CN114877568A - 一种换热器、换热方法及热泵热水器 - Google Patents

一种换热器、换热方法及热泵热水器 Download PDF

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张少辰
刘斌
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Abstract

本发明公开了一种换热器、换热方法及热泵热水器，其属于热泵技术领域，换热器包括换热本体和阀路系统，换热本体具有M个集液口和N个集气口，M个集液口分为m1个第一集液口和m2个第二集液口，N个集气口分为n1个第一集气口和n2个第二集气口；阀路系统包括若干个阀组件和若干个管路，若干个管路分别与集液口和集气口连通，若干个阀组件设置于换热本体和/或管路上。热泵热水器包括上述的换热器。换热方法采用上述换热器，阀路系统控制换热本体在不同的工作模式下有所需数量的集液口和所需数量的集气口导通，实现了在不同的工况下有不同的换热面积，以此使换热能效更高，节能性更好。

Description

一种换热器、换热方法及热泵热水器
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种换热器、换热方法及热泵热水器。
背景技术
在热泵系统中，制冷剂通过蒸发换热器和冷凝换热器的流动方向可以颠倒，以允许用于从目标空间提取热量(制冷模式)和用于向目标空间注入热量(制热模式)。
热泵系统可以用于空调，也可以用于热水器。现有的热泵系统，在制热、除霜或者负荷发生变化等不同的运行工况下，换热器的流路数量都是固定不变的，而实际情况中，蒸发器需要的换热支路多，冷凝器需要的换热支路少，负荷大需要的换热支路多，负荷小需要的换热支路少。
当换热器作为冷凝器时其压力损失较小，这时需要采用较少的分路数来提高冷媒流速增大换热系数；当换热器作为蒸发器时，机组在中高频运行时与流速对换热系数的影响相比，压力损失产生的对数平均温差减小对换热量的影响占主导因素，这时需要采用较多的分路数来提高换热量；在低频运行时，与压力损失产生的对数平均温差减小对换热量影响相比，流速对换热系数的影响占主导因素，这时需要采用较少的流路数来提高冷媒流速以增大换热系数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换热器、换热方法及热泵热水器，以解决现有技术中存在的不同的运行工况下，换热器的流路数量固定不变的技术问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种换热器，包括：
换热本体，具有M个集液口和N个集气口，M个所述集液口分为m1个第一集液口和m2个第二集液口，N个所述集气口分为n1个第一集气口和n2个第二集气口；
阀路系统，包括若干个阀组件和若干个管路，若干个所述管路分别与所述集液口和所述集气口连通，若干个所述阀组件设置于所述换热本体和/或所述管路上；
通过所述阀路系统控制所述换热本体在不同的工作模式下有所需数量的所述集液口和所需数量的所述集气口导通。
其中，所述换热本体上设置有集气管，所述集气管具有主管和与所述主管连通的N个支管，N个所述支管与N个所述集气口一一对应连通；所述阀路系统包括单向阀，所述单向阀设置于所述主管上且将N个所述集气口分隔为n1个所述第一集气口和n2个所述第二集气口。
其中，所述主管的一端形成进气口，所述第二集气口位于所述单向阀远离所述进气口的一侧，所述第二集气口选择性地与所述进气口导通。
其中，若干个所述管路包括M个第一管路和至少一个第三管路，所述第一管路与所述集液口一一对应连通，n2个所述第二集气口与所述第三管路连通。
其中，M个所述第一管路分为m1个第一支路和m2个第二支路，所述第一支路与所述第一集液口一一对应连通，所述第二支路与所述第二集液口一一对应连通。
其中，所述阀路系统包括二通阀和三通阀，m2个所述第二支路均与所述二通阀的一端连接，m1个所述第一支路均与所述三通阀的一端连接，所述第三管路与所述三通阀的另一端连接。
其中，所述阀路系统还包括第一分液器和第二分液器，所述二通阀和所述三通阀均与所述第一分液器连接，m1个所述第一支路通过所述第二分液器与所述三通阀连接。
其中，M＝N＝4，m1＝n1＝3。
一种换热方法，采用如上所述的换热器，所述换热方法包括：
在制热模式下，当负荷高于设定值时，制冷剂从M个集液口进入换热本体，制冷剂从N个集气口流出换热本体，形成M进N出；
