑设置在所述分配器12下，两个管板14分别设置在筒体10的两端。

对于支撑板16的数量不做限定，支撑板16为一个或多个。当支撑板16为一个时，支撑板16支撑设置在分配器12纵向的中间部位；当支撑板16为多个时，按照一定的间隔距离支撑设置在分配器12的下方。这样可以在分配器12的下端起到固定支撑作用。

优选地，支撑板16以垂直于分配器12的纵向的方式支撑设置在分配器12的下方。这样可以使分配器12在横向截面上有力的支撑，支撑效果更佳，同时也便于在筒体10的设置换热管13。

在一种可选的实施例中，支撑板16上开设通孔161，通孔161的大小和数量与多根换热管13一致，换热管13穿设于通孔161由支撑板16、管板14共同支撑。其中，管板14为两个，管板14焊接在筒体10的两端。

本发明的实施例对于支撑板16的形状不做限定，在一种具体的实施例中，如图4所示，支撑板16的截面形状为上半部梯形，下半部圆弧形，使分配器12在筒体10内安装地更加牢固。同时支撑板16对于穿设过的换热管13也有固定支撑作用，其形状与筒体10保持一致，与筒体10的内壁焊接在一起，确保能够架设在筒体10内部比较稳固。当然，下半部的形状并不限于圆弧形，只要是与筒体10的的内壁形状保持随形配合即可。筒体10的外形也不限于圆筒，也可以为方形筒等其他形状。

在一种可选的实施例中，换热管13为多根，且分层设置构成换热管组；换热管组固定设置在分配器12的下方。多层设置的换热管13组成换热管组设置在分配器12的下方，可以与分配器12喷淋出的制冷剂充分接触，使得换热管13外层设置的涂层20达到最优的效果。

当然，降膜式换热器5还包括进液管9、前水室151、后水室152、进水管18和出水管19，前水室151和后水室152通过法兰分别安装在筒体10的两端，法兰与筒体10的两端之间有焊接的管板14，法兰与管板14固定。进水管18和出水管19设置在前水室151的外壁上，进水管18设置在下方，出水管19设置在上方。

进液管9设置(通过焊接固定)在筒体10的外壁顶部，出液管17设置在筒体10的外壁底部。降膜式换热器5作为蒸发器时，气液两相制冷剂通过进液管9进入分配器12，在经过分配器12喷淋到换热管13的外表面与换热管内13内流动的冷媒水换热蒸发，蒸发后的气体由气管11流出；降膜式换热器5作为冷凝器时，气态制冷剂通过气管11进入筒体10，在换热管13的外表面与换热管13内流动的冷却水换热冷凝，冷凝后的液体向下滴落汇流到出液管17的管口处流出。如此进行制冷制热的工作循环。

进液管9的下端口与分配器12固定连接。在竖直方向上对分配器12起到向上的牵引力进行固定。

换热管13的两端通过管板14固定。管板14上开设固定孔，固定孔的大小和数量与换热管的一致，换热管13的两端穿设于管板14并与管板14胀接连接，且与前水室151、后水室152连通。从而进行水的循环，完成相应的换热过程。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种降膜式空调热泵机组，包括上述的降膜式换热器。降膜式换热器与压缩机1、气液分离器2、翅片管换热器3、储液器8之间通过四通阀4、电子膨胀阀6和单向阀7依次连接形成回路。如图5所示，四通阀4的四个接口分别与压缩机1、气液分离器2、翅片管换热器3和降膜式换热器5，压缩机1与气液分离器2连接，翅片管换热器3通过电子膨胀阀6与储液器8连接，储液器8通过两个单向阀7与降膜式换热器5连接。降膜式空调热泵机组在制冷工况运行时，压缩机1的高温高压的制冷剂排气通过四通阀4、进入翅片管换热器3，冷凝成高温高压的液体，高温高压的液体通过电子膨胀阀6节流变成低温低压的气液两相混合物，通过储液器8、单向阀7、进液管9，进入降膜式换热器5，此时降膜式换热器5用作蒸发器。进入的气液两相混合物通过分配器12，液体均匀地喷淋在换热管13外表面，与换热管13内流动的冷媒水发生换热，水温降低，换热管13外表面的制冷剂液膜蒸发后变成气体，然后通过气管11流出降膜式换热器5，然后经过气液分离器2、四通阀4流回压缩机1。降膜式换热器5作为蒸发器时，换热管13内流动的冷媒水水温较低，一般在0～20℃范围，换热管外表面涂层20在该温度范围内呈现亲液特性，使喷淋在换热管13外表面的液态制冷剂能够很好地在外表面铺展，液膜厚度均匀，减少了换热管外表面干斑的产生，且形成较多的气化核心，因而增强了换热效果，提高了机组的能效。

降膜式空调热泵机组在制热工况运行时，压缩机1的高温高压的制冷剂排气通过四通阀4、气管11进入降膜式换热器5，此时降膜式换热器5用作冷凝器。通过与换热管13内流动的冷却水发生换热，排气在换热管13外表面冷凝成高温高压的液膜，高温高压的液体通过出液管17、单向阀7、储液器8进入电子膨胀阀6，通过电子膨胀阀6节流变成低温低压的气液两相混合物，然后进入翅片管换热器3，在翅片管换热器3中经与空气换热，气液两相制冷剂蒸发形成低温低压气体，然后经过气液分离器2、四通阀4流回压缩机1。降膜式换热器5作为冷凝器时，换热管13内流动的冷却水水温较高，一般在30～60℃范围，换热管外表面涂层20在该温度范围内呈现疏液特性，液滴在其表面容易滚落，蒸气凝结在换热管13外表面形成的液膜较薄，同时换热管13外表面的凝结液体能够被及时排走，因而增强了换热效果，提高了机组的能效。

本发明的用于降膜式换热器的换热管及换热器和空调热泵机组，采用在换热管的外表面设置聚异丙基丙烯酰胺涂层的方式，利用聚异丙基丙烯酰胺在不同的温度范围内呈现出亲液、疏液的不同特性，改变换热管外表面的湿润性，使降膜式换热器在空调热泵机组中既能用作蒸发器，又能用作冷凝器，提高了降膜式换热器的换热性能，实现空调机组制冷制热双高效。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；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，本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于降膜式换热器的换热管，其特征在于，所述换热管的外表面设置涂层，所述涂层采用低温亲液、高温疏液的材料；所述换热管作为蒸发管时，所述涂层在0～20℃时具有亲液特性；所述换热管作为冷凝管时，所述涂层在30～60℃时具有疏液特性。

2.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述涂层的厚度为1～10μm。

3.根据权利要求1所述的换热管，其特征在于，所述涂层的材料为聚异丙基丙烯酰胺。

4.一种降膜式换热器，其特征在于，包括如权利要求1至3中任一项所述的换热管。

5.根据权利要求4所述的降膜式换热器，其特征在于，还包括筒体、管板、分配器和一个或多个支撑板，所述分配器固定装配在所述筒体的内部，所述一个或多个支撑板支撑设置在所述分配器下，两个所述管板分别设置在所述筒体的两端。

6.根据权利要求5所述的降膜式换热器，其特征在于，所述换热管为多根，且分层设置构成换热管组；所述换热管组固定设置在所述分配器的下方。

7.根据权利要求6所述的降膜式换热器，其特征在于，所述支撑板上开设通孔，所述通孔的大小与数量与多根所述换热管一致，所述换热管穿设于所述通孔由所述支撑板、所述管板共同支撑。

8.一种降膜式空调热泵机组，其特征在于，包括如权利要求5至7中任一项所述的降膜式换热器。

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