一種二氧化碳熱泵用翅片式蒸發(fā)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種二氧化碳熱泵用翅片式蒸發(fā)器，屬于能源類節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，該蒸發(fā)器包括兩個翅片、集氣管和分液器，翅片包括翅片本體和盤管，盤管套裝在翅片本體上，集氣管和分液器分別通過集氣支管和分液管與盤管相連接。翅片式蒸發(fā)器底部還可加裝一個過冷段。本發(fā)明的二氧化碳熱泵用翅片式蒸發(fā)器，采用一個分液頭，分液頭采用混合節(jié)流孔；底部采用過冷段，采用一進(jìn)一回結(jié)構(gòu)，既保證防止結(jié)冰，又不散失過多熱量，兩相均勻混合，保證每路的均勻性。
【專利說明】
一種二氧化碳熱泵用翅片式蒸發(fā)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及翅片式蒸發(fā)器，特別涉及一種二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，屬于能 源類節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)及大學(xué)都開發(fā)了二氧化碳熱栗熱水器的樣機(jī)，并進(jìn) 行了相應(yīng)的實驗研究。從已公開的文獻(xiàn)資料中可知，國外進(jìn)行研究的二氧化碳熱栗熱水器 多以空氣源為主，類型為翅片管式。
[0003] 日本的三洋、松下、大金等公司在本國市場上銷售的家用跨臨界二氧化碳熱栗熱 水器采用的就是這種形式。
[0004] 目前的研究主要集中在氣體冷卻器上，關(guān)于蒸發(fā)器的研究則較少。由于加工條件 及加工成本的限制，國內(nèi)一些大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的樣機(jī)多以水源為熱源，所用蒸發(fā)器為 殼管式或套管式。但在冬季水溫較低的情況下，蒸發(fā)器中的水在流量較小的情況下容易發(fā) 生結(jié)冰，從而造成管路堵塞，使運行工況受到限制。
[0005] 西安交通大學(xué)的李濤等人應(yīng)用分布參數(shù)法建立了二氧化碳的翅片管式蒸發(fā)器的 數(shù)學(xué)模型，分析了制冷劑側(cè)和空氣側(cè)溫度、壓力和換熱的變化情況。天津大學(xué)的馬一太等對 二氧化碳的流動沸騰過程進(jìn)行了換熱分析。范曉偉等建立了套管式蒸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)分布參數(shù) 模型，對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，指出管內(nèi)套多根管時，以管內(nèi)套3根管的性能為最 優(yōu)。國外在這方面的研究主要集中在微通道蒸發(fā)器上，對管徑在3mm以上的普通銅管則研究 較少。
[0006] 劉業(yè)鳳等人發(fā)表的"空氣源⑶2熱栗熱水器的翅片管式蒸發(fā)器設(shè)計" 一文介紹了空 氣源C02熱栗熱水器的蒸發(fā)器研究現(xiàn)狀，分析了翅片管式蒸發(fā)器內(nèi)的流動與換熱特性及換 熱關(guān)聯(lián)式，并根據(jù)工作壓力進(jìn)行了安全壓力設(shè)計計算，最后給出了蒸發(fā)器的設(shè)計工況及結(jié) 構(gòu)，為以后進(jìn)行此類蒸發(fā)器的設(shè)計提供參考。
[0007] 二氧化碳熱栗是一種比較新型的技術(shù)，區(qū)別于現(xiàn)有的常規(guī)制冷劑熱栗?，F(xiàn)有的二 氧化碳熱栗用翅片蒸發(fā)器多為銅管套鋁制翅片，基本上原樣從普通熱栗的蒸發(fā)器形式照搬 過來而未加適應(yīng)性研究，不適合(超)低溫?zé)崂趸驉毫庸ぷ鳁l件下的應(yīng)用。其翅片間距大多 在2.2-2.5_，雖說翅片密集利于換熱，但較密的翅片容易造成冰晶(或雜質(zhì))在翅片間的附 著，也不利于融霜水快速滴落?，F(xiàn)有常用的蒸發(fā)器內(nèi)都有兩個分液頭，分別向兩邊的翅片換 熱器內(nèi)分液，容易造成兩側(cè)分液不均勻。另外現(xiàn)在的蒸發(fā)器內(nèi)普遍沒有安置過冷段，這樣會 容易造成融霜水在換熱器底部的大量聚集和結(jié)冰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的之一是提供一種既保證防止結(jié)冰，又不散失過多熱量，兩相均勻混 合，保證每路的均勻性的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器。
[0009] 本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案達(dá)到的：
