CN211204552U - 一种二氧化碳换热器及二氧化碳制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二氧化碳换热器，包括导热管和多个翅片；多个翅片并排设置；导热管穿设在多个翅片中，且导热管呈连续的S形，导热管分别设有导热管入口和导热管出口；二氧化碳换热器包括分液器；分液器包括进液端以及多个与进液端相通的分液端；进液端用于注入二氧化碳；分液端通过毛细管与导热管入口相连通。还公开了一种二氧化碳制冷系统，包括前述的二氧化碳换热器。本实用新型能提高导热管内二氧化碳的换热量，增强二氧化碳换热器的换热能力，降低设备成本和运行成本。

Description

一种二氧化碳换热器及二氧化碳制冷系统

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，具体涉及一种二氧化碳换热器及二氧化碳制冷系统。

背景技术

二氧化碳制冷因在-25℃～-45℃的低温段具有显著能效优势，并且具有优越的安全性和环保性，逐渐成为食品冷冻冷藏的首选冷媒。

目前应用较多的是制冷剂/二氧化碳的复叠式制冷系统，其主要包括二氧化碳回路、冷凝蒸发机组和制冷剂回路，制冷剂回路中循环流动有制冷剂(如NH₃)，二氧化碳回路中则循环流动有二氧化碳。二氧化碳回路包括二氧化碳换热器。该复叠式制冷系统的原理为，制冷剂在冷凝蒸发机组中降低二氧化碳的温度，低温的二氧化碳在二氧化碳换热器中与热流体换热，使热流体降温。

二氧化碳换热器作为二氧化碳与热流体的换热元件，对于换热效率的影响最大。现有的二氧化碳换热器，主要包括多个并排设置的翅片以及穿设在翅片上的S形的导热管。换热时，二氧化碳在导热管内流动，而热流体则在翅片外侧的空间流动，二者通过导热管的管壁换热，使热流体的温度降低。现有技术中，通过二氧化碳制冷泵将二氧化碳降温增压后抽入导热管中。二氧化碳在导热管中处于过冷满液状态，流经导热管的过程中，液相的二氧化碳吸收热量但不会产生相变，从导热管流出时依旧处于单相满液状态。在整个换热过程中，换热量仅依靠二氧化碳的显热，因此换热量非常有限。在大型制冷或速冻系统中，为了满足换热量的需求，就必须通过增大换热器体积来增加换热面积，或是通过增加二氧化碳制冷泵的功率来提高循环倍率，这样会增加设备成本和运行成本。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型目的之一在于提供一种二氧化碳换热器，目的之二在于提供一种二氧化碳制冷系统。本实用新型能提高导热管内二氧化碳的换热量，增强换热器的换热能力，降低设备成本和运行成本。

本实用新型所述的一种二氧化碳换热器，包括导热管和多个翅片；所述多个翅片并排设置；所述导热管穿设在所述多个翅片中，且所述导热管呈连续的S形，所述导热管分别设有导热管入口和导热管出口；所述二氧化碳换热器包括分液器；所述分液器包括进液端以及多个与所述进液端相通的分液端；所述进液端用于注入二氧化碳；所述分液端通过毛细管与所述导热管入口相连通。

优选地，所述导热管包括交替设置且依次首尾相连的多个直管段和多个U形盘管，相邻两个所述直管段之间的距离为26㎜-28㎜。

优选地，相邻两个所述U形盘管之间的距离为30㎜-32㎜。

优选地，所述直管段的数量为5-10个。

优选地，所述翅片垂直于所述直管段；相邻两个所述翅片之间的间距为5㎜-10㎜。

优选地，所述翅片垂直于所述直管段，靠近迎风面的两个相邻翅片之间的间距为10㎜-16㎜，其余的相邻翅片之间的间距为5㎜-10㎜。

优选地，所述毛细管的管径为6㎜-8㎜，长度大于500㎜。

优选地，所述导热管的外管径为8㎜-10㎜，管壁厚度为0.4㎜-0.6㎜。

优选地，所述二氧化碳换热器还包括L形的回气管，所述导热管入口位于所述导热管下端，所述导热管出口位于所述导热管上端；所述回气管一端连通所述导热管出口，另一端延伸至所述导热管入口的下方。

一种二氧化碳制冷系统，包括上述的二氧化碳换热器。

本实用新型所述的一种二氧化碳换热器及二氧化碳制冷系统，其优点在于，本实用新型通过在换热器的导热管入口处增设分液器和毛细管，二氧化碳在流入导热管时，受到分液器的分液和毛细管的节流作用，使二氧化碳的压力降低，使二氧化碳脱离满液状态，进入临界状态。临界状态的二氧化碳在导热管内流动换热时，会产生部分相变，使管内的二氧化碳变为气液两相混合态，依靠相变潜热，使同等流量的二氧化碳的换热量可达到显热换热的数倍，大大增强了换热器的换热能力。在同等换热量需求下，可减小换热器体积或是制冷泵功率，减少设备成本和运行成本。并且无需对现有的二氧化碳制冷系统进行复杂改造，具有良好的适用性。

