《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》是江蘇天舒電器有限公司於2012年9月6日申請的專利，該專利的申請號為2012103287254，公布號為CN102809217A，授權公布日為2012年12月5日，發明人是李鯤、王玉軍、季忠海、王穎、顏艷、王天舒。
《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，尤其涉及一種適用於R407C環保型製冷劑的熱泵熱水機。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，換熱管置於主換熱腔內，汽液分離器置於殼體內，與殼體結合構成副換熱腔；主換熱腔連線到冷凝器，副換熱腔連線到膨脹閥；換熱管的一端連線到外部冷水進水管路，換熱管的另一端連線到熱水循環迴路的保溫水箱。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。
2018年12月20日，《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機
- 公布號：CN102809217A
- 授權日：2012年12月5日
- 申請號：2012103287254
- 申請日：2012年9月6日
- 申請人：江蘇天舒電器有限公司
- 地址：江蘇省南通市開發區光機電工業園區標準E型廠房1號樓
- 發明人：李鯤、王玉軍、季忠海、王穎、顏艷、王天舒
- Int.Cl.：F24H4/02(2006.01)I; F24H9/00(2006.01)I
- 代理機構：上海三和萬國智慧財產權代理事務所
- 代理人：張民華
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
熱泵熱水機因為節能、環保、安全已經得了廣泛的使用，熱泵專用壓縮機使用的製冷劑有兩種：R22和R407C，R407C製冷劑為環保型製冷劑。在《蒙特婁議定書》中，R22作為HCFC類工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，因此製冷系統使用環保型製冷劑的替代已經越來越接近。作為R22製冷劑的重要的替代品，R407C製冷劑是一種混合工質，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。溫度滑移是指製冷劑混合物在某一恆定壓力下發生相變時相變溫度的變化值。對於非共沸混合製冷劑相變溫度會隨著相變過程而發生較大變化，因此換熱器必須進行最佳化，否則溫度滑移將會對設備的製冷性造成嚴重影響。R407C環保型製冷劑是R22在某些套用中的長期替代品，截至2012年9月的冷凝器和蒸發器的帶管殼式熱交換器的R22設備，直接改裝成R407C製冷劑之後，表面傳熱係數較低，導致換熱效果變化，系統的熱力循環狀態發生了改變，因此對使用R407C製冷劑系統重新進行技術研究是非常重要。中國實用新型專利“一種R407C冷媒環保工業冷水機的冷媒循環裝置”（中國實用新型專利號：ZL200820301799.8，授權公告號：CN201281485Y）公開了一種R407C冷媒環保工業冷水機的冷媒循環裝置，包括通過進出水管路連線有外部冷卻水的冷凝換熱器、壓縮機、通過進出水管路連線有外部待冷卻水的蒸發換熱器，三者通過管連線構成封閉迴路，其特徵在於：所述的蒸發換熱器為通過R407C冷媒的蒸發來吸收被冷卻水熱量的板式蒸發器，其內被冷卻水的流向與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，使得冷媒循環系統有效避免此替代冷媒R407C冷凝和蒸發時的溫度滑移對換熱器的換熱量的顯著影響，避免系統失衡；該實用新型套用於符合無氟環保要求的採用替代環保冷媒R407C做製冷劑的工業冷水機，具有熱轉換穩定可靠的特點。中國發明專利申請“一種採用混合製冷劑的空調換熱器及空調器”（中國發明專利申請號：201210036236.1，公開號：CN102538308A）公開了一種採用混合製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路分流管及連線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口端連線，所述分流器的分流出口分別連線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線以此來改善混合製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明專利申請雖然分別提出了不同的解決混合製冷劑帶來的溫度滑移問題的技術方案，但是，截至2012年9月的技術方案都是通過控制換熱器自身的溫差來適應混合製冷劑的溫度滑移，並不能從根本上解決由於非共沸混合工質R407C的相變不等溫特性造成的相變過程不平衡的問題。
發明內容
專利目的
《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》的目的是要提供一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過程的不同相態的工質進行熱利用平衡交換，解決混合製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。
技術方案
《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》包括工質循環迴路和熱水循環迴路；所述的工質循環迴路包括壓縮機、四通閥、冷凝器、膨脹閥和蒸發器，所述的熱水循環迴路包括循環水泵和保溫水箱，其特徵在於：
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；所述的換熱管置於主換熱腔內，所述的汽液分離器置於所述的殼體內，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線到所述的冷凝器，所述的副換熱腔通過所述的工質出口連線到所述的膨脹閥；所述的汽分入口經由四通閥連線到所述的蒸發器，所述的汽分出口連線到所述壓縮機的吸氣口；所述的換熱管的內部為熱媒水通道，所述換熱管的一端通過所述的進水口，經由一個電磁閥連線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線到熱水循環迴路的保溫水箱；
所述的熱泵熱水機的工質循環迴路為：壓縮機－＞四通閥－＞冷凝器－＞熱利用平衡處理器的主換熱腔－＞熱利用平衡處理器的副換熱腔－＞膨脹閥－＞蒸發器－＞四通閥－＞熱利用平衡處理器的汽液分離器－＞壓縮機。
