CN101377368A - 热交换器和具有该热交换器的制冷循环装置 - Google Patents

热交换器和具有该热交换器的制冷循环装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热交换器，其包括：多个第一制冷剂管，以及沿空气流动方向与所述多个第一制冷剂管隔开的多个第二制冷剂管。而且，所述多个第一制冷剂管的各个制冷剂管的直径小于所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管的直径。

Description

热交换器和具有该热交换器的制冷循环装置
技术领域
本发明涉及一种用于在制冷剂与空气之间进行热交换的热交换器，以及一种具有该热交换器的制冷循环装置；尤其涉及这样一种热交换器，其中沿空气流动方向前后地设有多个供制冷剂流过的制冷剂管，以及涉及一种具有该热交换器的制冷循环装置。
背景技术
使用制冷循环来冷却/加热空间的制冷循环装置通常包括压缩机、冷凝器、膨胀器和蒸发器。此外，包括冷凝器和蒸发器的热交换器具有供制冷剂流过的制冷剂通道。
现有各种类型的热交换器。例如，在鳍片管(fin-tube)型热交换器中，用于增大传热面积的鳍片(fin)与供制冷剂流过的制冷剂管相联接。更详细地，图1为示出了背景技术热交换器的局部放大侧视图。
如在背景技术热交换器中所示，制冷剂在多列制冷剂管102和104的内部流动，空气A在鳍片106的表面上流动，所述鳍片106的表面是连接至制冷剂管102和104外部的增大的表面。为了在制冷剂和空气A之间进行热交换，热交换器具有适合于制冷剂与空气的特性的最佳传热区域。
此外，成列的制冷剂管102和104设置为使得相同直径的制冷剂管沿着空气流动方向前后地放置，并且使得后列制冷剂管104位于前列制冷剂管102之间的后面。
因为制冷剂的传热系数根据制冷剂管102和104的直径而变化，所以制冷剂管的外侧温度也发生变化。因此，制冷剂与空气之间的热交换量发生变化。此外，对于空气，制冷剂管102和104的行距(row pitch)设定为具有足够的传热面积，并且空气的最佳传热面积根据管的直径而变化。
然而，具有上述结构的背景技术热交换器的总容积由制冷剂管102和104的直径以及鳍片106的宽度L决定。此外，热交换器通常制造得很薄。但是，由于在具有上述结构的热交换器中，制冷剂管102和104的直径彼此相同，所以不便于将热交换器制造得很薄。
此外，在具有上述结构的背景技术热交换器中，空气不被直接传送至的死区108位于制冷剂管102和104的后部，从而减少实际的传热面积。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于解决上述缺陷及其它缺陷。
本发明的另一个目的在于提供一种热交换器，其可被制造得很薄，并使空气和制冷剂不被传送到的死区最小化，以提高热交换器的传热性能。
本发明的另一个目的在于提供一种制冷循环装置，其具有可被制造得很薄并使制冷剂压力损失最小化的热交换器。
正如本文所实施及广泛描述的，为了实现这些和其它目的及优点，同时根据本发明的目的，本发明在一个方案中提供一种热交换器，其包括：多个第一制冷剂管，和沿空气流动方向与多个第一制冷剂管隔开的多个第二制冷剂管。而且，多个第一制冷剂管的各个制冷剂管的直径小于多个第二制冷剂管的各个制冷剂管的直径。
在另一个方案中，本发明提供一种制冷循环装置，其包括：压缩机，其构造为压缩制冷剂；冷凝器，其连接至压缩机并构造为冷凝制冷剂；膨胀器，其连接至冷凝器并构造为使制冷剂膨胀；以及蒸发器，其连接至膨胀器和压缩机并构造为蒸发制冷剂。而且，冷凝器和蒸发器中的至少一个包括多个第一制冷剂管和沿空气流动方向与多个第一制冷剂管隔开的多个第二制冷剂管，多个第一制冷剂管的各个制冷剂管的直径小于多个第二制冷剂管的各个制冷剂管的直径；并且冷凝器和蒸发器中的至少一个还包括连接器，所述连接器构造为将多个第一制冷剂管的各个制冷剂管与多个第二制冷剂管的各个制冷剂管连接在一起，使液态制冷剂流过多个第一制冷剂管并使气体制冷剂流过多个第二制冷剂管。
