專利名稱：一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種利用熱泵的流體加熱器，尤其涉及ー種適用于R407C環(huán)保型制冷劑的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機。
背景技術：
熱泵熱水機因為節(jié)能、環(huán)保、安全已經(jīng)得了廣泛的使用，熱泵專用壓縮機使用的制冷劑有兩種R22和R407C，R407C制冷劑為環(huán)保型制冷劑。在《家特利爾議定書》中，R22作為HCFC類エ質是第二批要被替代的物質。1992年在丹麥哥本哈根召開的《議定書》締約國第四次會議決定把R22的禁用期提前到2020年，因此制冷系統(tǒng)使用環(huán)保型制冷劑的替代已經(jīng)越來越接近。作為R22制冷劑的重要的替代品，R407C制冷劑是ー種混合エ質，是R125、R32和R134a (重量百分比為25/23/52%)的非共沸混合物，溫度滑移約為7K。溫度 滑移是指制冷劑混合物在某一恒定壓カ下發(fā)生相變時相變溫度的變化值。對于非共沸混合制冷劑相變溫度會隨著相變過程而發(fā)生較大變化，因此換熱器必須進行優(yōu)化，否則溫度滑移將會對設備的制冷性造成嚴重影響。R407C環(huán)保型制冷劑是R22在某些應用中的長期替代品，現(xiàn)有的冷凝器和蒸發(fā)器的帶管殼式熱交換器的R22設備，直接改裝成R407C制冷劑之后，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較低，導致?lián)Q熱效果變化，系統(tǒng)的熱力循環(huán)狀態(tài)發(fā)生了改變，因此對使用R407C制冷劑系統(tǒng)重新進行技術研究是非常重要。中國實用新型專利“ー種R407C冷媒環(huán)保エ業(yè)冷水機的冷媒循環(huán)裝置”(中國實用新型專利號ZL200820301799. 8，授權公告號CN201281485Y)公開了ー種R407C冷媒環(huán)保エ業(yè)冷水機的冷媒循環(huán)裝置，包括通過進出水管路連接有外部冷卻水的冷凝換熱器、壓縮機、通過進出水管路連接有外部待冷卻水的蒸發(fā)換熱器，三者通過管連接構成封閉回路，其特征在于所述的蒸發(fā)換熱器為通過R407C冷媒的蒸發(fā)來吸收被冷卻水熱量的板式蒸發(fā)器，其內(nèi)被冷卻水的流向與R407C冷媒的流向相反構成全逆流熱交換；所述的冷凝換熱器為通過R407C冷媒的冷凝來釋放熱量給冷卻水的板式冷凝器，其內(nèi)的冷卻水流向與R407C冷媒的流向相反構成全逆流熱交換，使得冷媒循環(huán)系統(tǒng)有效避免此替代冷媒R407C冷凝和蒸發(fā)時的溫度滑移對換熱器的換熱量的顯著影響，避免系統(tǒng)失衡；該實用新型應用于符合無氟環(huán)保要求的采用替代環(huán)保冷媒R407C做制冷劑的エ業(yè)冷水機，具有熱轉換穩(wěn)定可靠的特點。中國發(fā)明專利申請“ー種采用混合制冷劑的空調換熱器及空調器”(中國發(fā)明專利申請?zhí)?01210036236. 1，公開號CN 102538308A)公開了ー種采用混合制冷劑的空調換熱器及空調器，包括翅片管換熱器、集流管、至少2路分流管及連接集流管與各分流管的分流器，所述的集流管與所述分流器的進ロ端連接，所述分流器的分流出口分別連接所述各分流管的一端，所述各分流管的另一端分別與翅片管換熱器上的管路連接以此來改善混合制冷劑因為非共沸帶來的溫度滑移問題，以及提高空調器換熱器的換熱效率及制熱能力。上述實用新型專利和發(fā)明專利申請雖然分別提出了不同的解決混合制冷劑帶來的溫度滑移問題的技術方案，但是，現(xiàn)有的技術方案都是通過控制換熱器自身的溫差來適應混合制冷劑的溫度滑移，并不能從根本上解決由于非共沸混合エ質R407C的相變不等溫特性造成的相變過程不平衡的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供ー種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，通過對冷凝過程和蒸發(fā)過程的不同相態(tài)的エ質進行熱利用平衡交換，解決混合制冷劑的溫度滑移對設備的運行性能和安全性帶來的嚴重影響。