CN203810797U - 一种可变蒸发面积的蒸发器及具有该结构的高温水源热泵机组 - Google Patents
一种可变蒸发面积的蒸发器及具有该结构的高温水源热泵机组 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种可变蒸发面积的蒸发器及具有该结构的高温水源热泵机组，所述蒸发器上设有循环水进口和循环水出口，蒸发器前端设有工质入口，蒸发器末端设有A工质出口；所述蒸发器上还设有B工质出口；所述蒸发器内部管路分为A段管路和B段管路，所述B工质出口设置在A段管路和B段管路的连通处。本实用新型可以利用12～50℃的中低温热水中的热量制取60℃～80℃的中高温热水，可广泛应用于末端为散热片的集中供热、区域热水供应以及物料干燥等方面，对充分利用低品位热源，节能减排等方面具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型属于制冷设备技术领域，具体涉及一种蒸发面积可变的蒸发器及具有该蒸发器的高温水源热泵机组。
背景技术
在日常的生产生活中，我们主要通过锅炉烧煤、石油等化石燃料来获得中高温热水（60℃～80℃）。不过随着对能源紧张和环境问题的日益关注，研发高效节能并符合可持续发展战略的供热技术得到国内外的广泛关注。高温水源热泵技术是近十几年来，国内外大力推广的节能环保技术，可以缓解我国过于依赖煤炭的能源形式，解决地热尾水、工业废水直接排放所造成的能源浪费等问题，同时也间接地减少了对大气的污染。我国有丰富的余热废热资源，如锅炉厂的烟气余热、缸套冷却水余热，铝锭厂的冷却水余热等等，温度范围在12℃～50℃之间，回收利用这些能源，能大大缓解我国能源紧张的局面，在节省其他高品位能源的同时，也起到了减少污染，保护环境的作用。
当前市场上的高温水源机组，按国标分为H1～H4四种类型，即热源水温度范围在12℃～28℃的H1型高温水源热泵、温度范围在18℃～38℃的H2型高温水源热泵、温度范围在28℃～48℃的H3型高温水源热泵和温度范围在38℃～58℃的H4型高温水源热泵，各机型适应的热源水的温度波动范围不超过20℃，各机型只能在各自要求的温度范围内稳定可靠运行。
事实上，在工业应用当中，很多的工业冷却水系统的温度波动范围由于季节的不同而出现较大范围的波动，如北方炼钢炉的冷却水夏季可达到50℃，而冬季则只有20℃；也有不少工业冷却循环水因为工艺原因进行间隙性产热，导致冷却水温度波动范围较大，如铸造工艺冷却等。因此在这些场合应用标准机型的高温水源热泵机组，都面临着热源水温度变化范围超过允许工况变化范围，情况稍好的导致机组不好用或保护性停机，情况恶劣的或机组自我保护不灵敏的将导致机组使用寿命大打折扣，甚至很快损坏。究其原因，是由于热源水温度变化范围过大，导致蒸发器的换热量变化范围过大，而不能很好地与压缩机的允许运行工况相匹配，甚至严重超出压缩机的安全运行工况。
在工程实际应用中，如何明显拓宽高温水源热泵机组的热源侧水温的适用温度变化范围，以适应工业冷却循环水作为热泵热源水的温度变化范围大的实际情况，在实际工程应用当中具有较大的意义。
实用新型内容
本实用新型旨在克服现有技术的不足，提供一种一种蒸发面积可变的蒸发器及具有该蒸发器的高温水源热泵机组。
为了达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
所述蒸发面积可变的蒸发器上设有循环水进口和循环水出口，蒸发器前端设有工质入口，蒸发器末端设有A工质出口，所述蒸发器上还设有B工质出口；所述蒸发器内部管路分为A段管路和B段管路，所述B工质出口设置在A段管路和B段管路的连通处。
其中所述A段管路与B段管路的长度比为1:3至3：4。所述蒸发器为套管式蒸发器或列管式蒸发器。
本实用新型还提供了一种高温水源热泵机组，它包括上述蒸发面积可变的蒸发器。其具体结构如下：该高温水源热泵机组包括压缩机；所述压缩机的工质出口与冷凝器的工质进口连通；冷凝器的工质出口依次与贮液器和干燥过滤器连通；干燥过滤器的工质出口经电子膨胀阀与蒸发器的工质入口连通；蒸发器的A工质出口与A电磁阀的工质进口连通，蒸发器的B工质出口与B电磁阀的工质进口连通；A电磁阀和B电磁阀的工质出口经三通合并后与压缩机的回气口连通。