[0010] -種二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，包括兩個翅片、集氣管和分液器，所述的翅片 包括翅片本體和盤管，所述的盤管套裝在翅片本體上，所述的集氣管和分液器分別通過集 氣支管和分液管與盤管相連接。
[0011] 優(yōu)選地，所述的翅片本體上設(shè)置通孔，盤管直接插進(jìn)翅片本體的通孔內(nèi)。
[0012] 優(yōu)選地，所述的通孔數(shù)量多4個。
[0013] 優(yōu)選地，翅片呈豎立布置，兩個翅片呈對稱分布。
[0014] 優(yōu)選地，所述的翅片與垂直方向的夾角為0°_15°，優(yōu)選為15°。
[0015] 優(yōu)選地，所述的翅片本體為鋁制，所述的盤管為銅管。
[0016] 優(yōu)選地，所述的分液器采用一個分液頭，分液頭采用Φ 10mm混合節(jié)流孔，保證節(jié)流 后兩相均勻混合，保證每路的均勻性。
[0017] 優(yōu)選地，所述的集氣管與盤管之間連接的集氣支管為復(fù)數(shù)個，優(yōu)選為2-60個;所述 的分液器與盤管之間連接的分液管為復(fù)數(shù)個，優(yōu)選為2-60個。所述的集氣支管和分液管為 銅管。
[0018] 優(yōu)選地，所述翅片式蒸發(fā)器底部加裝一個過冷段。
[0019] 優(yōu)選地，所述的二氧化碳熱栗用蒸發(fā)器防結(jié)冰過冷段，包括過冷段進(jìn)口分液三通、 過冷段進(jìn)口管、過冷段出口管、旁通電磁閥、過冷段出口集液三通、管道、進(jìn)口三通和出口三 通等，過冷段進(jìn)口管、進(jìn)口三通、過冷段進(jìn)口分液三通、過冷段出口集液三通、出口三通和過 冷段出口管之間依次通過管道相連接，過冷段進(jìn)口分液三通、旁通電磁閥和過冷段出口集 液三通之間依次通過管道相連接，所述的過冷段設(shè)置于二氧化碳熱栗用蒸發(fā)器底部。
[0020] 優(yōu)選地，過冷段進(jìn)口分液三通與過冷段出口集液三通之間為并聯(lián)連接，并聯(lián)的管 道分別通過蒸發(fā)器兩個銅管(蒸發(fā)器兩側(cè)翅片底部的銅管）的底部。
[0021] 優(yōu)選地，該過冷段的管道中可采用C02作為熱源。
[0022] 優(yōu)選地，所述二氧化碳空氣源熱栗用蒸發(fā)器防結(jié)冰過冷段是通過旁通電磁閥控 制。
[0023] 優(yōu)選地，該二氧化碳空氣源熱栗用蒸發(fā)器防結(jié)冰過冷段是專門針對二氧化碳空氣 源熱栗系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)中的一部分。
[0024]優(yōu)選地，該二氧化碳熱栗用蒸發(fā)器防結(jié)冰過冷段中，過冷段進(jìn)口管上安裝進(jìn)口三 通將管道分為兩路，一路通過管道與旁通電磁閥連接，一路連接過冷段進(jìn)口分液三通將管 道分為兩路，兩路管道分別通過蒸發(fā)器兩個銅管（蒸發(fā)器兩側(cè)翅片底部的銅管）的底端，到 頂端后折回，與過冷段出口集液三通連接合為一路，再通過出口三通，一路與旁通電磁閥連 接，一路與過冷段出口管連接。
[0025] 有益效果：
[0026] 本發(fā)明的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，采用一個分液頭，分液頭采用混合節(jié)流 孔;底部采用過冷段，采用一進(jìn)一回結(jié)構(gòu)，既保證防止結(jié)冰，又不散失過多熱量，兩相均勻混 合，保證每路的均勻性。
[0027] 本發(fā)明的二氧化碳熱栗用蒸發(fā)器由于加裝了過冷段整體，有效的防止了蒸發(fā)器底 部融霜水的結(jié)冰，且由于電磁閥的控制，僅在融霜水出現(xiàn)的片刻使用此過冷段，因此對整體 能效的影響并不大。
[0028] 下面通過附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)該理解的是，所述的實 施例僅涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下，各種同等功能 的零部件的替代都是可能的。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖3為本發(fā)明二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器中防結(jié)冰過冷段的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 主要附圖標(biāo)記說明：
[0033] 1 翅片本體 2 盤管
[0034] 3 分液器 4 集氣管
[0035] 5 分液管 6 集氣支管
