一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器的制作方法

本发明是涉及流体机械及热工设备，具体地说是涉及一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器。

背景技术：

1、热管换热器属于高效换热器，又能实现两个流体远距离换热，热管换热器分为蒸发端与冷凝端，一个流体走蒸发端，获热流体走冷凝端，不会像间壁式换热器发生两个换热流体的相互间窜漏，但大温差换热效率不是很理想，尤其大规模换热的热管换热器内部相变流体因循环里程过长而导致阻力非常大，重力型热管蒸发端须设置在下部，其冷凝端须设置在换热器的上部，这就带来换热器设备设计布局不灵活，难以适应许多应用场景设计需求，会造成使用上不是很方便，且气相与液相存在流动上相互干扰，会影响换热效果；而虹吸效应类热管虽然解决横向布局困难问题，但虹吸管表面张力也会影响到换热速度，若虹吸管流道堵塞将会失去换热效果。

2、然而，板式换热器却无法替代传统管壳式换热器来用作制冷机组或热泵机组的蒸发器与冷凝器，是因为中央空调的水系统会存在水垢影响换热效果之隐患，甚至导致机组无法正常运行，若采用钎焊型板式换热器则无法清洗，若采用可拆卸板式换热器虽然能够清洗，但清洗过程中须两侧换热流体都会暴露空气中，这样会导致昂贵的制冷剂泄漏，并且该可拆卸板式换热器也会存在两流体间窜漏隐患，因此业内不得已情况下，哪怕明知温度端差1℃会提高能效比32％也不敢使用板式换热器，宁愿使用温度端差5℃管壳式换热器也在所不惜，这只是因为管壳式换热器可以实现单侧清洗，并不会导致另一侧昂贵介质的流失。根据现有技术背景及本人发明的热壁换热器所存在缺陷，本发明设计出一种可以方便清洗的热壁换热器，与之前授权的“热壁式换热器”发明(专利号为：201710721436.3)，还有最近申请的“一种新型热壁换热器”(其专利号：202323391729.x)相比能够很好解决单侧清洗问题，同时还针对相变流体介质通道进行了高效改进，还有热壁换热器应用于制冷机组及热泵机组的具体结构上的创新方案。

3、逆卡诺循环表示：无限缩小低温热源与高温热源温度差，可无限提升逆卡诺循环效率的，一般降低冷凝器1℃可以提高机组4％左右的效率，同样若提高蒸发器1℃机组效率也将提升4％左右，蒸发器与冷凝器温度端差都缩小4℃，那么机组效率将总体提升32％，这是非常可观的值得研究的节能技术方法。

4、根据现有技术背景中热壁型换热器所存在缺陷，本发明设计一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，在解决水侧清洗问题，同时还针对相变流体介质通道进行了高效改进，还有热壁型换热器应用于制冷机组及热泵机组的具体结构，成为进一步改进的方向。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，所述热壁型换热器包括换热芯体、第一容积罩、第二容积罩、第三容积罩和第四容积罩，所述换热芯体的冷凝端与蒸发端两端换热流体进出口分别安装有半圆柱形的第一容积罩、第二容积罩、第三容积罩和第四容积罩，所述第一容积罩上分别设有第一进出口管和清洗口，所述第二容积罩上设有第二进出口管，所述第三容积罩上分别设有第三进出口管和冷冻油流出口，所述第四容积罩上设有第四进出口管；所述换热芯体包括承压壁面、钎焊块、密封钎焊条、热壁件和换热翅片，所述第一容积罩、第二容积罩、第三容积罩和第四容积罩的敞口边沿均分别与承压壁面、钎焊块和密封钎焊条焊接，所述相对设置的所述承压壁面之间间隔设有多组热壁件，所述热壁件中部设有钎焊块，所述钎焊块用于分隔蒸发端和冷凝端，所述热壁件两端设有密封钎焊条，所述密封钎焊条与所述钎焊块之间分别设有换热翅片。

2、优选地，所述热壁件包括热壁面、密封边框、纵向翅片、横向翅片、第一缺口、第二缺口和流道，相对设置的所述热壁面两端夹设有密封边框，所述密封边框内均匀设有多组纵向翅片，所述纵向翅片上端间隔设有多组横向翅片，所述纵向翅片的下端与所述密封边框之间设有流道；所述密封边框对角处分别设有第一缺口和第二缺口，所述第一缺口与所述横向翅片一端连通，所述第二缺口与所述流道一端连通。

3、优选地，所述第一缺口与通道一连通，所述通道一上设有连接管一，所述连接管一用于抽气或注入相变流体；所述第二缺口与通道二连通，所述通道二上设有连接管二，所述连接管二用于抽气或注入相变流体。