下面结合设计原理及工作，对本实用新型做进一步说明：
本实用新型所述的蒸发器具有一个工质进口和两个工质出口，其中一个设置在蒸发器一端。蒸发器内部管路分为两段，另一个工质出口设置在两端管路的连通处，两段管路长度之比为1:3至3:4（即，其中一个工质出口将蒸发器分隔成了两段换热面积，两段换热面积（管路的长短）之比为1:3至3:4）。对于一个制作好的蒸发器，这一比值是恒定的。
在本实用新型的高温水源热泵机组中，蒸发面积可变的蒸发器的两个工质出口的管路上各带有一个电磁阀，两个电磁阀的出口通过一个三通合并后与压缩机的回气口连通，电磁阀通过控制系统对蒸发压力的检测来输出控制信号来控制其开和关，从而实现蒸发器面积的改变，也就能够控制机组的最大蒸发温度和回气过热度。
高温水源热泵机组中压缩机排出的高温高压气体经冷凝器与冷却水换热后，冷凝成高温高压液体，经干燥过滤器、视液镜和电子膨胀阀后，高温高压液体变为低温低压液体进入蒸发器，低温低压液体在蒸发器内吸热后蒸发成低温低压的气体，控制系统将通过判断蒸发压力的高低来开启和关闭蒸发器两个工质出口中的一个，达到控制蒸发压力的目的。蒸发器的两个工质出口分别与两个不同的电磁阀的工质进口相连，两个电磁阀的工质出口在管路上通过三通合并为一个出口，该出口与压缩机的回气口连通，经压缩机压缩成高温高压气体，再经排气口排出，如此循环获得所需的换热量。
高温水源热泵机组具体工作过程如下：
在蒸发温度低于压缩机允许的最大蒸发温度（此时热源水温度不高，一般不高于30℃）的情况下，制冷剂经压缩机排气口排出后，沿管道进入冷凝器，在此换热器中，用户回水与冷凝器里的高温高压制冷剂换热，回水获得热量被加热成中高温热水，而制冷剂失去热量后冷凝成低温高压液体，该液体沿管道经贮液器、干燥过滤器干燥后进入膨胀阀膨胀节流成低压低温的气体，沿管道进入蒸发器，在此蒸发器中，热源水与蒸发器里的低温低压制冷剂换热，热源水失去热量，温度降低，而制冷剂获得热量蒸发成低温低压气体，该气体经过蒸发器的A工质出口后，再经过电磁阀后进入压缩机的回气口。对于热源水温度不高的情况，制冷剂的蒸发温度能控制在压缩机允许的最大蒸发温度之下，同时可以将制冷剂的过热度控制在合理的范围内。此情况下，特殊结构的蒸发器的B工质出口管路上的电磁阀处于关闭状态，而A工质出口管路上的电磁阀处于打开状态，蒸发器的面积为100%的利用。
在蒸发温度随着热源水温度的升高而逐渐升高并高于压缩机允许的最大蒸发温度（此时热源水温度较高，在30—50℃之间）的情况下，由于蒸发器内热源水和制冷剂的传热温差变大，进入蒸发器的制冷剂将在较短的管程内汽化，汽化后的制冷剂蒸汽通过蒸发器的中部工质出口排出，再经过电磁阀后进入压缩机的回气口。此情况下，蒸发器的B工质出口管路上的电磁阀处于打开状态，而A工质出口管路上的电磁阀处于关闭状态，蒸发器的面积为一定比例的利用。由于有效减少了蒸发器的蒸发面积（蒸发器管路缩短了一定比例的长度），从而有效控制了蒸发器的换热量，既有效控制了蒸发温度，也有效控制了回气过热度，确保压缩机不过载和不过热，还明显降低了蒸发器的管道阻力，确保机组在热源水温度宽范围内变化的情况下能够始终保持较高的能效比和稳定可靠运行。
与现有技术相比，本实用新型可以利用12～50℃的较宽温度变化范围内的中低温热水中的热量制取中高温热水（60℃～80℃），可广泛应用于工业冷却循环水的余热回收产热水等方面，对充分利用低品位热源，节能减排等方面具有重要意义。
附图说明
图1为本实用新型蒸发面积可变的蒸发器的结构示意图；
图2为本实用新型高温水源热泵机组结构示意图。
图中：1、工质进口；2、B工质出口；3、A工质出口；4、A段管路；5、B段管路；6、压缩机；7、冷凝器；8、贮液器；9、干燥过滤器；10、电子膨胀阀；11、蒸发器；12、A电磁阀；13、B电磁阀；14、循环水进口；15、循环水出口。
具体实施方式
