CN201327186Y

CN201327186Y - 一种热泵水箱系统

Info

Publication number: CN201327186Y
Application number: CNU2008202189963U
Authority: CN
Inventors: 奉政一; 仲宁; 晏飞; 奉卓
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2018-11-07

Abstract

一种热泵水箱系统，包括压缩机、节流部件、蒸发器、水箱外壳、水胆、盘管管道和水胆底部法兰，盘管位于水胆内或位于水胆外，其特征在于：盘管管道外表面总面积与盘管管道总容积的比值在500/m以上。本实用新型的热泵水箱系统，在具有同样管材的情况下，可以获得较大的散热面积与制冷剂容积比，并可采用更少的制冷剂充注量；应用该热泵水箱系统可以提高制冷剂流速，提高热交换系统的传热效率，增加系统的安全性能，具有良好的应用前景。

Description

一种热泵水箱系统

技术领域

本实用新型属于日用电器技术领域，特别涉及一种热泵水箱系统。

背景技术

空调热水器和热泵热水器为新兴日用电器，该类电器采用的热泵水箱作为热交换设备。目前的热泵水箱采用盘管作为冷却剂流通管道，盘管一般采用大于压缩机出口的单根或双根铜管螺旋式设置，盘管位于水箱内部或盘绕于水箱壳体内部水胆外，现有技术人员在设计热泵水箱时，普遍采用大于压缩机出口的单根或双根铜管螺旋式设置，只计算盘管的散热表面积而不考虑内部的容积率(面积容积比)，散热面积与内部容积的比值较小，要么散热面积偏小，换热效果差，要么增加管路长度或加粗管路时，内部容积也跟着增加，导致制冷剂充注量偏多，制冷效率低，并且还都使用光璧铜管，换热效率不高，盘管螺旋式设置时，通常采用上下垂直设置，使整个盘管成圆柱形，当热交换进行时，底层的盘管与上层盘管在同一垂直线上，换热效果较差。由于上下层之间相互连接或靠近，盘管本身的倾斜角度很小，不利于管内制冷剂的流动，其气液分离性也不好；热效率很低。

当盘管位于水箱内部时，盘管的进出口通过与法兰或水胆焊接密封连接水箱外部制冷设备，因焊点接触水箱内部的水，长时间使用后容易造成腐蚀。

实用新型内容

针对以上技术问题，本实用新型提供一种热泵水箱系统。

本实用新型的热泵水箱系统包括压缩机、节流部件、蒸发器、水箱外壳、水胆、盘管管道和水胆底部法兰，盘管位于水胆内或位于水胆外。其中盘管管道的设置，要求全部盘管管道外表面总面积与全部盘管管道总容积的比值在500/m以上。

盘管管道设置有以下两种结构：(1)在全部盘管管道外表面总面积一定的时，减少全部盘管管道总容积：即采用的单个盘管管道的截面积小于压缩机出口截面积，并且压缩机出口连接不少于两个盘管管道并联设置，盘管管道为并联盘管，全部盘管管道的总截面积大于压缩机出口截面积；(2)在全部盘管管道总容积一定的时，增加全部盘管管道外表面的总面积：在位于水胆内地盘管管道上增加散热片。

其中盘管管道为内螺纹管道或者非内螺纹管道，当盘管管道为内螺纹管道时，热泵水箱系统传热效率更好。

当并联盘管位于水胆外面时，首先将盘管压成至少带有一个平面的形状，盘管的一个平面贴在水胆表面，至上而下并联螺旋环绕，各个盘管管道互相平行，并且各盘管管道互相之间留有散热距离。