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是ー種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，包括エ質循環(huán)回路和熱水循環(huán)回路；所述的エ質循環(huán)回路包括壓縮機、四通閥、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器，所述的熱水循環(huán)回路包括循環(huán)水泵和保溫水箱，其特征在于所述的熱泵熱水機還包括ー個熱利用平衡處理器，所述的熱利用平衡處理器包括殼體、換熱管、主換熱腔、副換熱腔和汽液分離器，以及連通到殼體外部的エ質入口、エ質出ロ、進水口、出水ロ、汽分入口和汽分出ロ ；所述的換熱管置于主換熱腔內(nèi)，所述的汽液分離器置于所述的殼體內(nèi)，與所述的殼體結合構成所述的副換熱腔； 所述的主換熱腔通過エ質入口連接到所述的冷凝器，所述的副換熱腔通過所述的エ質出口連接到所述的膨脹閥；所述的汽分入口經(jīng)由四通閥連接到所述的蒸發(fā)器，所述的汽分出口連接到所述壓縮機的吸氣ロ ；所述的換熱管的內(nèi)部為熱媒水通道，所述換熱管的一端通過所述的進水口，經(jīng)由ー個電磁閥連接到外部冷水進水管路，所述換熱管的另一端通過所述的出水ロ連接到熱水循環(huán)回路的保溫水箱；所述的熱泵熱水機的エ質循環(huán)回路為壓縮機一 > 四通閥一 >冷凝器一 >熱利用平衡處理器的主換熱腔一>熱利用平衡處理器的副換熱腔一>膨脹閥一>蒸發(fā)器ー>四通閥ー>熱利用平衡處理器的汽液分離器ー>壓縮機。本發(fā)明提供的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機的一種較佳的技術方案，其特征在于所述熱利用平衡處理器的殼體內(nèi)部的上半部設有ー個內(nèi)筒，所述的主換熱腔是殼體的上半部和內(nèi)筒之間形成的空間；所述的換熱管盤繞為螺旋狀，置于所述的主換熱腔內(nèi)；所述汽液分離器的汽分筒體置于殼體內(nèi)部的下半部，所述的副換熱腔是殼體的下半部與汽分筒體的外周之間形成的空間；所述主換熱腔的上部連接通到置于殼體外部的エ質入口，所述主換熱腔的下部設有與副換熱腔連通的エ質通道孔，所述副換熱腔底部連通到置于殼體外部的エ質出口。本發(fā)明提供的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機的一種較佳的技術方案，其特征在于所述的換熱管與主換熱腔形成低頻紊流換熱結構，所述的換熱管為麻花狀螺旋管，所述麻花狀螺旋管的內(nèi)外表面均帶有凹凸螺旋扭轉的峰谷結構，所述換熱管外壁的凸起螺旋貼近主換熱腔的內(nèi)壁，形成具有螺旋狀エ質通道的低頻紊流換熱結構。本發(fā)明提供的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機的一種更好的技術方案，其特征在于所述汽分筒體的外周設有螺旋翅片，所述殼體的內(nèi)壁貼近汽分筒體外周的螺旋翅片，形成具有盤繞管結構的副換熱腔。本發(fā)明提供的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機的一種優(yōu)選的技術方案，其特征在于所述的熱利用平衡處理器對冷凝過程和蒸發(fā)過程的不同相態(tài)的エ質進行熱利用平衡交換，冷凝過程的液態(tài)高溫エ質從エ質入口進入熱利用平衡處理器，經(jīng)過主換熱腔與換熱管中的熱媒水換熱后，在所述的副換熱腔中，與蒸發(fā)過程中由汽分入口進入所述汽分筒體的氣態(tài)低溫エ質再次進行換熱；在副換熱腔中的エ質，在換熱過程中進ー步降溫成為過冷狀態(tài)，并從エ質出ロ流出進入蒸發(fā)器，從而提高蒸發(fā)器從空氣源中吸收熱能的效率，同時，汽分筒體中的エ質在換熱過程中升溫，充分汽化成為過熱氣體，從汽分出口流出進入壓縮機，從而防止液態(tài)エ質進入壓縮機造成液擊故障。