CN101776356A - 换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种换热器，其具有制冷模式和制热模式，换热器内的换热系统根据不同的工作模式而自动地切换成不同的流路，从而形成相应的制冷流路和制热流路。换热系统包括：第一端口和第二端口；相互并联的支路，其中包括第一支路，每一条并联支路的第一接口均连接至第一端口，而每一条并联支路的第二接口均连接至第二端口。第一支路配有：设置在第一支路的第二接口与第二端口之间的第一单向阀；设置在第一支路的第一接口与第二端口之间的第二单向阀；以及设置在第一支路的第一接口与第一端口之间的第三单向阀。第一单向阀和第三单向阀的设置方向相同，并都与第二单向阀的设置方向相反。

Description

换热器

技术领域

本发明涉及换热器领域，具体涉及管式换热器。

背景技术

热泵型空调包括室内换热器和室外换热器，在制冷模式下，室内换热器作为蒸发器而室外换热器作为冷凝器，但在制热模式下，室内换热器则转换为冷凝器而室外换热器转换为蒸发器。在现有技术中，一方面，如果在制冷模式下作为蒸发器的室内换热器具有最佳的流路设计(为了平衡传热与压降，分路数一般较多)，则室内换热器在制热模式下作为冷凝器使用时，会因流路内制冷剂的质量流速过低而使得换热性能得不到充分发挥；而另一方面，如果在制冷模式下作为冷凝器的室外换热器具有最佳的流路设计(为了平衡传热与压降，分路数一般较少)，则室外换热器在制热模式下作为蒸发器使用时，会因流路内制冷剂的质量流速过高以及压降过大而使得换热性能也得不到充分发挥，尤其是在高温制热工况下，风冷翅片管式换热器甚至可能出现结霜现象。上述矛盾导致热泵型空调器的室内换热器和室内换热器都只能采用较为折衷的流路设计，然而，在片面追求制冷效果的情况下，将出现制热效果不足甚至热冷比严重下降的现象，对于家用房间空调器而言，这将难以达到GB7725-2004《房间空气调节器》中的热冷比限定值(不低于1.1)。

已公开专利CN 101298935A描述了通过单向阀和管式流路(包括毛细管等)连接两个单排翅片管式换热器，从而构成制冷流程和制热流程，第一换热器和第二换热器在制冷模式下将串联(一进一出流程)，在制热模式下将并联(两进两出流程)，从而改变制冷与制热模式下的制冷剂流程。但是在该专利中，室外换热器在制冷模式下采用单进单出的流程，这只适用于U管数较少的单排翅片管式换热器。当长U管数较多时，室外换热器在制冷模式下的单进单出流程方式会导致管内冷媒压力损失过大，进而导致换热器的换热能力大大降低。同样地，长U管数目较多的室外换热器在制热模式下的两进两出流程也会由于压降过大而容易出现结霜现象，因此换热性能也会大大降低。总体来说，该专利不适用于长U管数目较多的换热器，并且所采用的流程方式不符合蒸发器“少进多出”和冷凝器“多进少出”的流路设计原则，难以最大程度地发挥出热泵型空调器室外换热器或室内换热器的换热能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构改进的管式换热器，其能够解决上述现有技术中存在的问题。

针对上述目的，根据本发明提供了一种换热器，换热器的工作模式包括制冷模式和制热模式，换热器内的换热系统根据不同的工作模式而自动地切换成不同的流路，从而形成相应的制冷流路和制热流路，其中，换热器的换热系统包括：第一端口和第二端口，流体从第一端口或第二端口进入换热系统；相互并联的支路，其中包括第一支路，这些并联的支路均包括各自的第一接口和第二接口，每一条并联支路的第一接口均连接至第一端口，而每一条并联支路的第二接口均连接至第二端口；其中，第一支路配有：第一单向阀，设置在第一支路的第二接口与第二端口之间；第二单向阀，设置在第一支路的第一接口与第二端口之间；以及第三单向阀，设置在第一支路的第一接口与第一端口之间；其中，第一单向阀和第三单向阀的设置方向相同，并都与第二单向阀的设置方向相反。

优选地，根据本发明的换热器，其中，第一单向阀的正向端口连接至第二端口而反向端口连接至第一支路的第二接口；第二单向阀的正向端口连接至第一支路的第一接口而反向端口连接至第二端口；并且第三单向阀的正向端口连接至第一支路的第一接口而反向端口连接至第一端口。