当并联盘管位于水胆内时，并联盘管的设置按立式水箱和卧式水箱设置。

其中热泵水箱为立式水箱时，并联盘管螺旋式设置整个并联盘管形成蛇形环绕、圆柱形或者圆锥形，各盘管管道互相之间留有散热距离。

热泵水箱为卧式水箱时，并联盘管设置成蛇形环绕式，盘型环绕式，V型盘绕式，各盘管管道互相之间留有散热距离。

当并联盘管设置成圆锥形或者蛇形环绕时，为保证盘管系统在水箱内的牢固，在需要将盘管系统加强的情况下，先将并联盘管固定在金属支架上，然后再固定到水胆中。

当并联盘管位于水胆内时，并联盘管的各个盘管管道从螺旋状盘管体上通过水胆底部或底部法兰延伸到水胆外，并在水胆外部分与制冷设备不锈钢管道连接。其中水胆底部或法兰上设有管道孔，管道孔的周围设置环形凸起，环形凸起上带有外螺纹，环形凸起的上面通过螺纹连接螺母，螺母的中心带有圆孔，螺母和凸起之间有密封垫圈。各个连接的螺母和凸起上的管道孔和中心圆孔内径一致，并且并联盘管上的管道分别通过一套螺母和凸起，每个并联盘管上的管道的外径和该管道通过的凸起管道孔内径一致。盘管管道分别通过凸起延伸到水胆外，并在水胆外通过焊接连接到制冷设备管道上。使用时将螺母旋紧到凸起上，将管道和管道孔密封。

在水胆内容积一定的条件下，采用管道盘管并联的方式，可以减小制冷剂流动阻力，增加盘管管道的坡度，进而增加制冷剂的流速。当采用单个盘管作为制冷剂管道时，螺旋盘绕的总高度为H，管道总长为L，则坡度P为H/L，当采用并联盘管时，在同样的空间内设置同样总长度相同的并联盘管，并联盘管单个管道长度为L/n，其中n为并联的盘管个数，单个盘管管道的坡度P＝H/(L/n)，并联的盘管越多，管道的坡度越大，越有利于制冷剂流动。通过增加并联管道数量，增加制冷剂盘管管道坡度，其中坡度为盘管管道系统的高度与单个盘管管道长度的比值，该比值大于0.05。

当盘管管道位于水胆内时，盘管管道为设有散热片的盘管管道，具有较大的热交换面积。本实用新型中散热片的安装方法为：将带有圆孔的散热片套在盘管管道上，通过机械充胀原理，将管道内部拉伸出螺纹，并将散热片固定在盘管外壁上，再将带有散热片的盘管管道按上面叙述的方式安装在水箱水胆内。

实践中发现，热泵水箱等设备的盘管系统散热面积不变的情况下，增加盘管系统的总表面积和盘管系统总容积比，可以有效提高盘管系统的工作效率。在盘管管道壁厚满足工作强度的条件下，减少各盘管管道内的容积，同时并联盘管的总截面积不小于压缩机出口的截面积，与采用一个盘管管道相比，消耗同样的管材，采用同等体积的制冷剂，盘管系统的总表面积和盘管系统总容积比越大，工作效率越高。因此在增加盘管系统总散热面积的同时，还需要增加单位制冷剂所在管道容积所对应的散热面积。按盘管管道为圆管计，当盘管内半径为r，壁厚为H，单个盘管管道长度为L时，盘管管道内容积V为πr²L，盘管管道外表面总面积S为π(r+H)L，盘管管道外表面总面积和容积之比(面积容积比)Q＝S/V＝π(r+H)L/πr²L＝(r+H)/r²；当盘管管道上增加散热片时，散热片段面积为S1，则面积容积比Q＝(S+S₁)/V＝[A+π(r+H)L]/πr²L。在采用相同材料和使用同量的制冷剂条件下，采用面积容积比大的方式设置盘管管道可以在增大换热面积的同时降低制冷剂充注量，提高热交换系统的工作效率。因此采用管道截面积小的盘管管道并联，当总截面积与原有的单个管道截面积相同且管壁厚度相同时，传热效率更高，而采用的总管材相同。

本实用新型中，采用截面积小于压缩机出口的盘管管道作为制冷剂通道，将两个以上的盘管管道并联设置，在盘管管道总长度一定和消耗管材一定的情况下，减少了制冷剂的流动路程，增大了制冷剂的流动坡度，有利于制冷剂的气液分离加速流动，提高了单位容积制冷剂所对应的散热面积，并且由于缩小了盘管管道的内径，使制冷剂与盘管管壁距离更短，传热效率更高。通过在盘管管道上增加散热片的方法，可以简单大幅度提高散热表面积；当整体盘管管道采用圆锥形设置时，上下层之间的管道不处于同一圆柱面上，当换热发生后，各管壁上因热交换产生对流的水不能相互混合，使换热效果更好，传热效率更高；采用铜管延伸出水胆外的设置方法，使水胆内的铜管没有与不锈钢法兰的焊接点，可以有效的避免铜-不锈钢焊接点被水腐蚀损坏，提高了水箱的安全性，延长水箱的使用寿命。