本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)明的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機通過在副換熱腔中對冷凝過程和蒸發(fā)過程的不同相態(tài)的エ質進行熱利用平衡交換，可以解決由于非共沸混合エ質R407C的相變不等溫特性造成的相變過程不平衡的問題，可以消除混合制冷劑的溫度滑移對設備的運行性能和安全性的影響，尤其適用于R407C環(huán)保型制冷劑系統(tǒng)。2、本發(fā)明的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，通過熱利用平衡處理器對節(jié)流前的制冷劑進行熱量綜合利用，對補充給水箱中的冷水進行預熱，増加了冷凝側冷凝效果，有效地降低了高壓壓カ和排氣溫度，降低壓縮機的功耗，機組的能效更高。同時還提高了保 溫水箱中的補水水溫。3、本發(fā)明的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，通過對出冷凝器的制冷劑進行再冷凝，可以保證進膨脹閥前的制冷劑處于過冷狀態(tài)，避免在高水溫時節(jié)流前有部分制冷劑處于氣體狀態(tài)，從而避免膨脹閥發(fā)生氣堵現(xiàn)象造成系統(tǒng)不能正常工作的故障。4、本發(fā)明使用的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，出蒸發(fā)器的制冷劑通過熱利用平衡處理器進行制冷劑再熱，焓值増加，可以保證進壓縮機的制冷劑為過熱氣體，防止壓縮機液擊發(fā)生現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的可靠性。


圖I本發(fā)明的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機系統(tǒng)原理圖，圖2熱利用平衡處理器的內(nèi)部結構示意圖，圖3是熱利用平衡處理器的主換熱腔的結構示意圖，圖4是熱利用平衡處理結構的換熱管的結構示意圖，圖5是熱利用平衡處理結構的副換熱腔的局部放大圖，圖6是本發(fā)明的熱利用平衡處理器的外部結構示意圖。以上圖中的各部件的標號1-壓縮機，2-四通閥，3-冷凝器，4-熱利用平衡處理器，5-膨脹閥，6-蒸發(fā)器，7-汽液分離器，8-循環(huán)水泵，9-保溫水箱，10-電磁閥，401-エ質入口，402-エ質出口，403-主換熱腔，404-エ質通道孔，405-副換熱腔，411-進水ロ，412-出水ロ，415-熱媒水通道，41-殼體，42-換熱管，43-內(nèi)筒，7-汽液分離器，701-汽分入ロ，702-汽分出ロ，71-汽分筒體，711-螺旋翅片，703-過濾網(wǎng)。
具體實施例方式為了能更好地理解本發(fā)明的上述技術方案，下面結合附圖和實施例進行進一歩地詳細描述。圖I是本發(fā)明的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機的一個實施例的系統(tǒng)原理圖，包括エ質循環(huán)回路和熱水循環(huán)回路；所述的エ質循環(huán)回路包括壓縮機I、四通閥2、冷凝器3、膨脹閥5和蒸發(fā)器6，所述的熱水循環(huán)回路包括循環(huán)水泵8和保溫水箱9。在圖I所示的本發(fā)明的熱泵熱水機的實施例中，還包括熱利用平衡處理器4。圖2是熱利用平衡處理器4的結構示意圖，包括殼體41、換熱管42、主換熱腔403、副換熱腔405和汽液分離器7，以及連通到殼體外部的エ質入口 401、エ質出口 402、進水口 411、出水ロ 412、汽分入口 701和汽分出ロ 702 ;換熱管42置于主換熱腔403內(nèi)，汽液分離器7置于殼體41內(nèi)，與殼體41結合構成所述的副換熱腔405，參見圖2和圖3。在圖I所示的帶有熱利用平衡處理器4的熱泵熱水機的實施例中，主換熱腔403通過エ質入口 401連接到冷凝器3，副換熱腔405通過エ質出ロ 402連接到膨脹閥5 ;汽分入口 701經(jīng)由四通閥2連接到蒸發(fā)器6，汽分出口 702連接到壓縮機I的吸氣ロ ；換熱管42的內(nèi)部為熱媒水通道415，換熱管42的一端通過進水口 411，經(jīng)由電磁閥10連接到外部冷水進水管路，換熱管42的另一端通過出水ロ 412連接到熱水循環(huán)回路的保溫水箱9。圖I所示的帶有熱利用平衡處理器4的熱泵熱水機的エ質循環(huán)回路為壓縮機
