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1、直接式海水源熱泵機(jī)組的設(shè)計(jì)及熱力性能評價(jià) 摘要：本文以海水直接進(jìn)入換熱器的直接式熱泵系統(tǒng)為研究對象，建立機(jī)組設(shè)計(jì)模型，并對該設(shè)計(jì)機(jī)組進(jìn)行組裝實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)分析，對換熱器與設(shè)計(jì)工況進(jìn)行不斷優(yōu)化匹配，實(shí)現(xiàn)了大型熱泵空調(diào)機(jī)組制冷劑內(nèi)轉(zhuǎn)換的可行性，減少管道及換熱器的防腐面積，并達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)要求，為直接式海水源機(jī)組進(jìn)一步優(yōu)化提供了一定的參考?！ ￡P(guān)鍵詞：海水源熱泵；換熱器；傳熱系數(shù)；傳熱系數(shù) DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.235 0引言 海洋熱能是海洋能源的主體，
2、它是海洋上層溫海水與深海冷水之間存在溫差而蘊(yùn)有的能量，海洋能來源于太?能，是儲(chǔ)存于海水中的太陽能，因此是一種可再生能源，地球表面70%為海洋所覆蓋，水體巨大，所包含的熱能十分龐大，據(jù)估計(jì)，海洋能的能量比其他各種海洋能源，如波浪能、潮汐能、海流能的總和還要多。穩(wěn)定性是海洋能一大優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、波浪能、潮汐能都是不穩(wěn)定或是周期性的，其開發(fā)利用都會(huì)碰到復(fù)雜昂貴的蓄能問題，而海洋能本身就是儲(chǔ)存在海洋中的太陽能，海洋就是一個(gè)巨大的儲(chǔ)能器，由于水體巨大，溫度十分穩(wěn)定，其晝夜變化可以忽略，季節(jié)性溫差變
3、化只有2～3℃，并且有規(guī)律，可預(yù)測的，因此海洋能的熱利用是取之不盡，用之不竭的，海水溫度一般在25～30℃，接近常溫，海洋能作為熱源直接使用幾乎沒有意義，然而用熱泵的形式通過熱力循環(huán)，則可以把低品位的熱能轉(zhuǎn)化為高品位的熱能，意義重大?！ ?理論分析 為減少海水對機(jī)組的腐蝕性，降低制造成本，讓海水只通過一個(gè)換熱器是一種比較理想的換熱方式。要使機(jī)組滿足冬夏兩用，須要用四通換向設(shè)備。直接式海水源熱泵機(jī)組，工作時(shí)它的冷熱源可以是海水也可以是污水、工業(yè)廢水，可以將海水或者污水稍加過濾可直接通入?！ ∠募局评溥\(yùn)行時(shí)：壓縮
4、機(jī)通過四通閥不斷地從滿液蒸發(fā)器中抽取制冷劑蒸氣，經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮，制冷劑由低溫低壓蒸氣轉(zhuǎn)變成高溫高壓蒸氣。高溫高壓制冷劑蒸氣通過四通閥進(jìn)入冷凝器器內(nèi)冷凝，放出大量熱被換熱器管程海水或者污水吸收，被冷凝的高壓液體制冷劑經(jīng)電子膨脹閥節(jié)流、降壓，轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪褐评鋭庖夯旌衔?。?jīng)過止回閥進(jìn)入滿液蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，從空調(diào)冷凍水中吸收熱量，從而降低了空調(diào)水的溫度，低壓制冷蒸氣進(jìn)入四通閥被壓縮機(jī)抽取，從而形成一個(gè)制冷循環(huán)?！ 《局茻釙r(shí)：壓縮機(jī)排出的高溫蒸汽通過四通閥進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝，與系統(tǒng)水進(jìn)行換熱，熱水可以直接通入熱負(fù)荷區(qū)域，
