CN101871708B - 换热装置和制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种换热装置，包括：换热器，所述换热器具有第一开口和第二开口；和制冷剂流向改变单元，所述制冷剂流向改变单元与换热器相连用于改变制冷剂在换热器内的流动方向。根据本发明实施例的换热装置，例如当在制冷系统中用作蒸发器时，通过改变制冷剂的流动方向可以进行除霜，可以减少制冷系统逆循环除霜次数，甚至可以不用逆循环除霜，使被冷却环境温度稳定。因此使制冷系统运行更加稳定，制冷系统效率得以提升。本发明还提出一种具有上述换热装置的制冷系统。

Description

换热装置和制冷系统

技术领域

本发明涉及一种换热装置和具有该换热装置的制冷系统。

背景技术

换热器是热泵系统中必备的装置，在热泵系统中可以用作室外机和室内机。冬季在室外机，换热器是蒸发器，当蒸发温度低于零度时，会导致蒸发器表面周围空气中的水分逐渐结霜，当蒸发器表面的霜层达到一定厚度后会影响制冷效果，所以需要对蒸发器及时进行除霜。在制冷或冷冻应用中，例如在冷库中，室内侧换热器用作蒸发器，运行在极低的环境温度中，蒸发器表面会积累大量的霜，对换热器换热效率和制冷系统运行效率产生显著影响，因此也需要除霜。

传统上采用的是逆循环除霜，即当需要除霜时，制冷剂在整个制冷系统内反向流动，蒸发器用作冷凝器，冷凝器用作蒸发器，因此除霜操作会间断制冷系统的正常运行，从而降低工作效率。而且由于制冷剂流通回路上的温度分布的不均性，以及入风风向的影响，霜层在蒸发器各部分上的积累速率并不相等，蒸发器上任何部分的霜层需要除去时，都需要对蒸发器进行除霜操作，频繁的除霜增加了制冷系统的波动，对制冷或制热控制环境产生不利影响而且会降低整机运行效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种换热装置，通过该换热装置能够进行减少除霜操作对制冷系统的波动，提升整机效率。

本发明的另一目的在于提出一种具有上述换热装置的制冷系统。

根据本发明第一方面实施例的换热装置包括：换热器，所述换热器具有第一开口和第二开口；和制冷剂流向改变单元，所述制冷剂流向改变单元与换热器相连用于改变制冷剂在换热器内的流动方向。

根据本发明实施例的换热装置，例如在制冷系统中用作蒸发器时，仅通过改变制冷剂在蒸发器内的流动方向就可以对蒸发器进行除霜，因此可以减少逆循环除霜次数甚至可以避免逆循环除霜。因此，使制冷系统运行更加稳定，系统效率得以提升。

另外，根据本发明上述实施例的换热装置还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述制冷剂流向改变单元包括第一至第四控制阀，其中第一控制阀的入口与第一开口相连且第一控制阀的出口与第二开口相连；第二控制阀连接在第一控制阀的入口与第一开口之间，其中第二控制阀的入口与第一控制阀的入口相连且第二控制阀的出口与第一开口相连；第三控制阀的入口连接在第二控制阀的出口与第一开口之间且第三控制阀的出口与第二开口相连；和第四控制阀连接在第三控制阀的出口与第一控制阀的出口和第二开口之间，其中第四控制阀的入口与第一控制阀的出口和第二开口相连且第四控制阀的出口与第三控制阀的出口相连。

具体地，例如，第一至第四控制阀中的至少一个为电磁阀。

进而，所述换热器包括：第一集流管，所述第一开口设置在第一集流管上；第二集流管，所述第二集流管与第一集流管间隔开预定距离且第二开口设置在第二集流管上；换热管，每个换热管的两端分别与第一和第二集流管相连以通过其内的制冷剂通道连通第一和第二集流管；和翅片，所述翅片分别设置在相邻的换热管之间。

