水侧换热器和换热系统的制作方法

1.本技术涉及换热技术领域，特别是涉及一种水侧换热器和换热系统。


背景技术：

2.对于传统的制冷剂系统，其在制热工况下的出水温度决定了制冷剂系统的冷凝温度，譬如出水温度是50℃，由于冷凝温度一般都会高于出水温度，因此制冷剂系统的冷凝温度为50℃加上温差
△
t。
3.图1是传统的冷水热泵机组的结构示意图，如图1所示，该冷水热泵机组由两个制冷剂系统构成，每个制冷剂系统设有冷凝管(其他部件未示出)，冷凝管呈u形排布，冷水热泵机组的进水从进水口流入，同时流经两个冷凝管，再从出水口流出；于此同时，制冷剂从制冷剂进口流入，流经冷凝管后，再从制冷剂出口流出，水体和制冷剂在流动过程中相互换热，使得水体温度上升，制冷剂温度下降。图2是对应于图1的传统的冷水热泵机组的原理图，如图2所示，包括第一制冷剂系统和第二制冷剂系统，两个制冷剂系统的水路构成并联结构，在制热工况下，在进出水温差较大时(比如10℃)，两个制冷剂系统的冷凝温度都比较高，导致冷水热泵机组的能效比较低。
4.目前针对相关技术中冷水热泵机组的能效比低的问题，尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种水侧换热器和换热系统，以至少解决相关技术中冷水热泵机组的能效比低的问题。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种水侧换热器，包括：至少四节换热腔、至少两节换热单元、总进水口和总出水口，每节换热腔依次串联，每节换热腔之间设有通孔，所述通孔用于导流水体，每节换热单元包括相互连接的冷凝器和过冷器，所述冷凝器和所述过冷器逐个排布在各节换热腔中，所述水侧换热器的水体通过所述总进水口流入并依次流过每节换热腔之后再从所述总出水口流出，在所述水侧换热器处于制热工况时，每节换热单元的工质流动方向为从所述冷凝器流向所述过冷器，且每节换热腔的水体流动方向和所述工质流动方向相反。
7.在其中一些实施例中，所述冷凝器和所述过冷器逐个排布在各节换热腔中包括：同一节换热单元的冷凝器和过冷器逐个排布在两节相间隔的换热腔中。
8.在其中一些实施例中，所述冷凝器和所述过冷器逐个排布在各节换热腔中包括：不同节换热单元的冷凝器逐个连续排布在第一区域的换热腔中，不同节换热单元的过冷器逐个连续排布在第二区域的换热腔中，所述水侧换热器的水体流动方向为从所述第二区域的换热腔流向所述第一区域的换热腔。
9.在其中一些实施例中，每节换热单元的冷凝器和过冷器之间设有储液器，所述储液器的进口连接所述冷凝器的工质出口，所述储液器的出口连接所述过冷器的工质进口，
所述储液器用于回收从所述冷凝器排出的工质，并将回收的工质输送至所述过冷器。
10.在其中一些实施例中，在每相邻两节换热腔中，上一节换热腔的通孔和下一节换热腔的通孔相互交错，并分别设置在靠近各自换热腔内壁的一侧。
11.在其中一些实施例中，在所述水侧换热器处于制冷工况时，每节换热单元的工质流过所述冷凝器，且每节换热腔的水体流动方向和所述工质流动方向相同。
12.第二方面，本技术实施例提供了一种换热系统，包括：至少两个循坏回路，每个循坏回路包括依次连接的水侧换热器、空气侧换热器以及压缩机，其中，所述水侧换热器包括如上述第一方面所述的水侧换热器。
13.在其中一些实施例中，在每个循坏回路中，所述压缩机的工质进口连接所述空气侧换热器的工质出口，所述压缩机的工质出口连接所述冷凝器的工质进口，所述空气侧换热器的工质进口连接所述过冷器的工质出口。
14.在其中一些实施例中，在每个循坏回路中，所述压缩机的工质进口连接所述空气侧换热器的工质出口，所述压缩机的工质出口连接所述冷凝器的工质进口，所述空气侧换热器的工质进口连接所述过冷器的工质出口。
15.在其中一些实施例中，每个循环回路包括气液分离器和四通换向阀，在每个循坏回路中，所述四通换向阀的第一端连接所述压缩机，所述四通换向阀的第二端连接所述空气侧换热器，所述四通换向阀的第三端连接所述气液分离器，所述四通换向阀的第四端连接所述水侧换热器。
16.在其中一些实施例中，每个循坏回路中靠近所述水侧换热器的一侧设置有第一单向阀，靠近所述空气侧换热器的一侧设置有第二单向阀，且所述第一单向阀和所述第二单向阀之间设有节流部件。
