一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器、系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器、系统及工作方法。该换热器采用筒体结构作为壳体，在壳体上开设有进水口和出水口，内部设有导流芯体及螺旋板实现对流体的导流，螺旋板是缠绕导流芯体设置的，并且固定于壳体的两端，壳体两端是密封的，设有端盖或封板，在壳体上设置有集液器和均液器，集液器和均液器之间通过螺旋管连通，螺旋管是流体导流管，用于二氧化碳液体传导热，从而实现二氧化碳在管内与外部流体的热交换。本发明专利技术所述的换热器具有高效的热交换效果，且适用于各类大型的冷却、蒸发制冷设备中。蒸发制冷设备中。蒸发制冷设备中。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器、系统及工作方法


[0001]本专利技术属于换热技术，具体涉及用于一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器、系统及工作方法。

技术介绍

[0002]二氧化碳作为天然制冷剂，具有无毒、不燃、成本低廉、ODP 值为 0、温室效应很低等优点，二氧化碳跨临界制热循环放热过程伴随有较大温度滑移，与气冷器中水加热时的温升相匹配，能够一次性制取高达90℃的热水。目前二氧化碳热泵普遍采用翅片式换热器（蒸发器），从空气中吸收热量，通常情况下蒸发温度较低。使用的翅片换热器，为达到系统要求的换热量，通常使用大量翅片和铜管，体积大，由于管路复杂，制造难度也相应增大；同时，二氧化碳常规运行压力普遍较高（6MPa以上），因此在制造上对铜管管壁和焊接提出了更高要求。
[0003]翅片换热器在低环境温度下运行，蒸发温度较低，换热量明显减弱，换热效率低，从而机组能效降低，增加压缩机的运行功率，能耗增加、且除霜时间过长。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述现有翅片换热器存在不足等问题，本专利技术提供一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器；基于该换热器，本专利技术第二目的是提供一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统；基于该系统，本专利技术第三目的是提供一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统的工作方法。
[0005]为实现上述的专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案。
[0006]一种用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器，包括壳体，壳体上开设有流体的进水口和出水口，壳体的两端面是密封的，设有端盖或封板，在壳体内设有导流芯体和螺旋板，所述的螺旋板是缠绕导流芯体设置的，流体由壳体上的进水口流入壳体内部，然后沿螺旋板设置的液体流道流向壳体上的出水口；与螺旋板相伴的还设有螺旋换热管，所述螺旋换热管连通位于壳体外侧两端的集液器和均液装置，所述的集液器和均液器上对应设置二氧化碳出口、进口；所述的导流芯体螺旋板包括直柱芯体和外侧螺旋设置的螺旋板，所述的螺旋板与直柱芯体存在倾斜角度，且螺旋板的外圆贴合壳体内壁设置；所述的换热器是通过螺旋换热管中的二氧化碳液体与流经导流芯体螺旋板的流体实现热交换。
[0007]进一步的，所述的端盖通过端盖法兰固定在壳体上，且包括端盖垫片和端盖封板。
[0008]进一步的，所述的集液器包括一个出口和一个以上的进口，若干个进口均与出口连通，与进口相连接若干个螺旋换热器内的二氧化碳液体在集液器的出口汇集，由出口对应的单管道输出；所述的均液器用于控制进口输入的二氧化碳液体均匀的进入一个以上的出口中，并由此进入到螺旋换热管中；所述的均液器包括进液管和分隔板，分隔板由中心的圆柱固定，相邻分隔板之间分布有一个出口，该出口连接螺旋换热管。
[0009]所述的集液器和均液器为一体成型结构。
[0010]进一步的，所述的壳体上设有温度传感器，所述的温度传感器用于监测螺旋换热管进出口和中间位置的温度。
[0011]进一步的，所述的壳体外均设有支撑结构，壳体外部设有支撑座，所述的支撑座通过弧度板连接固定在壳体上；壳体内部在两端面处设有管支撑板，所述的管支撑板上设有用于螺旋换热管穿过的通孔，位于螺旋换热管与集液器和均液器的连接处，用于防止螺旋换热管随水流发生震动。
[0012]进一步的，所述的壳体上设有放水阀，所述的放水阀用于控制壳体冷却水的排放。
[0013]更进一步的，所述的壳体上设有吊耳。
[0014]基于上述的换热器，实现一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统，换热器通过流体循环将热源塔的热量带出，在换热器中与螺旋换热管内二氧化碳热交换后回到热源塔，从而实现外部热循环；所述系统包括热源塔，换热器、二氧化碳压缩机、气液分离器和节流阀；所述的换热器包括用做气冷器和蒸发器，设置有两组；该系统的循环过程如下：所述的二氧化碳压缩机、气冷器、蒸发器、节流阀、回热器、气液分离器组建形成一个二氧化碳液体循环回路；从气液分离器中分离出来的低温低压二氧化碳气体，经过回热器后，进入压缩机吸气口，经过二氧化碳压缩机做功，形成高温高压的气体，排出到气冷器中，从气体在气冷器中冷却后形成高温高压液体，经过回热器后，在流入膨胀阀，节流膨胀后形成低温低压的液体，进入到蒸发器中，低温低压二氧化碳液体吸收来自能源塔流体热量后，汽化蒸发形成低温低压的二氧化碳气体，进入气液分离器，从而形成一个闭环循环。
[0015]气液分离器分离出来二氧化碳气体和二氧化碳压缩机油，二氧化碳气体经过回热器进入二氧化碳压缩机中，二氧化碳压缩机油经过油管导入压缩机油槽中；其回热器分为两个互不相通的流道，一个流道跟气液分离器、二氧化碳压缩机相连通，另一个流道跟气冷器、蒸发器相连通，回热器用于增加低温二氧化碳气体的温度和降低气冷器冷却的二氧化碳液体温度，主要作用前者增加压缩机焓值，后者降低液体过冷度。
