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换热器又称热交换器,是工业热泵中必不可少的部分。热泵设备的换热器有蒸发器、冷凝器、蒸发-冷凝器、中间冷却器、回热器等,其中蒸发器和冷凝器的换热效率对热泵设备的性能有决定性的影响。
换热器使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,热泵设备中蒸发器、冷凝器的热量传递方向不同:工质在蒸发器中汽化,从热源吸热,进而在冷凝器中液化,向热汇放热。
根据换热介质不同,工业热泵的换热器的形式有所区别,主要可分为风冷式换热器、水冷式换热器和蒸发式换热器。风冷式换热器的主要代表是翅片管式换热器。水冷式换热器的主要代表是管壳式换热器、板式换热器、套管式换热器。
翅片管式换热器的基本传热元件为翅片管,由基管和翅片组合而成。翅片主要作用为增加换热面积,往往盘绕在盘管表面,通常呈U型以适配壳体。同时,为加快空气流经蒸发器,提高换热效率,换热器往往配有外机风扇。翅片管式换热器具有结构简单、改造灵活、易于加工、适应能力强等优点,是应用最广泛的换热器之一。为了降低能耗与提高换热性能,目前翅片管式换热器技术在朝着开发管翅材料、优化加工工艺、设计新型流程结构等方面发展,旨在提高换热效率,减少所需换热面积。
管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板(挡板)和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形,内部装有管束,管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体,一种在管内流动,称为管程流体;另一种在管外流动,称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数,通常在壳体内安装若干挡板。该换热器结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢;但传热系数低、占地面积大。
板式换热器由许多金属板片贯叠连接而成,片与片之间采用焊接密封,形成传热板两侧的冷、热流体通道,在流动过程中通过板壁进行热交换。两种流体在流道内呈逆流式换热态势,加之板片表面制成瘤形、波纹形、人字形等等各种形状有利于破坏流体的层流膜层,在低速下产生旋涡,形成旺盛素流强化了传热作用。板片的各种形状造就了板片间的许多支撑点,使得可以承受3MPa左右压力的换热器板片厚度可减少到0.5mm左右(其板距一般为2~5mm),使其在相同负荷的情况下,体积仅为壳管式的1/3~1/6,重量只有壳管式的1/2~1/5,所需的工质充注量仅为其1/7。就水的换热而言,在相同负荷同样水速的条件下,传热系数为壳管式传热系数的2~5倍。板式换热器具有体积小、重量轻、传热效率高、可靠性好、工艺过程简单、适合于批量生产的优点,但也存在易堵塞、压力损失较大等缺点。
套管式换热器的核心部分是由两种不同直径的直管套在一起组成的同心套管。换热时一种流体走内管,另一种流体走环隙,内管的壁面为传热面。每一段套管称为一程,程数可根据传热面积要求而增减。套管式换热器的优点是结构简单、耐高压、传热面积可根据需要增减。其缺点是单位传热面积的金属耗量大;套管接头多,检修清洗不方便。此类换热器适用于高温、高压及小流量流体间的换热。
水泵是整个工业热泵循环系统的动力输配装置,无论在空气源、地源、水源还是余热源热泵中,对系统的能耗、制热效果和用户舒适性都起到影响作用。在工业热泵应用中,水泵主要分为屏蔽泵和离心泵。
屏蔽泵是一种无密封泵,泵和驱动电机都被密封在一个被泵送介质充满的压力容器内,此压力容器只有静密封,并由一个电线组来提供旋转磁场并驱动转子。屏蔽泵具有结构紧凑,振动与噪声较小,泵效率高,无泄漏的特点。屏蔽泵由于的定子与转子间隙很小,所以要求输送的水足够干净,否则可能会堵塞屏蔽间隙,影响泵的冷却与润滑,导致烧坏电机。另外,使用屏蔽泵的系统必须有防冻措施,以保证低温环境下水泵里的水不会发生冻结现象从而影响水泵的启动甚至导致损坏。
离心泵的基本构造包括叶轮、泵体、泵轴、电机、轴承、密封环与填料函等。离心泵在泵壳和吸水管内充满水后启动,电机通过泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动,水发生离心运动,被甩向叶轮外缘,经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。离心泵的优点包括结构简单紧凑、可高速运行、经久耐用、排液均匀无脉冲等,但是易发生气缚和气蚀现象,应尽量避免。
工业热泵用阀件主要包括截止阀、电子膨胀阀等。截止阀,也叫截门,是使用最广泛的一种阀门之一。截止阀闭合时依靠阀杠压力,使阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合,阻止介质流通。它在开闭过程中密封面之间摩擦力小,比较耐用,开启高度不大,制造容易,维修方便,不仅适用于中低压,而且适用于高压。但是其结构长度较大,流体阻力大,长期运行时密封可靠性不强。
电子膨胀阀是一种可按预设程序调节进入装置的工质流量的节流元件。它由步进电机、阀芯、阀体、进出液管等主要部件组成,通过电动机转子的转动,使阀芯下端的锥体部分在阀孔中上下移动,以此改变阀孔的流通面积,起到调节工质流量的作用。在一些负荷变化较剧烈或运行工况范围较宽的场合,传统的节流元件(如毛细管、热力膨胀阀等)已不能满足舒适性及节能方面的要求,电子膨胀阀结合压缩机变容量技术已得到越来越广泛的应用。
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