全新满液式涡旋热泵设计及应用

摘要描述了新式满液涡旋热泵的系统构造，突出说明了新式结构满液换热器与传统满液热器的构造区别。通过干式壳管换热器和满液壳管换热器的对比，突出了满液式壳管换热器的优势。重点描述了新式结构换热器对系统回油的处理方法，解决了满液式换热器在涡旋热泵应用中的难题。用新式结构换热器，对系统的结构进行了全新布局。用数据证实了满液式换热器在涡旋机组的可行性，并通过能效系数论证了新式满液涡旋热泵的优势。

关键词涡旋机组新式结构能效系数

中图分类号：S611文献标识码： A

New flooded vortex heat pump design and application

ByQianLi、KaiLiu and Cong Ju

（All-like Central Air Conditioner，Qingdao，Shandong，China）

AbstractDescribes the new full-liquid the vortex heat pump system structure, highlighting the structural difference between the full liquid heat exchanger of the new structure and traditional flooded heat. Dry shell and tube heat exchangers and flooded shell and tube heat exchanger contrast, highlighting the advantages of the Flooded shell and tube heat exchanger. Focus on the new structure of the heat exchanger back to the oil processing system method to solve the problem of flooded heat exchanger in the the vortex heat pump applications. With the new structure of the heat exchanger, a new layout of the structure of the system. Data confirm the flooded heat exchanger the vortex unit of feasibility and demonstrated the advantages of the new flooded scroll heat pump energy efficiency coefficient.

KeywordVortex unit, new structure,energy efficiency coefficient

1.涡旋机组现行结构及弊端

涡旋压缩机由于涡盘浮动密封，磨损小，泄漏少，噪音低，运行可靠，平稳；压缩机逐台启动，均衡运转，整机的运行寿命高等优点目前正被广泛应用于制冷量偏小的小型机组。当前市场上涡旋机组换热器有套管式、板换式、壳管式。壳管换热器由于设计污垢系数高、清洗方便、耐压能力强等优点被广泛应用于小冷量工业制冷、制热中。壳管换热器又分为干式和满液式，由于干式换热器换热系数较低，目前市场中大冷量机组已普遍运用满液壳管换热器代替干式。而满液式壳管换热器，在小冷量涡旋机组中运用几乎处于空白状态。

2.新式满液涡旋热泵的系统构造

2.1机组系统构造

新式满液涡旋热泵可利用的环境水体温度冬季为12－22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为15－30℃，水体温度比环境温度低，所以制冷的冷凝温度降低，机组效率提高，用1份电可制造4份以上的冷热量，运行费用比传统中央空调节省；无需设置冷却塔、锅炉等设备，节省建筑面积并减少初投资。冬季制热机组没有锅炉、燃气等设备，消除了燃烧或爆炸隐患，不向周围环境排放有害气体，属于绿色环保中央空调系统。 利用地下水或土壤，而地下水或土壤的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。使得热泵机组运行不受外界气候变化的影响，运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性；不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题；一机多用，集制冷、制热、供热水于一体，使用灵活方便。

采用新一代的柔性涡旋压缩机,涡盘浮动密封，磨损小，泄漏少，噪音低，运行可靠，平稳等优点。压缩机逐台启动，均衡运转，整机的运行寿命高。

高效油分离器，能够将系统中大部分油分离出来。减少蒸发器的液态冷媒含油量，提高了铜管的传热系数。蒸发器内油含量对不同冷媒的传热系数影响如图四所示。

图4

高效气液分离器，将吸气中存在的少数液态冷媒跟气态冷媒分离出来。避免液体进入压缩机内，造成压机液击。同时从蒸发器回来的油，回到压缩机内。确保压机有足够的油，各部件能够得到充分的，杜绝因不良造成压缩机磨

2.2新式蒸发器系统构造

图5

全新设计了回气管道，根据不同的冷媒可以在不同的位置开设回油口。以HFC-134A为例，由于HFC-134A冷媒能够跟油融合。在液面附近上下两个不同位置开小孔（如图6）。气态冷媒通过回气孔，带动回气管内油液混合体进入气液分离器内从而实现蒸发器回油。减少了用引射器回油，需要从冷凝器引管造成冷量的浪费。

图6

新式满液蒸发器，采用高效率铜管大大增加了换热面积并进行科学的排序。用电脑辅助设计软件(Star CD)分析蒸发器，得出的铜管的排列顺序（图7），能够使性能到最尖峰。

图7

（一般铜管）（高效铜管）

图8

高低两个位置视液镜可以清楚的看到冷媒液位，有效控制液位达到最佳换热效果。根据蒸发器内液面的沸腾状态，时刻掌握机组在不同工控状态下机组的运行情况。

3.新式满液涡旋热泵运行工况和用途需求（1）

冷媒走向流程图 图9

以制冷为例冷媒经压缩机压缩后，进入油分离器。在油分离器内将绝大多数油跟冷媒分离开来。分离出的油液混合体直接进入气液分离器，冷媒进入冷凝器经换热带走部分热量使冷媒由气态变为液态。液态冷媒经过干燥过滤器，将系统内可能残留的极少量水分吸收。干燥的液态冷媒经过高效膨胀阀，经高效膨胀阀进行节流。经过节流后的冷媒在蒸发器内吸热蒸发沸腾变为气态，蒸发器内冷冻水放热，从而达到所需低温冷水。

Q = G ・ C ・ ∆T = m ・ C ・ γ ・ ∆T（2）

Q : 冷冻容量[kcal/h]

G : 流动体循环量 [kg/h]

C : 比热[kcal/kg ℃]

∆T : 出入口温度差 [℃]

m : 流动体流量 [㎥/h]

γ : 流动体比重量 [kg/㎥]

能效比（EER)=输出/输入=冷冻容量（KW)/冷冻机输入(KW)

实际运行中，两种换热器的费用成本对比。

新式满液涡旋机组由于初投资低，节约运行费用。小冷量分为可以选择多个模块，安装灵活对机房面积使用小，被广泛应用于高档别墅、宾馆、医院、写字楼、娱乐场所、餐厅、学校以及工业领域等。

4.结论

介绍了目前市场涡旋压缩机所对应的机组的类别，及其现行产品能效比偏低等问题。针对目前市场普遍认可的壳管式换热器，对干式跟满液式进行了比较。突出了满液式在能效方面的绝对优势，并对其伴随的回油难问题提出了新式结构。新式结构能够有效解决回油问题，同时在吸气端添加的气液分离器降低了机组出现液压缩现象的概率。使满液式壳管换热器在涡旋机组中的应用成为可能，避免了传统引射器回油法对机组冷量的浪费提高了机组能效系数。在国家大力支持节能减排的背景下，是对涡旋机组能效系数的一次挑战，促进涡旋机组能效系数进一步提高。面对巨大的市场需求和新产品新参数的挑战使我国在小冷量机组领域的研究和研发更上一层楼。

参考文献：

⑴吴业正小型制冷装置设计指导. 北京：机械工业出版社1998.8

⑵姜守忠制冷原理与设备. 高等教育出版社 2005.6