[0036] 7 過冷段 8 蒸發(fā)器內(nèi)側(cè)
[0037] 9 蒸發(fā)器外側(cè) 10 回液管
[0038] 11蒸發(fā)器底部 12 過冷段進(jìn)口分液三通
[0039] 13過冷段進(jìn)口管 14 過冷段出口管
[0040] 15旁通電磁閥 16 過冷段出口集液三通
[0041 ] 17進(jìn)口三通 18 出口三通
[0042] 19蒸發(fā)器
【具體實施方式】
[0043] 如圖1所示，為本發(fā)明二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖，主要由兩個翅 片、集氣管4和分液器3組成，翅片由翅片本體1和盤管2組成，盤管2與翅片本體1為套接，盤 管2直接插進(jìn)翅片本體1的通孔內(nèi)，集氣管4和分液器3分別通過集氣支管6和分液管5與盤管 2相連接。
[0044] 翅片本體1上設(shè)置多4個通孔，盤管2套裝在翅片本體1的通孔內(nèi)。翅片豎立放置，兩 個翅片呈對稱分布，翅片整體與垂直方向的夾角為15°，翅片本體1為鋁制翅片，盤管2為銅 管。
[0045] 分液器3采用一個分液頭，分液頭采用Φ 10_混合節(jié)流孔，保證節(jié)流后兩相均勻混 合，保證每路的均勻性。分液器3與盤管2之間連接的分液管5為10-40個。
[0046] 集氣管4呈上大下小的上開口形狀(近似U型），底部還分出一個回液管10(回液管 10的液送回到系統(tǒng)里去）。集氣管4與盤管2之間連接的集氣支管6為10-40個。
[0047]集氣支管6和分液管5均為銅管。
[0048] 如圖2所示，為本發(fā)明二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器的整體結(jié)構(gòu)示意圖，兩個翅片 將蒸發(fā)器分為蒸發(fā)器內(nèi)側(cè)8和蒸發(fā)器外側(cè)9;集支管4和分液器3均安裝在蒸發(fā)器內(nèi)側(cè)8;翅片 式蒸發(fā)器底部加裝一個過冷段7,過冷段7安裝在兩個翅片及兩個翅片形成的蒸發(fā)器內(nèi)側(cè)8 的底部。
[0049] 如圖3所示，為本發(fā)明二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器中防結(jié)冰過冷段的結(jié)構(gòu)示意 圖，防結(jié)冰過冷段設(shè)置于二氧化碳熱栗用蒸發(fā)器底部11，主要由過冷段進(jìn)口分液三通12、過 冷段進(jìn)口管13、過冷段出口管14、旁通電磁閥15、過冷段出口集液三通16六個部件組成，輔 助部件還包括管道、進(jìn)口三通17和出口三通18等，過冷段進(jìn)口管13、進(jìn)口三通17、冷段進(jìn)口 分液三通12、過冷段出口集液三通16、出口三通18和過冷段出口管14之間依次通過管道相 連接，過冷段進(jìn)口分液三通12、旁通電磁閥15和過冷段出口集液16三通之間依次通過管道 相連接。
[0050] 過冷段進(jìn)口分液三通12與過冷段出口集液三通16之間為并聯(lián)連接，并聯(lián)的管道分 別通過蒸發(fā)器19兩個銅管(蒸發(fā)器兩側(cè)翅片底部的銅管)的底部。該過冷段的管道中可通入 C〇2作為熱源，由旁通電磁閥15控制。
[0051] 該二氧化碳空氣源熱栗用蒸發(fā)器防結(jié)冰過冷段是專門針對二氧化碳空氣源熱栗 系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)中的一部分。
[0052]該二氧化碳熱栗用蒸發(fā)器防結(jié)冰過冷段中，過冷段進(jìn)口管13上安裝進(jìn)口三通17將 管道分為兩路，一路通過管道與旁通電磁閥15連接，一路連接過冷段進(jìn)口分液三通12將管 道分為兩路，兩路管道分別通過蒸發(fā)器19兩個銅管(蒸發(fā)器兩側(cè)翅片底部的銅管）的底端， 到頂端后折回，與過冷段出口集液三通16連接合為一路，再通過出口三通18，一路與旁通電 磁閥15連接，一路與過冷段出口管14連接。
[0053] 過冷段的工作原理和流程：
[0054] (1)采用從二氧化碳空氣源熱栗系統(tǒng)中的氣體冷卻器出口的C02作為熱源，防止蒸 發(fā)器結(jié)冰。
[0055] (2)采用三通的方式一路分兩路，分別流經(jīng)兩片蒸發(fā)器底部11，防止結(jié)冰。
[0056] (3)采用旁通電磁閥15控制過冷段的開啟、關(guān)閉，當(dāng)電磁閥開啟時，過冷段流動阻 力大，則C0 2不流通過冷段，C02直接旁通。
[0057] (4)根據(jù)環(huán)境溫度控制電磁閥開啟、關(guān)閉，從而實現(xiàn)過冷段的控制啟停。當(dāng)環(huán)境溫 度高于-5°C時，電磁閥開啟，不使用過冷，容差為1°C。當(dāng)電磁閥開啟時，環(huán)境溫度降至-6°C 時關(guān)閉，開啟電磁閥。
