CN205619611U - 一种采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组，由压缩机、四通阀、使用侧换热器、翅片管换热器、蒸发式冷凝器、包括水泵等附件的喷淋水装置、贮液器、干燥过滤器、节流装置、气液分离器、风机、电磁阀A、单向阀，蒸发式冷凝器为高效φ7铜管束盘管，并按标准换热单元作为模块化设计使用；蒸发式冷凝器为风水逆流式换热，并设计淋水填料增效；蒸发式冷凝器与翅片管换热器为共用风并以变风量优化制冷与制热运行；制冷与制热模式依靠四通阀流向切换实现，以蒸发式冷凝助力提高制冷运行能效；制热时切断蒸发式冷凝单元发挥常规空气源热泵作用。通过将高效蒸发式冷凝与空气源热泵进行优势互补，从而使机组具有制冷运行高效、冷暖两用、结构紧凑、易于容量扩展、维护方便、稳定可靠的优点。

Description

一种采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组

技术领域

本实用新型属于制冷与空调设备技术领域，主要涉及一种采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组。

背景技术

蒸发式冷凝器利用水在管外蒸发式吸收热量而使管内制冷剂蒸气冷凝，是一种高效换热器，其传热系数一般高于风冷式冷凝器的5倍以上，而且耗水量少，只有水冷式冷凝器的3～5％，非常适用于缺水地区。蒸发式冷凝器的工作原理是:集水池中的冷却水用水泵送至喷水管，经喷嘴喷淋在冷凝管的外表面上，形成一层水膜。水膜中部分水吸热后蒸发为水蒸气被空气带走，末蒸发的水仍滴回水池内，在箱体上方装有挡水栅，用来阻挡空气中的水滴以减少水的飞散损失。水池中水由于水的蒸发而不断减小，同时水中的含盐浓度不断增加，需要经常补充冷却水，并使用浮球阀保持一定的水位。

蒸发式冷凝器的传热管暴露于空气中，易于腐蚀，当用钢管时外表面需镀锌，常见的热浸锌处理蒸发冷蛇形盘管，由于管子表面上水不断蒸发易于结垢，管外结垢后难于清洗，因而应使用水质较好或经过软化处理后的水作为补充水，这一使用要求也限制蒸发式冷凝器大量普及。蒸发式冷凝器现更多应用于工业领域，其换热管一般为管径25mm的碳钢管，换热管内容积大，制冷剂存贮量过多，现仅适合于单冷，较难应用于热泵系统。

空气冷却式冷凝器的特点是不需要冷却水，因而使用、安装都较方便，特别适用于小型制冷装置中。但空冷式冷凝器传热系数低，机组体积和重量都比较大。模块式风冷热泵机组是一种传统的商用中央空调产品，其中制冷量20RT型号是众多厂商的标准产品，常见结构采用铜铝翅片盘管，两个轴流风机，总循环风量一般25000m3/h，是一典型的风冷冷凝器，因风冷能效低，绝大多数风冷模块机组制冷COP小于3.0，无法满足国家节能产品最低门槛能效比3.2的要求。因风冷模块机组量大面广，提升其能效无疑有益于社会的节能减排事业。

实用新型内容

针对蒸发式冷凝器冷却效率高，但换热管径过大，更适用单冷，以及风冷模块机组制冷能效低，但具备冷暖两用功能而应用广泛，因而可以将蒸发式冷凝器与现传统风冷模块机组进行优势互补。本申请的发明人为此提出一种采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组，制冷运行能效高，易容量扩展，方便生产维护，可更好满足舒适性空调领域产品节能要求。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的。这种采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组，主要包括压缩机、四通阀、使用侧换热器、翅片管换热器、蒸发式冷凝器、风机、贮液器、干燥过滤器、节流装置、气液分离器、电磁阀A、喷淋水装置，所述的蒸发式冷凝器为φ7铜管束盘管，采用风水逆流式换热，并通过喷淋水装置和填料增效；翅片管换热器与蒸发式冷凝器按并联方式与四通阀的冷凝器管端接口相连接，其中蒸发式冷凝器的输入端通过电磁阀A与四通阀相连接，翅片管换热器与蒸发式冷凝器的出口端共同连接至贮液器的进口管路上；机组制冷与制热模式依靠四通阀切换压缩机的吸排气流向实现，压缩机与气液分离器相连接，制冷运行利用喷淋水蒸发潜热来快速冷却制冷剂，实现制冷高效节能运行，制 热时，依靠翅片管换热器从低温空气源吸热，使机组获得热泵功能；蒸发式冷凝器与翅片管换热器为共用风结构，通过变风量优化制冷与制热运行。