根据下文中给出的详细描述，本发明的其它应用范围将变得显而易见。然而，应当理解，由于根据这些详细描述，本领域技术人员将会清楚在本发明的精神和范围内的各种变化和改型，所以这些详细的描述和具体的示例虽然示出了本发明的优选实施例，但其仅以示例说明的方式给出。
附图说明
根据下面给出的详细描述和附图，本发明将能被更充分地理解，附图仅用于示例说明，而并非用以限制本发明，其中：
图1为示出了背景技术热交换器的局部放大侧视图；
图2为示出了根据本发明一个实施例的热交换器的概图；
图3为示出了根据本发明一个实施例的热交换器的局部放大侧视图；
图4为示出了图3的鳍片的局部放大立体图；
图5为示出了使图3的前列制冷剂管与后列制冷剂管相连接的连接器的局部剖视图；
图6为示出了基于根据本发明一个实施例的热交换器的制冷剂管列的直径比的性能变化的图表；
图7为示出了具有根据本发明一个实施例的热交换器的制冷循环装置的概图；
图8为示意性比较根据本发明一个实施例的热交换器的传热性能与背景技术热交换器的传热性能的图表。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的实施例。
图2为示出了根据本发明一个实施例的热交换器的概图。如图所示，热交换器包括：供制冷剂流过的多列制冷剂管2和4；以及使前列制冷剂管2与后列制冷剂管4相联接的多个鳍片10。此外，多个鳍片10以预定距离联接至制冷剂管2和4。
此外，制冷剂管2和4沿纵向设置成与空气A的流动方向垂直，鳍片10设置成平行于空气A的流动方向延伸。制冷剂管2和4还包括沿空气流动方向位于前方的前列制冷剂管2和位于后方的后列制冷剂管4。前列制冷剂管2和后列制冷剂管4相互一体地连接，从而使制冷剂流过制冷剂管2和4。
此外，如图3所示，制冷剂管2和4形成为使得前列制冷剂管2的直径D1小于后列制冷剂管4的直径D2。也就是说，在根据本实施例的热交换器中，前列制冷剂管2的直径与后列制冷剂管4的直径不同，以使热交换器可被制造得更薄。尤其是，具有较小直径的制冷剂管2用作前列制冷剂管，以增大受管的截面积影响的制冷剂的流速，并增大制冷剂管的传热系数，特别是前列制冷剂管2内部的传热系数。
此外，当使用具有较小直径的制冷剂管时，传热系数根据制冷剂的流速的增加而增加。然而，当具有较小直径的制冷剂管用作热交换器的前、后列制冷剂管时，由于具有较小直径的制冷剂管的内部的传热面积减小，所以总传热量减少，从而使制冷装置的压力损失增加。此外，当具有较小直径的制冷剂管和具有较大直径的制冷剂管混合用于前、后列制冷剂管2和4时，因制冷剂流速的增加所致的传热系数的增加与压力损失的增加相抵消，从而使传热量总的来说增加。
此外，与所有的前、后列制冷剂管2和4均由具有较大直径的管形成时相比，压力损失降低。也就是说，尽管前列制冷剂管2之间和后列制冷剂管4之间的距离SP减小，空气的压力损失也不会增加。另外，在前列制冷剂管2之间和后列制冷剂管4之间的距离SP减小时，鳍片效率可以增加。此外，由于空气的压力损失的降低，噪音被最小化，并且用于使空气流向热交换器的风扇的电力消耗减少。
此外，与前列制冷剂管2的直径和后列制冷剂管4的直径相同时的情况相比，在具有相同直径的制冷剂管用作前列制冷剂管2时，前列制冷剂管2之后的死区较小。
另外，如图3所示，联接至前列制冷剂管2的前列套环(colar)12的尺寸小于联接至后列制冷剂管4的后列套环14的尺寸。此外，后列制冷剂管4的直径优选设定为3mm至12mm，前列制冷剂管2与后列制冷剂管4形成为使沿与空气流动方向垂直的方向的这些管之间的距离SP为15mm至25mm。
如图3和图4所示，当鳍片10沿空气流动方向被前后地分成围绕前列制冷剂管2的前部鳍片单元16和围绕后列制冷剂管4的后部鳍片单元18时，前部鳍片单元16的宽度RP1和后部鳍片单元18的宽度RP2之和大约为10mm至30mm。
此外，鳍片10还包括切口20和22，所述切口20和22增加了供空气流过的传热面积。在此实施例中，在前部鳍片单元16中形成至少三列前部切口20；而在后部鳍片单元18中形成至少三列后部切口22。