本实用新型适用于空调热水器和热泵热水器，也可以应用于其他类似的热交换设备。本实用新型的热泵水箱系统，在具有同样管材的情况下，可以获得较大的散热面积与制冷剂容积比，并可采用更少的制冷剂充注量；应用该热泵水箱系统可以提高制冷剂流速，提高热交换系统的传热效率，增加系统的安全性能，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中的空调热水器I的热泵水箱示意图；图中1、热泵水箱I外壳，2、水胆I，3、水胆I底部法兰，4、锥形并联盘管，5、锥形支架，6、制冷剂进口I，7制冷剂出口I，8热水出口I，9冷水进口I。

图2为本实用新型实施例2中的热泵热水器II的热泵水箱示意图；图中10、热泵水箱II外壳，11、水胆II，12、并联盘管II，13、制冷剂出口II，14、制冷剂进口II，15、热水出口II，16、冷水进口II。

图3为本实用新型实施例3中的卧式热泵热水器III的热泵水箱示意图；图中17、热泵水箱III外壳，18、水胆III，19、带散热片盘管III，20、制冷剂进口III，21、制冷剂出口III，22、热水出口III，23、冷水进口III。

图4为本实用新型实施例1中的水胆底部法兰示意图；图中3、水胆I底部法兰，24、盘管管道，25、螺母，26、密封垫圈，27、环形凸起，。

图5为本实用新型实施例4中的卧式空调热水器示意图；图中28、卧式空调热水器外壳，29、水胆IV，30、并联盘管IV，31、制冷剂进口IV，32、制冷剂出口IV，33、热水出口IV，34，冷水进口IV，35、支架IV。

图6为图5的A-A面示意图；图中28、卧式空调热水器外壳，29、水胆IV，30、并联盘管IV，35、支架IV。

具体实施方式

以下为本实用新型优选实施例。

实施例1

选用的设备为空调热水器，型号为SR-2600/100L

制冷设备输入功率为880W，制冷量：2600W，热泵制热量：3100W。

热泵水箱如图1所示，锥形并联盘管4由三个管道组成，固定在锥形支架5上，在水胆I 2内螺旋式设置，整个锥形并联盘管4为圆锥形，锥形并联盘管4上的各管道通过水胆I底部法兰3延伸到水箱水胆I 2外，并在水箱水胆I 2外与制冷设备(包括压缩机、节流部件和蒸发器)的不锈钢管道焊接连接。水胆I底部法兰3的密封方式如图4所示，盘管管道24穿过水胆I底部法兰3，带有螺纹的环形凸起27上为密封垫圈26和螺母25，通过将螺母25和密封垫圈26旋紧在环形凸起27上，其中盘管管道24的外径与环形凸起27、密封垫圈26、螺母25的内径一致。

所用的锥形并联盘管4为内螺纹铜管。

锥形并联盘管4和锥形支架5的固定方式为：用金属片将锥形并联盘管4压在锥形支架5上，然后用螺钉将金属片和锥形支架5固定在一起。采用的金属片为不锈钢片或铜片，支架材质为不锈钢。

锥形并联盘管4的每个盘管管道外径为6.35mm，管壁厚度为0.55mm，内螺纹齿高0.22mm，单个盘管管道长度L为10m，并联盘管4的总长为10m×3根＝30m，盘绕高度H为0.7m，管壁外表面总面积S为0.598m²，管内容积V为674cm³，计算得：Q＝S/V＝887.2/m，坡度P＝H/L＝0.07，制冷剂充注量：720g，通过等温环境试验，该设备的热泵热水效率COP＝5.0。

其中压缩机出口截面积为0.384cm²，单个盘管管道截面积为0.225cm²，锥形并联盘管总截面积为0.674cm²。

而现行技术普遍采用的外径12.7mm，管壁厚为0.55mm，长度L为15m，盘绕高度H为0.7m，散热面积S为0.598m²，管内容积V为1611cm³，计算得：S/V＝371/m，坡度P＝H/L＝0.046，制冷剂充注量：1300g，通过等温环境试验，COP＝3.3。