在制热模式下，当负荷不高于设定值时，制冷剂从m1个集液口进入换热本体，制冷剂从n1个集气口流出换热本体，形成m1进n1出；
在除霜模式下，制冷剂从n1个集气口进入换热本体，制冷剂从m2个集液口流出换热本体，形成n1进m2出。
一种热泵热水器，包括如上所述的换热器。
本发明的有益效果：
本发明提出的换热器，通过阀路系统控制换热本体在不同的工作模式下有所需数量的所述集液口和所需数量的所述集气口导通，实现了在不同的工况下有不同的换热面积。满足高负荷工况下蒸发器多支路数需求，满足低负荷工况下蒸发器低换热面积需求，满足冷凝器少支路数需求；以此使换热能效更高，节能性更好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的热泵热水器的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种换热器的示意图；
图3是图2中的换热本体的示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种换热器的示意图。
图中：
10、储水箱；20、压缩机；30、室内机；40、室外机；50、节流装置；60、四通换向阀；
41、换热本体；411、第一集液口；412、第二集液口；413、第一集气口；414、第二集气口；
42、集气管；
43、单向阀；
441、第一支路；442、第二支路；443、第三管路；
45、二通阀；46、三通阀；47、第一分液器；48、第二分液器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
参见图1，本发明实施例提供一种热泵热水器，包括热泵系统和储水箱10。热泵系统包括压缩机20、室内机30、室外机40、节流装置50和四通换向阀60。其中，室内机30为盘管冷凝器且绕设于储水箱10上，室外机40为本发明实施例提供的换热器。
通过四通换向阀60能够切换热泵系统中制冷剂的流动方向。
在制热模式中，制冷剂的流动方向如图1中实线箭头所示。制冷剂从压缩机20流动到室内机30，室内机30将制冷剂冷凝以加热储水箱10内的水。然后，制冷剂通过节流装置50流动到室外机40，室外机40将制冷剂蒸发。然后，制冷剂流动到压缩机20，并且不断重复上述循环。因此，在制热模式中，室外机40用作蒸发器，室内机30用作冷凝器。
在除霜模式中，制冷剂的流动方向如图1中虚线箭头所示。制冷剂从压缩机20流动到室外机40，室外机40将制冷剂冷凝以除霜，然后，液态制冷剂通过节流装置50流动到室内机30，室内机30将制冷剂蒸发。然后，制冷剂流动到压缩机20。因此，在除霜模式中，室外机40用作冷凝器，室内机30用作蒸发器。
参见图2和图3，换热器包括换热本体41和阀路系统，换热本体41具有M个集液口和N个集气口，M个集液口分为m1个第一集液口411和m2个第二集液口412，N个集气口分为n1个第一集气口413和n2个第二集气口414；阀路系统包括若干个阀组件和若干个管路，若干个管路分别与集液口和集气口连通，若干个阀组件设置于换热本体41和/或管路上；通过阀路系统控制换热本体41在不同的工作模式下有所需数量的集液口和所需数量的集气口导通。由此可知，M＝m1+m2；N＝n1+n2，且M、m1、m2、N、n1、n2均为正整数。
具体地，在制热模式下，当负荷不高于设定值时，制冷剂从M个集液口进入换热本体41，制冷剂从N个集气口流出换热本体41，形成M进N出；在制热模式下，当负荷高于设定值时，制冷剂从m1个集液口进入换热本体41，制冷剂从n1个集气口流出换热本体41，形成m1进n1出；在除霜模式下，制冷剂从n1个集气口进入换热本体41，制冷剂从m2个集液口流出换热本体41，形成n1进m2出。
换热本体41上设置有集气管42，集气管42具有主管和与主管连通的N个支管，N个支管与N个集气口一一对应连通，阀路系统包括单向阀43，单向阀43设置于主管上且将N个集气口分隔为n1个第一集气口413和n2个第二集气口414。
单向阀43的流动方向被限制为在换热器作为蒸发器的情况下导通，在换热器作为冷凝器的情况下阻断。
在本实施例中，第一集气口413一直处于导通状态，第二集气口414可以通过单向阀43在导通状态和阻断状态之间切换。
具体地，主管的一端形成进气口，第二集气口414位于单向阀43远离进气口的一侧，第二集气口414选择性地与进气口导通。如果对应每个集气口都设置一条支路，并在支路上设置阀，必然使得结构复杂。通过各个集气口均能够与该进气口连通，减少了支路数量，简化了结构。