17.相比于相关技术，本技术实施例提供的水侧换热器和换热系统，其中包括：至少四节换热腔、至少两节换热单元、总进水口和总出水口，每节换热腔依次串联，每节换热腔之间设有通孔，通孔用于导流水体，每节换热单元包括相互连接的冷凝器和过冷器，冷凝器和过冷器逐个排布在各节换热腔中，水侧换热器的水体通过总进水口流入并依次流过每节换热腔之后再从总出水口流出，在水侧换热器处于制热工况时，每节换热单元的工质流动方向为从冷凝器流向过冷器，且每节换热腔的水体流动方向和工质流动方向相反。通过本技术，解决了相关技术中冷水热泵机组的能效比低的问题，提升了冷水热泵机组的能效比。
18.本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
20.图1是传统的冷水热泵机组的结构示意图；
21.图2是对应于图1的传统的冷水热泵机组的原理图；
22.图3是根据本技术实施例的水侧换热器的结构示意图一；
23.图4是根据本技术实施例的水侧换热器的结构示意图二；
24.图5是根据本技术实施例的水侧换热器的结构示意图三；
25.图6是根据本技术实施例的水侧换热器处于制冷工况时的结构示意图；
26.图7是根据本技术实施例的换热系统的结构示意图。
27.附图标记：100、水侧换热器；101、换热腔；102、换热单元；103、总进水口；104、总出水口；105、通孔；106、冷凝器；107、过冷器；108、第一区域的换热腔；109、第二区域的换热腔；110、储液器；200、空气侧换热器；300、压缩机；400、气液分离器；500、四通换向阀；600、第一单向阀；700、第二单向阀；800、节流部件。
具体实施方式
28.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
29.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
30.除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
31.本实施例提供了一种水侧换热器，图3是根据本技术实施例的水侧换热器的结构示意图一，如图3所示，该水侧换热器包括：至少四节换热腔101、至少两节换热单元102、总进水口103和总出水口104，每节换热腔101依次串联，每节换热腔101之间设有通孔105，通孔105用于导流水体，每节换热单元102包括相互连接的冷凝器106和过冷器107，冷凝器106和过冷器107逐个排布在各节换热腔101中，水侧换热器的水体通过总进水口103流入并依次流过每节换热腔101之后再从总出水口104流出，在水侧换热器处于制热工况时，每节换热单元102的工质流动方向为从冷凝器106流向过冷器107，且每节换热腔101的水体流动方向和工质流动方向相反。需要说明的是，本实施例的水体流动路径仅为示意，并不限定具体
的水体流动路径。
32.在本实施例中，在水侧换热器处于制热工况时，冷凝器106用于将高温高压工质进行降温，得到低温低压工质，过冷器107用于将从冷凝器106排出的低温低压工质进行再次降温。
33.水侧换热器的制热原理：该水体从总进水口103流入，依次流经各节换热腔101，最后从总出水口104流出，在水体流动过程中，处于各节换热腔101中的换热单元102和水体进行热交换，即工质和水体发生热交换，使得水体温度升高，工质温度下降。其中，工质在和水体进行热交换的过程中将发生冷凝，即从高温高压的气体变成低温低压液体，假设某一节换热单元102的出水温度为t1，则该节换热单元102的冷凝温度为t1
△
t，其中，
△
t为传热温差，即每节换热单元102的冷凝温度是在出水温度的基础上加上适当的传热温差。
34.本实施例的水侧换热器包括以下优点：
35.(1)设置多节换热单元102实现水体加热，降低各节换热单元102的加热温差，使得各节换热单元102的出水温度与该节换热单元102的进水温度的温差尽可能小，在使用压缩机给水侧换热器提供工质的情况下，能够降低压缩机的排气压力和压缩比，提高各节换热单元102的制热能效比。
36.而且，在制热工况下，由于水体先后经过各节换热单元102，因此，越靠近总进水口103的换热单元102的出水温度越低，冷凝温度也越低。制热能效比为额定制热量与额定功率的比值，相比较于传统的冷水热泵机组，本实施例的水侧换热器通过降低各节换热单元102的冷凝温度，从而降低各节换热单元102所需的输入功率，对于整个水侧换热器而言，在额定制热量不变的情况下，总体制热能效比将得到进一步降低。