《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》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，其特徵在於所述熱利用平衡處理器的殼體內部的上半部設有一個內筒，所述的主換熱腔是殼體的上半部和內筒之間形成的空間；所述的換熱管盤繞為螺旋狀，置於所述的主換熱腔內；所述汽液分離器的汽分筒體置於殼體內部的下半部，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線通到置於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於殼體外部的工質出口。
《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》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，其特徵在於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壁，形成具有螺旋狀工質通道的低頻紊流換熱結構。
《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》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，其特徵在於所述汽分筒體的外周設有螺旋翅片，所述殼體的內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。
《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》提供的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機的一種優選的技術方案，其特徵在於所述的熱利用平衡處理器對冷凝過程和蒸發過程的不同相態的工質進行熱利用平衡交換，冷凝過程的液態高溫工質從工質入口進入熱利用平衡處理器，經過主換熱腔與換熱管中的熱媒水換熱後，在所述的副換熱腔中，與蒸發過程中由汽分入口進入所述汽分筒體的氣態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，並從工質出口流出進入蒸發器，從而提高蒸發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，從而防止液態工質進入壓縮機造成液擊故障。
有益效果
1、《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》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過程的不同相態的工質進行熱利用平衡交換，可以解決由於非共沸混合工質R407C的相變不等溫特性造成的相變過程不平衡的問題，可以消除混合製冷劑的溫度滑移對設備的運行性能和安全性的影響，尤其適用於R407C環保型製冷劑系統。
2、《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》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流前的製冷劑進行熱量綜合利用，對補充給水箱中的冷水進行預熱，增加了冷凝側冷凝效果，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。同時還提高了保溫水箱中的補水水溫。
3、《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，通過對出冷凝器的製冷劑進行再冷凝，可以保證進膨脹閥前的製冷劑處於過冷狀態，避免在高水溫時節流前有部分製冷劑處於氣體狀態，從而避免膨脹閥發生氣堵現象造成系統不能正常工作的故障。
4、《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》使用的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，出蒸發器的製冷劑通過熱利用平衡處理器進行製冷劑再熱，焓值增加，可以保證進壓縮機的製冷劑為過熱氣體，防止壓縮機液擊現象發生，提高了系統的可靠性。
附圖說明
圖1《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機系統原理圖，
圖2熱利用平衡處理器的內部結構示意圖，
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《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》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-蒸發器，7-汽液分離器，8-循環水泵，9-保溫水箱，10-電磁閥，401-工質入口，402-工質出口，403-主換熱腔，404-工質通道孔，405-副換熱腔，411-進水口，412-出水口，415-熱媒水通道，41-殼體，42-換熱管，43-內筒，701-汽分入口，702-汽分出口，71-汽分筒體，711-螺旋翅片，703-過濾網。
技術領域
《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，尤其涉及一種適用於R407C環保型製冷劑的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機。
權利要求
1.《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》包括工質循環迴路和熱水循環迴路；所述的工質循環迴路包括壓縮機、四通閥、冷凝器、膨脹閥和蒸發器，所述的熱水循環迴路包括循環水泵和保溫水箱，其特徵在於：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；所述的換熱管置於主換熱腔內，所述的汽液分離器置於所述的殼體內，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線到所述的冷凝器，所述的副換熱腔通過所述的工質出口連線到所述的膨脹閥；所述的汽分入口經由四通閥連線到所述的蒸發器，所述的汽分出口連線到所述壓縮機的吸氣口；所述的換熱管的內部為熱媒水通道，所述換熱管的一端通過所述的進水口，經由一個電磁閥連線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線到熱水循環迴路的保溫水箱；所述的熱泵熱水機的工質循環迴路為：壓縮機－＞四通閥－＞冷凝器－＞熱利用平衡處理器的主換熱腔－＞熱利用平衡處理器的副換熱腔－＞膨脹閥－＞蒸發器－＞四通閥－＞熱利用平衡處理器的汽液分離器－＞壓縮機。