通过试验，二种方案铜材用量基本相等，改进后的空调热水器比现有技术设置方式COP值提高了1.7，还节省了680g制冷剂。

实施例2

选用的设备为热泵热水器，型号为SR-2600/150L。

设备输入功率为770W，热泵制热量：2600W。

热泵水箱如图2所示，并联盘管II 12由4根压成D字母的管道组成，即每个盘管管道外表面带有一个平面，每个盘管管道长度L为10米，在水胆II 11外部螺旋式设置，上边4个端口焊接在一起连接到热泵水箱II外壳10外，为制冷剂进口II 14，下部4个端口焊接在一起连接到热泵水箱II外壳10外，为制冷剂出口II 13。

并联盘管II 12的盘管管道外径为9.52mm，采用铝材，以降低成本，管壁厚度为1mm，单个盘管管道长度L为10m，并联盘管10的总长为40m，盘绕高度H为0.7m，盘管管道平面部分与水胆连接，连接总面积S为0.598m，管内容积V为887cm³，计算得：S/V＝674/m，坡度P＝H/L＝0.07，制冷剂充注量：750g，通过等温环境试验，该设备的热泵热水效率COP＝4.3。

其中压缩机出口截面积为0.384cm²，单个盘管管道截面积为0.22cm²，并联盘管总截面积为0.88cm²。

而现行技术采用的外径12.7mm，管壁厚为0.55mm，长度L为30m，盘绕高度H为0.7m，管壁与水胆连接外表面总面积S为0.598m，管内容积V为1584cm³，计算得：S/V＝371/m，坡度P＝H/L＝0.023，制冷剂充注量：1550g，通过等温环境试验，COP＝3.2。

通过试验，前者铜材用量略高于后者，但改进后的空调热水器比现有技术设置方式COP值提高了1.1，还节省了830g制冷剂，如果是环保型制冷剂，成本可观。

实施例3

选用的设备为热泵热水器，型号为SR-2600/150L

设备输入功率为770W，热泵制热量：2600W。

卧式热泵水箱如图3所示，带散热片盘管III19由一个带有散热片的管道组成，在水胆III18内蛇形环绕设置，盘管延伸到水胆III18外，并在水胆III18外与制冷设备的不锈钢管道焊接连接，方法同实施例1。

带散热片盘管III19的外径为12.7mm，管壁厚度为0.55mm，长度为4m，盘绕高度为0.2m，单个翅片面积为0.0003639m²，材质为不锈钢，合计1000片，总散热面积S为0.53m，管内容积V为429cm³，计算得：S/V＝1235/m，坡度P＝H/L＝0.175，制冷剂充注量：520g，通过等温环境试验，该设备的热泵热水效率COP＝5.2。

而现行技术尚上没有该技术方案应用于空调热水器和热泵热水器的先例。

实施例4

选用的设备为空调热水器，型号为SR-2600/100L

热泵水箱如图5和图6所示，并联盘管IV30由二个管道组成，固定在支架IV35上，在水胆IV29内螺旋式设置，整个并联盘管IV30为平行倾斜状，各管道进出口通过水胆IV底部延伸到水胆IV外，并在水胆IV外并联后与制冷设备(包括压缩机、节流部件和蒸发器)的铜管道焊接连接。水胆IV底部的密封方式同实施例1。

其中并联盘管IV30和支架IV35的固定方式为：用金属片将并联盘管IV30压在支架IV35上，然后用螺钉将金属片和支架IV35固定在一起。采用的金属片为紫铜片，支架材质为不锈钢。

并联盘管IV30的每个盘管管道外径为6.35mm，管壁厚度为0.50mm，内螺纹齿高为0.22mm，并联盘管4的总长L为30m，盘绕高度H为0.2m，管壁外表面总面积S为0.598m²，管内容积V为674cm³，计算得：Q＝S/V＝887.2/m，坡度P＝H/(L/2)＝0.013，制冷剂充注量：720g，通过等温环境试验，该设备的热泵热水效率COP＝5.0。