优选地，根据本发明的换热器，其中，相互并联的支路包括：连接在第一单向阀的反向端口与第三单向阀的反向端口之间的一条以上的其他支路。

优选地，根据本发明的换热器，其中，相互并联的支路包括：连接在第一单向阀的正向端口与第三单向阀的正向端口之间的一条以上的其他支路。

优选地，根据本发明的换热器，其中，除了第一支路以外，相互并联的支路还包括：连接方式与第一支路相同的一条以上切换支路，这些切换支路中的每一条均配有设置方式与第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀相似的三个单向阀。

优选地，根据本发明的换热器，其中，相互并联的支路包括：连接在每条切换支路的设置方向相同的两个单向阀的反向端口/正向端口之间的一条以上的其他支路。

优选地，根据本发明的换热器，其中，用电磁阀取代所用的单向阀。

优选地，根据本发明的换热器，其中，相互并联的支路均由多个相互连接的“U”管构成。

优选地，根据本发明的换热器，其中，换热器用作空调器的室外换热器和/或室内换热器。

本发明具有以下技术效果：

根据本发明的换热器的换热系统包括多条并联的支路，同时在换热系统中设置多个单向阀(或电磁阀)，从而对换热系统的流路进行自动切换，以在不同的工作模式下获得不同的换热流路。并且，不同工作模式下获得的换热流路均符合针对该工作模式的流路优化设计原则，可以提高换热器在冷凝、蒸发过程中换热能力，从而提高热泵型空调器制冷/制热能力和能效，并实现热冷比(制热量/制冷量≥1.1)的调节。

应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的一些实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施方式的流路原理图；

图2示出了根据图1中所示的流路原理图的换热系统第一实施例的构成示意图；

图3示出了图2中的换热系统在制冷模式下的流动路线示意图；

图4示出图2中的换热系统在制热模式下的流动路线示意图；

图5示出了根据图1中所示的流路原理图的换热系统第二实施例的构成示意图；

图6示出了图5中的换热系统在制冷模式下的流动路线示意图；以及

图7示出图5中的换热系统在制热模式下的流动路线示意图。

图8示出了在图1中的流路的基础上进行扩展的流路图；以及

图9示出了根据本发明的另一实施方式的流路原理图。

具体实施方式

下面将参照附图并结合示例性的实施例对本发明的实施方式进行说明。

图1示出了根据本发明的换热系统的一个实施方式的流路原理图。参照图1，其中示出了根据本发明第一实施例的换热器换热系统的构成示意图。在本实施例中，换热器包括两种工作模式：制冷模式和制热模式，通过图1所示的结构，本换热器内的换热系统可以根据不同的工作模式而自动地切换成不同的流路，从而形成相应的制冷流路(对应于制冷工作模式)和制热流路(对应于制热工作模式)。

具体地，本换热系统包括：第一端口A和第二端口B，在换热器运行时，制冷剂(流体)可以从第一端口A或第二端口B进入换热系统；三条相互并联的支路，包括第一支路10、第二支路20和第三支路30，这三条支路均包括各自的第一接口11、21、31和第二接口12、22、32，三条支路各自的第一接口11、21、31均连接至第一端口A，而三条支路各自的第二接口12、22、32均连接至第二端口B。进一步，如图1所示，第一支路10配有三个单向阀，包括：第一单向阀4，设置在第一支路10的第二接口12与第二端口B之间；第二单向阀5，设置在第一支路10的第一接口11与第二端口B之间；以及第三单向阀6，设置在第一支路10的第一接口11与第一端口A之间。特别地，单向阀的设置方式对于实现本发明的技术效果也是很重要的，由图中可见，第一单向阀4和第三单向阀6的设置方向相同，并都与第二单向阀5的设置方向相反，以这种方式设置第一支路10配备的三个单向阀可以实现换热系统自动切换的目的。

参照图1，在本换热器中，第一单向阀4的正向端口4a连接至第二端口B而其反向端口4b连接至第一支路10的第二接口12；第二单向阀5的正向端口5a连接至第一支路10的第一接口11而其反向端口5b连接至换热系统的第二端口B；第三单向阀6的正向端口6a连接也至第一支路10的第一接口11而其反向端口6b连接至换热系统的第一端口A。由图1还可以看到，相互并联的第二支路20和第三支路30均连接在第一单向阀4的反向端口4b与第三单向阀6的反向端口6b之间。采用上述的方式设置各个单向阀，就可以在换热器的不同工作模式下实现不同的制冷剂流路，而所获得的制冷剂流路满足换热器的流路优化设计原则，即，“冷凝器多进少出、蒸发器少进多出”。