在本发明的一个实施例中，所述换热器包括第一换热器和第二换热器，其中第一换热器的第二开口与第二换热器的第一开口相连通以便第一换热器与第二换热器串联。

可选地，第一换热器的第二开口与第二换热器的第一开口通过中间连接管相连通。

根据本发明第二方面实施例的制冷系统包括依次相连的压缩机、蒸发器、节流结构、和冷凝器，其中所述蒸发器可以为根据本发明第一方面所述的换热装置。

根据本发明的制冷系统进一步包括四通阀，所述四通阀具有四个孔口，其中两个孔口分别与压缩机的入口和出口相连，另两个孔口分别与冷凝器和蒸发器相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的换热装置的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的换热装置的换热器的示意图；

图3是图1所示换热器的侧视图；

图4示出了图1所示换热装置中的制冷剂在第一方向流动的示意图；

图5示出了图1所示换热装置中的制冷剂在与第一方向相反的第二方向流动的示意图；

图6是根据本发明另一实施例的换热装置的换热器的示意图；

图7是图6所示换热器的侧视图；

图8示出了图6所示换热装置中的制冷剂在第一方向流动的示意图；

图9示出了图6所示换热装置中的制冷剂在第二方向流动的示意图；

图10是根据本发明一个实施例的的制冷系统的示意图；

图11是根据本发明另一实施例的制冷系统的示意图；

图12是根据本发明再一实施例的制冷系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图详细描述根据本发明实施例的换热装置，其中在下面的描述中，换热装置例如用作制冷系统中的蒸发器。

如图1所示，根据本发明一个实施例的换热装置包括换热器100和与换热器100相连的制冷剂流向改变单元，制冷剂流向改变单元用于改变制冷剂在换热器100内的流动方向。

换热器100具有第一开口101和第二开口201。例如，第一开口101可以用作换热器100的入口，而第二开口201可以用作换热器100的出口，如图1所示，制冷剂沿实线箭头A所示第一方向流动，即制冷剂从第一开口101进入换热器100，然后从第二开口201排出换热器100，当需要除霜时，通过制冷剂流向改变单元改变制冷剂在换热器100内的流动方向，制冷剂沿虚线箭头B所示第二方向流动，即制冷剂从第二开口201进入换热器100，然后从第一开口101排出换热器100。

因此，根据本发明实施例的换热装置，仅通过改变制冷剂在换热器100内的流动方向就可以除霜，无需使制冷剂在整个制冷系统内逆循环，可以减少系统逆循环除霜次数甚至可以避免系统逆循环除霜。因此，使制冷系统运行更加稳定，系统效率得以提升。

如图1所示，在本发明的一个具体示例中，制冷剂流向改变单元包括第一控制阀V1，第二控制阀V2，第三控制阀V3和第四控制阀V4。

第一控制阀V1的入口与第一开口101相连且第一控制阀V1的出口与第二开口201相连。

第二控制阀V2连接在第一控制阀V1的入口与第一开口101之间，具体地，第二控制阀V2的入口与第一控制阀V1的入口相连且第二控制阀V2的出口与第一开口101相连。

第三控制阀V3的入口连接在第二控制阀V2的出口与第一开口101之间，第三控制阀V3的出口与第二开口201相连。

第四控制阀V4连接在第一控制阀V1的出口与第三控制阀V3的出口之间，更具体而言，第四控制阀V4的入口与第一控制阀V的出口和第二开口201相连且第四控制阀V4的出口与第三控制阀V3的出口相连。

第一控制阀V1，第二控制阀V2，第三控制阀V3和第四控制阀V4例如可以为电磁阀，但本发明并不限于此。

如图1所示，在使用中，电磁阀V1、V3关闭，电磁阀V2、V4打开，制冷剂沿方向A(第一方向)在换热器100内流动，即制冷剂经第一开口101进入换热器100，然后通过第二开口201排出。在需要除霜时，电磁阀V2、V4关闭，电磁阀V1、V3打开，制冷剂通过电磁阀V1从第二开口201进入换热器100，沿方向B(第二方向)流动，然后从第一开口101排出，由此对换热器100的第一开口段(邻近第一开口的一段换热器)除霜。从第一开口101排出的制冷剂无法通过电磁阀V1和V4，而是通过电磁阀V3返回到第二开口201一侧排出。除霜完毕后，电磁阀V1、V3关闭，电磁阀V2、V4打开，制冷剂在换热器100沿方向A流动。

