CN101738103A - 换热装置及换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热装置，包括换热箱体及其内部的换热器，所述换热器包括一个或多个平行叠置的单片换热器，所述单片换热器与气流方向形成有夹角。该换热装置的换热器与气流方向形成的夹角α较大，能够在保持相同箱体宽度和相同换热面积的情况下，使换热器的换热性能得到进一步提高，同时又可以降低箱体高度，节省成本。本发明还公开了一种包括上述换热装置的换热系统。

Description

换热装置及换热系统

技术领域

本发明涉及一种热交换器及热交换装置，特别涉及一种在换热系统中使用的换热装置。本发明还涉及包括上述换热装置的换热系统。

背景技术

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器，其用途比较广泛，例如可以用作制冷系统的冷凝器、蒸发器或者是用作热泵等。

请参考图1，图1为一种比较典型的换热装置的结构示意图。

该换热装置由换热器10、箱体20等部件构成，其换热器包括两个在箱体内左右对称布置的单片换热器10-1，大体上呈“A”字形，这两个单片换热器10-1在流路上相互串联在一起。工作时，换热系统的工质在换热器中吸热或放热，与同时吹过两个单片换热器10-1的空气进行热交换，使其被冷却降温或加热升温，从而达到制冷或供热目的。

由于采用了“A”字形布局方式，因此上述两个单片换热器10-1所在的平面与吹过换热器的气流方向会分别存在一个夹角α，设箱体的宽度为W、高度为H，那么夹角α的正切值，即tanα＝W/2H，受到箱体宽度和高度尺寸的限制，在确保有效换热面积的前提下，这种布局方式所形成的夹角α相对较小，会影响空气吹过换热器表面的均匀度，导致换热器表面的空气流速不均匀，从而影响换热性能，这已成为该类换热器不可避免的一个缺陷。

下面具体分析夹角α如何对换热器的换热性能造成不良影响：

首先，由于换热器的底部与箱体进风口较近，因此夹角α越小，换热器顶部离箱体进风口越远，从而使得空气在顶部的流动阻力要小于在底部的流动阻力，这样往往使的顶部的表面风速要小于底部的表面风速，而表面风速的下降会直接导致换热性能下降。

其次，空气吹过换热器表面的均匀度与夹角α直接相关，夹角α越大，换热器表面的风场均匀度越高，通过实验验证，换热器表面风速与换热表面位置的关系如图2所示，图中示出了两种不同夹角α1和α2的实验数据关系，横坐标为换热器表面风速，纵坐标为换热表面位置，其中α2＜α1，显然，夹角α1的风场要比夹角α2的风场均匀，在换热面积相同的情况下，其换热性能更高。

由于箱体宽度受实际情况所限，变化较困难，所以在上述结构的基础上，增大α势必会减小H，从而减小换热器的换热面积，这会严重影响换热器的换热性能。

因此，如何在保持相同箱体宽度和相同换热面积的情况下，进一步增大换热器与气流方向形成的夹角α，以使其具有更高的换热性能，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种换热器装置，在保持相同箱体宽度和相同换热面积的情况下，该换热装置的换热器与气流方向形成的夹角较大，能够使换热器的表面风场更加均匀，从而可进一步提高换热器的换热性能，同时又可以降低箱体高度，节省成本。本发明的另一目的是提供一种包括上述换热装置的换热系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种换热装置，包括换热箱体及其内部的换热器，所述换热器包括一个或多个平行叠置的单片换热器，所述单片换热器与气流方向形成有夹角。

优选地，所述单片换热器具体为直线型换热器，其有效换热面积部分在同一平面内，与气流方向形成的夹角为锐角。

优选地，所述直线型换热器与气流方向形成的夹角α≤45°。

优选地，所述单片换热器为非直线型换热器。

优选地，所述单片换热器具体为弧型换热器。

优选地，所述弧型换热器底部与气流方向形成的夹角α≤45°，所述弧形换热器顶部与水平方向形成的夹角β≥15°。

优选地，所述单片换热器具体为“A”型换热器。

优选地，所述“A”型换热器两侧与气流方向形成大于等于15°且小于等于45°的夹角。

优选地，所述单片换热器具体为微通道换热器。

本发明还提供一种换热系统，该换热系统包括权利要求1至9任一项所述的换热装置。

本发明所提供的换热器由一个或多个平行叠置的单片换热器构成，各单片换热器以相同的方式与气流方向(与换热器接触时气流的方向)形成夹角，且每一个单片换热器在气流方向上的正投影均覆盖换热箱体的整个进风口。该换热器与传统的“A”字形换热器相比，在相同箱体宽度和相同换热面积的条件下，其与气流方向形成的夹角α较大，由于夹角α变大，使得换热器顶部更加接近换热箱体进风口，空气在顶部和底部的流动阻力差变小，空气吹过换热器时，其风速的均匀度也越高，而均匀的表面风速可确保换热器具有更高的换热性能。此外，由于夹角α变大，换热器在箱体内占用的高度将变小，有助于降低箱体高度，节省成本。

