一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置

1.本发明涉及一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，属于蒸汽压缩式制冷/热泵技术领域。


背景技术：

2.空气源热泵作为一种新型高效的节能供热装置，已大范围应用在家用和工商业供暖领域。热管技术自上世纪40年代提出至今发展迅速，广泛用于工业、建筑节能、电子器件散热等领域。具有构造简单，传热效率高的优点。将热泵与热管结合，构造出新型的家用供暖型式，从热力学原理上看具有可行性。
3.然而，热泵与热管结合使用都是用于家用供暖，很少用于制冷。相比较家用空调制冷量高，吹风温度更低的情况，热泵驱动热管的辐射制冷量低。热管热传递效率较其他方式优势明显。使用热泵复合热管末端的家用供暖方式，既能供热又能供冷，即可在全年运行中充分利用热泵和热管的优势。
4.本发明对现有的空气源热泵驱动的热管式辐射装置进行改进。在热管式辐射供热装置的上集管中加小型的贯流风机。内外两层的热管内部送风，外部与内部的夹层充注工质，在热管内部加上翅片，增大空气与热管的冷量传递。制热运行时，通过热管的外表面将热量辐射到室内，舒适性好；制冷时，风机从热管内部吸风，风穿过热管内部整体，强制对流送冷量舒适度和效率更高。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，以实现现有的热泵热管复合装置，同时制冷和制热。
6.通过将热管式辐射供热装置上集管中加一个小型的贯流风机，并且设计了一个双层的热管，在热管内部加上合理的翅片，使得在风机启动时，可以在热管底部抽风并送风到风机，再加上热管内部的翅片，扰动更强，从而更加大了热管的热量利用率，使制冷时制冷量更大，制冷效果更好。
7.一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，该装置包括热泵系统和新型热管式换热器。热泵系统包括压缩机(1)、室外换热器(2)、节流装置(3)、四通换向阀(4)、阀门1#(5)、阀门2#(6)、阀门3#(7)、阀门4#(8)、底部盘管(9)和顶部盘管(10)。新型热管式换热器包括下集管(11)、上集管(12)、高效罩极电机(13)、贯流风机(14)、热管组(15)、肋板(16)、电加热器(17)。热泵系统中，压缩机(1)的进口与四通换向阀(4)的c口相连，压缩机(1)的出口与四通换向阀(4)的a口相连；室外换热器(2)分别与节流装置(3)的一端以及四通换向阀(4)的d口相连；四通换向阀(4)的b口通过一个三通管分别与阀门1#(5)和阀门3#(7)相连；节流装置(3)的另一端通过一个三通管分别与阀门2#(6)和阀门4#(8)相连。
8.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，阀门
1#(5)与顶部盘管(10)的出口相连，阀门2#(6)与顶部盘管(10)的进口相连；阀门3#(7)与底部盘管(9)的进出口相连，阀门4#(8)与底部盘管(9)的进出口相连。
9.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，热泵系统的底部盘管(9)与新型热管式换热器的下集管(11)焊接，顶部盘管(10)与新型热管式换热器的上集管(12)焊接，彼此之间封闭隔离。
10.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，贯流风机(14)的进风口(21)处于热管组(15)的底端，出风口(22)处于热管组(15)的顶端。
11.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，贯流风机(14)的左侧和高效罩极电机(13)的右侧用带着螺丝孔的u形固定件的连接器连接到上集管(12)的左右两端。
12.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，贯流风机(14)和顶部盘管(10)都在上集管(12)内，且顶部盘管安装并固定在贯流风机的风道(23)内。
13.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，热管组(15)的底端插入下集管(11)的底端并与空气互通，且与底部盘管(9)彼此相互交错。
14.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，热管组(15)的热管是双层的，外管与内管之间的夹层为工质，内管内的夹层为贯流风机(14)的进风口。
15.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，热管组(15)的热管内管内的夹层加上合理的翅片。
16.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，肋板(16)与热管组(15)相互平行。
17.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，新型热管式换热器由数量不等的热管组(15)竖直排列组成，热管组的上端与上集管(12)连接，热管组的下端与下集管(11)连接。
18.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，新型热管式换热器中的热管组(15)是单根管组成，或者是其他型式的回路。
