CN102052807B - 一种冷凝器 - Google Patents

Abstract

一种冷凝器，由多孔微通换热扁管、相应的连接集管以及设置在换热扁管一侧的散热背板构成。本发明结构紧凑、简单、换热效率高，采用铝质扁管，在经济性方面较目前的铜质换热管具有很大的优势，适用于制冷、化工、能源、换热等领域。其主要特征是：一方面，采用多孔微小通道扁管结构，提高了管内换热系数，同时减小了管内制冷剂的流动阻力；另一方面，它与散热背板侧壁的接触形式为面接触，减小了接触热阻，提高了散热背板侧壁的平均温度，增强了散热背板侧壁与周围空气的换热，即增强了其冷凝效果。从而，在管长相同时，可以增加冷凝器的换热量，或者在换热量相同时，可以减小管长，使冷凝器更加紧凑，同时减少材料的使用量，在经济上具有一定的优势。

Description

一种冷凝器

技术领域

本发明属于普通家用制冷领域，特别涉及一种适用于一般冰箱或冰柜等制冷设备的内藏式冷凝器。

背景技术

冰箱和冰柜是家用电器中唯一的全天耗电用品，给人们带来舒适生活的同时，也消耗了大量电能。我国《家用电冰箱耗电量限定值及能源效率等级(GB12021.2-2008)》的出台，已经强制性地要求在冰箱上进行技术改造和创新，希望更加节能。从制冷系统来说，冷凝器承担着向外散热的任务，其热负荷最大，因而是需加强节能研究的主要部件之一。现有的冰箱冷凝器主要是内藏板管式，例如：中国专利200520017276.7，冷凝管和钢板(即冰箱侧板)的连粘，理论上其接触只能是一条线，如果管的垂直度或板的平整度不能保证，甚至会是一条“虚”线，增大了传热热阻，影响了换热性能。另外，换热管管型也有了一些改进，例如：中国专利200920186647.2所采用的“D”型管，日本专利JP19910048374所采用了椭圆形管，使换热管与冰箱背板的接触面积有所增加，但与其管外表面积相比仍然相差较大，并且管内流通湿周较小，换热面积较小。

另外，冷凝器向冰箱内部的漏热也是冰箱的重要负荷之一，箱壁冷凝器中，通过发泡层传递到冰箱内部的热量占冷凝器总负荷的12％左右，因此提高冰箱箱体的隔热性能至关重要。目前，采用了真空隔热、高性能隔热材料等技术，仅一步减少了漏热损失，但这些技术都无疑提高了产品的制造成本和工艺复杂性，无法大面积推广应用。

微通道换热器，通常是指换热器通道当量直径在10～1000μm的换热器。微通道换热器的传热基理和常规换热器不同，通道内表面粗糙度、流体粘性以及流道几何形状等都对换热有重要的影响。当流道断面的当量直径小到0.5～1mm时，对流换热系数可增大50％，当改变换热器的结构、工艺及空气侧的强化传热措施，可有效地增强换热器的传热，提高其能效比。由于它的传热系数高，需要较短的流程，同时有数个平行的流程，因此，它的压降也可减小。从上世纪80年代开始，微尺度传热得到了广泛的研究和关注。伴随着微尺度传热的研究，微通道换热器得到了不断发展。目前，微通道换热器主要应用于电子器件冷却、汽车空调等，在家用空调系统上的应用也在研究评估之中，在冰箱上的应用还未涉及。

中国专利CN200410009949.4介绍了一种微细通道冰箱用板管冷凝器，与现有蛇形管不同，它采用上、下集管和竖直管束的结构，过热蒸汽从进入冷凝器的上集管，再进行通过板向外对流辐射换热，在向下流动过程不断冷凝，到下集管时凝结为过冷液体，进入节流机构。管束直接焊接在散热板上，减小了换热管的管径，不仅解决了由于蛇形管过长造成的过大压降，而且由于管内外径的减小，强化了管内的换热，大大节省了材料。但该专利地通道尺寸在3mm以上，并且没有彻底改变内藏式冷凝器的“线”接触的传热过程，传热效率受到一定影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够彻底克服现有内藏式冷凝器的设计缺陷即“线”接触传热模式，实现真正意义上的“面”接触的传热模式，进一步提高了散热性能，且有效地提高了冰箱和冰柜的制冷效率，实现系统节能的冷凝器结构形式。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括散热背板以及设置在散热背板内侧的若干根多孔微通道换热扁管，隔热泡沫层将若干根多孔微通道换热扁管紧压到散热背板内侧，所述的多孔微通道换热扁管内均有若干个沿相同流体流动方向的平行通道，这若干根多孔微通道换热扁管组成了冷凝器的过热冷却段a、两相冷凝段b和过冷冷却段c，各段的流通截面相同，但自过热冷却段a向两相冷凝段b和过冷冷却段c的流通截面由大到小变化。