I一 >四通閥2 — >冷凝器3 — >熱利用平衡處理器4的主換熱腔403 — >熱利用平衡處理器4的副換熱腔405 — >膨脹閥5 — >蒸發(fā)器6 — >四通閥2 — >熱利用平衡處理器4的汽液分尚器7 — >壓縮機I。在圖2所示的本發(fā)明的熱泵熱水機的熱利用平衡處理器4的實施例中，在熱利用平衡處理器4的殼體41內(nèi)部的上半部設有ー個內(nèi)筒43，主換熱腔403是殼體41的上半部和內(nèi)筒43之間形成的空間；換熱管42盤繞為螺旋狀，置于主換熱腔403內(nèi)；汽液分離器7的汽分筒體71置于殼體41內(nèi)部的下半部，副換熱腔405是殼體41的下半部與汽分筒體71的外周之間形成的空間；主換熱腔403的上部連接通到置于殼體41外部的エ質入口 401，主換熱腔403的下部設有與副換熱腔連通的エ質通道孔404，副換熱腔405底部連通到置于殼體41外部的エ質出口 402。根據(jù)圖3和圖4所示的熱利用平衡處理器4的實施例，換熱管42與主換熱腔403形成低頻紊流換熱結構，換熱管42為麻花狀螺旋管,所述麻花狀螺旋管的內(nèi)外表面均帶有凹凸螺旋扭轉的峰谷結構，參見圖4中A部截面放大圖。換熱管42外壁的凸起螺旋貼近主換熱腔403的內(nèi)壁，形成具有螺旋狀エ質通道的低頻紊流換熱結構，換熱管42外壁的凸起部位靠近換熱腔403的內(nèi)壁，換熱管42外壁的螺旋凹槽，與換熱腔403的內(nèi)壁形成螺旋狀エ質通道，管程的熱媒水和殼程的エ質同時處于螺旋管流動狀態(tài)，促進了湍流程度，提高了傳熱效率。在圖2所示的本發(fā)明提供的熱利用平衡處理器4的實施例中，汽分筒體71的外周設有螺旋翅片711，殼體41的內(nèi)壁貼近汽分筒體71外周的螺旋翅片711，形成具有盤繞管結構的副換熱腔405，參見圖5所示的D部放大圖，汽分筒體71外周的螺旋翅片711的凸起部位靠近殼體41的內(nèi)壁，使副換熱腔405形成螺旋狀的液態(tài)高壓エ質通道，副換熱腔405中エ質處于螺旋管流動狀態(tài)，促進了湍流程度，提高了傳熱效率。根據(jù)本發(fā)明提供的帶有熱利用平衡處理器4的熱泵熱水機的一種優(yōu)選的實施例，熱利用平衡處理器4對冷凝過程和蒸發(fā)過程的不同相態(tài)的エ質進行熱利用平衡交換，冷凝過程的液態(tài)高溫エ質從エ質入口 401進入熱利用平衡處理器4，經(jīng)過主換熱腔403與換熱管42中的熱媒水換熱后，在副換熱腔405中，與蒸發(fā)過程中由汽分入ロ 701進入所述汽分筒體71的氣態(tài)低溫エ質再次進行換熱；在副換熱腔405中的エ質，在平衡換熱過程中進ー步降溫成為過冷狀態(tài)，并從エ質出ロ 402流出進入蒸發(fā)器6，從而提高蒸發(fā)器6從空氣源中吸收熱能的效率；同時，汽分筒體71中的エ質在平衡換熱過程中升溫，充分汽化成為過熱氣體，從汽分出ロ 702流出進入壓縮機I，從而防止液態(tài)エ質進入壓縮機I造成液擊故障。 本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明的 技術方案，而并非用作為對本發(fā)明的限定，任何基于本發(fā)明的實質精神對以上所述實施例所作的變化、變型，都將落在本發(fā)明的權利要求的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，包括工質循環(huán)回路和熱水循環(huán)回路；所述的工質循環(huán)回路包括壓縮機、四通閥、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器，所述的熱水循環(huán)回路包括循環(huán)水泵和保溫水箱，其特征在于 所述的熱泵熱水機還包括一個熱利用平衡處理器，所述的熱利用平衡處理器包括殼體、換熱管、主換熱腔、副換熱腔和汽液分離器，以及連通到殼體外部的工質入口、工質出口、進水口、出水口、汽分入口和汽分出口 ；所述的換熱管置于主換熱腔內(nèi)，所述的汽液分離器置于所述的殼體內(nèi)，與所述的殼體結合構成所述的副換熱腔； 