CN209672894U - 一种二氧化碳换热器及二氧化碳热泵机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种二氧化碳换热器及二氧化碳热泵机组，涉及换热设备技术领域。二氧化碳换热器应用于二氧化碳热泵机组，其包括壳体和设置于壳体内的多个换热直管，壳体设置有第一入口、第一出口、第二入口及第二出口；换热直管包括内管和套设于内管外侧的外管，内管和外管之间形成供介质流通的第一通道，内管内部形成第二通道；第一通道的两端分别与第一入口和第一出口连通，第二通道的两端分别与第二入口和第二出口连通。二氧化碳热泵机组包括上述二氧化碳换热器。本换热器能够有效缩小在二氧化碳热泵机组中所占用的空间，降低二氧化碳热泵机组的整机成本，同时提高换热效率以及生产效率。

Description

一种二氧化碳换热器及二氧化碳热泵机组

技术领域

本实用新型涉及换热设备技术领域，具体而言，涉及一种二氧化碳换热器及二氧化碳热泵机组。

背景技术

超低温跨临界运行热水机组通过二氧化碳热泵机组中二氧化碳的热力循环对水进行加热，其环保节能，具有良好的应用前景。其中，二氧化碳热泵机组的二氧化碳换热器采用同轴套管式换热器，占用空间大，整机成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的包括提供一种换热器及二氧化碳热泵机组，其能够减小换热器在二氧化碳热泵机组中的占用空间，降低整机成本。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种二氧化碳换热器，用于二氧化碳热泵机组，其包括壳体和设置于壳体内的多个换热直管，壳体设置有第一入口、第一出口、第二入口及第二出口；换热直管包括内管和套设于内管外侧的外管，内管和外管之间形成供介质流通的第一通道，内管内部形成第二通道；第一通道的两端分别与第一入口和第一出口连通，第二通道的两端分别与第二入口和第二出口连通。

进一步地，上述多个换热直管并排设置。

进一步地，上述第一入口和第二出口连接于换热直管的一端，第二入口和第一出口连接于换热直管的另一端。

进一步地，上述换热直管的两端分别通过固定件与壳体的内壁相连。

进一步地，上述换热直管之间设置保温材料。

进一步地，上述壳体内设置有集气室，第一入口和第一通道分别与集气室连通。

进一步地，上述壳体内设置有集液室，第一出口和第一通道分别与集液室连通。

进一步地，上述外管包括第一变径段和第二变径段，第一变径段和第二变径段分别位于外管的两端，第一变径段的周壁设置有进气孔以连通第一通道和集气室，第二变径段的周壁设置有出液孔以连通第一通道和集液室。

进一步地，上述第二通道和第二入口之间，和/或，第二通道与第二出口之间通过集水室连通。

一种二氧化碳热泵机组，其包括上述二氧化碳换热器。

本实用新型实施例的有益效果包括：

二氧化碳换热器用于二氧化碳热泵机组，其包括壳体和设置于壳体内的多个换热直管，壳体设置有第一入口、第一出口、第二入口及第二出口；换热直管包括内管和套设于内管外侧的外管，内管和外管之间形成供介质流通的第一通道，内管内部形成第二通道；第一通道的两端分别与第一入口和第一出口连通，第二通道的两端分别与第二入口和第二出口连通。二氧化碳热泵机组包括上述二氧化碳换热器。本二氧化碳换热器通过在二氧化碳换热器内设置多个换热直管来实现换热，避免使用换热管呈弯曲形的传统套管式换热器，结构紧凑，减小了二氧化碳换热器的占用空间，且直管加工更方便，降低二氧化碳热泵机组整机的生产和制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例中二氧化碳换热器的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例中换热直管的结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例中换热直管的剖视图；