另外，前部切口20的长度SL1优选为0.3mm至1.5mm，后部切口22的长度SL2优选为0.3mm至1.5mm。前部切口20和后部切口22还是彼此不对称的，使得最大程度地提高传热性能。此外，与前列制冷剂管2的直径与后列制冷剂管4的直径相同时的情况相比，在前列制冷剂管2的直径与后列制冷剂管4的直径不同时，前部鳍片单元16中的前列制冷剂管2之间的空间的面积较大。此外，前部切口20的长度SL1长于后部切口22的长度SL2。
此外，前部切口20的宽度d1和后部切口22的宽度d2优选为0.5mm至2mm。这些切口20和22还沿着与套环12和14的凸伸方向相同或相反的方向形成，并且相邻切口之间的最小距离优选为0.5mm。
此外，在这些切口20和22中，前列切口20的长度SL1、宽度d1和数量根据后列切口22的面积和除了切口20与22外的部分的面积优化设计，以便最大程度地确保传热性能。切口之间的距离也设计成使冷凝水可被容易地排出以有效地传热。此外，后列切口22的长度SL2、宽度d2和数量为根据与前列切口20的鳍片面积不同的鳍片面积来设计，因而其可以最大程度地传热。
此外，如图3所示，在前部鳍片单元16和后部鳍片单元18中的切口之间形成扁平单元17和19，并且扁平单元17的宽度d3和扁平单元19的宽度d4制成足够大以使冷凝水可被容易地排出。此外，如图5所示，连接至前列制冷剂管2和后列制冷剂管4的U形连接器24设置成用于联接制冷剂管2和4。
连接器24还形成为使连接至前列制冷剂管2的部分26的直径D3小于连接至后列制冷剂管4的部分28的直径D4。此外，连接器24形成为使得通道的面积从连接至前列制冷剂管2的部分朝向连接至后列制冷剂管4的部分28增加。
随后，图6为示出了基于根据本发明一个实施例的热交换器的制冷剂管列的直径比的、性能变化的图表。尤其是，图6示出了根据管2和4的D1/D2的比值的传热性能。
此外，图6示出了处于下列条件下的一个实施例，即：后列制冷剂管4的直径为3mm至12mm；前列制冷剂管2之间的距离SP和后列制冷剂管4之间的距离SP均为15mm至25mm；以及鳍片的空气流动方向的宽度为10mm至30mm。
如图所示，当D1/D2的比值为0.3至0.95时，可以保持合适的传热性能。此外，当D1/D2的比值小于0.3时，传热性能迅速劣化。即，在根据本发明实施例的热交换器中，D1/D2的比值为0.3至0.95。例如，当后列制冷剂管4的直径D2为7mm时，前列制冷剂管2的直径设定为2.1mm至6.65mm。
随后，图7为示出了具有根据一个本发明实施例的热交换器的制冷循环装置的概图。如图所示，制冷循环装置包括用于循环制冷剂的压缩机32、冷凝器34、膨胀器36和蒸发器38。还包括用于向冷凝器34吹送空气的冷凝器风扇35，所述冷凝器风扇35围绕冷凝器34可旋转地设置。用于向蒸发器38吹送空气的蒸发器风扇39也围绕蒸发器38可旋转地设置。
此外，在制冷循环装置中，蒸发器38用作室内热交换器，以便从室内空气吸收热量并蒸发制冷剂；冷凝器34用作室外热交换器，以便将热量排出至室外空气并冷凝制冷剂。
此外，冷凝器34和蒸发器38中的至少一个由图2至图5所示的热交换器形成。即，冷凝器34和蒸发器38中的至少一个形成为使沿着空气流动方向，前列制冷剂管2的直径小于后列制冷剂管4的直径。在以下的描述中，冷凝器34和蒸发器38由图2至图5所示的热交换器形成。
此外，当冷凝器34和蒸发器38彼此连接，使得液态制冷剂流过前列制冷剂管2并使气体制冷剂流过后列制冷剂管4时，冷凝器34和蒸发器38可被制造得很薄并使制冷剂的压力损失最小化。
此外，在冷凝器34中，后列制冷剂管4、前列制冷剂管2和膨胀器沿制冷剂流动方向顺序地彼此连接，从而使由压缩机32压缩的制冷剂流过后列制冷剂管4，流过前列制冷剂管2，再流向膨胀器。
在蒸发器38中，前列制冷剂管2和后列制冷剂管4沿制冷剂流动方向顺序地彼此连接，从而使由膨胀器36膨胀的制冷剂流过前列制冷剂管2，流过后列制冷剂管4，再流向压缩机32。
随后，图8为示意性比较根据本发明一个实施例的热交换器的传热性能与背景技术热交换器的传热性能的图表。