所述的主換熱腔通過工質入口連接到所述的冷凝器，所述的副換熱腔通過所述的工質出口連接到所述的膨脹閥；所述的汽分入口經(jīng)由四通閥連接到所述的蒸發(fā)器，所述的汽分出口連接到所述壓縮機的吸氣口 ；所述的換熱管的內(nèi)部為熱媒水通道，所述換熱管的一端通過所述的進水口，經(jīng)由一個電磁閥連接到外部冷水進水管路，所述換熱管的另一端通過所述的出水口連接到熱水循環(huán)回路的保溫水箱； 所述的熱泵熱水機的工質循環(huán)回路為壓縮機一> 四通閥一> 冷凝器一>熱利用平衡處理器的主換熱腔一>熱利用平衡處理器的副換熱腔一>膨脹閥一>蒸發(fā)器一>四通閥一>熱利用平衡處理器的汽液分離器一>壓縮機。
2.根據(jù)權利要求I所述的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，其特征在于所述熱利用平衡處理器的殼體內(nèi)部的上半部設有一個內(nèi)筒，所述的主換熱腔是殼體的上半部和內(nèi)筒之間形成的空間；所述的換熱管盤繞為螺旋狀，置于所述的主換熱腔內(nèi)；所述汽液分離器的汽分筒體置于殼體內(nèi)部的下半部，所述的副換熱腔是殼體的下半部與汽分筒體的外周之間形成的空間；所述主換熱腔的上部連接通到置于殼體外部的工質入口，所述主換熱腔的下部設有與副換熱腔連通的工質通道孔，所述副換熱腔底部連通到置于殼體外部的工質出□。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，其特征在于所述的換熱管與主換熱腔形成低頻紊流換熱結構，所述的換熱管為麻花狀螺旋管，所述麻花狀螺旋管的內(nèi)外表面均帶有凹凸螺旋扭轉的峰谷結構，所述換熱管外壁的凸起螺旋貼近主換熱腔的內(nèi)壁，形成具有螺旋狀工質通道的低頻紊流換熱結構。
4.根據(jù)權利要求2所述的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，其特征在于所述汽分筒體的外周設有螺旋翅片，所述殼體的內(nèi)壁貼近汽分筒體外周的螺旋翅片，形成具有盤繞管結構的副換熱腔。
5.根據(jù)權利要求I所述的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，其特征在于所述的熱利用平衡處理器對冷凝過程和蒸發(fā)過程的不同相態(tài)的工質進行熱利用平衡交換，冷凝過程的液態(tài)高溫工質從工質入口進入熱利用平衡處理器，經(jīng)過主換熱腔與換熱管中的熱媒水換熱后，在所述的副換熱腔中，與蒸發(fā)過程中由汽分入口進入所述汽分筒體的氣態(tài)低溫工質再次進行換熱；在副換熱腔中的工質，在換熱過程中進一步降溫成為過冷狀態(tài)，并從工質出口流出進入蒸發(fā)器，從而提高蒸發(fā)器從空氣源中吸收熱能的效率，同時，汽分筒體中的工質在換熱過程中升溫，充分汽化成為過熱氣體，從汽分出口流出進入壓縮機，從而防止液態(tài)工質進入壓縮機造成液擊故障。
全文摘要
一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，涉及一種利用熱泵的流體加熱器，尤其涉及一種適用于R407C環(huán)保型制冷劑的熱泵熱水機。熱泵熱水機包括熱利用平衡處理器，熱利用平衡處理器包括殼體、換熱管、主換熱腔、副換熱腔和汽液分離器，換熱管置于主換熱腔內(nèi)，汽液分離器置于殼體內(nèi)，與殼體結合構成副換熱腔；主換熱腔連接到冷凝器，副換熱腔連接到膨脹閥；換熱管的一端連接到外部冷水進水管路，換熱管的另一端連接到熱水循環(huán)回路的保溫水箱。通過熱利用平衡處理器的副換熱腔中對冷凝和蒸發(fā)過程的工質進行熱利用平衡交換，進行熱量綜合利用，增加了冷凝效果，有效地降低了高壓壓力和排氣溫度，降低壓縮機的功耗，機組的能效更高。
文檔編號F24H9/00GK102809217SQ20121032872
公開日2012年12月5日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權日2012年9月6日
發(fā)明者李鯤, 王玉軍, 季忠海, 王穎, 顏艷, 王天舒 申請人:江蘇天舒電器有限公司