图2-5示出了根据本发明一个实施例换热装置的换热器100，换热器100例如可以为平行流换热器。在本发明的一些示例中，如图2和图3所示，换热器100包括第一集流管1，第二集流管2，换热管3，和翅片4。

第一开口101设在第一集流管1上，第二集流管2与第一集流管1间隔开预定距离且第二开口201形成在其上。如图2和图3所示，第一开口101和第二开口201分别为连接到第一集流管1和第二集流管2上的一段管的形式，因此，在本发明实施的描述中，开口与开口管具有相同的含义。

每个换热管3的两端分别与第一集流管1和第二集流管2相连，从而换热管3内的制冷剂通道连通第一集流管1和第二集流管2。翅片4分别设置在相邻的换热管3之间。换热器3例如可以为扁管，其内的制冷剂通道例如可以为微通道。

如图4和5所示，当使用换热器100的制冷系统处于制热模式时，制冷剂在换热器100内沿方向A流动，即从入口101进入第一集流管1且通过出口201排出换热器100，换言之，在图2和图3中，制冷剂从下向上流动。

换热器100上的最低温度点会出现在换热器100的第一开口段(即靠第一开口101的一段换热器)，在此部分结霜最严重，结霜量沿制冷剂流动方向A逐渐减少。换热器100运行一段时间后，在换热器100的入口段上的霜层累计较多(管内制冷剂温度低于出口处的制冷剂温度：零度以下)，在换热器100第二开口段(即靠近第二开口201的一段换热器)上的霜层累计较少或者无霜(管内制冷剂温度在零度以上)，则需要对第一段进行除霜。

为此，通过制冷剂流向改变单元逆转制冷剂在换热器100内的流动方向，制冷剂在换热器100内沿方向B流动，换言之，使制冷剂从第二201进入第二集流管2，然后从第一开口101排出。

由于制冷剂的流动方向在换热器100发生了逆转，因此换热管3内的制冷剂的相对高温部分和低温部分也相应进行了调转，在换热器100原结霜较多部位(例如图2和图3中的下部)，换热管3内制冷剂的温度在调转后温度高于零度，霜层逐渐融化，换热器100的上部因制冷剂调转流向后，温度低于零度，霜层逐渐累积。在上部霜层需要除霜时，通过制冷剂流向改变单元再将制冷剂流向进行逆转，如此进行循环，如图10所示，制冷剂无需在整个制冷系统中逆向循环。因此，可以减少除霜次数甚至可以不用进行逆循环除霜，使被冷却环境温度稳定，减少了除霜次数，使制冷系统运行更加稳定，制冷系统效率得以提升。当然，如果换热器100上的结霜量严重时，也可以使制冷剂在整个制冷系统中逆循环。

更具体地，如图4和图5所示，制冷剂流向改变单元包括第一控制阀V1，第二控制阀V2，第三控制阀V3和第四控制阀V4。

第一控制阀V1的入口与第一开口101相连且第一控制阀V1的出口与第二开口201相连。

第二控制阀V2连接在第一控制阀V1的入口与第一开口101之间，更具体而言，第二控制阀V2的入口与第一控制阀V1的入口相连且第二控制阀V2的出口与第一开口101相连。

第三控制阀V3的入口连接在第二控制阀V2的出口与第一开口101之间，第三控制阀V3的出口与第二开口201相连。

第四控制阀V4连接在第一控制阀V1的出口与第三控制阀V3的出口之间，更具体而言，第四控制阀V4的入口与第一控制阀V的出口和第二开口201相连且第四控制阀V4的出口与第三控制阀V3的出口相连。

