CN101021376A - 冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非过冷型冷凝器。该非过冷型冷凝器，包括，若干规则排列的散热管，散热管两端连接并导通的两根集流管，在集流管上设置两个分别作为制冷剂进口和制冷剂出口的开口，两根集流管中设置使制冷剂在冷凝器中折回流动的若干隔板，在集流管内，除了与冷凝器的制冷剂出口最接近的隔板，在其他至少一块隔板上开至少一个通孔。本发明还公开了一种过冷型冷凝器，该过冷型冷凝器在部分隔板上打通孔。本发明在冷凝器中使用分流控制器，实现制冷剂在冷凝器中的流动产生分流和并流的混联流动效果，实际上是一种混联式冷凝器。解决了不增加冷凝器体积提高冷凝器散热效果的问题，同时降低了制冷剂在去过热区的流动阻力。

Description

冷凝器

技术领域

本发明涉及一种热交换装置，特别是冷凝器。

背景技术

冷凝器，是使经过压缩机压缩的高温高压制冷剂在流过它的过程中通过其外壁与空气发生热交换从而使制冷剂冷却的装置，现有的冷凝器一般分为非过冷型和过冷型。

所述非过冷型冷凝器包括，若干规则排列的散热管、分别连接在散热管两端并与之相通的两根集流管、在集流管上设置两个分别作为制冷剂进口和出口的开口、两根集流管中交错设置若干隔板使制冷剂在冷凝器中从进口折回流动到出口。

所述过冷型冷凝器包括，若干规则排列的散热管，分别连接在散热管两端并与之相通的两根集流管，在集流管上设置两个分别作为制冷剂进口和出口的开口，两根集流管中设置使制冷剂在冷凝器中折回流动的若干隔板，所述若干隔板中的两块隔断隔板分别设置在两根集流管的同一根散热管两端开口的位置，所述两块隔断隔板中的一块与同一集流管中相邻的两块相邻隔板构成两个空腔，所述两个空腔分别开孔与储液干燥器的进口和出口端连通，使制冷剂能够全部的通过储液干燥器。

冷凝器的工作原理，使经过压缩机压缩的高温高压制冷剂在冷凝器中沿由若干隔板隔成的通道流动，并在流经散热管的过程中通过其外壁与空气发生热交换，从而使制冷剂冷却，放出热量。为了达到更好的热交换效果，通常用多根散热管并行排列当作一个制冷剂通道，并且让制冷剂在冷凝器中有尽可能多的流动长度。

制冷剂在进入冷凝器时呈过热蒸气状，流出冷凝器时则呈过冷液体状。根据制冷剂在冷凝器中的热力学过程，可将冷凝器分为去过热区、冷凝区和过冷区。

以下就是各个区特性的介绍：

在去过热区中，制冷剂由过热蒸气状通过散热转变为饱和蒸气。其特点是：

1、较高的制冷剂流动阻力以及较低的传热；

2、由于过热蒸气的比容高，去过热区内管组要求的管数多；

3、在有效利用冷凝器的散热管传热表面积方面效率差。

在冷凝区中，制冷剂由饱和蒸气冷却为饱和液体。其特点是：

1、制冷剂呈汽液混合状；

2、传热系数最高(显热+潜热)，由于相变，有一定的流阻；

3、在有效利用冷凝器表面积方面效率最高，为了更好的散热效果需要更多的散热管管数。

在过冷区中，制冷剂由饱和液体状进一步冷却成过冷液体

1、制冷剂呈纯液态流阻低，传热效果一般；

2、由于液体的比容低，每层流道要求的管数最少；

3、在有效利用冷凝器的散热管传热表面积方面效率一般。

一般情况下，制冷剂的密度在蒸气状态和液体状态的差别很大，例如R134a制冷剂在蒸气状态下的密度是在液体状态下的密度的1/17。制冷剂在去过热区的蒸气状态下比容很大、流动阻力高，因此需要更多的散热管流通；制冷剂在冷凝区有效利用冷凝器表面积方面效率最高，显然增加冷凝区的散热管可以提高整个冷凝器的散热效果。