[0058]本實施例的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器的特點：
[0059] (1)為均勻蒸發(fā)器迎風(fēng)面積，翅片采用15°夾角，為風(fēng)速最均勻角度。
[0060] (2)為均勻分液，采用一個分液頭，分液頭采用(plOmm混合節(jié)流孔，保證節(jié)流后兩 相均勻混合，保證每路的均勻性。
[0061 ] (3)翅片間距為3 · Omm，防止冬季結(jié)冰。
[0062] (4)底部采用過冷段，采用一進(jìn)一回結(jié)構(gòu)，既保證防止結(jié)冰，又不散失過多熱量。
[0063] (5)為承受⑶2高運行壓力，盤管選用φ7·2><l·5mm，管間距25·4mm，承壓要求 80bar〇
[0064] 翅片式蒸發(fā)器的工作流程:二氧化碳制冷劑氣體從二氧化碳熱栗系統(tǒng)中供給分液 器，再通過分液支管流向蒸發(fā)器翅片盤管中，盤管中的高溫制冷劑氣體在兩側(cè)翅片外側(cè)與 室外空氣實現(xiàn)換熱，換熱后的低溫制冷劑氣體通過集氣支管收集到集氣管中，再由回液管 送回至二氧化碳熱栗系統(tǒng)中去。這樣就實現(xiàn)了一次二氧化碳制冷劑氣體的循環(huán)。翅片式蒸 發(fā)器底部加裝一個過冷段裝置，采用一進(jìn)一回結(jié)構(gòu)，原理是利用系統(tǒng)中高溫二氧化碳制冷 劑氣體熱量，防止翅片式蒸發(fā)器底部結(jié)冰的輔助裝置。
【主權(quán)項】
1. 一種二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，其特征在于:包括兩個翅片、集氣管和分液器， 所述的翅片包括翅片本體和盤管，所述的盤管套裝在翅片本體上，所述的集氣管和分液器 分別通過集氣支管和分液管與盤管相連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，其特征在于:所述的翅片本體 上設(shè)置通孔，盤管直接插進(jìn)翅片本體的通孔內(nèi)；所述的通孔數(shù)量多4。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，其特征在于:所述的翅片呈豎 立布置，兩個翅片呈對稱分布。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，其特征在于:所述的翅片與垂 直方向的夾角為0°-15°。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，其特征在于:所述的翅片本體 為鋁制，所述的盤管為銅管，所述的集氣支管和分液管為銅管。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，其特征在于:所述的分液器采 用一個分液頭。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，其特征在于:所述的分液頭采 用Φ 10mm混合節(jié)流孔。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，其特征在于:所述的集氣管與 盤管之間連接的集氣支管為2-60個;所述的分液器與盤管之間連接的分液管為2-60個。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，其特征在于:所述翅片式蒸發(fā) 器底部還安裝一個過冷段。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的二氧化碳熱栗用翅片式蒸發(fā)器，其特征在于:所述的過冷段 包括過冷段進(jìn)口分液三通、過冷段進(jìn)口管、過冷段出口管、旁通電磁閥、過冷段出口集液三 通、管道、進(jìn)口三通和出口三通，過冷段進(jìn)口管、進(jìn)口三通、過冷段進(jìn)口分液三通、過冷段出 口集液三通、出口三通和過冷段出口管之間依次通過管道相連接，過冷段進(jìn)口分液三通、旁 通電磁閥和過冷段出口集液三通之間依次通過管道相連接，所述的過冷段設(shè)置于二氧化碳 熱栗用蒸發(fā)器底部。
【文檔編號】F25B39/02GK106091490SQ201610629947
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月2日 公開號201610629947.8, CN 106091490 A, CN 106091490A, CN 201610629947, CN-A-106091490, CN106091490 A, CN106091490A, CN201610629947, CN201610629947.8
【發(fā)明人】陶杰, 李琢, 李博, 郭宏
【申請人】北京嘉孚科技有限公司