若干个管路包括M个第一管路和至少一个第三管路443，第一管路与集液口一一对应连通，n2个第二集气口414与第三管路443连通。在制热模式下，当负荷高于设定值时，制冷剂从M个第一管路向集液口流入，此单向阀43打开，制冷剂从各个集气口流出。
M个第一管路分为m1个第一支路441和m2个第二支路442，第一支路441与第一集液口411一一对应连通，第二支路442与第二集液口412一一对应连通。在除霜模式下，制冷剂从n1个第一集气口413流入，此单向阀43关闭且m1个第一支路441阻断，制冷剂从m2个集液口流出。
阀路系统包括二通阀45和三通阀46，m2个第二支路442均与二通阀45的一端连接，m1个第一支路441均与三通阀46的一端连接，第三管路443与三通阀46的另一端连接。通过二通阀45和三通阀46控制第一支路441和第二支路442导通或者阻断。
阀路系统还包括第一分液器47和第二分液器48，二通阀45和三通阀46均与第一分液器47连接，m1个第一支路441通过第二分液器48与三通阀46连接。如果第三管路443的数量大于2，可以设置第三分液器，将所有第三管路443与第三分液器连接，第三分液器与二通阀45连接。
M和N的数值，m1和n1的数值均可根据实际情况调整。
在本实施例中，可以是M＝N＝4，m1＝n1＝3，则m2＝n2＝1。
在制热模式下，当负荷高于设定值时，二通阀45打开，三通阀46向第二分液器48打开，三通阀46向第三管路443关闭，制冷剂从第一分液器47分流至二通阀45和三通阀46，制冷剂从4个集液口进入换热本体41，制冷剂从4个集气口流出换热本体41，单向阀43导通，实现4进4出。
在制热模式下，当负荷不高于设定值时，二通阀45关闭，制冷剂从第一分液器47流至三通阀46，三通阀46向第二分液器48打开，三通阀46向第三管路443关闭，制冷剂从3个集液口进入换热本体41，制冷剂从3个集气口流出换热本体41，单向阀43阻断，实现3进3出。一般情况下，在低环温或制热运行早期，热泵系统的负荷不高于设定值。从4进4出到3进3出相当于旁通掉1/4的换热面积，因此改变换热效率。
在除霜模式下，制冷剂从进气口进入，单向阀43阻断，制冷剂从3个集气口进入换热本体41，三通阀46关闭，二通阀45打开，制冷剂从1个集液口流出换热本体41，通过二通阀45流至第一分液器47处，实现3进1出。
进一步地，可以在每个第一支路441上设置电磁阀，以控制第一支路441的导通和阻断，进而改变导通的支路数量，从而能够实现不同的换热效果，例如在制热时2进3出。
参见图4，可以是M＝N＝5，m1＝4；n1＝3，则m2＝1；n2＝2。
在制热模式下，当负荷高于设定值时，二通阀45打开，三通阀46向第二分液器48打开，三通阀46向第三管路443关闭，制冷剂从第一分液器47分流至二通阀45和三通阀46，制冷剂从5个集液口进入换热本体41，制冷剂从5个集气口流出换热本体41，单向阀43导通，实现5进5出。
在制热模式下，当负荷不高于设定值时，二通阀45关闭，制冷剂从第一分液器47流至三通阀46，三通阀46向第二分液器48打开，三通阀46向第三管路443关闭，制冷剂从4个集液口进入换热本体41，制冷剂从3个集气口流出换热本体41，单向阀43阻断，实现4进3出。
在除霜模式下，制冷剂从进气口进入，单向阀43阻断，制冷剂从3个集气口进入换热本体41，三通阀46关闭，二通阀45打开，制冷剂从1个集液口流出换热本体41，通过二通阀45流至第一分液器47处，实现3进1出。
本发明实施例还提供一种换热方法，采用上述任一实施例中的换热器，换热方法包括：
在制热模式下，当负荷高于设定值时，制冷剂从M个集液口进入换热本体41，制冷剂从N个集气口流出换热本体41，形成M进N出；
在制热模式下，当负荷不高于设定值时，制冷剂从m1个集液口进入换热本体41，制冷剂从n1个集气口流出换热本体41，形成m1进n1出；
在除霜模式下，制冷剂从n1个集气口进入换热本体41，制冷剂从m2个集液口流出换热本体41，形成n1进m2出。
通过阀路系统控制换热本体41在不同的工作模式下有所需数量的集液口和所需数量的集气口导通，实现了在不同的工况下有不同的换热面积。满足高负荷工况下蒸发器多支路数需求，满足低负荷工况下蒸发器低换热面积需求，满足冷凝器少支路数需求；以此使换热能效更高，节能性更好。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种换热器，其特征在于，包括：