更具体地，在图8中，示出了当前列制冷剂管2的直径为5mm，后列制冷剂管4的直径为7mm，前部鳍片单元16的宽度RP1与后部鳍片单元18的宽度RP2之和大约为20mm，前列制冷剂管2的中心与后列制冷剂管4的中心之间的距离为9.5mm，并且热交换器用作蒸发器和冷凝器时的传热性能；与在前列制冷剂管2的直径与后列制冷剂管4的直径均为7mm，前部鳍片单元16的宽度RP1与后部鳍片单元18的宽度RP2之和大约为25.4mm，前列制冷剂管2的中心与后列制冷剂管4的中心之间的距离为10.5mm并且热交换器用作蒸发器和冷凝器时的传热性能的比较。
如图所示，本发明的传热性能优于背景技术的传热性能。即，在根据本实施例的热交换器中，如图5所示，尽管鳍片10的前部鳍片单元16的宽度RP1与鳍片10的后部鳍片单元18的宽度RP2较小，但是当该热交换器用作蒸发器和冷凝器时，与前列制冷剂管2的直径与后列制冷剂管4的直径均为7mm时的情况相比，传热性能更高。
在根据本发明的具有上述结构的一个实施例的热交换器中，在多列制冷剂管中，沿着空气流动方向前列制冷剂管的直径小于后列制冷剂管的直径。因此，热交换器可以沿空气流动方向被制造得很薄，并且可以使热交换器的制冷剂管中空气和热量不进行交换的死区最小化，以提高传热性能。
在具有根据本发明的热交换器的制冷循环装置中，液态制冷剂流过具有较小直径的前列制冷剂管，而气体制冷剂流过具有较大直径的后列制冷剂管，从而使冷凝器和蒸发器可被制造得很薄并使制冷剂的压力损失最小化。
因此，根据本发明的一个实施例，热交换器包括多列制冷剂管，并且沿空气流动方向前列制冷剂管的直径小于后列制冷剂管的直径。因此，热交换器可被制造得很薄，并且可以用于能将制冷剂的压力损失最小化的制冷循环装置。死区和压力损失也被最小化。
由于在不背离本发明的精神或必要特性的情况下，本发明的特征可以按照若干形式具体体现，因此，还应当理解，除非特别声明，上述实施例并不限于上述描述的任何细节，而是应在所附权利要求所限定的范围内宽泛地理解，因而所有落入权利要求书的范围或其等同范围内的变化和改型都均由随附的权利要求中所涵盖。

Claims (20)

1.一种热交换器，包括：
多个第一制冷剂管；以及
多个第二制冷剂管，其沿空气流动方向与所述多个第一制冷剂管相隔开，
其中，所述多个第一制冷剂管的各个制冷剂管的直径小于所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管的直径。
2.如权利要求1所述的热交换器，还包括：
至少一个鳍片，其构造成为将所述多个第一制冷剂管联接至所述多个第二制冷剂管，
其中所述至少一个鳍片包括：构造为容置所述多个第一制冷剂管的多个第一开口，和构造为容置所述多个第二制冷剂管的多个第二开口，以及
其中所述第一开口的各个开口的直径小于所述第二开口的各个开口的直径。
3.如权利要求2所述的热交换器，其中，所述至少一个鳍片包括：构造为联接所述多个第一制冷剂管的第一鳍片单元，和构造为联接所述多个第二制冷剂管的第二鳍片单元，
其中所述第一鳍片单元包括多个第一切口，所述第二鳍片单元包括多个第二切口，以及
其中所述多个第一切口的前部切口长于所述多个第二切口的后部切口。
4.如权利要求3所述的热交换器，其中，所述多个第一切口相对于所述多个第二切口非对称地设置。
5.如权利要求1所述的热交换器，其中，所述多个第一制冷剂管的各个制冷剂管的直径与所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管的直径的比值为0.3至0.95。
6.如权利要求5所述的热交换器，其中，所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管的直径为3mm至12mm。
7.如权利要求6所述的热交换器，其中所述多个第一制冷剂管的中心之间的距离与所述多个第二制冷剂管的中心之间的距离均为15mm至25mm。
8.如权利要求2所述的热交换器，其中，所述至少一个鳍片沿空气流动方向的宽度为10mm至30mm。
9.如权利要求1所述的热交换器，其中所述多个第一制冷剂管中的每个制冷剂管的直径均小于所述多个第二制冷剂管中的每个制冷剂管的直径。
