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技术专栏

分离式压缩热泵 解决高温热水问题

时间:2012-11-7 10:38:14   作者:http://www.c-kqn.com   来源:慧聪热泵网   阅读:2872   评论:0
内容摘要:    在生产和日常生活中,经常需要温度较高的热水(如印染、屠宰、工业清洗等),但是由于结构等方面的限制,现有的市售热泵热水装置的出水温度一般不能超过60℃,在实验的基础上,对高温热泵的原理和工作状态逐一分析,提出了新的热泵结构和设计要点。...

    在生产和日常生活中,经常需要温度较高的热水(如印染、屠宰、工业清洗等),但是由于结构等方面的限制,现有的市售热泵热水装置的出水温度一般不能超过60℃,在实验的基础上,对高温热泵的原理和工作状态逐一分析,提出了新的热泵结构和设计要点。

    现有热泵热水器,采用现行空调体系所应用的相应部件及设计原则,这些结构限制了出水温度,以R22为冷媒工质的热泵热水器,理论上的出水温度不宜超过55℃,各个厂家出于市场竞争的需要,纷纷将最高出水温度标定到60℃,个别厂家甚至标注为65℃,客观上造成了压缩机经常超负荷工作状态,压缩机电机绕组、排汽温度和运行电流都处于超载状态,润滑油黏度系数大幅度降低,油膜不能很好地保护机械摩擦面,制冷剂和润滑油甚至可能发生分解,大大降低了产品的可靠性及使用寿命。

    高温热泵技术理论上采用单程套管式逆流换热的冷凝换热器,只要充分加大冷凝器的长度,是可以使采用R22工质的热泵装置在它的临界温度(96℃)以下实现较高的高温出水的,尽管成本比较大,但有些公司仍做了可贵的尝试:他们使用5个串联的小换热器充当冷凝器,与水流方向相反运行,在最接近压缩机排汽口的换热器出口产生100℃的开水,这个装置可以在一个有限的时间内实现高温热水的生产,但是由于压缩机工作条件过于恶劣,冷凝器结垢后使系统难以稳定工作,因此最终未能在市场推行。

    采用混合工质,在同样的出水温度下,可以降低工质的工作压力,并降低由于排气压力过高造成的破坏,对制造高温热泵有一定的作用,但是整体式压缩机的破坏很多是由于温度过高造成的,因此,采用混合工质对于幅度提高热泵装置的出水温度的作用还是有限的。关于出水温度提高导致热泵系统工作状态急剧恶化的原因,在后面的泡沫铜换热器介绍中有详细分析。

    根据以上分析,在新的高温热泵热水装置中,放弃采用现有的整体式空调压缩机,而采用汽车空调的压缩机作为这个系统的压缩装置,同时按车用空调的工质选用R134a为高温热泵的制冷剂,这种压缩机的特点如下:汽车压缩机和电动机是分离的,高温的回汽和排汽不会对电机的绕组产生破坏;车载制冷系统的工质为R134a,相对于R22,工作压力较低,临界温度较高,在冷凝温度为60℃时,R22的饱和压力为2.42MPa,而同样温度下的R134a,其饱和压力仅为1.68MPa,较低的工作压力,有利于装置的制造和系统的稳定;R134a的临界温度为101.1℃,R22的临界温度为96℃,高的临界温度有利于制造更高温度的热水。它的物理特性,也符合更严格的环保要求。

    车载压缩机的施用环境温度高达80℃,允许更高的回气温度,许用转速范围极大,为900~8000r/min,功率范围宽广,可以应付各种环境条件。通过调节皮带的传动化,选择合适的排汽输出。如果采用变频电机,可大幅度调节输出功率(调节范围远大于全封闭式变频压缩机);与太阳能集热板直接结合,可不考虑回气压力过高时的过载问题,以获得更高的效率。

    实验选用了车用涡旋式压缩机,排汽量为19mL/r,配用电动机为4.2KW,三角皮带传动,额定转速2900r/min,冷凝器、蒸发器等其他部件规格与“5匹”热泵热水器类似。冷凝器采用逆流套管式换热器,管芯为高效肋化铜管,总长度为16M;蒸发器为普通风冷式换热器,并行4路,迎风面积1.75㎡,风量9000m3/h,循环加热,解决了高温热水难题。


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