附图说明

图1是本实用新型所述一种二氧化碳换热器的结构示意图；

图2是图1中A位置的放大图；

图3是本实用新型所述一种二氧化碳制冷系统的结构示意图。

附图标记说明：1-二氧化碳换热器，11-翅片，12-导热管，121-直管段，122-U形盘管，13-分液器，131-进液端，132-分液端，14-毛细管，15-回气管，2-二氧化碳制冷泵，3-二氧化碳低压循环桶，4-二氧化碳储液器，5-二氧化碳机组，6-冷凝蒸发机组，7-复叠机组，8-冷凝器，9-制冷剂储液器。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型所述的一种二氧化碳换热器，包括相对布置且相互平行的两个侧板，在两个侧板之间设有多个翅片11，多个翅片11并排设置。二氧化碳换热器还包括导热管12，导热管12的两端分别为导热管入口和导热管出口，导热管12穿设在多个翅片11中，呈连续的S形，沿翅片11的长度方向延伸。当上述的二氧化碳换热器进行换热时，液态的二氧化碳在导热管12内流动，热流体在翅片11间的间隙流动，两者通过导热管12的管壁进行换热。

上述的二氧化碳换热器在使用时，通常通过二氧化碳制冷泵2将二氧化碳抽入导热管12中，二氧化碳制冷泵2在向导热管12输入二氧化碳之前，会对二氧化碳进行降温及加压。经二氧化碳制冷泵2输出的二氧化碳，会处于过冷满液状态，该状态下，二氧化碳会始终保持液相，当二氧化碳在导热管12内与热流体换热时，二氧化碳吸热但其相态不会发生变化。二氧化碳与热流体的换热量仅依靠液相二氧化碳的显热，换热量非常有限。基于这一问题，本实施例中在导热管12的导热管入口处增设了分液器13，分液器13包括进液端131和多个与进液端131相通的分液端132，分液端132通过毛细管14与导热管入口连通。而进液端131则可与二氧化碳制冷泵2连通，以注入二氧化碳。二氧化碳通过分液器13进入毛细管14后，由于其截面突然变窄而压力降低(节流现象)，从而脱离过冷满液状态，进入临界状态。临界状态的二氧化碳在导热管12内与热流体换热时，会发生相变，变为气液两相混合，依靠相变潜热，使同等流量的换热量可达到显热换热的数倍，大幅提升了二氧化碳换热器的换热能力。在同等换热量需求下，可减小二氧化碳换热器体积或是制冷泵功率，减少设备成本和运行成本。并且只需在二氧化碳换热器的导热管入口处增设部件，而无需对现有的二氧化碳制冷系统进行其他复杂改造，具有良好的适用性。本实施例的二氧化碳换热器，尤其适用于速冻设备这类内部空间狭小的制冷设备，由于其内部空间狭小，无法安装体积更大的二氧化碳换热器，而本实施例的二氧化碳换热器，在同等体积的前提下，换热量可达普通换热器的数倍，能满足速冻设备的换热量需求和安装空间狭小的条件。

如图1所示，导热管12包括交替设置且依次首尾相连的多个直管段121和多个U形盘管122，相邻两个直管段121之间的距离为26㎜-28㎜，相邻两个U形盘管122之间的距离为30㎜-32㎜。即导热管12的管距为30㎜-32㎜，排距为26㎜-28㎜，导热管12的管距和排距均小于现有技术中导热管的排布方式，目的是使得二氧化碳与热流体充分换热，提高换热效率。

直管段121的数量为5-10个，直管段121的数量根据制冷量需求进行设计和选择，制冷量需求越大，所需的直管段数量也就越多，但直管段的数量不宜过多，过多时会导致二氧化碳的流动路径过长，对二氧化碳循环的流畅性带来影响。

翅片11采用变片距和固定片距两种布置方式，根据使用工况进行选择。

固定片距：翅片11垂直于直管段121，多个翅片11等间隔布置，且相邻两个翅片11之间的间距为5㎜-10㎜。该种片距布置方式适用于湿度较小的冷冻冷藏工况，能使热流体与二氧化碳充分、均匀的换热。