[0016]基于上述系统，一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统的工作方法，包括制热循环和制冷循环控制；制热循环：二氧化碳压缩机从蒸发器中吸入低温低压的制冷气体，经过压缩，二氧化碳变为高温高压气体，高温高压的二氧化碳气体进入气冷器中，高温高压制冷剂气体经过冷凝，形成低温高压的液体，经过节流阀节流，形成低温低压液体进入蒸发器中，制冷剂液体在蒸发器中蒸发后，形成低温低压的制冷剂气体回到二氧化碳压缩机吸气口，从而形成一个内部二氧化碳循环；其中，外部还有两路流体跟换热器换热：第一路热水是在气冷器中形成的，具体为：常温水进入气冷器，跟高温二氧化碳气体换热后，形成高温水流出；第二路是蒸发器中流体跟能源塔换热后，带出热量进入蒸发器，把热量传递给蒸发器后，流出再进入能源塔中。
[0017]制冷循环包括如下两种情况：a）制热情况下，冷凝器冷却水，作为热水和用户末端进行换热，后又回到冷凝器形成制热水循环，而蒸发器冷冻水作为热源水，跟热源塔进行换热，在热源塔中温度升高后，再回到蒸发器中，形成热源循环；b）制冷情况下，冷凝器冷却水，作为散热载体，和能源塔进行换热，能源塔把热量散发到空气中去，降温后的冷却水回到冷凝器中形成冷却循环；而蒸发器冷冻水客户末端
进行热交换，提供冷源，冷冻水从末端吸取热量后，再回到蒸发器中，形成制冷循环。
[0018]有益效果：本专利技术相比传统的翅片换热器及其应用，具有如下显著的效果：（1）本专利技术所述的换热器采用圆筒形的壳体结构，其内部设有螺旋换热管和导流芯体及螺旋板，螺旋板实现流体的螺旋式流动，减少流体内部流动阻力，也实现了与螺旋换热管内的二氧化碳液体进行热交换，管内承受的压力更大、更安全；且所述的换热器采用螺旋逆流换热方式，增加截面单位长度换热面积，提高了换热效率；（2）本专利技术所述的换热器的壳体上设有集液器和均液器，由此实现二氧化碳液体均匀流入每一根换热管和流出换热器，减少了管路的冗余设计和复杂结构，减少了管路阻力，同时均液器的使用对于高效的散热起到了很好的保障；（3）本专利技术所述的换热器还采用了支撑组件，在流体的冲击下保证了管道及换热器的稳定；（4）本专利技术所述的换热器设置了温度传感器，由此实现压温下水循环不被冻坏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器，包括壳体（1），壳体上开设有流体的进水口（8）和出水口（9），其特征在于：壳体（1）的两端面是密封的，设有端盖或封板（5），在壳体内设有导流芯体（7）和螺旋板（701），所述的螺旋板（701）是缠绕导流芯体（7）设置的，流体由壳体上的进水口（8）流入壳体内部，然后沿螺旋板设置的液体流道流向壳体上的出水口（9）；与螺旋板相伴的还设有螺旋换热管（6），所述螺旋换热管（6）连通位于壳体外侧两端的集液器（12）和均液装置（11），所述的集液器（12）和均液器（11）上对应设置二氧化碳出口、进口；所述的螺旋板（701）与导流芯体（7）之间具有倾斜角度，且螺旋板（701）的外圆贴合壳体（1）内壁设置；所述的换热器是通过螺旋换热管（6）中的二氧化碳液体与流经导流芯体（7）及其上面螺旋板（701）形成的流道中的流体实现热交换。2.根据权利要求1所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器，其特征在于：所述的端盖通过端盖法兰（4）固定在壳体上，且包括端盖垫片（3）和端盖封板（2）。3.根据权利要求1所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器，其特征在于：所述的集液器（12）包括一个出口和一个以上的进口，若干个进口均与出口连通，与进口相连接若干个螺旋换热管（6）内的二氧化碳液体在集液器（12）的出口汇集，由出口对应的单管道输出；所述的均液器（11）用于控制进口输入的二氧化碳液体均匀的进入一个以上的出口中，并由此进入到螺旋换热管（6）中；所述的均液器（11）包括进液管和分隔板（1101），分隔板由中心的圆柱体固定，相邻分隔板之间分布有一个出口，该出口连接螺旋换热管；所述螺旋换热管（6）包括设置为一根或及其以上，且包括设置为单层排布或一层以上的组合排布。4.根据权利要求3所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器，其特征在于：所述的集液器（12）和均液器（11）为一体成型结构。5.根据权利要求1所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器，其特征在于：所述的壳体（1）上设有温度传感器（10），所述的温度传感器（10）用于监测螺旋换热管（6）进出口和中间位置的温度。6.根据权利要求1所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器，其特征在于：所述的壳体（1）上设有支撑结构，包括支撑座（16）和管支撑板（14）；壳体外部设有支撑座（16），所述的支撑座（16）通过弧度板连接固定在壳体（1）上；导流芯体（7）外部在两端面处设有管支撑板（14），所述的管支撑板（14）上设有用于螺旋换热管（6）穿过的通孔（1401），位于螺旋换热管（6）与集液器（13）和均液器（11）的连接处，用于防止螺旋换热管（6）随水流发生震动。7.根据权利要求1所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器，其特征在于：所述的壳体（1）上设有放水阀（15），所述的放水阀（15）用于控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪峰，赵丰荣，杜二艳，单亚会，王兴琴，周文，张召军，
申请(专利权)人：南京冷德节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：