37.(2)在制热工况下，对于各节换热单元102而言，通过设置过冷器107回收冷凝器106排出的工质，对工质进行再次降温，以对水体进行初步加热，避免工质在循环回路中损失热量，从而提升制热效率。
38.(3)在制热工况下，对于各节换热单元102而言，工质先流经冷凝器106，温度下降，然后流经过冷器107，温度再次下降；与此同时，水体先流经过冷器107，温度上升，然后流经冷凝器106，温度再次上升。在本实施例中，工质与水体的流动方向相反，使得工质和水体之间所需传热面积变小，从而提升制热效率，节省设备成本。
39.本实施例中换热单元的排布方式可以有多种形式，以下将介绍两种换热单元的排布结构。
40.图3给出了换热单元的其中一种排布结构，参考图3，在其中一些实施例中，同一节换热单元102的冷凝器106和过冷器107逐个排布在两节相间隔的换热腔101中。
41.在本实施例中，水体依次流经各节换热单元102，并且对于同一节换热单元102而言，水体先流经过冷器107再流经冷凝器106，能够提升制热能效比。
42.但是，随着水体温度的上升，越靠近总出水口104侧的过冷器107，其过冷度将会越小。对于各节换热单元102而言，冷凝器106和过冷器107处于同一循环回路中，冷凝器106的冷凝温度和过冷器107的过冷度存在矛盾，即过冷度的上升会使得冷凝温度也随之上升，而冷凝温度上升会导致制热能效比下降。
43.为了解决上述问题，本技术提供了以下技术方案。
44.图4是根据本技术实施例的水侧换热器的结构示意图二，图4给出了换热单元的另
一种排布结构。如图4所示，不同节换热单元的冷凝器106逐个连续排布在第一区域的换热腔108中，不同节换热单元的过冷器107逐个连续排布在第二区域的换热腔109中，水侧换热器的水体流动方向为从第二区域的换热腔109流向第一区域的换热腔108。
45.如此设置，能够将冷凝器106和过冷器107分开换热，参照水体流动路径，水体先流经全部换热单元的过冷器107之后再流经冷凝器106，减小冷凝器106和过冷器107之间的影响，使得各节换热单元的过冷度上升的同时，保证较低的冷凝温度。
46.参考图4，假设各换热单元的工质初始温度为80～110℃，水体的初始进水温度为31℃，最终出水温度为41℃，当水体流经全部换热单元的过冷器107之后，末节换热单元的过冷器107的出液温度为33℃，首节换热单元的冷凝器106的出液温度为38℃，末节换热单元的冷凝器106的出液温度为43℃。图4中的温度仅为示意，并不是对水体和工质的温度作限定。
47.参考图3，在其中一些实施例中，每节换热单元102的冷凝器106和/或过冷器107呈折弯排布。例如，冷凝器106和过冷器107呈s形排布，如此设置，能够增大传热面积，有利于提升换热效率。
48.在制热工况下，当冷凝器106未能把工质从高温高压的气体完全冷凝成低温低压的液体时，工质将会以气体和液体两种形态同时流入过冷器107中，不能保证流入过冷器107的工质全部是液体。
49.图5是根据本技术实施例的水侧换热器的结构示意图三，参考图5，每节换热单元102的冷凝器106和过冷器107之间设有储液器110，储液器110的进口连接冷凝器106的工质出口，储液器110的出口连接过冷器107的工质进口，储液器110用于回收从冷凝器106排出的工质，并将回收的工质输送至过冷器107。
50.通过在冷凝器106工质出口和过冷器107工质进口之间设置储液器110，当冷凝器106未能把工质从高温高压的气体完全冷凝成低温低压的液体时，气液两相的工质进入储液器110后，气态工质会把储液器110中的液态工质置换出来，从而确保进入过冷器107的工质全部是液体。
51.而且，通过设置储液器110，也能够防止冷凝器106中储存较多的液态工质，使得冷凝器106的面积能够充分用于冷凝换热，进一步降低冷凝温度。
52.在其中一些实施例中，工质包括但不限于氯氟烃、氨气、二氧化硫和甲烷，本实施例不作限制。
53.参考图3至图5中任一附图，在其中一些实施例中，在每相邻两节换热腔中，上一节换热腔的通孔105和下一节换热腔的通孔105相互交错，并分别设置在靠近各自换热腔内壁的一侧。