下面结合附图（实施例1至4外部结构均以图1为例）和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
参见图1，所述蒸发面积可变的蒸发器上设有循环水进口14和循环水出口15，蒸发器前端设有工质入口1，蒸发器末端设有A工质出口3；所述蒸发器上还设有B工质出口2；所述蒸发器内部管路分为A段管路4和B段管路5，所述B工质出口2设置在A段管路4和B段管路5的连通处，所述A段管路4与B段管路5的长度比为1:1（即，可变蒸发面积为100%和50%两档）。所述蒸发器为套管式蒸发器或列管式蒸发器。
实施例2
参见图1，所述蒸发面积可变的蒸发器上设有循环水进口14和循环水出口15，蒸发器前端设有工质入口1，蒸发器末端设有A工质出口3；所述蒸发器上还设有B工质出口2；所述蒸发器内部管路分为A段管路4和B段管路5，所述B工质出口2设置在A段管路4和B段管路5的连通处，所述A段管路4与B段管路5的长度比为1:2（即，可变蒸发面积为100%和66.7%两档）。所述蒸发器为套管式蒸发器或列管式蒸发器。
实施例3
参见图1，所述蒸发面积可变的蒸发器上设有循环水进口14和循环水出口15，蒸发器前端设有工质入口1，蒸发器末端设有A工质出口3；所述蒸发器上还设有B工质出口2；所述蒸发器内部管路分为A段管路4和B段管路5，所述B工质出口2设置在A段管路4和B段管路5的连通处，所述A段管路4与B段管路5的长度比为1:3（即，可变蒸发面积为100%和75%两档）。所述蒸发器为套管式蒸发器或列管式蒸发器。
实施例4
参见图1，所述蒸发面积可变的蒸发器上设有循环水进口14和循环水出口15，蒸发器前端设有工质进口1，蒸发器末端设有A工质出口3；所述蒸发器上还设有B工质出口2；所述蒸发器内部管路分为A段管路4和B段管路5，所述B工质出口2设置在A段管路4和B段管路5的连通处，所述A段管路4与B段管路5的长度比为2:3（即，可变蒸发面积为100%和60%两档）。所述蒸发器为套管式蒸发器或列管式蒸发器。
实施例5
参见图2，所述的高温水源人泵机组包括压缩机6以及实施例1至实施例4任一项所述的蒸发器11；所述压缩机6的工质出口与冷凝器7的工质进口连通；冷凝器7的工质出口依次与贮液器8和干燥过滤器9连通；干燥过滤器9的工质出口经电子膨胀阀10与蒸发器11的工质入口1连通；蒸发器的A工质出口3与A电磁阀12的工质进口连通，蒸发器11的B工质出口2与B电磁阀13的工质进口连通；A电磁阀12和B电磁阀13的工质出口经三通合并后与压缩机6的回气口连通。
Claims (5)
1.一种可变蒸发面积的蒸发器，所述蒸发器上设有循环水进口（14）和循环水出口（15），所述蒸发器前端设有工质入口（1），蒸发器末端设有A工质出口（3），其特征在于，所述蒸发器上还设有B工质出口（2）；所述蒸发器内部管路分为A段管路（4）和B段管路（5），所述B工质出口（2）设置在A段管路（4）和B段管路（5）的连通处。
2.如权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述A段管路（4）与B段管路（5）的长度比为1:3至3:4。
3.如权利要求2所述的蒸发器，其特征在于，所述蒸发器为套管式蒸发器或列管式蒸发器。
4.一种高温水源热泵机组，其特征在于，它包括权利要求1至3任一项所述的蒸发器。
5.如权利要求4所述的高温水源热泵机组，其特征在于，它包括压缩机（6）；所述压缩机（6）的工质出口与冷凝器（7）的工质进口连通；冷凝器（7）的工质出口依次与贮液器（8）和干燥过滤器（9）连通；干燥过滤器（9）的工质出口经电子膨胀阀（10）与蒸发器（11）的工质入口（1）连通；蒸发器的A工质出口（3）与A电磁阀（12）的工质进口连通，蒸发器（11）的B工质出口（2）与B电磁阀（13）的工质进口连通；A电磁阀（12）和B电磁阀（13）的工质出口经三通合并后与压缩机（6）的回气口连通。
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