图4为本实用新型第一实施例中二氧化碳换热器的剖视图；

图5为本实用新型第一实施例中换热直管与管束外壳的装配示意图；

图6为本实用新型第一实施例中第一管板的第一视角的结构示意图；

图7为本实用新型第一实施例中第一管板的第二视角的结构示意图；

图8为本实用新型第一实施例中集气盖的第一视角的结构示意图；

图9为本实用新型第一实施例中集气盖的第二视角的结构示意图；

图10为本实用新型第一实施例中集液盖的结构示意图；

图11为本实用新型第一实施例中第一集水盖的结构示意图。

图标：100－二氧化碳换热器；110－壳体；111－第一入口；112－管束外壳；113－第一出口；114－集气盖；115－第二入口；116－集液盖；117－第二出口；118－第一集水盖；119－集水室；120－集气室；122－集液室；123－第一管板；124－第二集水盖；125－第二管板；126－管板本体；127－第一凸台；128－第二凸台；129－第一管孔；130－第三凸台；131－底板；132－侧板；133－进气管；134－第二管孔；135－第四凸台；136－加强筋；137－第五凸台；138－出液管；139－接头；140－换热直管；141－保温材料；142－内管；143－第一通道；144－外管；145－第二通道；146－第一变径段；147－第二变径段；148－直管段；149－进气孔；150－出液孔；160－排污阀；170－底脚。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参照图1、图2和图3，本实施例提供一种二氧化碳换热器100，用于二氧化碳热泵机组，其包括壳体110和设置于壳体110内的多个换热直管140。壳体110设置有第一入口111、第一出口113、第二入口115及第二出口117。换热直管140包括内管142和套设于内管142外侧的外管144。内管142和外管144之间形成供介质流通的第一通道143，内管142内部形成第二通道145。第一通道143的两端分别与第一入口111和第一出口113连通，第二通道145的两端分别与第二入口115和第二出口117连通。

在本实施例中，高温二氧化碳气体从第一入口111进入第一通道143，经换热后从第一出口113流出；冷水从第二入口115进入第二通道145，经换热后从第二出口117流出。为使二氧化碳与水相对逆向流动从而提高换热效果，第一入口111和第二出口117连接于换热直管140的一端，第二入口115和第一出口113连接于换热直管140的另一端。可以理解，第一通道143和第二通道145中的两种介质也可以根据需要调整为同向流动，在同向流动的情况下，第一入口111和第二入口115连接于换热直管140的同一端；另外，在本申请的其他实施例中，可以根据需要使高温介质(如二氧化碳)在第二通道145中流动，而低温介质(比如冷水)在第一通道143中流动。

请参照图4，为稳定二氧化碳换热器100内部的流体流动，壳体110内设置有集气室120，第一入口111与各换热直管140的第一通道143的一端通过集气室120连通，集气室120用于稳定高温二氧化碳进气并使二氧化碳在进入换热直管140之前相对均匀分布。壳体110内设置有集液室122，第一出口113与各换热直管140的第一通道143的另一端通过集液室122连通，集液室122用于使冷却后的二氧化碳稳定并相对均匀地流出二氧化碳换热器100。另外，在本实施例中，壳体110内设置有两个集水室119，两个集水室119分别设置于第二通道145和第二入口115之间，以及第二通道145与第二出口117之间，使得第二入口115、第二通道145以及第二出口117三者通过集水室119串联起来。集水室119用于稳定进入或流出换热直管140的水流。在其他实施例中，也可根据实际需求只在第二通道145和第二入口115之间设置集水室119或者只在第二通道145与第二出口117之间设置集水室119，仅需满足二氧化碳换热器100的结构以及流体流动的稳定性。

具体地，壳体110包括管束外壳112、集气盖114、集液盖116、第一集水盖118以及第二集水盖124。

请参照图5，管束外壳112内设置多个换热直管140。管束外壳112的一端连接集气盖114，管束外壳112的另一端连接集液盖116。第一集水盖118连接于集液盖116远离管束外壳112的一侧，第二集水盖124连接于集气盖114远离管束外壳112的一侧。在本实施例中，管束外壳112、集气盖114、集液盖116、第一集水盖118以及第二集水盖124均呈长方体结构，由此，第一集水盖118、集液盖116、管束外壳112、集气盖114及第二集水盖124依次连接使壳体110也呈规整的长方体结构，从而在二氧化碳换热器100设置于二氧化碳热泵机组内时方便与其他零部件合理分配空间。在其他实施例中，也可将壳体110的形状设置为圆柱体等，仅需满足二氧化碳热泵机组的实际结构需求。

换热直管140的两端分别通过固定件与壳体110的内壁相连。在本实施例中，固定件为管板，管板包括第一管板123和第二管板125。第一管板123设置于管束外壳112与集气盖114之间，从而第一管板123与集气盖114围成集气室120。第二管板125设置于管束外壳112与集液盖116之间，从而第二管板125与集液盖116围成集液室122。