54.如此设置，能够延长水体路径，利于充分换热。
55.图6是根据本技术实施例的水侧换热器处于制冷工况时的结构示意图，如图6所示，在水侧换热器处于制冷工况时，每节换热单元102的工质流过冷凝器106，且每节换热腔101的水体流动方向和工质流动方向相同。
56.结合上述实施例的水侧换热器，本实施例还提供一种换热系统，图7是根据本技术实施例的换热系统的结构示意图，如图7所示，该换热系统包括：至少两个循坏回路，每个循坏回路包括依次连接的水侧换热器100、空气侧换热器200以及压缩机300，其中，水侧换热
器100包括上述任一实施例所描述的水侧换热器。
57.其中，图7所示的水侧换热器100仅示出两节换热单元，以下将以两节换热单元为例对本实施例的换热系统进行介绍。
58.本实施例的换热系统包括以下优点：
59.(1)设置多个循环回路实现水体加热，降低各循环回路的加热温差，使得各循环回路的出水温度与该循环回路的进水温度的温差尽可能小，能够降低各压缩机300的排气压力和压缩比，从而提高各循环回路的制热能效比。而且，在额定制热量不变的情况下，总体制热能效比将得到进一步降低。
60.(2)在制热工况下，对于各循环回路而言，通过设置过冷器107回收冷凝器106排出的工质，对工质进行再次降温，以对水体进行初步加热，避免工质在循环回路中损失热量，从而提升制热效率。
61.(3)在制热工况下，对于各循环回路而言，工质与水体的流动方向相反，使得工质和水体之间所需传热面积变小，从而提升制热效率，节省设备成本。
62.参考图7，在每个循坏回路中，压缩机300的工质进口连接空气侧换热器200的工质出口，压缩机300的工质出口连接冷凝器106的工质进口，空气侧换热器200的工质进口连接过冷器107的工质出口。
63.参考图7，每个循坏回路的压缩机300和空气侧换热器200之间设有气液分离器400，空气侧换热器200的工质出口连接气液分离器400的工质进口，气液分离器400的工质出口连接压缩机300的工质进口。
64.参考图7，每个循坏回路包括四通换向阀500，在每个循坏回路中，四通换向阀500的第一端连接压缩机300，四通换向阀500的第二端连接空气侧换热器200，四通换向阀500的第三端连接气液分离器400，四通换向阀500的第四端连接水侧换热器100。
65.在本实施例中，四通换向阀500通过改变工质的流动通道，改变工质流向，转换换热系统运行制热工况和运行制冷工况的功用。比如，当换热系统处于制热工况时，工质液体在空气侧换热器200中蒸发吸收外界热量，并在水侧换热器100中放热，用于供热。当换热系统处于制冷工况时，工质液体在空气侧换热器200中蒸发吸热成为气体，在水侧换热器100中放热，用于供冷。
66.参考图7，每个循坏回路中靠近水侧换热器100的一侧设置有第一单向阀600，靠近空气侧换热器200的一侧设置有第二单向阀700，且第一单向阀600和第二单向阀700之间设有节流部件800。
67.其中，第一单向阀600和第二单向阀700用于防止工质在循环回路中逆流。
68.当工质流过阀门时流动截面突然收缩，工质流速加快，压力下降，压力下降的大小取决于工质流动截面收缩的比例。连续流体介质在管道中运动的过程中，流经管道内预置的节流部件800时，其流束将会在节流部件800处形成局部的缩径状态。从而使流体介质的流速增大，静水压力相对降低。这种状况就会在节流部件800上游和下游产生压降(压差)。流动介质的流量相对越大，那么在节流部件800上下游所产生的压差也会越大。通过设置节流部件800，测量节流部件800的压差，经一定转换来相对衡量流经节流部件800内流体流量的大小，利用节流部件800来测定管道内流体流量。
69.参考图7，节流部件800包括以下之一：电子膨胀阀、热力膨胀阀、节流毛细管。
70.在一些实施例中，节流部件800可以设置带液位控制的组件，使其具有控制蒸发器液位的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液降低吸气过热度。
71.本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
72.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。