如上所述，使用中，参考图4，电磁阀V1、V3关闭，电磁阀V2、V4打开，由此制冷剂沿方向A从第一开口101进入第一集流管1，然后依次进入换热管3，第二集流管2和第二201。在需要除霜时，如图5所示，电磁阀V2、V4关闭，电磁阀V1、V3打开，由此制冷剂通过电磁阀V1从第二开口201进入第二集流管2，然后依次沿虚线箭头B进入换热管3，第一集流管1和第一开口101，并从第一开口101排出，由此对换热器100的第一开口端除霜。从第一开口101排出的制冷剂无法通过电磁阀V1和V4，而是通过电磁阀V3返回到第二开口201一侧排出。除霜完毕后，电磁阀V1、V3关闭，电磁阀V2、V4打开，制冷剂在换热器100内沿方向A流动。

下面参考图6-9描述根据本发明另一实施例换热器装置。

如图6-9所示，换热器100包括第一换热器100a和第二换热器100b。第一换热器100a的第二开口201a与第二换热器100b的第一开口201b相连通以便第一换热器100a与第二换热器100b串联。例如，第一换热器100a的第二开口201a与第二换热器100b的第一开口101b通过中间连接管5相连通，但本发明并不限于此，例如第一换热器100a和第二换热器100b也可以是将平板型换热器折弯后形成的两部分。

如图8和9所示，在本发明的一些实施例中，制冷剂流向改变单元包括第一控制阀V1，第二控制阀V2，第三控制阀V3和第四控制阀V4。

第一控制阀V1的入口与第一换热器100a的第一开口101a相连且第一控制阀V1的出口与第二换热器100b的第二开口201b相连。

第二控制阀V2连接在第一控制阀V1的入口与第一换热器100a的第一开口101a之间以便第二控制阀V2的入口与第一控制阀V1的入口相连且第二控制阀V2的出口与第一换热器100a的第一开口101a相连。

第三控制阀V3的入口连接在第二控制阀V2的出口与第一换热器100a的第一开口101a之间且第三控制阀V3的出口与第二换热器100b的第二开口201b相连。

第四控制阀V4连接在第一控制阀V1的出口与第三控制阀V3的出口之间，第四控制阀V4的入口与第一控制阀V1的出口和第二换热器100b的第二开口201b相连且第四控制阀V4的出口与第三控制阀V3的出口相连。

当使用换热器100作为蒸发器的制冷系统在制热模式下时，如图8所示，电磁阀V1、V3关闭，电磁阀V2、V4打开，由此制冷剂沿第一方向A流动，即从第一换热器100a的第一开口101a进入第一换热器100a的第一集流管1a，然后依次通过第一换热器100a的换热管3a，第一换热器100a的第二集流管2a和第一换热器100a的第二开口201a。接着，从第一换热器100a的第二开口201a通过中间连接管5进入第二换热器100b的第一开口101b，然后依次通过第二换热器100b的换热管3b，第二换热器100b的第二集流管2b和第二换热器100b的第二开口201b。

在需要除霜时，如图9所示，电磁阀V2、V4关闭，电磁阀V1、V3打开，由此制冷剂通过电磁阀V1从第二换热器100b的第二开口201b进入第二换热器100b的第二集流管2b，然后依次沿第二方向B进入第二换热器100b的换热管3b，第二换热器100b的第一开口101b，中间连接管5，第一换热器100a的第二开口201a，第一换热器100a的换热管3a，第一换热器100a的第一集流管1a和第一换热器100a的第一开口101a，从第一换热器100a的第一开口101a排出，由此对换热器第一换热器100a的第一开口段除霜。从第一换热器100a的第一开口101a排出的制冷剂无法通过电磁阀V1和V4，而是通过电磁阀V3返回到第二换热器100b的第二开口201b一侧排出。除霜完毕后，电磁阀V1、V3关闭，电磁阀V2、V4打开，制冷剂在换热器内沿方向A流动。