19.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，电加热器(17)插入下集管(11)内并处在所充注的制冷剂液面以下。
20.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，热管系统中可充注r-32、r-134a、r-410a等常用有机制冷工质，也可充注水溶液、乙醇等无机化合物或混合制冷剂。
21.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，新型热管式换热器内的热管工质(41)充注一定质量的制冷剂，与热泵内的热泵工质(64)制冷剂相同或不同。
22.与现有技术最大的区别就是本发明加了一个小型的贯流风机，使得制冷的效果更好。而且热管结构是双层的，内管内加入翅片，这些设计都是从增大增大热管的利用效率着手的。也就是说，这些发明点都是围绕着如何去提高热管利用率而设计的。
23.现有技术的热泵与热管的结合使用，大部分用于家用供暖，而在市场上很少用于
制冷。而此次研究将既可以制冷又可以制热。热管热传递效率相比现有技术的其他的方式有着明显的优势，因此本专利从增大热管的利用效率着手。
24.为了应对国家节能环保的号召，减少空调的使用量，使用家用供暖方式，既能供热又能供冷，不仅减少了用地面积，更减少了使用成本。总而言之，这些点都是为了提高热管的利用率，减少能量的损失。在相同的电能消耗的情况下，使得能量的利用效率更高。
25.尤其是热管内部加翅片，所设计的热管换热式换热器显著的技术优势等；在热管内部加上合理的翅片，使得可强化传热，增强扰动，从而更加大了热管的热量利用率，从而增强换热，使得热量尽量被充分利用，减少了热量在空气中的损失，呼应了节能减排。
26.传热学中定义可知，在热对流中，对流传热的热流量q＝haδt，其中h为对流传热系数，a为对流换热面积，δt为流过的温差。内部加翅片，增加了对流换热面积a，从而使得热流量q增加。增加贯流风机，使得制冷时，增大了对流换热系数h,使得强制对流换热增强，从而使得热流量q增加。制热时，关闭贯流风机与空气进行热辐射换热。提高了热流量，就可以提高热管的利用率。
附图说明
27.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
28.图1是本发明提供的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置的结构示意图。
29.图2是本发明提供的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置其中的新型热管式换热器的结构示意图。
30.图3是本发明提供的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置其中上集管中的贯流风机的结构示意图。
31.图4是本发明提供的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置其中的热管内部分布结构示意图。
32.图5是本发明提供的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置其中的下集管内部结构示意图。
33.图6是本发明提供的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置其中的新型热管式换热器的内部结构示意图。
34.图中，1、压缩机，2、室外换热器，3、节流装置，4、四通换向阀，5、阀门1，6、阀门2，7、阀门3，8、阀门4，9、底部盘管，10、顶部盘管，11、下集管，12、上集管，13、高效罩极电机，14、贯流风机，15、热管组，16、肋板，17、电加热器，21、进风口，22、出风口，23、风道，31、风机进风口，32、风机出风口，33、轴承支座，41、工质，42、翅片，61、进口，62、出口，63、蒸发管束，64、热泵工质。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
36.实施例1
37.如图1所示，一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，该装置包括热泵系统和新型热管式换热器。热泵系统包括压缩机(1)、室外换热器(2)、节流
装置(3)、四通换向阀(4)、阀门1#(5)、阀门2#(6)、阀门3#(7)、阀门4#(8)、底部盘管(9)和顶部盘管(10)。新型热管式换热器包括下集管(11)、上集管(12)、高效罩极电机(13)、贯流风机(14)、热管组(15)、肋板(16)、电加热器(17)。热泵系统中，压缩机(1)的进口与四通换向阀(4)的c口相连，压缩机(1)的出口与四通换向阀(4)的a口相连；室外换热器(2)分别与节流装置(3)的一端以及四通换向阀(4)的d口相连；四通换向阀(4)的b口通过一个三通管分别与阀门1#(5)和阀门3#(7)相连；节流装置(3)的另一端通过一个三通管分别与阀门2#(6)和阀门4#(8)相连。
38.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，阀门1#(5)与顶部盘管(10)的出口相连，阀门2#(6)与顶部盘管(10)的进口相连；阀门3#(7)与底部盘管(9)的进出口相连，阀门4#(8)与底部盘管(9)的进出口相连。