5、冷凝下來的液體經(jīng)過電子膨脹閥及止回閥，進(jìn)入蒸發(fā)器，從海水源或者污水源中吸收熱量蒸發(fā)成低壓氣體，這些低壓制冷劑氣體通過四通閥進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮形成一個(gè)制熱循環(huán)。 2設(shè)計(jì)過程 ?。?）設(shè)計(jì)工況?！ ≌舭l(fā)溫度3.5℃冷凝溫度34℃ 冷媒水進(jìn)水溫度12℃，出水溫度7℃ 熱源水進(jìn)水溫度18℃，出水溫度29℃ ?。?）設(shè)計(jì)負(fù)荷：180lt ?。?）換熱器選型計(jì)算?！ ∵M(jìn)入海水的換熱器采用高性能的Ni-Cu換熱管，殼體用碳鋼板，內(nèi)涂防腐材料，封頭采用鑄鐵封頭，內(nèi)涂防腐涂料。另一臺(tái)換熱器為普通換熱器，但換熱管表面強(qiáng)化方式
6、相同?！ ∮捎诒緳C(jī)組設(shè)計(jì)采用制冷劑內(nèi)轉(zhuǎn)換形式，所以蒸發(fā)器即使冷凝器又是蒸發(fā)器，所以本機(jī)組換熱器設(shè)計(jì)冷凝器與蒸發(fā)器換熱面積相等。本換熱器采用高低相間的尖肋梯形槽VA換熱管，換熱器按滿液換熱器設(shè)計(jì)?！ 」軆?nèi)為單相強(qiáng)制對流換熱。 計(jì)算結(jié)果： ?。?）四通閥：本項(xiàng)目與制冷配件公司聯(lián)合開發(fā)超大型四通閥，以適應(yīng)大型海水源熱泵的需求?！ 。?）壓縮機(jī)：選擇比澤爾壓縮機(jī) ?。?）膨脹閥：采用愛默生X7電子膨脹閥 3測試結(jié)果 測試數(shù)據(jù)如表2： 從數(shù)據(jù)上看，此結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)的92%，在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行開始30min左右，就會(huì)出現(xiàn)冷凝
7、器高壓報(bào)警的現(xiàn)象，冷凝溫度過高，通過調(diào)整膨脹閥的開度，作用不是很大，通過蒸發(fā)器視液鏡可以看到蒸發(fā)器內(nèi)最頂端有大量白色泡沫，壓縮機(jī)視液鏡內(nèi)也有出現(xiàn)白色泡沫，應(yīng)該可以看出，壓縮機(jī)有液擊現(xiàn)象，制冷劑可能過量，對于雙滿液換熱器，制冷劑使用量不好確定，然后開始對制冷劑的使用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?！ ?shí)驗(yàn)過程中，蒸發(fā)器內(nèi)白色泡沫明顯減少，壓縮機(jī)視液鏡內(nèi)沒有白色泡沫，制冷劑過量問題得到改善。通過圖2可以看出，隨著制冷劑不斷減少，到120公斤左右時(shí)，蒸發(fā)溫度提高到1.5℃，再減少制冷劑就會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)溫度呈下降趨勢，從圖3看出，制冷量達(dá)也在
8、120kg左右達(dá)到最高制冷量610kw左右，再減少制冷劑使用量，就會(huì)出現(xiàn)制冷劑降低的情況。在對制冷劑進(jìn)行減少過程中，制冷量和蒸發(fā)溫度都有變化，但是影響不是非常明顯。壓縮機(jī)還是出現(xiàn)高壓報(bào)警情況，另外還出現(xiàn)高溫報(bào)警。最后判斷為冷凝器冷凝面積小。通過對換熱器預(yù)留孔增加換熱管以增大換熱面積的方式，逐步加大冷凝器面積?！ 膱D4可以看出，隨著換熱面積不斷增加，蒸發(fā)溫度與制冷量不斷提高，但是隨著面