4、优选地，与所述承压壁面相贴的换热翅片的接触面为钎焊一体成型。

5、优选地，所述承压壁面外侧设有安装固定耳。

6、优选地，所述第二容积罩和第三容积罩上设有安装固定耳。

7、优选地，还包括压缩机，所述压缩机的进出口管道分别连通四通阀的高压管和低压管，所述四通阀的另外两端的进出口分别连通所述热壁型换热器，两个所述热壁型换热器的第四进出口管分别与所述四通阀的进出口连通、第三进出口管分别与节流装置的进出口连通；其中一个热壁型换热器作为蒸发器，另外一个热壁型换热器作为冷凝器；作为冷凝器的热壁型换热器的冷冻油流出口与所述压缩机的冷冻油吸入口连通。

8、优选地，所述钎焊块上设有承压横梁，所述承压横梁两端分别与固定支架固定连接。

9、优选地，还包括循环泵、散热装置、冷冻泵和热源塔，所述热壁型换热器为两两一组的四个，其中一组热壁型换热器作为蒸发器，作为蒸发器的两个热壁型换热器的之间通过冷冻泵和热源塔进行串联；另外一组热壁型换热器作为冷凝器，作为冷凝器的两个热壁型换热器之间通过循环泵和散热装置进行串联。

10、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

11、(1)本发明通过换热芯体的冷凝端与蒸发端两端换热流体进出口分别安装有半圆柱形的第一容积罩、第二容积罩、第三容积罩和第四容积罩，第一容积罩上分别设有第一进出口管和清洗口，第二容积罩上设有第二进出口管，第三容积罩上分别设有第三进出口管和冷冻油流出口，第四容积罩上设有第四进出口管；换热芯体包括承压壁面、钎焊块、密封钎焊条、热壁件和换热翅片，第一容积罩、第二容积罩、第三容积罩和第四容积罩的敞口边沿均分别与承压壁面、钎焊块和密封钎焊条焊接，相对设置的承压壁面之间间隔设有多组热壁件，热壁件中部设有钎焊块，钎焊块用于分隔蒸发端和冷凝端，热壁件两端设有密封钎焊条，密封钎焊条与钎焊块之间分别设有换热翅片。在实现高效换热的小温度端差运行时，还能够实现单侧水垢清洗，清洗比管壳式换热器单侧清洗更方便，因为水流道行程比管壳式换热器短许多，只需要通过高压水枪进入清洗法兰盖孔即可，无需像管壳式换热器那种损伤换热管的通炮之方法，并且还能够边运行边清洗式操作，每次清洗间隔周期也要比管壳式换热器长很多，因为热壁面及换热翅片是垂直水平面的，而不像横卧的换热管那样水垢沉积速度会较快。

12、(2)本发明相比现在热管换热器其内部中间传热介质相变流体循环流道里程要短许多，那么循环阻力更小，不存在气相与液相相互间干扰；相比现有技术中的热壁型换热器气相流道更宽敞，气相与液相各自流道宽度分配更合理，更有利于增强相变流体的循环速度，那么换热速度会更快。

13、(3)本发明相比管壳式换热器换热流体阻力会更小，而单位体积换热面积却更大，那么压缩机工作阻力也会更小，从而在相同制冷量情况下会降低压缩机电机功率。

14、(4)本发明相比传统冷冻油分离技术本发明更具有优势，因为压缩机运行过程中把制冷剂压入冷凝器时冷冻油也会一并进入作为冷凝器的热壁型换热器，传统技术会造成冷冻油粘附在换热管上而增加换热阻力，影响机组效率；本技术方法则不然，是与同液态制冷剂蓄积在作为冷凝器热壁型换热器的第三容积罩里，而冷冻油浮在液态制冷剂液面上，并未黏在换热的热壁件的热壁面上，液面达到一定高度就会被压缩机抽吸走。

15、(5)本发明相比现在中央空调机组采用管壳式换热器来说温度端差累积减小了8℃，逆卡诺循环效率提高32％左右，更有利于应对极寒天气，相比传统热泵来说应对极寒天气能力会降低8℃，若传统热泵只可以应对环境温度-15℃时，才具有极限稳定的运行工作状态，那么该热壁型热泵机组就能够应对环境温度-23℃，其极限较稳定运行的工作条件可降低8℃；而采用多个热壁型换热器作为机组蒸发器组群和冷凝器组群并串结构方法，其应对极寒天气会更低，这有利于空气能热泵在高纬度地区推广之应用。

