[01171560]微通道分液冷凝热泵热水器的产业化应用

1、课题来源与背景 课题来源：广东省科技计划项目（微通道分液冷凝热泵热水器的产业化应用,2016B020243010）,项目经费800万。 背景：工业及民用热水能耗占全球总能耗近20%,热水制备设备的能效至关重要。热泵式热水器具有“节能、安全、环保、高效”等显著优势,2016年市场预测产值逾150亿元。冷凝水箱是热泵热水器的关键部件,因传统沉浸式冷凝器与水直接接触易腐蚀结垢而能效衰减严重,造成设备短期报废。为适应复杂水质,外盘管冷凝器已成为行业新方向,但其换热低效,成本高,亟需高效热泵热水器以促进产品升级换代、引领行业快速发展。 2、技术原理及性能指标 技术原理：在凝结换热过程中,一定进口长度内可保持很高凝结换热系数,随着冷凝的进行,壁面凝结液厚度逐步增加,凝结液膜阻碍了蒸汽与壁面的接触,是凝结换热主要热阻,冷凝效果恶化同时,也带来了流动失稳或产生震荡,增大流动阻力,影响系统运行稳定性和调控等。采用分液结构实现冷凝沿程中蒸汽与凝结液的多次分离,使管内蒸汽充分与管壁接触,维持换热器管内高传热。同时,通过将冷凝液分离,减少了进入下游段的冷凝液量,避免了复杂的二相流动,有效降低汽液两相的流动阻力。另者,通过合理的流量分配,使全程换热通道能够维持均匀的流动和传热条件,避免局部换热弱化的情况。因此,“分液冷凝”技术可大幅提升冷凝器的流动和传热性能。 性能指标：完成了三类产品,在权威机构做了检测,各项指标都达到标准。 3、技术的创造性与先进性 （1）分液冷凝技术：依托于分液冷凝换热的发明专利技术,可实现分段冷凝、管程间自动排液,提高冷凝换热能力;通过全新管程优化程序,控制制冷剂流量,降低冷凝器压降;（2）关键加工技术：包括激光精细开孔技术及隔板-联箱滚压镶嵌技术;（3）分液冷凝器与水箱一体化加工工艺：包括水箱内胆新加工工艺,导热硅脂的热性能改良及其均匀涂抹工艺等;（4）系统优化方法：三类热水器系统集成与性能优化方法。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 以水箱外绕盘管式冷凝器为核心,通过换热器关键部件优化设计、分液冷凝器设计制造、水箱与分液冷凝器一体化设计制造、新型热泵热水系统优化匹配、及与此新产品对应生产工艺流程标准化等一系列关键技术创新,已经实现该新型热泵热水器的产业化,技术成熟度高。 分液冷凝技术适用范围广,可应用于制冷空调、热泵领域的冷凝器,实现分液冷凝器换热能力大幅提升,系统在不增加换热面积的情况下,实现能效等级的提升。该气液分离方法和技术可用于任何基于重力作用的两相流动过程的气液分离：如低品位热能驱动有机朗肯循环发电系统的冷凝器、合成氨系统中的氨分离、蒸汽管线冷凝水分离、水冷却塔后的冷凝水分离、地热蒸汽分离器等。 该技术实现强化传热,安全可靠。 5、应用情况及存在的问题 应用情况：该成果在广东高而美制冷设备有限公司进行开发与推广应用,使空气源热泵系列新产品更节能,更环保,深受广大用户的信赖和好评。连续中标多项政府采购空气源热泵采暖设备项目,获得多个“煤改清洁能源”政府采购订单。公司热泵系列新产品在国内的市场份额和行业地位迅速得以提升,得到了各级政府及相关部门的认可和肯定。通过应用成果带动了产业配套、通过大力市场推广推动热泵产品朝着更节能、更环保的方向发展。 陆续在多家企业推广应用,因其性价比更高,产品更节能,更环保,深受广大用户的信赖和好评,新产品在消费者中认可度得以持续提升,品牌价值得到迅速提升,取了良好的经济效益和社会效益。 存在的问题：无 6、历年获奖情况 （1）2018年获得广东省科技进步二等奖.（2）2019年入选《2019年中国制冷学会节能环保技术目录》。（3）2019年入围广东高校高质量科技成果库。 7、成果简介要向社会公开 首先建立了联箱-气液分离器的数学模型,考察了在稳定状态下孔径、孔数以及其组合方式、入口干度和流量对液膜高度的影响;得出了分液效率的经验公式,确定了分液联箱的工艺方法。建立了扁管微通道分液冷凝的物理和数学模型,编写了微通道分液冷凝器的设计软件,对多流程微通道分液冷凝器结构进行了优化,制定了工艺流程。建立了分液冷凝水箱的动态模型,对导热硅脂进行了改进。最后对微通道分液冷凝热泵热水器进行了匹配,以COP为优化目标对系统进行了优化。取得了分液隔板的优化设计、分液冷凝器的管程优化、冷凝器与水箱换热定量分析和分液冷凝热泵热水产品的系统匹配等一系列突破。开发了多款产品,并进行市场推广。 主要成果：（1）发表SCI论文10篇,EI论文6篇。获得发明专利授权1件、实用新型专利授权4件,软件著作3件,发明专利申请实审5件,受理PCT专利1件;（2）培养博士生2名,硕士生7名,引进了6名校青年百人和博士后;（3）开发的“高能效空气源热泵热水器”等9类产品被认定为“广东省高新技术产品”;制定了企业标准,形成了工艺报告;（4）成果产品均通过了威凯检测技术有限公司、佛山市量计量监督检查中心等在权威机构的检测,并出具了检测报告。