图1中所示的换热系统可以在换热器的不同工作模式下实现换热系统的自动地切换，从而形成对应于不同工作模式的流路，即，设计多条相互并联的换热支路，进而在这些支路与制冷剂入口之间的适当位置处设置气流截止装置(单向阀)。下面将结合具体的应用方式对上述设计原则以及技术效果的实现进行描述。

参照图2-4，以热泵型空调器为例对本发明的具体应用方式进行说明。在本换热器为室外换热器的情况下，在制冷模式下，室外换热器作为冷凝器使用，制冷剂从第一端口A进入第二支路2和第三支路3，进而通过第一支路1从第二端口B流出。图3示出了图2中的换热系统在制冷模式下的流动路线示意图，其中的箭头表示制冷剂沿流路的流动方向。制冷剂首先由第一端口A进入换热系统，由于第三单向阀6的反向截止作用，制冷剂(流体)在流经第一端口A后的管路后分别流入第二支路2(经由其第一接口21)、第三支路3(经由其第一接口31)，进而汇聚到连接第二支路和第三支路的第一接口21、31的管路中，汇聚后的制冷剂在第一单向阀4的反向截止作用下经由第一支路1的第二接口12流入第一支路1，进而经由第一支路1的第一接口11流至第二单向阀5，第二单向阀5导通，以使得制冷剂经由第二端口B流出换热系统。通过上述描述可知，在换热器作为室外换热器时，在制冷模式下，换热系统的流路为“2进1出”走管方式，从而满足了上述“冷凝器多进少出”的优化设计原则。

相反地，在制热模式下，室外换热器作为蒸发器使用，制冷剂从换热系统的第二端口B进入三条支路1、2、3，进而从第一端口A流出。图4示出了图2中的换热系统在制热模式下的流动路线示意图，其中的箭头表示制冷剂沿流路的流动方向。如图4所示，制冷剂首先进入第二端口B，沿此流动方向，第一单向阀4导通而第二单向阀5反向截至，制冷剂通过第一单向阀4分别经由三条支路的第二接口12、22、32进入三条支路1、2、3中，进而经由三条支路的第一接口11、21、31流出三条支路1、2、3，同样地，由于在此流动方向中第三单向阀6也导通，因而制冷剂可以通过第三单向阀6，从三条支路1、2、3流出的制冷剂汇聚到与三条支路的第一接口11、21、31连接的管路中，进而通过第一端口A流出。在这种情况下(制热模式下，室外换热器作为蒸发器)，换热系统的流路为“1进3出”走管方式，从而满足了上述“蒸发器少进多出”的优化设计原则。

图5-7示出了根据图1中所示的流路原理图的换热系统第二实施例的构成示意图以及其在制冷和制热模式下的流动路线示意图。此时本发明的换热器为室内换热器，在制冷模式下(如图6所示)，该室内换热器作为蒸发器使用，此时换热系统的流路与上述在制热状态下作为蒸发器使用的室外换热器的流路相同(1进3出)；在制热模式下(如图7所示)，室内换热器作为冷凝器使用，此时换热系统的流路与在制冷模式下作为冷凝器使用的室外换热器的流路相同(2进1出)。作为室内换热器与作为室外换热器时流路的切换原理相同，则为了简洁起见，就不在赘述制冷剂的流动过程了。

根据本发明的流路自动切换设计方案可实现“冷凝器多进少出、蒸发器少进多出”的优化设计原则，这可以平衡影响换热器(冷凝器/蒸发器)换热能力的两大主导因素：管路内的换热系数和压力损失。在冷凝过程中提高制冷剂流速可以增大管路内换热系数，又能避免压力损失过大而引起的换热温差急剧减小；在蒸发过程中降低制冷剂流速既可以减少压力损失，又能避免管路内的换热系数过小，同时还提高了换热器的换热能力，从而提高例如热泵型空调器的制冷、制热性能及能效比。

应注意，在虽然图1示的实施方式中，本发明的换热器采用了单向阀，但是也可以用电磁阀取代单向阀来在不同工作模式下实现不同的流路。如果使用电磁阀来控制流路切换，则需利用电控信号来控制电磁阀的开启与关闭。