本发明的组成冷凝器的过热冷却段a、两相冷凝段b和过冷冷却段c的多孔微通道换热扁管经集管相连通，且各段多孔微通道换热扁管平行通道数量自过热冷却段a向两相冷凝段b、过冷冷却段c递减。

所述的组成冷凝器的过热冷却段a、两相冷凝段b和过冷冷却段c的多孔微通道换热扁管平行设置，各段之间通过设置在多孔微通道换热扁管两侧的分配管及集液管相连通，所述的分配管和集液管内均安装有挡板，挡板用于改变各段流通截面的大小使过热冷却段a向两相冷凝段b、过冷冷却段c的流通截面递减。

本发明的另一技术方案是：包括散热背板，在散热背板内侧设置有若干根平行竖直设置的两级多孔微通道换热扁管，隔热泡沫层将若干根平行竖直设置的两级多孔微通道换热扁管紧压到散热背板内侧，多孔微通道换热扁管内均有若干个沿相同流体流动方向的平行通道，所述的第一级多孔微通道换热扁管的入口端与分配管相连通、第二级多孔微通道换热扁管的出口端与集液管相连通，且第一级微通道换热扁平管的数量大于第二级微通道换热扁平管的数量，第一级多孔微通道换热扁管的出口通过气液分离管与第二级多孔微通道换热扁管的入口相连通，所述的第二级多孔微通道换热扁管按伸入气液分离管的高度不同分为液体导流管d和气体导流管e，液体导流管d恰好与气液分离管的最低端相连，而气体导流管e高于气液分离管底部。

所述的多孔微通道换热扁管采用宽度大于其厚度的扁管，平行通道采用圆形截面、方形截面或异型截面。

所述的多孔微通道换热扁管的平行通道内还设置有加强换热的内齿。

所述的若干根多孔微通道换热扁管通过导热硅脂紧贴于散热背板内侧。

所述的散热背板的外表面还设置有增大换热面积的扩展翅片。

本发明的换热管采用多孔微通道扁管结构，将制冷剂的流道分为若干个平行的微小直径流道，大大提高了管内对流换热系数，另外，多孔微通道扁管的宽度远大于厚度，换热扁管以其宽度面紧贴散热背板，极大地扩展了换热管与散热背板的接触面积，换热管有接近50％的外表面积与散热背板直接接触，提高了冰箱侧壁的平均温度，增大了换热温差。同时通过提高辐射换热系数，使散热背板外侧的总换热系数得以提高。同时，由于多孔微通道扁管的厚度很小，这就意味着在不改变现有制冷设备的内箱存储空间尺寸的前提下，间接地增加了泡沫隔热材料的厚度，从而大大减小了制冷设备的漏热损失，提高制冷效率；反之，如果在维持发泡隔热材料的厚度不变的前提下，意味着制冷设备的内箱存储尺寸得到扩大，从而增加了制冷设备的内部物品的储存量。

附图说明

图1是本发明的基本结构图；

图2是本发明中散热背板的沿垂直换热管方向的温度分布图；

图3是本发明实施例1的结构示意图；

图4是本发明实施例2的结构示意图；

图5是本发明实施例3的结构示意图；

图6是本发明实施例4的结构示意图；

图7是本发明图6的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

实施例1：参见图1，3，本实施例包括散热背板2以及通过导热硅脂紧贴于散热背板2内侧的若干根多孔微通道换热扁管3，散热背板2的外表面可以设置增大换热面积的扩展翅片10，本发明采用导热硅脂降低了接触热阻，隔热泡沫层1将若干根多孔微通道换热扁管3紧压到散热背板2内侧，所述的多孔微通道换热扁管3内均有若干个沿相同流体流动方向的当量直径为0.8-1.2mm的圆形截面、方形截面或异型截面的平行通道4。为了加强换热，本发明还可以在平行通道4的增加内齿。这若干根多孔微通道换热扁管3组成了冷凝器的过热冷却段a、两相冷凝段b和过冷冷却段c，过热冷却段a、两相冷凝段b和过冷冷却段c的多孔微通道换热扁管3经集管5相连通同，且各段多孔微通道换热扁管3平行通道4数量自过热冷却段a向两相冷凝段b、过冷冷却段c递减。本实施例在过热段采用宽度较大、孔数较多的多孔微通道换热扁管3，在两相段和过冷段采用宽度较小、孔数较少的多孔微通道换热扁管3，以适应制冷剂的比容变化。对于制冷剂流速较低的情况，也可以仅用一种结构的扁管。