请参照图6和图7，详细地，第一管板123包括管板本体126和设置于管板本体126相对两侧的第一凸台127和第二凸台128。第一凸台127位于第一管板123靠近管束外壳112的一侧，第二凸台128位于第一管板123靠近集气盖114的一侧。第一凸台127和第二凸台128均背离管板本体126凸起，并且第一凸台127和第二凸台128在管板本体126上的投影均位于管板本体126的边缘内。管束外壳112通过第一凸台127与第一管板123扣合，集气盖114通过第二凸台128与第一管板123扣合，从而使集气盖114与管束外壳112相连接。此外，第一管板123设置有多个用于固定换热直管140的第一管孔129，第一管孔129贯穿第一管板123。第一管孔129的内壁设置第三凸台130，第三凸台130沿第一管孔129的径向向内凸起，第三凸台130用于卡合换热直管140以在换热直管140的轴向方向上对换热直管140进行限位。第二管板125的结构与第一管板123相同且第二管板125与第一管板123相对设置，即第二管板125的第一凸台127位于第二管板125靠近管束外壳112的一侧，第二管板125的第二凸台128位于第二管板125靠近集液盖116的一侧，以使管束外壳112通过第一凸台127与第二管板125扣合且集液盖116通过第二凸台128与第二管板125扣合，进而使集气盖114与管束外壳112相连接。

请参照图8、图9和图10，第一入口111设置于集气盖114，第一出口113设置于集液盖116。详细地，集气盖114包括底板131和围设于底板131四周的侧板132。侧板132连接于第一管板123从而使第一管板123与集气盖114围成集气室120。侧板132设置第一入口111，第一入口111连接有进气管133以供高温二氧化碳进入二氧化碳换热器100。底板131上设置多个供换热直管140穿过的第二管孔134，第二管孔134位于底板131两侧的两端分别设置第四凸台135，侧板132内壁设置加强筋136，第四凸台135和加强筋136用于提高集气盖114结构的稳定性。底板131设置有第五凸台137以与第二集水盖124配合连接。集液盖116的结构与集气盖114相同且集液盖116与集气盖114相对设置，即集液盖116的侧板132连接于第二管板125从而使第二管板125与集液盖116围成集液室122。集液盖116上也设置第五凸台137以与第一集水盖118配合连接。集液盖116的侧板132设置第一出口113，第一出口113连接有出液管138以供冷凝的二氧化碳流出二氧化碳换热器100。

请参照图11，第二入口115设置于第一集水盖118，第二出口117设置于第二集水盖124。详细地，第一集水盖118为一端开放的箱式结构，开放的一端与集液盖116的第五凸台137配合，从而使第一集水盖118与集液盖116连接进而形成集水室119。第二集水盖124的结构与第一集水盖118相同且第二集水盖124的结构与第一集水盖118相对设置，即第二集水盖124开放的一端与集气盖114配合，从而使第二集水盖124与集气盖114连接进而形成集水室119。第二入口115连接有用于进水和出水的接头139，接头139设置内螺纹以方便与水管可拆卸连接。

在壳体110内，多个换热直管140并排设置，相比于传统的换热管为弯曲的套管式换热器，直管排列的结构更加紧凑，有效减少占用空间，且直管加工更简单，从而降低二氧化碳热泵机组整机的成本。此外，换热直管140之间设置保温材料141，使多个换热直管140充分换热和集热，形成一个综合的集热群，提高换热效率。在本实施例中，保温材料141为发泡材料。

请再次参考图2和图3，换热直管140包括内管142和外管144。具体地，为增大换热面积，内管142为螺旋波纹管。内管142的长度大于外管144的长度，内管142从外管144两端伸出以连通集水室119。外管144包括第一变径段146和第二变径段147。外管144还包括直管段148，第一变径段146和第二变径段147分别连接于直管段148的两端。在本实施例中，第一变径段146和第二变径段147的直径大于直管段148的直径，从而当换热直管140与第一管板123和第二管板125装配时，换热直管140能够被第一管板123和第二管板125的第三凸台130卡住从而固定换热直管140。第一变径段146远离第二变径段147的一端与内管142密封连接，同时第二变径段147远离第一变径段146的一端与内管142密封连接，以保证集气室120与集水室119的隔绝以及集液室122与集水室119的隔绝。二氧化碳换热器100装配完毕时，第一变径段146贯穿集气室120，第一变径段146的周壁设置有进气孔149以连通第一通道143和集气室120；第二变径段147贯穿集液室122，第二变径段147的周壁设置有出液孔150以连通第一通道143和集液室122。在本实施例中，第一变径段146设置3个进气孔149，第二变径段147设置3个出液孔150，进气孔149略大于出液孔150，以方便高温二氧化碳气体进入和冷凝的二氧化碳流出。