优选地，如图2、5所示，本发明的换热器中的换热系统(包括三条换热支路1、2、3以及连接管路部分)由多个相互连接的“U”形管构成，其具体的构成可以更具实际需要设计为多种形式，图2和图5分别示出了两种构成方式的换热器管路系统。

进一步，虽然在所描述的实施例中，换热器包括了连接在第一单向阀4的反向端口4b与第三单向阀6的反向端口6b之间的两条支路(第二支路20和第三支路30)，但事实上，根据实际需要，本换热器系统还可以包括与第二支路20和第三支路30的连接方式类似的多条其他并联支路。图8就示出了在图1中的流路的基础上进行扩展的流路图，其中增加了一条并联支路40，它的第一接口41连接至第一端口A，而第二接口42连接至第一单向阀4的反向端口4b。需要说明的是，虽然第一支路10的三个单向阀4、5、6按照图1所示方式布置，但是这三个单向阀如果同时倒转布置方向，也可以实现本发明的技术效果，则此时，第二支路20和第三支路30就连接在第一单向阀4的正向端口4a与第三单向阀6的正向端口6a之间。

此外，除了第一支路10之外，根据本发明的换热系统中的相互并联的支路还包括连接方式与第一支路10相同的一条以上切换支路40，这些切换支路中的每一条均配有设置方式与第一单向阀4、第二单向阀5和第三单向阀6相似的三个单向阀。图9示出了根据上述描述的本发明的另一实施方式的流路原理图，其中，相互并联的支路包括了连接方式与第一支路10相似的第四支路40，该第四支路40配有设置方式与第一支路10的三个单向阀类似的另外三个单向阀7、8、9。并且，第二支路20和第一支路10的连接方式与第三支路30和第四支路40的连接方式类似，并且可以增加多条与第二支路20或第四支路40类似的其他支路。

本发明的换热器可以是用于热泵型空调的翅片管式换热器，也可以为多管程干式壳管换热器，单向阀或电磁阀设置在壳管换热器端盖处，以自动地实现换热系统中的流动支路的导通和截至，从而在制冷、制热模式下实现不同的流路，以提高其冷凝、蒸发能力，同时提高系统制冷、制热能力。此外，本发明的换热器也可以用作其他的具有类似用途的换热器。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种换热器，其特征在于，所述换热器的工作模式包括制冷模式和制热模式，所述换热器内的换热系统根据不同的工作模式而自动地切换成不同的流路，从而形成相应的制冷流路和制热流路，其中，所述换热器的换热系统包括：

第一端口(A)和第二端口(B)，流体从所述第一端口或所述第二端口进入所述换热系统；

相互并联的支路，其中包括第一支路(10)，这些并联的支路均包括各自的第一接口和第二接口，每一条并联支路的第一接口均连接至第一端口，而每一条并联支路的第二接口均连接至第二端口；

其中，所述第一支路配有：

第一单向阀(4)，设置在所述第一支路的第二接口(12)与所述第二端口之间；

第二单向阀(5)，设置在所述第一支路的第一接口(11)与所述第二端口之间；以及

第三单向阀(6)，设置在所述第一支路的第一接口与所述第一端口之间；

其中，所述第一单向阀和所述第三单向阀的设置方向相同，并都与所述第二单向阀的设置方向相反。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，

所述第一单向阀的正向端口(4a)连接至所述第二端口而反向端口(4b)连接至所述第一支路的第二接口；

所述第二单向阀的正向端口(5a)连接至所述第一支路的第一接口而反向端口(5b)连接至所述第二端口；并且

所述第三单向阀的正向端口(6a)连接至所述第一支路的第一接口而反向端口(6b)连接至所述第一端口。

3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述相互并联的支路包括：连接在所述第一单向阀的反向端口与第三单向阀的反向端口之间的一条以上的其他支路。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述相互并联的支路包括：连接在所述第一单向阀的正向端口与第三单向阀的正向端口之间的一条以上的其他支路。

5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，除了所述第一支路以外，所述相互并联的支路还包括：

连接方式与所述第一支路相同的一条以上切换支路(40)，这些切换支路中的每一条均配有设置方式与所述第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀相似的三个单向阀(7、8、9)。

6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述相互并联的支路包括：连接在每条所述切换支路的设置方向相同的两个单向阀的反向端口/正向端口之间的一条以上的其他支路。

7.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，用电磁阀取代所用的单向阀。

8.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述相互并联的支路均由多个相互连接的“U”管构成。

9.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器用作空调器的室外换热器和/或室内换热器。

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