在现有的技术下，为了减小去过热区的流阻必须增加去过热区的散热管数量，为了更好的提升散热效果就必须增加冷凝区的散热管数量。这样就势必增加了冷凝器的体积，生产的成本也上升。或者为了控制冷凝器的体积和生产成本，就只能牺牲冷凝器的性能。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种优化制冷剂的流动路线，在不增加冷凝器的体积的情况下提高冷凝器的散热效果的冷凝器。

本发明首先提供一种非过冷型冷凝器，包括，若干规则排列的散热管，散热管两端连接并导通的两根集流管，所述集流管上设置两个分别作为制冷剂进口和制冷剂出口的开口，所述两根集流管中设置使制冷剂在冷凝器中折回流动的若干隔板，在所述集流管内，除了与冷凝器的制冷剂出口最接近的隔板，在其他至少一块隔板上开至少一个通孔。

优选地，所述隔板的数量为三块。

优选地，除了与冷凝器的制冷剂出口最接近的隔板，在另外两个隔板上开至少一个通孔。

优选地，所述隔板的数量为五块。

优选地，除了与冷凝器的制冷剂出口最接近的一个隔板，在另外四个隔板上开至少一个通孔。

优选地，所述隔板上的通孔的当量面积在0.1到10平方毫米之间。

本发明还提供一种过冷型冷凝器，包括，若干规则排列的散热管，散热管两端连接并导通的两根集流管，在集流管上设置两个分别作为制冷剂进口和制冷剂出口的开口，两根集流管中设置使制冷剂在冷凝器中折回流动的若干隔板，所述若干隔板中的两块隔断隔板分别设置在两根集流管的同一根散热管两端开口的位置，在所述集流管内，除所述两块隔断隔板和最接近冷凝器的制冷剂出口的隔板外，在其他至少一块隔板开至少一个通孔。

优选地，所述隔板上的通孔的当量面积在0.1到10平方毫米之间。

与现有技术相比，本发明提供的冷凝器在隔板上开有通孔，形成分流控制器，通过分流控制器使制冷剂在冷凝器中流动时实现分流，使制冷剂在冷凝器中产生混联流动，优化制冷剂在冷凝器中的流动路线，从而强化两相流区提高冷凝器的散热效果，同时降低了制冷剂在去过热区的流动阻力。本发明在冷凝器中使用分流控制器，实现制冷剂在冷凝器中的流动产生分流和并流的混联流动效果，实际上，是一种混联式冷凝器。

1、在去过热区。当制冷剂过热蒸气进入冷凝器的集流管时，大部分过热蒸气进入散热管，也就是进入去过热区，而有一部分过热蒸气就通过集流管和隔板上的通孔直接进入了冷凝区。同样，上述的大部分过热蒸气在通过散热管进入另一根集流管后，也可以通过集流管和隔板上的通孔进入冷凝区。由于制冷剂过热蒸气的比容大、流动阻力高，所以在去过热区所需的散热管数量相当多。制冷剂过热蒸气通过隔板上的通孔分流而直接进入冷凝区后，去过热区的散热管数量就可以相对的减少，从而相应增加冷凝区的散热管数量。由于在冷凝区制冷剂存在汽液两种状态而且在有效利用冷凝器表面积方面效率最高，因此能得到最好的散热效果。并且通过隔板上的通孔直接进入冷凝区的制冷剂过热蒸气与汽液两相流混合后，可使流动扰动加剧，从而强化传热。

2、在冷凝区。制冷剂处于汽液两种状态的混合体，必定有一部分凝结成液体，而该部分液体由于重力作用通过集流管和隔板上的通孔直接进入过冷区，同时，为了防止没有完全液化的制冷剂直接从制冷剂出口离开冷凝器，在制冷剂出口最接近的一块隔板上是不开通孔的。这样，凝结的液体在冷凝器中流动的距离就大大缩短，从而节省了冷凝区的散热管的空间，使制冷剂汽液两相混合体在冷凝区的散热更加的充分。在过冷型冷凝器中，储液干燥器串联在冷凝器的过冷区中，为了保证所有的制冷剂都通过储液干燥器，所述两块隔断隔板不开通孔。