在一种优选方案中，当单片换热器具体为直线型换热器时，其与气流方向形成的夹角α为锐角，将夹角α设定在小于等于45°的合理范围内，可避免因夹角α的过度增大而导致冷凝水滴入下面的管道。

在另一种优选方案中，单片换热器具体为弧型换热器，其弧面圆心位于进风侧，且α≤45°、β≥15°。这样在相同的换热面积下，可以进一步降低换热器和箱体高度，节省成本，且合理的角度范围有利于冷凝水的排除，能够避免冷凝水滴下来进入管道。

在另一种优选方案中，单片换热器具体为“A”型换热器，其开口可正对所述箱体的进风口或出风口，且15°≤α≤45°，这种结构形式，在保证与现有设计相同换热面积的情况下，可以把换热器的高度降到最低程度，成本优势十分明显，且合理的角度范围可减小换热器因中部折弯对表面风场均匀度造成的影响。

本发明所提供的换热系统包括上述换热装置，由于上述换热装置具有上述技术效果，具有上述换热装置的换热系统也应具备相应的技术效果。

附图说明

图1为一种比较典型的换热装置的结构示意图；

图2为图1中所示换热器的表面风速与表面位置关系示意图；

图3为本发明所提供换热装置的第一具体实施方式的结构示意图；

图4为图3所示换热装置省去一个单片换热器时的结构示意图；

图5为图3所示换热装置增加一个单片换热器时的结构示意图；

图6为图3所示换热装置的两个单片换热器采用另一种串联方式的结构示意图；

图7为图3所示换热装置的两个单片换热器采用并联方式的结构示意图；

图8为本发明所提供换热装置的第二具体实施方式的结构示意图；

图9为图8所示换热装置省去一个单片换热器时的结构示意图；

图10为本发明所提供换热装置的第三具体实施方式的结构示意图；

图11为图10所示换热装置省去一个单片换热器时的结构示意图。

图中数字编号所对应的零部件或部位名称如下：

10.换热器  10-1.单片换热器  10-1-1.中间管道  10-1-2.集流管  10-1-3.集流管  10-1-4.集流管  10-1-5.集流管  10-1-6.中间管路  10-1-7.集流管  20.箱体

具体实施方式

本发明的核心是提供一种热交换器及换热装置，该换热装置的换热器在保持相同箱体宽度和相同换热面积的情况下，与气流方向形成的夹角较大，能够使换热器的表面风场更加均匀，从而可进一步提高换热器的换热性能，同时又可以降低箱体高度，节省成本。本发明的另一核心是提供一种包括上述换热装置的换热系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图3，图3为本发明所提供换热装置的第一具体实施方式的结构示意图。

图中箭头方向为空气流动的方向。此种具体实施方式中的换热装置由换热箱体20及其内部的换热器10等部件构成，由于本发明的设计重点在于换热器的结构及其在箱体中的布置方式，因此为了便于描述，对换热装置的其它部件进行了省略。

换热器10包括两个单片换热器10-1，这两个单片换热器10-1均为微通道换热器。

微通道换热器是一种通常采用铝合金材料制成的高效换热器，单片微通道换热器一般包括一对集流管、多根平行分布的扁管和设置在相邻扁管之间的翅片，集流管相互平行且彼此分开一定距离，用于收集换热器其他导管中的制冷剂或将制冷剂分配到换热器的其它导管中，扁管的两端分别联接到所述集流管内腔，其内部形成有微通道，相对于传统的铜翅片换热器而言，具有结构紧凑、换热效率高、质量轻、运行安全可靠等特点。

图中所示为两个单片换热器10-1沿集流管方向的侧视图，其集流管之间的扁管为直管，即两个单片换热器10-1均为直线型换热器，大体上呈扁平的板状结构，其有效换热面积部分在同一平面内。

上述两个单片换热器10-1平行叠置并保持适当间距，在流路上相互串联，其串联的方式是两个单片换热器10-1分别省去位于顶部的集流管，然后通过中间管道10-1-1将扁管连通，工作时，工质从其中一个单片换热器10-1底部的集流管10-1-2进入换热器，在换热器内部沿设计方向流动，并在流动的同时，与吹过翅片的空气进行热交换，完成换热后，从另一个单片换热器10-1底部的集流管10-1-3流出。