换热本体(41)，具有M个集液口和N个集气口，M个所述集液口分为m1个第一集液口(411)和m2个第二集液口(412)，N个所述集气口分为n1个第一集气口(413)和n2个第二集气口(414)；
阀路系统，包括若干个阀组件和若干个管路，若干个所述管路分别与所述集液口和所述集气口连通，若干个所述阀组件设置于所述换热本体(41)和/或所述管路上；
通过所述阀路系统控制所述换热本体(41)在不同的工作模式下有所需数量的所述集液口和所需数量的所述集气口导通。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热本体(41)上设置有集气管(42)，所述集气管(42)具有主管和与所述主管连通的N个支管，N个所述支管与N个所述集气口一一对应连通；
所述阀路系统包括单向阀(43)，所述单向阀(43)设置于所述主管上且将N个所述集气口分隔为n1个所述第一集气口(413)和n2个所述第二集气口(414)。
3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述主管的一端形成进气口，所述第二集气口(414)位于所述单向阀(43)远离所述进气口的一侧，所述第二集气口(414)选择性地与所述进气口导通。
4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，若干个所述管路包括M个第一管路和至少一个第三管路(443)，所述第一管路与所述集液口一一对应连通，n2个所述第二集气口(414)与所述第三管路(443)连通。
5.根据权利要求4所述的换热器，其特征在于，M个所述第一管路分为m1个第一支路(441)和m2个第二支路(442)，所述第一支路(441)与所述第一集液口(411)一一对应连通，所述第二支路(442)与所述第二集液口(412)一一对应连通。
6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述阀路系统包括二通阀(45)和三通阀(46)，m2个所述第二支路(442)均与所述二通阀(45)的一端连接，m1个所述第一支路(441)均与所述三通阀(46)的一端连接，所述第三管路(443)与所述三通阀(46)的另一端连接。
7.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述阀路系统还包括第一分液器(47)和第二分液器(48)，所述二通阀(45)和所述三通阀(46)均与所述第一分液器(47)连接，m1个所述第一支路(441)通过所述第二分液器(48)与所述三通阀(46)连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的换热器，其特征在于，M＝N＝4，m1＝n1＝3。
9.一种换热方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的换热器，所述换热方法包括：
在制热模式下，当负荷高于设定值时，制冷剂从M个集液口进入换热本体(41)，制冷剂从N个集气口流出换热本体(41)，形成M进N出；
在制热模式下，当负荷不高于设定值时，制冷剂从m1个集液口进入换热本体(41)，制冷剂从n1个集气口流出换热本体(41)，形成m1进n1出；
在除霜模式下，制冷剂从n1个集气口进入换热本体(41)，制冷剂从m2个集液口流出换热本体(41)，形成n1进m2出。
10.一种热泵热水器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的换热器。
CN202210379695.3A 2022-04-12 2022-04-12 一种换热器、换热方法及热泵热水器 Pending CN114877568A (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20240191917A1 (en) * 2022-12-09 2024-06-13 Allied Air Enterprises Llc Heat pump charge compensation for cooling mode operation

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