工作过程如下：

如图3所示，来自压缩机的高温高压制冷剂蒸汽进入多孔微通道扁管冷凝器3的过热冷却段a，冷却至饱和气体后，经集管5进入多孔微通道扁管冷凝器3的两相冷凝段b，冷凝至饱和液体后，经集管5进入多孔微通道扁管冷凝器3的过冷冷却段c，冷却至必要的过冷度下进入节流装置。

实施例2：参见图4，本实施例包括散热背板2以及通过导热硅脂紧贴于散热背板2内侧的若干根多孔微通道换热扁管3，隔热泡沫层1将若干根多孔微通道换热扁管3紧压到散热背板2内侧，所述的多孔微通道换热扁管3内均有若干个沿相同流体流动方向的当量直径为0.8-1.2mm的圆形截面、方形截面或异型截面的平行通道4。组成冷凝器的过热冷却段a、两相冷却段b和过冷冷凝段c的多孔微通道换热扁管3平行水平设置，各段之间通过设置在多孔微通道换热扁管3两侧的分配管6及集液管7相连通，所述的分配管6和集液管7内均安装有挡板8，挡板8用于改变各段流通截面的大小使过热冷却段a向两相冷凝段b、过冷冷却段c的流通截面递减。

实施例3，参见图5，本实施例组成冷凝器的过热冷却段a、两相冷凝段b和过冷冷却段c的多孔微通道换热扁管3竖直平行设置。其它连接关系同实施例2。

参见图4，5，来自压缩机的高温高压制冷剂蒸汽首先进入分配管6，在挡板8的作用下进入多孔微通道扁管冷凝器3，然后进入集液管7，由于此时制冷剂为过热蒸汽，比容较大，故采用较多的多孔微通道扁管冷凝器3冷却至饱和气体后，通过分配管6和集液管7内挡板8位置的变化，采用较少的多孔微通道扁管平行布置，以保证制冷剂在多孔微通道扁管内有足够大的流动速度，冷凝至饱和液体后，制冷剂的比容大大减小，此时为了保证管内制冷剂的流速，采用更少的换热管，最后制冷剂经集液管7流出冷凝器。

实施例4：参见图6，本实施例包括散热背板2，在散热背板2内侧设置有若干根平行竖直设置的两级多孔微通道换热扁管3，隔热泡沫层1将若干根平行竖直设置的两级多孔微通道换热扁管3紧压到散热背板2内侧，多孔微通道换热扁管3内均有若干个沿相同流体流动方向的平行通道4，所述的第一级多孔微通道换热扁管3的入口端与分配管6相连通、第二级多孔微通道换热扁管3的出口端与集液管7相连通，由于上部制冷剂干度较大，比容逐渐增大，采用管束较多的多孔微通道换热扁管3，既可以保证换热充分，也可以减小流动阻力，随着制冷剂被不断冷凝，其干度越来越小，比容逐渐降小，为保证制冷剂有足够的流速，以提高换热系数，采用较少数量的多孔微通道换热扁管3；第一级多孔微通道换热扁管3的出口通过气液分离管9与第二级多孔微通道换热扁管3的入口相连通，参见图7，所述的第二级多孔微通道换热扁管3按伸入气液分离管9的高度不同分为液体导流管d和气体导流管e，液体导流管d恰好与气液分离管9的最低端相连，而气体导流管e高于气液分离管9底部，液体导流管d和气体导流管e的布置高度的差异，实现了气液的有效分离，进一步提高换热特性。

来自压缩机的高温高压制冷剂蒸汽经分配器6平行的流过第一级多孔微通道换热扁平管3并进行换热，到达中间的气液分离管9时，制冷剂处于两相状态，由于重力作用会产生气液分层，液体沿液体导流管d流下，气体沿气体导流管e流下并冷凝，至集液管7汇合排出，由于采用了二次分流，避免了制冷剂凝结液膜对凝结换热的影响，由于液膜的存在阻碍了制冷剂蒸汽与壁面的接触机会，从而降低了凝结换热系数，采用本发明，将有效减弱该影响，进一步提高换热特性。

