专利名称：通过热泵制取热水的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过采用HFC(hydro fluorocarbon碳氟化合物)系列制冷剂气体的热泵制取高温水的方法。
背景技术：
以往通过热泵制取热水的方法，通常是把从压缩机排出的制冷剂气体经过高温高压处理，将水引入水冷冷凝器中，与制冷剂气体进行热交换后，得到热水。因为这些方法所使用的制冷剂气体是CFC或者HCFC系列制冷剂气体，它们会对地球环境造成污染，不理想。
据此，本发明的目的在于提供一种利用热泵而制出水的方法，其中采用将HFC134a、HFC32、HFC125、HFC143a、HFC152a单独使用或混合使用作为制冷剂气体的热泵而进行热水的制取。
另外，HFC系列的制冷剂气体分子结构里由于均不含氯而不易溶于油类，但这一点可借助机器的结构加以解决，且热交换效率又可以通过水在水冷冷凝器中的循环得到改善，故这种方法可以实现得到所需的高温热水的目的。
发明内容
用图2所示的结构图来说明本发明。
水冷冷凝器的结构分为两部分，即前半部2和后半部9。
冷凝器后半部9和前半部2中的制冷剂气体所流经的管子的截面积之比控制在70％以下。因为该比值小于70％时，制冷剂气体就能充分液化从而很好地溶于油。如果截面之比控制在60％、50％以下，溶于油的效果就会更好。
气体管道7将压缩机1、水冷冷凝器前半部2、水冷冷凝器后半部9、膨胀阀3、蒸发器4以及再和压缩机1依次连接构成一个封闭回路。
水冷冷凝器9和2均设有进水口和出水口，在水的循环回路里设有水箱5。该水箱的水通过水泵6和水管道8，向冷凝器9和2两者输送，该水又从冷凝器9和2的出水口经过水管道8循环流入水箱5。
图2中，使压缩机1和水泵6工作，把从压缩机1排出的高温高压制冷剂气体和由从水箱5经水泵6注入的水在冷凝器2中进行热交换，即一次冷凝。冷凝后的制冷剂气体又被送入冷凝器9，再一次和由水箱5注入的水进行热交换，即二次冷凝。
制冷剂气体在冷凝器9中被完全冷凝后，通过气体管道7，由膨胀阀3进行减压，在蒸发器4中进行蒸发，吸热之后回到压缩机1中。
由于经过循环之后，水箱5中的水和高温制冷剂气体进行热交换，水温就逐渐升高。因为制冷剂气体也与高温水相接触，其温度也随着水温的升高而升高。
但制冷剂的温度上升到一定程度就会饱和，这时热泵就无法进行正常工作。因此，为了克服仅靠通常的水冷冷凝器2不能工作的缺点，通过把制冷剂气体送入水冷冷凝器9和水再进行热交换，这样就可以保证热泵的正常工作。
冷凝器9和2的气体管道截面积之比在50％以下时，一方面制冷剂气体被完全冷凝、与水热交换效率高；另一方面由于通过在气体管道截面积比冷凝器2小的冷凝器9的气体管道中流动，制冷剂气体和油的相溶性也有所改善。因此即使采用分子结构里没有氯的HFC系列制冷剂气体，热泵也可正常工作。
冷凝器9和2的气体管截面面积比可以减小到50％以下的理由是，从压缩机1排出时的制冷剂气体，由于是气体，所以其体积较大；而随着冷凝的进行，体积又会减小，所以冷凝器9的气体管截面可以设计得细一些。
如图3所示，冷凝器9和2也可以设计成一体化(非分开设置)。增设的水冷冷凝器9的外形如图4所示，在圆筒管10里配置一个以螺旋状卷绕的气体管12，其两端的出口从圆管10伸出。在圆筒管10上安装进水/出水口11，另外在壳体内部中心处安装用于固定板13的支撑轴14，按照这种一体化的设计也可达到同样的目的。
图1为通常的水冷式热泵的结构框图。
图2示出了在本发明的通过热泵制取热水的方法中，在水冷冷凝器2上增设了水冷冷凝器9的装置的结构。
图3示出了在本发明的通过热泵制取热水的方法中，将冷凝器2和增设的水冷冷凝器9设计为一体化的装置的结构。
图4为所增设的水冷冷凝器9的一个例子的示意图符号的说明1...压缩机2...通常的水冷冷凝器3...膨胀阀4...蒸发器5...水箱6...水泵7...气体管道8...水管道9...增设的水冷冷凝器10...圆筒壳体11...进水/出水口12...气体管13...板14...支撑轴具体实施方式
为了能详尽地说明本发明，现以采用制冷剂气体HFC134a的制冷设备的工作情况来说明。
所用的制冷设备采用2Hp压缩机，在气冷方式下，蒸发器将室内的空气直接冷却。其冷凝器为双软管式的水冷2Hp，制冷剂气体和水进行热交换而被冷凝。
水冷式制冷设备的系统构成通常如图1所示。该系统中，气体管道7将压缩机1、水冷冷凝器2、毛细管3、气冷蒸发器4、又回到压缩机1依次连成一个闭合的回路。冷却水，从设置的冷却塔或者水箱5开始，按照水泵6、冷凝器2的进水口、出水口、再回到水箱5的顺序由水管道8将水箱的水连接成一个循环闭路。