技术特征：

1.一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，其特征在于：所述热壁型换热器(13)包括换热芯体(1)、第一容积罩(2)、第二容积罩(3)、第三容积罩(4)和第四容积罩(5)，所述换热芯体(1)的冷凝端与蒸发端两端换热流体进出口分别安装有半圆柱形或台柱形的第一容积罩(2)、第二容积罩(3)、第三容积罩(4)和第四容积罩(5)，所述第一容积罩(2)上分别设有第一进出口管(2.1)和清洗口(2.2)，所述第二容积罩(3)上设有第二进出口管(3.1)，所述第三容积罩(4)上分别设有第三进出口管(4.1)和冷冻油流出口(4.2)，所述第四容积罩(5)上设有第四进出口管(5.1)；所述换热芯体(1)包括承压壁面(1.7)、钎焊块(1.2)、密封钎焊条(1.3)、热壁件(1.1)和换热翅片(1.5)，所述第一容积罩(2)、第二容积罩(3)、第三容积罩(4)和第四容积罩(5)的敞口边沿均分别与承压壁面(1.7)、钎焊块(1.2)和密封钎焊条(1.3)焊接，所述相对设置的所述承压壁面(1.7)之间间隔设有多组热壁件(1.1)，所述热壁件(1.1)中部设有钎焊块(1.2)，所述钎焊块(1.2)用于分隔蒸发端和冷凝端，所述热壁件(1.1)两端设有密封钎焊条(1.3)，所述密封钎焊条(1.3)与所述钎焊块(1.2)之间分别设有换热翅片(1.5)。

2.根据权利要求1所述的一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，其特征在于：所述热壁件(1.1)包括热壁面(1.11)、密封边框(1.12)、纵向翅片(1.13)、横向翅片(1.14)、第一缺口(1.16)、第二缺口(1.15)和流道(1.17)，相对设置的所述热壁面(1.11)两端夹设有密封边框(1.12)，所述密封边框(1.12)内均匀设有多组纵向翅片(1.13)，所述纵向翅片(1.13)上端间隔设有多组横向翅片(1.14)，所述纵向翅片(1.13)的下端与所述密封边框(1.12)之间设有流道(1.17)；所述密封边框(1.12)对角处分别设有第一缺口(1.16)和第二缺口(1.15)，所述第一缺口(1.16)与所述横向翅片(1.14)一端连通，所述第二缺口(1.15)与所述流道(1.17)一端连通。

3.根据权利要求2所述的一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，其特征在于：所述第一缺口(1.16)与通道一(6.1)连通，所述通道一(6.1)上设有连接管一(6.11)，所述连接管一(6.11)用于抽气或注入相变流体；所述第二缺口(1.15)与通道二(6.2)连通，所述通道二(6.2)上设有连接管二(6.21)，所述连接管二(6.21)用于抽气或注入相变流体。

4.根据权利要求3所述的一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，其特征在于：与所述承压壁面(1.7)相贴的换热翅片(1.5)的接触面为钎焊一体成型。

5.根据权利要求4所述的一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，其特征在于：所述承压壁面(1.7)外侧设有安装固定耳(7)。

6.根据权利要求4所述的一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，其特征在于：所述第二容积罩(3)和第三容积罩(4)上设有安装固定耳(7)。

7.根据权利要求5或6所述的一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，其特征在于：还包括压缩机(8)，所述压缩机(8)的进出口管道分别连通四通阀(9)的高压管和低压管，所述四通阀(9)的另外两端的进出口分别连通所述热壁型换热器(13)，两个所述热壁型换热器(13)的第四进出口管(5.1)分别与所述四通阀(9)的进出口连通、第三进出口管(4.1)分别与节流装置(10)的进出口连通；其中一个热壁型换热器(13)作为蒸发器，另外一个热壁型换热器(13)作为冷凝器；作为冷凝器的热壁型换热器(13)的冷冻油流出口(4.2)与所述压缩机(8)的冷冻油吸入口连通。

8.根据权利要求7所述的一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，其特征在于：所述钎焊块(1.2)上设有承压横梁，所述承压横梁两端分别与固定支架(12)固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，其特征在于：还包括循环泵(17)、散热装置(15)、冷冻泵(18)和热源塔(16)，所述热壁型换热器(13)为两两一组的四个，其中一组热壁型换热器(13)作为蒸发器，作为蒸发器的两个热壁型换热器(13)的之间通过冷冻泵(18)和热源塔(16)进行串联；另外一组热壁型换热器(13)作为冷凝器，作为冷凝器的两个热壁型换热器(13)之间通过循环泵(17)和散热装置(15)进行串联，各热壁换热器13制冷剂端并联后再分别串联压缩机8及节流装置10。

技术总结
本发明公开了一种应用于冷凝器及制冷热泵机组的热壁型换热器，换热芯体的冷凝端与蒸发端两端换热流体进出口分别安装有半圆柱形的第一容积罩、第二容积罩、第三容积罩和第四容积罩，第一容积罩、第二容积罩、第三容积罩和第四容积罩的敞口边沿均分别与承压壁面、钎焊块和密封钎焊条焊接，相对设置的承压壁面之间间隔设有多组热壁件，热壁件中部设有钎焊块，钎焊块用于分隔蒸发端和冷凝端，热壁件两端设有密封钎焊条，密封钎焊条与钎焊块之间分别设有换热翅片。本发明在实现高效换热的小温度端差运行时，还能够实现单侧水垢清洗，清洗比管壳式换热器单侧清洗更方便。

技术研发人员：刘小江,陈新友,郭坤,贺斌
受保护的技术使用者：湖南创化低碳环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23