参见图2，实施本发明后，在环境温度、散热背板结构尺寸和管间距不变的前提下，可以使现有的板管式冷凝器散热背板的温度分布趋势有所改变，即平均温度升高，升高的幅度会随着扁管宽度的增加而逐渐增大，根据传热学原理，换热量为换热面积、换热温差和换热系数的乘积，由于换热面积主要由结构尺寸而定，所以保持不变，而采用本发明后，换热温差得以改善，而换热系数的组成之一的辐射传热系数由于平均温度的提高而得以增大，所以，采用本发明后，冷凝器的散热能力得以大大提高，从而进一步提高制冷系统的效率和节约材料成本。

本发明多孔微通道换热扁管3以其宽度幅面与散热背板2贴紧，较大的“面”接触起到减小传热热阻的作用，从而提高冷凝器的散热能力。以上所述仅为本发明最佳的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以直接替代目前广泛采用的箱壁式冷凝器，也可用于分体式冷凝器的制冷设备，传热管外壁的空气侧传热形式无论是自然对流还是强迫对流，或者是传热延展面的结构形式，等等，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (8)

1.一种冷凝器，其特征在于：包括散热背板（2）以及设置在散热背板（2）内侧的若干根多孔微通道换热扁管（3），隔热泡沫层（1）将若干根多孔微通道换热扁管（3）紧压到散热背板（2）内侧，所述的多孔微通道换热扁管（3）内均有若干个沿相同流体流动方向布置的平行通道（4），这若干根多孔微通道换热扁管（3）组成了冷凝器的过热冷却段（a）、两相冷凝段（b）和过冷冷却段（c），每一段中的流通截面相同，但自过热冷却段（a）向两相冷凝段（b）和过冷冷却段（c）这三段的流通截面由大到小变化。

2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于：所述的组成冷凝器的过热冷却段（a）、两相冷凝段（b）和过冷冷却段（c）的多孔微通道换热扁管（3）经集管（5）相连通，且各段多孔微通道换热扁管（3）平行通道（4）数量自过热冷却段（a）向两相冷凝段（b）、过冷冷却段（c）递减。

3.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于：所述的组成冷凝器的过热冷却段（a）、两相冷凝段（b）和过冷冷却段（c）的多孔微通道换热扁管（3）平行设置，各段之间通过设置在多孔微通道换热扁管（3）两侧的分配管（6）及集液管（7）相连通，所述的分配管（6）和集液管（7）内均安装有挡板（8），挡板（8）用于改变各段流通截面的大小使流通截面自过热冷却段（a）向两相冷凝段（b）、过冷冷却段（c）递减。

4.一种冷凝器，其特征在于：包括散热背板（2），在散热背板（2）内侧设置有若干根平行竖直设置的两级多孔微通道换热扁管（3），隔热泡沫层（1）将若干根平行竖直设置的两级多孔微通道换热扁管（3）紧压到散热背板（2）内侧，多孔微通道换热扁管（3）内均有若干个沿相同流体流动方向布置的平行通道（4），所述的第一级多孔微通道换热扁管（3）的入口端与分配管（6）相连通、第二级多孔微通道换热扁管（3）的出口端与集液管（7）相连通，且第一级微通道换热扁平管（3）的数量大于第二级微通道换热扁平管（3）的数量，第一级多孔微通道换热扁管（3）的出口通过气液分离管（9）与第二级多孔微通道换热扁管（3）的入口相连通，所述的第二级多孔微通道换热扁管（3）按伸入气液分离管（9）的高度不同分为液体导流管（d）和气体导流管（e），液体导流管（d）恰好与气液分离管（9）的最低端相连，而气体导流管（e）高于气液分离管（9）底部。

5.根据权利要求1或4所述的冷凝器，其特征在于：所述的多孔微通道换热扁管（3）采用宽度大于其厚度的扁管，平行通道（4）采用圆形截面、方形截面或异型截面。

6.根据权利要求1或4所述的冷凝器，其特征在于：所述的多孔微通道换热扁管（3）的平行通道（4）内还设置有加强换热的内齿。

7.根据权利要求1或4所述的冷凝器，其特征在于：所述的若干根多孔微通道换热扁管（3）通过导热硅脂紧贴于散热背板（2）内侧。

8.根据权利要求1或4所述的冷凝器，其特征在于：所述的散热背板（2）的外表面还设置有增大换热面积的扩展翅片（10）。

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