所述的蒸发式冷凝器与喷淋水装置集成于风冷模块机机壳内，喷淋水装置包括循环水泵、电子除垢仪、喷嘴、除水器、集水池、浮球阀和排水阀，在风冷模块机机壳底部设有集水池和排水阀，集水池通过循环水泵和电子除垢仪和上部布水器的喷嘴相连通，通过浮球阀控制进水；喷嘴正对于蒸发式冷凝器，在蒸发式冷凝器和集水池之间设有填料；风冷模块机机壳的顶部设有风机，在风机和喷嘴之间设有除水器。

所述的翅片管换热器通过电磁阀B与四通阀相连接。

所述的使用侧换热器通过单向阀D、蒸发式冷凝器的出口端通过单向阀B和翅片管换热器的出口端通过单向阀A共同连接至贮液器的进口管路上，贮液器与干燥过滤器和节流装置相连接，并通过单向阀C和单向阀E构成通路；冷却成液态的制冷剂经单向阀B、单向阀A进入贮液器中，制冷剂液体经干燥过滤器进入节流装置中节流，节流产生的低温低压两相制冷剂经单向阀C后进入使用侧换热器中。

在本方案中，与蒸发式冷凝器相连的支路包括电磁阀A、单向阀B；制冷运行时，电磁阀A处于全开状态，支路畅通，因蒸发式冷凝冷却效果好，压缩机排气大部分进入蒸发式冷凝器中冷却。在制热运行时，电磁阀A关闭，电磁阀A与单向阀B共同作用关闭了该通道，将蒸发式冷凝器从运行的热泵循环中隔离出来。

在本方案中，与翅片管换热器相连的支路包括翅片管换热器、单向阀A。制冷运行时，翅片管换热器发挥空冷冷凝器功能，因其内流程长，只冷却部分压缩机排气，并以较大的翅片管换热面积来弥补相对不佳的冷却效果。制热运行时，翅片管换热器作为空气源热泵系统的蒸发器使用，经节流装置节流后产生的低温气液两相制冷剂流过翅片管换热器，从空气中吸收热量而气化蒸发。

本方案中，机组集成一套蒸发式冷凝功能系统，蒸发式冷凝器充当冷凝散热器、喷淋水装置提供水质达标，布水均匀的蒸发冷却水源。循环水泵从集水池中抽汲水压送入电子式除垢仪中进行水质处理，经布水器上的喷嘴喷洒，在蒸发式冷凝器的铜管束表面形成一层水膜，风机抽吸的空气与喷淋水呈逆流方式通过换热管束，形成气水间传质传热，水不断蒸发吸热，热量被流过的空气快速带走，在经过除水器的脱水后，最后被风机排出机组外部。随着水蒸发耗散与极少量飘逸损失，集水池中水位下降，在浮球阀作用下及时补水，以维持运行所需的水位。蒸发式冷却会引起水池中矿物质浓度升高，需要定期进行排污，可利用排水阀排走。机组蒸发式冷却运行一段时间后，喷淋水温升高，水蒸发温度上升将降低蒸发冷却效果，为使机组保持良好的运行效果，通过在蒸发式冷凝器下部设置淋水填料，降低喷淋水温。经上述措施，可维持机组蒸发式冷凝稳定可靠运行。

作为本方案进一步方案，蒸发式冷凝器与翅片管换热器共用风机，蒸发式冷凝所需的风量只有热泵运行的60％，需要采用变风量设计来优化匹配制冷与制热运行，按双速风机可获得两档风量满足要求。当仅按单冷型机组设计时，因蒸发式冷凝器尺寸小，以及需求风量小可使风机数量减半，这样机组尺寸可大幅缩小，机组噪声明显下降。