变片距：翅片11垂直于直管段121，靠近迎风面的两个相邻翅片11之间的间距为10㎜-16㎜，其余的相邻翅片11之间的间距为5㎜-10㎜。将靠近迎风面的两片翅片11的间距增大，以降低该处的风阻，可以有效减少该处的结霜现象，使得该处具有较大的换热面积，适用于速冻装置或者进货湿度较大的低温冷藏库。

毛细管14的管径设置为6㎜-8㎜，长度大于500㎜。以保证毛细管14的节流效果，确保二氧化碳通过毛细管14后处于临界状态。

导热管12采用内壁光滑的铜管，外管径为8㎜-10㎜，管壁厚度为0.4㎜-0.6㎜。导热管12的尺寸设计，能有效降低风阻，减小系统的运行能耗。

本实施例的二氧化碳换热器还包括L形的回气管15，导热管入口位于导热管12下端，导热管出口位于导热管12上端，回气管15一端连通导热管入口，另一端延伸至导热管入口的下方，形成回气口。使得导热管入口和回气口都位于换热器的右侧，方便管路连接，也方便二氧化碳换热器与制冷系统的其他设备连接。

一种二氧化碳制冷系统，以桶泵式二氧化碳制冷系统为例。如图3所示，包括上述的二氧化碳换热器1，二氧化碳制冷泵2、电磁阀、二氧化碳低压循环桶3、第一膨胀阀、二氧化碳储液器4、冷凝蒸发机组6、二氧化碳机组5、复叠机组7、冷凝器8、制冷剂储液器9和第二膨胀阀。

其中，二氧化碳储液器4、二氧化碳低压循环桶3、二氧化碳制冷泵2、第一膨胀阀、二氧化碳机组5和电磁阀构成二氧化碳回路。复叠机组7、冷凝器8、制冷剂储液器9、第二膨胀阀构成制冷剂回路。二氧化碳在二氧化碳回路内循环流动，而制冷剂(如NH₃)则在制冷剂回路内流动，制冷剂与二氧化碳在冷凝蒸发机组6内换热，通过制冷剂降低二氧化碳的温度，降温后的二氧化碳在二氧化碳换热器1内与热流体换热，降低热流体的温度。将本实用新型的二氧化碳换热器应用于上述的桶泵式二氧化碳制冷系统中，二氧化碳制冷泵2的出口连通电磁阀，电磁阀连通分液器13的进液端131，分液器13的分液端132通过毛细管14连通导热管入口。二氧化碳制冷泵2输出的二氧化碳经过分液器13分液和毛细管14节流后流入导热管中与热流体换热。应用了本实用新型的二氧化碳换热器的制冷系统，可以大幅提升换热量，进而增强制冷效果。

本实用新型的二氧化碳换热器，还可应用于除桶泵式二氧化碳制冷系统之外的其他二氧化碳制冷系统，以提高其制冷效果。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括在“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90°或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二氧化碳换热器，包括导热管和多个翅片；所述多个翅片并排设置；所述导热管穿设在所述多个翅片中，且所述导热管呈连续的S形，所述导热管分别设有导热管入口和导热管出口；其特征在于，所述二氧化碳换热器包括分液器；所述分液器包括进液端以及多个与所述进液端相通的分液端；所述进液端用于注入二氧化碳；所述分液端通过毛细管与所述导热管入口相连通。

2.根据权利要求1所述二氧化碳换热器，其特征在于，所述导热管包括交替设置且依次首尾相连的多个直管段和多个U形盘管，相邻两个所述直管段之间的距离为26㎜-28㎜。

3.根据权利要求2所述二氧化碳换热器，其特征在于，相邻两个所述U形盘管之间的距离为30㎜-32㎜。

4.根据权利要求2所述二氧化碳换热器，其特征在于，所述直管段的数量为5-10个。

5.根据权利要求2所述二氧化碳换热器，其特征在于，所述翅片垂直于所述直管段；相邻两个所述翅片之间的间距为5㎜-10㎜。

6.根据权利要求2所述二氧化碳换热器，其特征在于，所述翅片垂直于所述直管段，靠近迎风面的两个相邻翅片之间的间距为10㎜-16㎜，其余的相邻翅片之间的间距为5㎜-10㎜。

7.根据权利要求1所述二氧化碳换热器，其特征在于，所述毛细管的管径为6㎜-8㎜，长度大于500㎜。

8.根据权利要求1所述二氧化碳换热器，其特征在于，所述导热管的外管径为8㎜-10㎜，管壁厚度为0.4㎜-0.6㎜。

9.根据权利要求1所述二氧化碳换热器，其特征在于，还包括L形的回气管，所述导热管入口位于所述导热管下端，所述导热管出口位于所述导热管上端；所述回气管一端连通所述导热管出口，另一端延伸至所述导热管入口的下方。

10.一种二氧化碳制冷系统，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的二氧化碳换热器。

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