此外，二氧化碳换热器100还包括排污阀160和底脚170。排污阀160设置于第一集水盖118，排污阀160用于在进水端排出水中杂质，避免换热直管140结垢和堵塞。底脚170设置于第一集水盖118，用于方便二氧化碳换热器100安装于二氧化碳热泵机组。

二氧化碳换热器100的工作原理和工作过程如下：

多个换热直管140通过第一管板123、第二管板125并排设置于壳体110内部，高温二氧化碳气体经进气管133从第一入口111经集气室120进入外管144与内管142之间的第一通道143，冷水从第二入口115经集水室119进入内管142内部的第二通道145，从而两种介质进行换热。换热直管140之间设置保温材料141，能够使多个换热直管140充分换热和集热，形成一个综合的集热群，有效提高换热效率。二氧化碳经换热后进入集液室122进而从第一出口113处的出液管138流出。水被加热后从第二出口117处的接头139流出。二氧化碳与水相对逆向流动从而提高换热效果。另外，第一集水盖118设置有排污阀160，用于在进水端排出水中杂质，避免换热直管140结垢和堵塞。

二氧化碳换热器100通过将换热管设置为直管并使多个换热直管140并排设置，外观新颖，结构紧凑，有效减少占用空间。另外直管加工更简单，从而降低二氧化碳热泵机组整机的成本，提高生产效率。多个换热直管140形成一个综合的集热群，有效提高换热效率。

第二实施例

本实施例提供一种二氧化碳热泵机组，其包括蒸发器、压缩机和第一实施例提供的二氧化碳换热器100。吸热后的二氧化碳经过压缩机被压缩，排出的高温高压二氧化碳将热传给水，水被加热，二氧化碳温度降低发生冷凝。冷凝后的二氧化碳进入蒸发器，吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽再次进入压缩机，完成制热循环。

二氧化碳热泵机组通过将二氧化碳换热器100的换热管设置为直管并使多个换热直管140并排设置，结构更加紧凑，有效减少占用空间，且直管加工更简单，从而降低二氧化碳热泵机组整机的成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二氧化碳换热器，用于二氧化碳热泵机组，其特征在于，包括壳体和设置于所述壳体内的多个换热直管，所述壳体设置有第一入口、第一出口、第二入口及第二出口；所述换热直管包括内管和套设于所述内管外侧的外管，所述内管和所述外管之间形成供介质流通的第一通道，所述内管内部形成第二通道；所述第一通道的两端分别与所述第一入口和所述第一出口连通，所述第二通道的两端分别与所述第二入口和所述第二出口连通。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳换热器，其特征在于，所述多个换热直管并排设置。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳换热器，其特征在于，所述第一入口和所述第二出口连接于所述换热直管的一端，所述第二入口和所述第一出口连接于所述换热直管的另一端。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳换热器，其特征在于，每个所述换热直管的两端分别通过固定件与所述壳体的内壁相连。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳换热器，其特征在于，所述换热直管之间设置保温材料。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳换热器，其特征在于，所述壳体内设置有集气室，所述第一入口和所述第一通道分别与所述集气室连通。

7.根据权利要求6所述的二氧化碳换热器，其特征在于，所述壳体内设置有集液室，所述第一出口和所述第一通道分别与所述集液室连通。

8.根据权利要求7所述的二氧化碳换热器，其特征在于，所述外管包括第一变径段和第二变径段，所述第一变径段和所述第二变径段分别位于所述外管的两端，所述第一变径段的周壁设置有进气孔以连通所述第一通道和所述集气室，所述第二变径段的周壁设置有出液孔以连通所述第一通道和所述集液室。

9.根据权利要求1所述的二氧化碳换热器，其特征在于，所述第二通道和所述第二入口之间，和/或，所述第二通道与所述第二出口之间通过集水室连通。

10.一种二氧化碳热泵机组，其特征在于，包括权利要求1－9中任意一项所述的二氧化碳换热器。