作为本方案进一步方案，制冷与制热功能依靠四通阀切换压缩机的吸排气流向，并再由电磁阀与单向阀对制冷剂流向进一步控制，使制冷运行时，以蒸发式冷凝器为主冷凝器，翅片管换热器为辅冷凝器，实现制冷高效运行；制热时，压缩机排气通向使用侧换热器，其冷凝热传递给使用侧流体，达到制热功能。翅片管换热器作为制热循环的蒸发器，源源不断从空气侧吸热，使系统具备空气源热泵功能。热泵使用制冷逆循环方式除霜，电磁阀A切断蒸发式冷凝器所在流道，高温制冷剂进入翅片管换热器中进行融霜。

作为本方案进一步方案，机组将蒸发式冷凝系统与空气源热泵系统进行有机整合，打造为按单元布局的一体化结构，整齐美观。各功能单元可先独立组装，再上总装线拼合集成，方便制造。机组前后方向设置多块可拆卸面板，检修空间大，方便服务人员作业。

本实用新型的有益效果为：

1、与现有风冷模块机组相比，制冷运行能效可提高25％以上。

2、与采用蒸发式冷凝的冷水机组单一制冷功能相比，增加制热模式，拓宽应用范围。

3、机组将蒸发式冷凝系统与空气源热泵系统进行有机整合，融为一体，结构紧凑，外观美观，适合模块化扩展使用，安装维护方便。

4、仅按单冷型机组设计时，可较现有风冷模块机组大幅减小机组外形尺寸，减小占地面积，降低机组运行噪声。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是凝器布置的另一种方案示意图。

图中：1-压缩机；2-四通阀；3-使用侧换热器；4-翅片管换热器；5-蒸发式冷凝器；6-风机；7-贮液器；8-干燥过滤器；9-节流装置；10-气液分离器；11-电磁阀A；12-电磁阀B；13-单向阀A、14-单向阀B、15-单向阀C、16-单向阀D、17-单向阀E；18-循环水泵；19-电子除垢仪；20-喷嘴；21-除水器；22-填料；23-集水池；24-浮球阀；25-排水阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，这种采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组，主要包括压缩机1、四通阀2、使用侧换热器3、翅片管换热器4、蒸发式冷凝器5、风机6、贮液器7、干燥过滤器8、节流装置9、气液分离器10、电磁阀A11、喷淋水装置，所述的蒸发式冷凝器5为φ7铜管束盘管，采用风水逆流式换热，并通过喷淋水装置和填料22增效；翅片管换热器4与蒸发式冷凝器5按并联方式与四通阀2的冷凝器管端接口相连接，其中蒸发式冷凝器5的输入端通过电磁阀A11与四通阀2相连接，翅片管换热器4与蒸发式冷凝器5的出口端共同连接至贮液器7的进口管路上；机组制冷与制热模式依靠四通阀2切换压缩机1的吸排气流向实现，压缩机1与气液分离器10相连接，制冷运行利用喷淋水蒸发潜热来快速冷却制冷剂，实现制冷高效节能运行，制热时，依靠翅片管换热器4从低温空气源吸热，使机组获得热泵功能；蒸发式冷凝器5与翅片管换热器4为共用风结构，通过变风量优化制冷与制热运行。所述的蒸发式冷凝器5与喷淋水装置集成于风冷模块机机壳内，喷淋水装置包括循环水泵18、电子 除垢仪19、喷嘴20、除水器21、集水池23、浮球阀24和排水阀25，在风冷模块机机壳底部设有集水池23和排水阀25，集水池23通过循环水泵18和电子除垢仪19和上部布水器的喷嘴20相连通，通过浮球阀24控制进水；喷嘴20正对于蒸发式冷凝器5，在蒸发式冷凝器5和集水池23之间设有填料22；风冷模块机机壳的顶部设有风机6，在风机6和喷嘴20之间设有除水器21。