本发明提供的冷凝器优化了制冷剂在冷凝器中的流动路线，对去过热区散热管数量的要求降低，从而强化冷凝区，提高整个冷凝器的散热效果，同时降低了制冷剂在去过热区的流动阻力，为制作更小的散热器提供了可能。并且在隔板上开通孔在制作的工艺上也非常的简单。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

请参看图1，为本发明第一实施例的结构示意图。

如图1所示，是一种非过冷型冷凝器，包括，若干规则排列的散热管107、分别连接在散热管两端并与之相通的第一集流管108和第二集流管109、在第一集流管108上分别设置制冷剂进口和制冷剂出口、两根集流管中交错设置若干隔板使制冷剂在冷凝器中从进口折回流动到出口，所述的隔板中，隔板101、隔板102、隔板103和隔板104上开有通孔。

当制冷剂过热蒸气进入冷凝器的第一集流管108时，大部分过热蒸气进入散热管107，也就是进入去过热区，而有一部分过热蒸气就通过第一集流管108和隔板101上的通孔直接进入了冷凝区。同样，上述的大部分过热蒸气在通过散热管进入第二集流管109后，也可以通过第二集流管109和隔板103上的通孔进入冷凝区。由于隔板101和隔板103上的通孔的分流作用，使制冷剂过热蒸气在去过热区的容积减小、流动阻力下降，从而在去过热区所需的散热管数量也就可以相应的减少，从而适当增加冷凝区的散热管的数量，由于在冷凝区制冷剂存在汽液两种状态而且在有效利用冷凝器表面积方面效率最高，因此能得到最好的散热效果，同时降低了制冷剂在去过热区的流动阻力。并且通过隔板上的通孔直接进入冷凝区的制冷剂过热蒸气与汽液两相流混合后，可使流动扰动加剧，从而强化传热。

由于散热管的散热作用，在冷凝区内制冷剂蒸气已经变成了气态和液态的混合状态。当制冷剂汽液混合体进入第一集流管108内的隔板101和隔板102之间时，已经有一部分的制冷剂凝结成液体状态，而液体制冷剂由于密度相对大，由于重力作用通过隔板102上的通孔直接进入下一个通道。同样，当制冷剂混合体进入第二集流管109内的隔板103和隔板104之间时，液体制冷剂通过隔板104上的通孔直接进入到过冷区。由于液体制冷剂在冷凝区对传热的贡献相对比较小，因此液体制冷剂尽快的进入到过冷区、节约更多空间给制冷剂汽液混合体是对整个冷凝器的性能有很大提高的。

所述隔板上的通孔，隔板上通孔的数量和形状没有任何限制，但是，为了达到最好的效果隔板上的通孔的当量面积的范围是确定的。以下是初步估算通孔当量面积的方程式：

[x/(1-x)]·[KDh/(2f1L)]1/2≤Ao/A1≤[x/(1-x)]·[KDh/(2f2L)]1/2(1)

制冷剂通过隔板101中的通孔分流，小部分制冷剂通过隔板101上的通孔，大部分制冷剂通过散热管，所述大部分制冷剂通过的散热管为通道106。

Ao：隔板101上通孔的当量面积；

A1：通道101的当量横截面积；；

Dh：通道101的当量水力学直径；

f1：通孔的摩擦系数；

f2：通道106的摩擦系数；

K：穿过通孔损失系数；

L：通道106的长度；

x：主流与分流质量流量分流率。

方程式(1)只是对隔板上的通孔的当量面积做一个初步的估计，由于冷凝器的结构种类很多，具体的当量面积的最后确定必须通过实验来确定。目前来讲，应用于冷凝器上的隔板上的通孔的当量面积应该在0.1到10平方毫米之间，当然也不排除以后出现需要应用更大或更小当量面积的冷凝器。