其中压缩机出口截面积为0.36cm²，单个盘管管道截面积为0.225cm²，并联盘管总截面积为0.45cm²。

而现行技术普遍采用的外径12.7mm，管壁厚为0.55mm，长度L为15m，盘绕高度H为0.7m的直立水箱中，散热面积S为0.598m²，管内容积V为1611cm³，计算得：S/V＝371/m，坡度P＝H/L＝0.046，制冷剂充注量：1300g，通过等温环境试验，COP＝3.3。

通过试验，二种方案铜材用量基本相等，改进后的空调热水器比比现有技术设置方式COP值提高了1.7，还节省了680g制冷剂，并且实现了水箱的横向设计安装。

Claims

1、一种热泵水箱系统，包括压缩机、节流部件、蒸发器、水箱外壳、水胆、盘管管道和水胆底部法兰，盘管位于水胆内或位于水胆外，其特征在于：所述的盘管管道的设置，要求全部盘管管道外表面总面积与全部盘管管道总容积的比值在500/m以上。

2、根据权利要求1所述的一种热泵水箱系统，其特征在于所述的盘管管道设置有以下两种结构：(1)全部盘管管道外表面总面积一定，则单个盘管管道的截面积小于压缩机出口截面积，并且压缩机出口连接不少于两个盘管管道并联设置，即盘管管道为并联盘管，全部盘管管道的总截面积大于压缩机出口截面积；(2)全部盘管管道总容积一定，在位于水胆内的盘管管道上装有散热片。

3、根据权利要求1所述的一种热泵水箱系统，其特征在于当盘管位于水胆外时，盘管管道为并联盘管，并且并联盘管为至少带有一个平面的盘管，盘管的一个平面贴在水胆表面，并联盘管螺旋环绕，各个盘管之间互相平行，各盘管之间留有散热距离，各盘管管道首端连接，各盘管管道尾端互相连接。

4、根据权利要求1所述的一种热泵水箱系统，其特征在于当盘管位于水胆内且采用并联盘管时，并联盘管的设置按立式水箱和卧式水箱两种情况设置，当热泵水箱为立式水箱时，并联盘管螺旋式设置，形成圆柱形或者圆锥形，各盘管管道之间留有散热距离；当热泵水箱为卧式水箱时，并联盘管设置成蛇形环绕式，各盘管管道之间留有散热距离。

5、根据权利要求4所述的一种热泵水箱系统，其特征在于当并联盘管设置成圆锥形或者蛇形环绕时，为保证盘管系统在水箱内的牢固，在需要将盘管系统加强的情况下，先将并联盘管固定在金属支架上，然后再放到水胆中。

6、根据权利要求4所述的一种热泵水箱系统，其特征在于当并联盘管设置成圆锥形时上下层之间的管道不处于同一圆柱面上。

7、根据权利要求1所述的一种热泵水箱系统，其特征在于所述的盘管管道为内螺纹管道或者非内螺纹管道。

8、根据权利要求4所述的一种热泵水箱系统，其特征在于当盘管位于水胆内且采用并联盘管的时，并联盘管的各个盘管管道从螺旋状盘管体上通过水胆底部法兰延伸到水胆外，并在水胆外部分与制冷设备的不锈钢管道连接。

9、根据权利要求4所述的一种热泵水箱系统，其特征在于当盘管位于水胆内且采用并联盘管时，水胆底部法兰或水胆上设有管道孔，管道孔的周围设置环形凸起，环形凸起上带有外螺纹，环形凸起的上面通过螺纹连接螺母，螺母的中心带有圆孔，螺母和凸起之间有密封垫圈；各个连接的螺母和凸起上的管道孔和中心圆孔内径一致，并且并联盘管上的管道分别通过一套螺母和凸起，每个并联盘管上的管道的外径和该管道通过的凸起管道孔内径一致；并联盘管上的盘管管道分别通过凸起延伸到水胆外，并在水胆外通过焊接连接到制冷设备上；使用时将螺母旋紧到凸起上，将管道和管道孔密封。

10、根据权利要求3所述的一种热泵水箱系统，其特征在于通过增加并联管道数量，增加制冷剂盘管管道坡度，其中坡度为盘管管道系统的高度与单个盘管管道长度的比值，该比值大于0.05。