39.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，热泵系统的底部盘管(9)与新型热管式换热器的下集管(11)焊接，顶部盘管(10)与新型热管式换热器的上集管(12)焊接，彼此之间封闭隔离。
40.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，贯流风机(14)的进风口(21)处于热管组(15)的底端，出风口(22)处于热管组(15)的顶端。
41.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，贯流风机(14)的左侧和高效罩极电机(13)的右侧用带着螺丝孔的u形固定件的连接器连接到上集管(12)的左右两端。
42.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，贯流风机(14)和顶部盘管(10)都在上集管(12)内，且顶部盘管安装并固定在贯流风机的风道(23)内。
43.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，热管组(15)的底端插入下集管(11)的底端并与空气互通，且与底部盘管(9)彼此相互交错。
44.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，热管组(15)的热管是双层的，外管与内管之间的夹层为工质，内管内的夹层为贯流风机(14)的进风口。
45.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，热管组(15)的热管内管内的夹层加上合理的翅片。
46.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，肋板(16)与热管组(15)相互平行。
47.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，新型热管式换热器由数量不等的热管组(15)竖直排列组成，热管组的上端与上集管(12)连接，热管组的下端与下集管(11)连接。
48.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，新型热管式换热器中的热管组(15)是单根管组成，或者是其他型式的回路。
49.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，电加热器(17)插入下集管(11)内并处在所充注的制冷剂液面以下。
50.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，热管系统中可充注r-32、r-134a、r-410a等常用有机制冷工质，也可充注水溶液、乙醇等无机化
合物或混合制冷剂。
51.所述的一种带风机冷热两用新型换热末端的空气源热泵装置，其特征在于，新型热管式换热器内的热管工质(41)充注一定质量的制冷剂，与热泵内的热泵工质(64)制冷剂相同或不同。
52.实施例2
53.在图1所示实施例中，当夏季制冷时，阀门1#(5)和阀门2#(6)打开，阀门3#(7)和阀门4#(8)关闭，上集管(12)中的顶部盘管(10)用作热泵系统的蒸发器，和上集管中的气态工质进行换热，热管换热器内的气态工质凝结成液态，最后靠重力作用下回到下集管(11)内。
54.当冬季制热时，阀门1#(5)和阀门2#(6)关闭，阀门3#(7)和阀门4#(8)打开，下集管(11)的底部盘管(9)用作热泵系统的冷凝器，和下集管中的液态工质进行换热，热管换热器内的液态工质吸热蒸发实现热泵冷凝器内工质的凝结放热。
55.当新型热管式换热器的外壁霜层达到一定厚度时，下集管(11)中的电加热器(17)开启，加热热管式换热器内的工质，并将热量传递给热管式换热器的外壁面，实现快速融霜。
56.冬季气温较低热泵供热量不足时，开启热泵并用电加热器(17)辅助加热。
57.实施例3
58.在图2所示实施例中，是新型热管式换热器的结构示意图，其中，在上集管(12)中增加了一个贯流风机(14)，为了在开启制冷模式时，同时开启风机，增大热管辐射的传递效率。风机的构造原理图如图3所示，风机的进风口为热管的底端并通过下集管的底端，同时在下集管(12)的底端设一个可开关的通风口。风机进风时通过双层热管内管的内部。风机的出风口为热管的顶端并在风道(23)通过热管向室内辐射传热。
59.实施例4
60.在图6和图4所示实施例中，是新型热管换热器内部结构的二维图和三维图。在双层热管内部结构中，最内部热管中设置了翅片，为了进风机的风增加紊流，增强扰动性，使得热管向室内热辐射的热量更多；而在内管和外管的夹层中充注了工质，使得工质和进凤处互不干扰。
61.实施例5
62.在图5所示实施例中，是新型热管换热器下集管的内部结构。底部盘管(9)与热管底部之间相互交错，可以根据实际情况设置底部盘管的形状并且与热管底部相互错开。
63.以上所述，仅是本发明较佳可行的实施例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的普通技术人员来说，凡属运用本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形都应属本发明权利要求的保护范围之内。