由两个单片换热器10-1组成的整个换热器大体上沿箱体20的对角线方向斜向布置，其顶部位于箱体20的左上角，底部位于箱体20的右下角，由于两个单片换热器10-1相互平行，因此与气流方向形成相同的夹角α，显然，在采取这种安装方式后，其tanα＝W/H，其中α为所述单片换热器10-1与气流方向形成的夹角，W为箱体的宽度，H为箱体的高度，两个单片换热器10-1在气流方向上的正投影均覆盖箱体20的整个进风口。

这样在保持相同箱体宽度和相同换热面积的情况下，可以获得比现有设计较大的夹角α，而夹角α的增大，有助于改善换热器表面风场，可提高换热器的换热性能；同时换热器10在箱体20内占用的高度会随着夹角α的增大而变小，可以降低箱体20的高度，有利于节省成本，上述夹角α越大，箱体20的高度越低，根据夹角α的不同，箱体20的高度可降至现有设计的0.5～1倍。

当然，上述夹角α也不能一味增大，如果用作蒸发器，换热器10在运行过程中表面会出现冷凝水，若夹角α太大，换热器10表面的冷凝水会滴入下面的风道，这是不允许的，为避免这一问题，在综合考虑和平衡上述各种因素之后，要保证夹角α≤45°。

工作时，空气不再同时吹过两个单片换热器10-1，而是依次吹过两个单片换热器10-1，空气从箱体20的进风口首先流经第一个单片换热器10-1，经过一定程度的换热后，紧接着又吹过第二个单片换热器10-1，最终完成整个换热过程，由于总的换热面积保持不变，因此其换热性能可保持在较高的水平。

上文所述“第一、第二”等仅是为了便于描述，所述“顶部、底部、左上角、右下角”是基于附图的位置关系，也是为了便于描述，不能狭隘地理解为对本发明的限制。

请参考图6，图6为图3所示换热器的两个单片换热器采用另一种串联方式的结构示意图。

该换热器10与第一具体实施方式中的换热器大体相同，主要区别在于串联的方式不同，其两个单片换热器10-1均为完整的微通道换热器，没有省去顶部的集流管，而是将顶部的集流管10-1-4和集流管10-1-5通过中间管路10-1-6连通，从而在流路上实现串联，其它结构请参考上文的具体描述。

请参考图7，图7为图3所示换热器的两个单片换热器采用并联方式的结构示意图。

除上述串联方式外，两个单片换热器10-1还可以采用并联的方式，如图所示，其具体方式是在两个单片换热器10-1顶部的集流管10-1-4和集流管10-1-5之间再单独增加一根集流管10-1-7，两个单片换热器10-1顶部的集流管分别与集流管10-1-7相连通，在换热过程中，工质从两个单片换热器底部的集流管10-1-2和集流管10-1-3进入换热器内部，完成热交换后，汇集到中间的集流管10-1-7流出换热器。

请参考图4，图4为图3所示换热器省去一个单片换热器时的结构示意图。

当空调系统的换热功率较小时，一个单片换热器就能满足使用要求，在这种情况下，只需要在箱体内安装一个单片换热器10-1即可，其安装方式与上述第一具体实施基本相同，大体上沿箱体20的对角线方向布置，其顶部的集流管10-1-4位于箱体的左上角处，底部的集流管10-1-2位于箱体的右下角处，其tanα＝W/H，在气流方向上的正投影单独覆盖换热箱体20的整个进风口，相当于在第一具体实施方式的基础上省去一个单片换热器，除换热功率变小之外，其它各项性能保持不变。

请参考图5，图5为图3所示换热器增加一个单片换热器时的结构示意图。

当空调系统的换热功率较大时，一个单片换热器或两个单片换热器已不能满足使用要求，在这种情况下，需要进一步增加单片换热器的数量，以使空气在吹过换热器时，能与换热器的翅片进行充分的换热，从而提高换热性能，其安装方式与上述第一具体实施基本相同，三个单片换热器10-1并排平行布置，在流路上相互串联，整体沿箱体的对角线方向布置，其tanα＝W/H，三个单片换热器10-1在气流方向上的正投影均覆盖换热箱体20的整个进风口，相当于在第一具体实施方式的基础上再增加一个单片换热器10-1，除换热功率变大、高度略微增加之外，其它各项性能保持不变。