在本方案中，蒸发式冷凝器5采用φ7内螺纹铜管盘绕成蛇形管束，这种小管径高效管较φ9.52以上铜管具有更好的冷凝性能，以及更小的制冷剂充填量，更适合与现有的模块化空气源热泵机组结合使用。现20RT标准风冷模块机采用两个12匹系统，在蒸发式冷凝运行工况下，每个系统压缩机排热量42kW，因此蒸发冷盘管可按42kW排热量作为标准换热单元，便于模块扩展化应用。杭州沈氏节能科技股份有限公司推出的Ω形管束蒸发式冷凝器，比常规蛇形管结构更为紧凑，适合使用。

蒸发式冷凝器5通过电磁阀A11与翅片管换热器4一同连接至四通阀2的接管C口，蒸发式冷凝器5与翅片管换热器4的出口均通过单向阀B14、单向阀A13共同连接至贮液器7的进口，整体呈并联布置。四通阀2的D口连接至压缩机1排气口，E口连接至使用侧换热器3，S口经气液分离器10连接至压缩机1的吸气口，构成对压缩机吸排气可进行流向切换的通道，通过电磁阀得失电来实现使用侧制冷与制热功能。

蒸发式冷凝器5由若干排的Ω形圆形镀镍紫铜内螺纹管组成，换热效率高，热流密度可达5.0kW/m²，具有良好的耐压和耐腐蚀性能，设计耐压4.2MPa，可适用于制冷剂R410A系统。喷淋水布水器安装于蒸发式冷凝器5正上方，沿淋水断面均匀设置喷嘴，采用不易堵塞的离心旋流式喷嘴，将水均匀喷洒在铜管束表面以形成水膜，水流自上而下淋洒在铜管表面，空气自下而上掠过铜管束，以逆流方式强化传质传热。为保证蒸发冷凝效果，需要对喷淋水进行降温处理，采用低成本的PVC淋水填料代替铜管，在集水池与换热管束之间设置淋水填料层，风水沿填料流道以交叉流方式流动换热。

所述的使用侧换热器3通过单向阀D16、蒸发式冷凝器5的出口端通过单向阀B14和翅片管换热器4的出口端通过单向阀A13共同连接至贮液器7的进口管路上，贮液器7与干燥过滤器8和节流装置9相连接，并通过单向阀C15和单向阀E17构成通路；在制冷运行时，四通阀2失电，四通阀D口与C口连通，压缩机排气导向与四通阀2的C口连接的管路，电磁阀A11失电为开启状态，大部分排气进入蒸发式冷凝器5中，被循环水泵18输送至布水器的喷嘴20产生的喷淋水蒸发冷却，少量经翅片管换热器4通道进行风冷。冷却成液态的制冷剂经单向阀B14、单向阀A13进入贮液器7中，制冷剂液体经干燥过滤器8进入节流装置9中节流，节流产生的低温低压两相制冷剂经单向阀C15后进入使用侧换热器3中，制冷剂从换热器通道内循环的空调水中吸热，将空调水降温后输送给用户使用，而制冷剂吸热蒸发变成过热蒸汽，经四通阀2与气液分离器10回到压缩机2吸气口，最后经压缩机压缩做功形成高温高压气体排出，由此完成一个制冷循环。机组制热期间，循环水泵18不启动，蒸发式冷凝器5退出工作，电磁阀A11得电关闭，与单向阀B14共同作用将蒸发式冷凝器5支路切断，将其从制热循环隔离出来，使蒸发式冷凝器5为干式状态盘管。制热运行时，四通阀2得电， 压缩机排气经四通阀2导向使用侧换热器3，制冷剂向空调水放热，将空调水升温后输送给用户使用。制冷剂冷凝成液体后经单向阀D16进入贮液器7中，再经干燥过滤器8进入节流装置9中节流，节流后制冷剂变成低温低压气液两相混合物，又经单向阀E17进入翅片管换热器4中进行与循环空气换热，从低温的空气热源吸热后蒸发变成过热蒸汽，经四通阀2与气液分离器10又回到压缩机中。

空气源热泵制热时，翅片管换热器需定期除霜，采用逆向制冷循环方式除霜，循环水泵18不工作，四通阀2失电，电磁阀A11得电关闭蒸发式冷凝器5所在通道，压缩机排气全部进入翅片管换热器4融霜，避免蒸发式冷凝器5影响化霜，使系统能安全稳定工作。

