迎战高温热水：分离式压缩热泵系统

在社会生产和日常生活中，经常需要较高温度的热水（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，均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的提高，以R22为工质的热泵热水器，理论上的出水温度不宜超过48℃，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℃，这在客观上造成了压缩机经常处于超负荷工作状态，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，大大降低了装置的可靠性和使用寿命。

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。