因此，根据本发明实施例的换热装置，通过改变其内的制冷剂流动方向可以方便地进行除霜，无需或者减少制冷剂在整个制冷系统内的逆向循环，减少甚至消除了制冷系统逆循环除霜次数，使制冷系统运行更加稳定，制冷系统效率得以提升。同理，除霜运行的开始时间可以由制冷系统根据结霜情况进行控制，可以在结霜量并不是很严重的时候即可改变换热器内的制冷剂的流向进行除霜，这样可以使制冷系统性能不至过多衰减，可保持控制环境温度稳定。

根据本发明的一个具体实施例，换热器100可以为平行流换热器换热器，例如微通道换热器。

下面参考图10描述根据本发明一个实施例的制冷系统。如图10所示，制冷系统包括依次相连的压缩机200、蒸发器100、节流结构400，和冷凝器300。蒸发器100为根据本发明实施例的上述换热装置，蒸发器100通过制冷剂流向改变单元可以改变制冷剂在蒸发器100内的流动方向。因此，在需要除霜时，仅需要改变制冷剂在蒸发器100内的流动方向，无需改变制冷剂在整个系统内的流动方向，此时制冷剂在整个制冷系统内例如沿方向C流动。因此，制冷系统运行更加稳定，制冷系统效率得以提升。

图11示出了根据本发明另一实施例的制冷系统，该制冷系统与图10所示的制冷系统相比制冷剂能够进行系统逆循环，例如制冷剂在系统中能够沿方向C或D流动。如图11所示，蒸发器100、节流结构400，冷凝器300和四通阀500依次相连，四通阀500具有四个孔口，其中两个孔口分别与压缩机200的入口和出口相连，且另外两个孔口分别与冷凝器300和蒸发器100相连。

当结霜量较小时，可以通过第一至第四控制阀V1-V4改变制冷剂在蒸发器100内的流动方向，例如从原来的方向A变为方向B，从而进行除霜。

当结霜量非常大时，可以改变制冷剂在整个制冷系统内的流动方向，例如将制冷剂的方向C变换为方向D，从而通过系统逆循环除霜。

在图10和11所示的制冷系统中，换热器100为铜管翅片式换热器。在本发明的一些实施例中，如图12所示，制冷系统中的换热器100为平行流换热器，例如图2所示的换热器。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种换热装置，其特征在于，包括：

一个换热器，所述一个换热器具有第一开口和第二开口，所述一个换热器包括第一集流管，所述第一开口设置在第一集流管上；第二集流管，所述第二集流管与第一集流管间隔开预定距离且第二开口设置在第二集流管上；换热管，每个换热管的两端分别与第一和第二集流管相连以通过其内的制冷剂通道连通第一和第二集流管；和翅片，所述翅片分别设置在相邻的换热管之间；和

制冷剂流向改变单元，所述制冷剂流向改变单元与所述一个换热器相连用于改变制冷剂在所述一个换热器内的流动方向，所述制冷剂流向改变单元包括第一至第四控制阀，

其中第一控制阀的入口与第一开口相连且第一控制阀的出口与第二开口相连；

第二控制阀连接在第一控制阀的入口与第一开口之间，其中第二控制阀的入口与第一控制阀的入口相连且第二控制阀的出口与第一开口相连；

第三控制阀的入口连接在第二控制阀的出口与第一开口之间且第三控制阀的出口与第二开口相连；和

第四控制阀连接在第三控制阀的出口与第一控制阀的出口和第二开口之间，其中第四控制阀的入口与第一控制阀的出口和第二开口相连且第四控制阀的出口与第三控制阀的出口相连。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述第一至第四控制阀中的至少一个为电磁阀。

3.一种制冷系统，其特征在于，包括依次相连的压缩机、一个蒸发器、节流结构、和冷凝器，其中所述一个蒸发器为根据权利要求1-2中任一项所述的换热装置。

4.根据权利要求3所述的制冷系统，其特征在于，进一步包括四通阀，所述四通阀具有四个孔口，其中两个孔口分别与压缩机的入口和出口相连，且另外两个孔口分别与冷凝器和蒸发器相连。

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