2.根據權利要求1所述的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，其特徵在於所述熱利用平衡處理器的殼體內部的上半部設有一個內筒，所述的主換熱腔是殼體的上半部和內筒之間形成的空間；所述的換熱管盤繞為螺旋狀，置於所述的主換熱腔內；所述汽液分離器的汽分筒體置於殼體內部的下半部，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線通到置於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於殼體外部的工質出口。
3.根據權利要求1或2所述的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，其特徵在於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壁，形成具有螺旋狀工質通道的低頻紊流換熱結構。
4.根據權利要求2所述的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，其特徵在於所述汽分筒體的外周設有螺旋翅片，所述殼體的內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.根據權利要求1所述的帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機，其特徵在於所述的熱利用平衡處理器對冷凝過程和蒸發過程的不同相態的工質進行熱利用平衡交換，冷凝過程的液態高溫工質從工質入口進入熱利用平衡處理器，經過主換熱腔與換熱管中的熱媒水換熱後，在所述的副換熱腔中，與蒸發過程中由汽分入口進入所述汽分筒體的氣態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，並從工質出口流出進入蒸發器，從而提高蒸發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，從而防止液態工質進入壓縮機造成液擊故障。
實施方式
圖1是《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》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原理圖，包括工質循環迴路和熱水循環迴路；所述的工質循環迴路包括壓縮機1、四通閥2、冷凝器3、膨脹閥5和蒸發器6，所述的熱水循環迴路包括循環水泵8和保溫水箱9。在圖1所示的《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》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工質入口401、工質出口402、進水口411、出水口412、汽分入口701和汽分出口702；換熱管42置於主換熱腔403內，汽液分離器7置於殼體41內，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1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通過工質入口401連線到冷凝器3，副換熱腔405通過工質出口402連線到膨脹閥5；汽分入口701經由四通閥2連線到蒸發器6，汽分出口702連線到壓縮機1的吸氣口；換熱管42的內部為熱媒水通道415，換熱管42的一端通過進水口411，經由電磁閥10連線到外部冷水進水管路，換熱管42的另一端通過出水口412連線到熱水循環迴路的保溫水箱9。
圖1所示的帶有熱利用平衡處理器4的熱泵熱水機的工質循環迴路為：壓縮機1－＞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－＞蒸發器6－＞四通閥2－＞熱利用平衡處理器4的汽液分離器7－＞壓縮機1。
在圖2所示的《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》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內部的上半部設有一個內筒43，主換熱腔403是殼體41的上半部和內筒43之間形成的空間；換熱管42盤繞為螺旋狀，置於主換熱腔403內；汽液分離器7的汽分筒體71置於殼體41內部的下半部，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的上部連線通到置於殼體41外部的工質入口401，主換熱腔403的下部設有與副換熱腔連通的工質通道孔404，副換熱腔405底部連通到置於殼體41外部的工質出口402。
根據圖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的內壁，形成具有螺旋狀工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的內壁，換熱管42外壁的螺旋凹槽，與換熱腔403的內壁形成螺旋狀工質通道，管程的熱媒水和殼程的工質同時處於螺旋管流動狀態，促進了湍流程度，提高了傳熱效率。
在圖2所示的《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》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的內壁，使副換熱腔405形成螺旋狀的液態高壓工質通道，副換熱腔405中工質處於螺旋管流動狀態，促進了湍流程度，提高了傳熱效率。
根據《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》提供的帶有熱利用平衡處理器4的熱泵熱水機的一種優選的實施例，熱利用平衡處理器4對冷凝過程和蒸發過程的不同相態的工質進行熱利用平衡交換，冷凝過程的液態高溫工質從工質入口401進入熱利用平衡處理器4，經過主換熱腔403與換熱管42中的熱媒水換熱後，在副換熱腔405中，與蒸發過程中由汽分入口701進入所述汽分筒體71的氣態低溫工質再次進行換熱；在副換熱腔405中的工質，在平衡換熱過程中進一步降溫成為過冷狀態，並從工質出口402流出進入蒸發器6，從而提高蒸發器6從空氣源中吸收熱能的效率；同時，汽分筒體71中的工質在平衡換熱過程中升溫，充分汽化成為過熱氣體，從汽分出口702流出進入壓縮機1，從而防止液態工質進入壓縮機1造成液擊故障。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種帶有熱利用平衡處理器的熱泵熱水機》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