如图2所示，与图1所述的不同之处在于：所述的翅片管换热器4通过电磁阀B12与四通阀2相连接。在本方案中，翅片管换热器4与蒸发式冷凝器5均属于热源侧换热器，在制冷运行时可独立运行，也可联合运行，电磁阀来控制其运行。图2表示的是一种冷凝器布置方案1，在蒸发式冷凝器5入口前设置电磁阀A11，在翅片管换热器4入口前设置电磁阀B12，同时在其出口设置相应单向阀D14、单向阀C13，这样可保证在制冷与制热运行时，翅片管换热器4与蒸发式冷凝器5相互不受彼此影响。鉴于蒸发式冷凝冷却效果远胜于风冷，制冷运行时按蒸发式冷凝器独立运行显然为最佳效果，但作为热泵系统，由于电磁阀B12的存在会在制热运行时产生额外系统压降，导致压缩机吸气压力下降性能受损，此外，电磁阀在制冷时位于高温区部位，长期运行寿命会受影响。在图1描述的冷凝器布置中，删除电磁阀B12，这样在制冷运行时，执行以蒸发式冷凝为主，风冷式为辅的运行模式，兼顾机组能效、成本及可靠性，实用性更好。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组，其特征在于：主要包括压缩机(1)、四通阀(2)、使用侧换热器(3)、翅片管换热器(4)、蒸发式冷凝器(5)、风机(6)、贮液器(7)、干燥过滤器(8)、节流装置(9)、气液分离器(10)、电磁阀A(11)、喷淋水装置，所述的蒸发式冷凝器(5)为φ7铜管束盘管，采用风水逆流式换热，并通过喷淋水装置和填料(22)增效；翅片管换热器(4)与蒸发式冷凝器(5)按并联方式与四通阀(2)的冷凝器管端接口相连接，其中蒸发式冷凝器(5)的输入端通过电磁阀A(11)与四通阀(2)相连接，翅片管换热器(4)与蒸发式冷凝器(5)的出口端共同连接至贮液器(7)的进口管路上；机组制冷与制热模式依靠四通阀(2)切换压缩机(1)的吸排气流向实现，压缩机(1)与气液分离器(10)相连接，制冷运行利用喷淋水蒸发潜热来快速冷却制冷剂，实现制冷高效节能运行，制热时，依靠翅片管换热器(4)从低温空气源吸热，使机组获得热泵功能；蒸发式冷凝器(5)与翅片管换热器(4)为共用风结构，通过变风量优化制冷与制热运行。

2.根据权利要求1所述的采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组，其特征在于：所述的蒸发式冷凝器(5)与喷淋水装置集成于风冷模块机机壳内，喷淋水装置包括循环水泵(18)、电子除垢仪(19)、喷嘴(20)、除水器(21)、集水池(23)、浮球阀(24)和排水阀(25)，在风冷模块机机壳底部设有集水池(23)和排水阀(25)，集水池(23)通过循环水泵(18)和电子除垢仪(19)和上部布水器的喷嘴(20)相连通，通过浮球阀(24)控制进水；喷嘴(20)正对于蒸发式冷凝器(5)，在蒸发式冷凝器(5)和集水池(23)之间设有填料(22)；风冷模块机机壳的顶部设有风机(6)，在风机(6)和喷嘴(20)之间设有除水器(21)。

3.根据权利要求1所述的采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组，其特征在于：所述的翅片管换热器(4)通过电磁阀B(12)与四通阀(2)相连接。

4.根据权利要求1所述的采用蒸发式冷凝的风冷模块热泵机组，其特征在于：所述的使用侧换热器(3)通过单向阀D(16)、蒸发式冷凝器(5)的出口端通过单向阀B(14)和翅片管换热器(4)的出口端通过单向阀A(13)共同连接至贮液器(7)的进口管路上，贮液器(7)与干燥过滤器(8)和节流装置(9)相连接，并通过单向阀C(15)和单向阀E(17)构成通路；冷却成液态的制冷剂经单向阀B(14)、单向阀A(13)进入贮液器(7)中，制冷剂液体经干燥过滤器(8)进入节流装置(9)中节流，节流产生的低温低压两相制冷剂经单向阀C(15)后进入使用侧换热器(3)中。