10.一种制冷循环装置，包括：
压缩机，其构造为压缩制冷剂；
冷凝器，其连接至所述压缩机并构造为冷凝制冷剂；
膨胀器，其连接至所述冷凝器并构造为使制冷剂膨胀；以及
蒸发器，其连接至所述膨胀器和所述压缩机并构造为蒸发制冷剂，
其中所述冷凝器和蒸发器中的至少一个包括多个第一制冷剂管和沿空气流动方向与所述多个第一制冷剂管隔开的多个第二制冷剂管，
其中所述多个第一制冷剂管的各个制冷剂管的直径小于所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管的直径，以及
其中所述冷凝器和所述蒸发器中的至少一个还包括连接器，所述连接器构造为将所述多个第一制冷剂管的各个制冷剂管与所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管连接在一起，使液态制冷剂流过所述多个第一制冷剂管并使气体制冷剂流过所述多个第二制冷剂管。
11.如权利要求10所述的制冷循环装置，其中，所述连接器还构造为使所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管与所述多个第一制冷剂管的各个制冷剂管沿制冷剂流动方向顺序地连接，使得由所述压缩机压缩的制冷剂流过所述多个第二制冷剂管，流过所述多个第一制冷剂管，再流向所述膨胀器。
12.如权利要求10所述的制冷循环装置，其中，所述连接器还构造为使所述多个第一制冷剂管的各个制冷剂管和所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管沿制冷剂流动方向顺序地连接，使得由所述膨胀器膨胀的制冷剂流过所述多个第一制冷剂管，流过所述多个第二制冷剂管，再流向所述压缩机。
13.如权利要求10所述的制冷循环装置，其中，所述连接器的、连接至所述多个第一制冷剂管的各个制冷剂管的第一部分的直径小于所述连接器的、连接至所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管的第二部分的直径，并且通道的面积从所述第一部分朝向所述第二部分增加。
14.如权利要求10所述的制冷循环装置，其中，所述冷凝器和所述蒸发器中的至少一个还包括至少一个鳍片，所述鳍片构造为使所述多个第一制冷剂管联接至所述多个第二制冷剂管，
其中所述至少一个鳍片包括：构造为容置所述多个第一制冷剂管的多个第一开口，和构造为容置所述多个第二制冷剂管的多个第二开口，以及
其中所述第一开口的各个开口的直径小于所述第二开口的各个开口的直径。
15.如权利要求14所述的制冷循环装置，其中，所述至少一个鳍片包括：构造为联接所述多个第一制冷剂管的第一鳍片单元，和构造成为联接所述多个第二制冷剂管的第二鳍片单元，
其中所述第一鳍片单元包括多个第一切口，所述第二鳍片单元包括多个第二切口，以及
其中所述多个第一切口的前部切口长于所述多个第二切口的后部切口。
16.如权利要求15所述的制冷循环装置，其中，所述多个第一切口相对于所述多个第二切口非对称地设置。
17.如权利要求10所述的制冷循环装置，其中，所述多个第一制冷剂管的各个制冷剂管的直径与所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管的直径的比值为0.3至0.95。
18.如权利要求17所述的制冷循环装置，其中，所述多个第二制冷剂管的各个制冷剂管的直径为3mm至12mm，以及
其中所述多个第一制冷剂管的中心之间的距离和所述多个第二制冷剂管的中心之间的距离均为15mm至25mm。
19.如权利要求18所述的制冷循环装置，其中，所述至少一个鳍片沿空气流动方向的宽度为10mm至30mm。
20.如权利要求10所述的制冷循环装置，其中，所述多个第一制冷剂管中的每个制冷剂管的直径小于所述多个第二制冷剂管中的每个制冷剂管的直径。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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