请参考图8，图8为本发明所提供换热器的第二具体实施方式的结构示意图。

此种具体实施方式中的换热器10由两个单片换热器10-1组成，这两个单片换热器10-1同样为微通道换热器，其集流管之间的扁管朝同一方向弯曲成弧形，由直管变为弯管，从而形成弧型换热器，其弧面圆心位于进风侧，为了说明的简洁，与上述第一具体实施方式相同或相似的结构在下面就不再重复描述。

将单片换热器10-1设计成弧形，在相同的换热面积下，换热器10顶部的位置得以进一步下降，因此可进一步降低换热器10和箱体20的高度，节省成本。但由于换热器10成弧形，顶部比较平坦，与水平方向形成的夹角β较小，不利于顶部冷凝水的排除，为避免冷凝水滴下来进入管道，不仅要求夹角α≤45°，而且要求夹角β≥15°。

请参考图9，图9为图8所示换热器省去一个单片换热器时的结构示意图。

当空调系统的换热功率较小时，一个单片换热器10-1就能满足使用要求，在这种情况下，只需要在箱体20内安装一个弧型单片换热器10-1即可，其安装方式与上述第二具体实施基本相同，相当于在第二具体实施方式的基础上省去一个单片换热器10-1。

请参考图10，图10为本发明所提供换热器的第三具体实施方式的结构示意图。

此种具体实施方式中的换热器10由两个单片换热器10-1组成，这两个单片换热器10-1也是微通道换热器，其集流管之间的扁管从中部折弯成“A”型，从而形成“A”型换热器，其开口正对所述箱体20的进风口。

将单片换热器10-1设计成“A”型，在保证与现有设计相同换热面积的情况下，可以把换热器10的高度降到最低，成本优势明显。由于换热器10的顶部是折弯部位，比现有设计的扁管折弯半径大很多，可将夹角α设定在一个合理的角度范围内，即15°≤α≤45°，以避免夹角α过小而影响换热器表面风场均匀度，进而影响换热器的换热性能。

请参考图11，图11为图10所示换热器省去一个单片换热器时的结构示意图。

当空调系统的换热功率较小时，一个单片换热器10-1就能满足使用要求，在这种情况下，只需要在箱体20内安装一个“A”型单片换热器10-1即可，其安装方式与上述第三具体实施基本相同，相当于在第三具体实施方式的基础上省去一个单片换热器10-1。

当然，“A”型换热器的结构并不限于由一个单片换热器从中部折弯形成，还可以由两个左右对称布置的单片换热器拼装而成，也就是说，不论单片换热器的数量是一个还是两个，都可以形成安装所需的“A”型换热器，对于由两个单片换热器拼装形成的“A”型换热器，其顶部相邻的集流管可采用并联或串联的方式进行连接，也可以省去集流管，直接采用中间管道进行连接，详细连接方式请参考图3、图6、图7所示的结构，就不再重复描述。

可以理解的是，上述各种实施方式中的单片换热器10-1的数量并不局限于一个或两个，也可以是三个、四个或更多个，具体要根据箱体体积、换热功率等因素而定。此外，所述单片换热器的类型也不局限于微通道换热器，还可以是其它类型的换热器，只要满足使用要求即可。

本发明所提供的换热系统包括上述换热器，由于上述换热器具有上述技术效果，具有上述换热器的换热系统也应具备相应的技术效果。

以上对本发明所提供的换热器及换热系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种换热装置，包括换热箱体及其内部的换热器，其特征在于，所述换热器包括一个或多个平行叠置的单片换热器，所述单片换热器与气流方向形成有夹角。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述单片换热器具体为直线型换热器，其有效换热面积部分在同一平面内，与气流方向形成的夹角为锐角。

3.根据权利要求2所述的换热装置，其特征在于，所述直线型换热器与气流方向形成的夹角α≤45°。

4.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述单片换热器为非直线型换热器。

5.根据权利要求4所述的换热装置，其特征在于，所述单片换热器具体为弧型换热器。

6.根据权利要求5所述的换热装置，其特征在于，所述弧型换热器底部与气流方向形成的夹角α≤45°，所述弧形换热器顶部与水平方向形成的夹角β≥15°。

7.根据权利要求4所述的换热装置，其特征在于，所述单片换热器具体为“A”型换热器。

8.根据权利要求7所述的换热装置，其特征在于，所述“A”型换热器两侧与气流方向形成大于等于15°且小于等于45°的夹角。

9.根据权利要求1至8任一所述的换热装置，其特征在于，所述单片换热器具体为微通道换热器。

10.一种换热系统，其特征在于，该换热系统包括权利要求1至9任一项所述的换热装置。

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