请参看图2，为本发明第二实施例的结构示意图。

如图2所示，是一种过冷型冷凝器，包括，若干规则排列的散热管207，散热管两端连接并导通的两根集流管，在第一集流管208上分别设置冷凝器的制冷剂进口和制冷剂出口，两根集流管中设置使制冷剂在冷凝器中折回流动的若干隔板，所述若干隔板中的隔断隔板204和隔断隔板206分别设置在两根集流管的同一根散热管两端开口的位置，隔断隔板206与相邻的隔板202、隔板205分别构成两个空腔，所述两个空腔分别设置储液干燥器210的制冷剂进口和制冷剂出口。隔断隔板204和隔断隔板206的位置是两根集流管的同一根散热管两端开口处，从而保证制冷剂完全的进入储液干燥器，而不能从这两块隔板之间流到下个通道中去。因此，除了隔板204、隔板206和隔板205，在其他隔板上是开有通孔的。

当制冷剂过热蒸气进入冷凝器的集流管时，大部分过热蒸气进入散热管，也就是进入去过热区，而有一部分过热蒸气就通过第一集流管208和隔板201上的通孔直接进入了冷凝区。同样，上述的大部分过热蒸气在通过散热管进入第二集流管209后，也可以通过第二集流管209和隔板203上的通孔进入冷凝区。由于隔板201和隔板203上的通孔的分流作用，使制冷剂过热蒸气在去过热区的容积减小、流动阻力下降，从而在去过热区所需的散热管数量也就可以相应的减少，从而适当增加冷凝区的散热管的数量，由于在冷凝区制冷剂存在汽液两种状态而且在有效利用冷凝器表面积方面效率最高，因此能得到最好的散热效果，同时降低了制冷剂在去过热区的流动阻力。并且通过隔板上的通孔直接进入冷凝区的制冷剂过热蒸气与汽液两相流混合后，可使流动扰动加剧，从而强化传热。

同样，隔板上的通孔的当量面积也可以通过实施例1一样的方法确定，对于每块隔板上通孔的数量和形状也没有要求。

从实施例1和2可以看出，本发明的效果的体现并不局限于具有通孔的隔板的数量，也不局限于隔板上的通孔的数量和形状，当然也不局限于某一种结构的冷凝器。所以应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在了解本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，并且应用到车用空调、普通空调、冰箱、热交换器等各种领域，这些改进、润饰或者扩展也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1、一种非过冷型冷凝器，包括，若干规则排列的散热管，散热管两端连接并导通的两根集流管，所述集流管上设置两个分别作为制冷剂进口和制冷剂出口的开口，所述两根集流管中设置使制冷剂在冷凝器中折回流动的若干隔板，其特征在于，在所述集流管内，除了与冷凝器的制冷剂出口最接近的隔板，在其他至少一块隔板上开至少一个通孔。

2、根据权利要求1所述的非过冷型冷凝器，其特征在于，所述隔板的数量为三块。

3、根据权利要求2所述的非过冷型冷凝器，其特征在于，除了与冷凝器的制冷剂出口最接近的隔板，在另外两个隔板上各开至少一个通孔。

4、根据权利要求1所述的非过冷型冷凝器，其特征在于，所述隔板的数量为五块。

5、根据权利要求4所述的非过冷型冷凝器，其特征在于，除了与冷凝器的制冷剂出口最接近的一个隔板，在另外四个隔板上各开至少一个通孔。

6、根据权利要求1-5中任一项所述的非过冷型冷凝器，其特征在于，所述隔板上的通孔的当量面积在0.1到10平方毫米之间。

7、一种过冷型冷凝器，包括，若干规则排列的散热管，散热管两端连接并导通的两根集流管，在集流管上设置两个分别作为制冷剂进口和制冷剂出口的开口，两根集流管中设置使制冷剂在冷凝器中折回流动的若干隔板，所述若干隔板中的两块隔断隔板分别设置在两根集流管的同一根散热管两端开口的位置，其特征在于，在所述集流管内，除所述两块隔断隔板和最接近冷凝器的制冷剂出口的隔板外，在其他至少一块隔板开至少一个通孔。

8、根据权利要求7所述的过冷型冷凝器，其特征在于，所述隔板上的通孔的当量面积在0.1到10平方毫米之间。

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