因此，图1所示的系统其制冷剂气体按如下的状态变化高压、高温下的制冷剂气体由压缩机1喷出，与从水箱5送出的水在水冷冷凝器2处进行热交换而被冷凝，通过毛细管3被减压，随后在蒸发器4中蒸发，将室内空气冷却后返回到压缩机1。另一方面，水箱5中的水，通过水泵6被送到水冷冷凝器2。在冷凝器内，水和高温的制冷剂气体进行热交换后使其水温升高，然后返回到水箱5。热交换后的升温后热水可以直接使用，也可以冷却后作为循环水使用。
CFC或HCFC系列的制冷剂气体，因为其分子结构里结合有氯原子，一旦被冷凝就和矿物油有很好的相溶性，所以系统能够正常运转。而HFC系列的制冷剂气体，因为其分子结构里没有氯原子，与矿物油不能很好地相溶，因而制冷设备无法正常运转。
为了解决这一问题，如图2所示，在通常的水冷冷凝器2和毛细管3之间增设了水冷冷凝器9。其目的是经过冷凝器2之后的制冷剂气体可以在冷凝器9中再度与水进行热交换，一方面使制冷剂气体的温度降低和使冷凝度增大，另一方面经冷凝器9后的HFC系列制冷剂气体和油的相溶性也大大改善，使制冷设备能够正常运转。
增设的冷凝器9的结构，如图4所示，将长为10米，外径为9.53mmΦ，壁厚1.0mm的通常的气体管卷曲成螺旋状安装在圆筒壳体里，其中该气体管为铜制的3分管，该气体管的两箱从壳体伸出，进水口和出水口安装在该壳体的左右。在壳体内部中心处安装支撑轴用来固定扳13。将与水泵6的出水口相连的水管分为二路，并列地接在增设的冷凝器9和普通冷凝器2的入水口上。水从水泵6出来，分别通过冷凝器9和冷凝器2、与制冷剂气体进行热交换后，返回到水箱5形成闭路。
增设的冷凝器9的气体管道，一方和普通冷凝器2连接，另一方和膨胀阀3相连接。制冷剂气体从通常的冷凝器2出来后进入到增设的冷凝器9中再度和水进行热交换，之后送入毛细管3。冷凝器9中的热交换是由制冷剂气体和水的相向流动而进行的。
在该制冷设备中，制冷剂气体和矿物油可以按下述方法定量调整。
首先，从采用HCFC22运转的制冷设备中把制冷剂气体除掉，将矿物油留下，然后，再加入矿物油70cc。然后，投入1.5kg的HFC134a制冷剂气体。水箱的水量为191升，冷却水的循环流量为每分钟72升。
测得的数据如表1所示。横轴是被测的12个项目、纵轴是测量所经过的时间(分)。
1.大气温度(℃)2.水箱内的水温(℃)3.高压侧制冷剂气体的压力(MPa)4.低压侧制冷剂气体的压力(MPa)5.压缩机排出的气体温度(℃)6.向增设的水冷冷凝器流入的流入气体温度(℃)7.从增设的水冷冷凝器流出的流出气体温度(℃)8.在增设冷凝器流入和流出时的气体的温度差(℃)9.从毛细管流出的流出气体温度(℃)10.向压缩机流入的流入气体温度(℃)11.从制冷设备蒸发器取出的空气温度(℃)12.电流值(A)
表1
制冷剂气体经过在普通水冷冷凝器2中进行通常的冷凝之后再被送入增设的冷凝器9中，在这里当其温度降低5℃左右时就被认为是完全冷凝了，测试项目8的结果表明了这一点。制冷剂气体的状态可以通过在增设的冷凝器9的制冷剂气体的入口、出口处安装的可视玻璃(透过此玻璃观察液面计)来观察。观察结果也证明了由增设的冷凝器9流出的制冷剂气体几乎被完全冷凝了。
以上结果表明，使用HFC系列的制冷剂气体的空调(制冷)设备可以正常工作。
用在产业上的可能性正如以上所述，本发明可以利用水冷式制冷设备所排放的热量制取所需温度的高温水，同时也可成为以HFC系列为制冷剂的高效率空调装置。
权利要求
1.一种制取热水的方法，使用由压缩机、水冷冷凝器、膨胀阀、蒸发器构成的热泵，其中水冷冷凝器分为前半部和后半部两个部分，以进行两个阶段的冷凝过程，制冷剂气体所流经的所述水冷冷凝器的后半部的管道回路与制冷剂气体所流经的所述水冷冷凝器的前半部的管道回路两者的截面积之比小于70％，水箱通过水泵与水冷冷凝器之间由水管相连构成封闭回路，使水箱中的水向水冷冷凝器的前半部和后半部强制循环，另一方面，从压缩机排出的制冷剂气体从水冷冷凝器的前半部送到后半部，与经水泵注入的水箱中的水进行热交换。
全文摘要
一种通过热泵制取热水的方法，使用HFC系列制冷剂，从水冷空调排出的热中取出所需的高温的热水。在通常的水冷冷凝器(2)之后增设了比水冷冷凝器(2)的气体管道截面积小的水冷冷凝器(9)，用连接水泵(6)的水管道将设置的水箱(5)连接起来，然后再用水管道将水冷冷凝器(2)、增设水冷冷凝器(9)和水箱(5)连接成一个回路，使水箱的水在水冷冷凝器(2)、增设冷凝器(9)之间强行循环。
文档编号F25B30/02GK1849485SQ200480025910
公开日2006年10月18日 申请日期2004年9月9日 优先权日2003年9月9日
发明者上野勋, 长谷川达也, 大栗赖之, 永田谦二, 谷藤浩二, 野泽克行, 增田泰士, 藤田真弘, 里见龙义 申请人:株式会社生态系统