CN102235735B - 用于热泵系统的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热泵系统的微通道换热器，所述换热器包括上部头管、下部头管以及连通所述上部头管和下部头管的多个隔开的平行扁管，所述扁管上设置有多个翅片，所述换热器分为第一平面和第二平面，在所述上部头管和下部头管之间设置有卡接在所述扁管外表面的排水挡片，且该排水挡片的一侧设置有高于所述换热器的第一平面的第一边缘，以及该排水挡片的另一侧设置有高于所述换热器的第二平面的第二边缘，该第二边缘与所述第一边缘相对分布。本发明中的排水挡片可以有效地将扁管和翅片上汇聚的水珠排出，可以使扁管和翅片表面的水珠的排放得到改善，增加了空气侧的流动，提高了热泵系统的换热效率，达到高效节能的目的。

Description

用于热泵系统的换热器

技术领域

本发明涉及空调用的冷热交换技术工艺，特别涉及一种空调热泵使用的微通道换热器。

背景技术

目前，空调的制冷系统和制热系统是采用热泵系统进行的，热泵系统中的热泵是可以把热量由低温热源输送到高温热源的机械设备。比如在冬季，室外的空气、地面水、地下水等等就是低温热源，而室内空气就是高温热源，热泵式空调的作用就是可以把室外环境的热量输送到室内环境。

参照图1所示，示出了现有技术中一种热泵系统的制热循环原理图；该热泵系统包括：蒸发器101、压缩机102、冷凝器103和膨胀阀104；该热泵系统的制热的具体工作过程为：首先，低温低压的两相制冷剂(液相制冷剂和气相制冷剂的混合)在蒸发器101内吸收低温物体的热量，蒸发成气体制冷剂；接着，该低温低压气体制冷剂经过压缩机102压缩为高温高压的气体制冷剂；然后，将所述高温高压的气体制冷剂在冷凝器103中将热能释放给高温环境、同时自身变为低温高压液体制冷剂；其次，该低温高压液体制冷剂在膨胀阀104中减压，变为低温低压的两相制冷剂，再次进入蒸发器101，重复上述对室外的循环制热过程。当然，该蒸发器101的结构中包含换热器的结构，并且该换热器设置有吸气管和排气管，其中吸气管用于接收外界的低温低压的两相制冷剂，而排气管则用于排出循环之后的气体。

实际的热泵系统还可以处于制冷工况下，具体地，使用该热泵系统进行制冷时，现有技术可以通过电磁换向，将制热系统的吸气管和排气管的位置对换，进而使上述热泵系统制冷过程中的制冷剂的流向发生转换。相对应于上述的制热工况来说，原充当蒸发器1中包含的换热器则相对应的调整为制冷工况中的冷凝器所使用的换热器。由此制冷工况下的热泵系统可以在室内吸热向室外放热，实现制冷的目的。

不论是热泵系统是处于制冷工况还是制热工况，其蒸发器和冷凝器中包含的换热器是热泵系统中进行热量交换的重要部分，该换热器性能以及散热的效率直接影响到整个热泵系统的性能。

参照图2所示，图2示出了现有技术中的微通道换热器200的结构示意图，该换热器200包括：上部头管201、平行于上部头管201的下部头管202、垂直位于上部头管201和下部头管202之间的多个平行的扁管203、以及相邻扁管203之间设置的翅片204。当换热器200处于在制冷工况时下的冷凝器内部时，图1中的压缩机排出的高温高压制冷剂气体从图2中所示的制冷剂入口205进入换热器200，流经上部头管201后分配到各根扁管203中，与管外流经的低温空气进行热交换，放出的热量被低温空气带走，扁管203内的高温高压制冷剂则由气态被冷却为液态，经下部头管202的出口206流出换热器。该换热器200中的任意两根扁管203之间都布置有翅片204，且该换热器200的平行设置的多个扁管203采用完全相同的设计，间距相同，扁管203的形式也相同，而且水平方向上一一对应。另外，上部头管201和下部头管202的结构中用于连通扁管203的孔都对称排布；主要用于增加空气侧的换热面积，从而提高换热量；并易于加工和装配。

以换热器200处于制热工况为例进行说明，当换热器200处于制热工况时，该换热器200位于热泵系统中的蒸发器内部，由于蒸发温度较低，换热器200的翅片204的表面温度也随之下降。如果表面温度低于露点温度，当外界空气在风机驱动下流经换热器200时，其所含的水分就会析出并附着于扁管203表面形成冷凝水，尽管冷凝水受到重力和空气流动的推动作用，会向下排放。实际的热泵系统中的换热器，不仅仅翅片的间隙很小，而且扁管表面会遗留有各种焊剂而凹凸不平，进而导致了部分冷凝水在上部头管201和下部头管202之间无法顺畅排出，或者出现的情况就是冷凝水汇聚在换热器的底部即下部头管202及其相关的扁管203之间无法排出，影响了换热效率，严重时冷凝水还有可能被吹入室内，导致热泵系统整体不可用。特别地，当蒸发器内部的换热器200的蒸发温度低于0℃时，空气中析出的水分将会在其表面形成霜层。而无论是汇聚的冷凝水还是表面的霜层，都会直接降低换热器200的空气侧传热系数，增加空气的流动阻力，阻塞空气流道，同时使霜层越积越厚甚至结冰，大大减小了热泵系统的供热能力。在实际运行时，由于机组结霜严重，蒸发压力过低，制冷剂蒸发量急剧减少，回液过多造成液击的可能性大大增加，这些常造成机组运行不稳定，使机组在运行中常发生故障，甚至于停机。

综上所述，如何解决现有技术中微通道换热器作为冷凝器或蒸发器使用时出现的冷凝水和霜层现象，提高换热器的空气侧传热系数和减少空气侧的流动阻力是亟待解决的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了有效解决上述问题，本发明提出了一种用于空调热泵的微通道换热器，所述换热器包括上部头管、下部头管以及连通所述上部头管和下部头管的多个隔开的平行扁管，所述扁管上设置有多个翅片，所述换热器分为第一平面和第二平面，其特征在于，在所述上部头管和下部头管之间设置有卡接在所述扁管外表面的排水挡片。

进一步地，所述排水挡片的一侧设置有高于所述换热器的第一平面的第一边缘。

进一步地，所述排水挡片的另一侧设置有高于所述换热器的第二平面的第二边缘。

进一步地，所述排水挡片为一体结构且同时卡接所述多个隔开的平行扁管。

进一步地，所述排水挡片为一个或多个。

进一步地，所述卡接在所述扁管外表面的排水挡片由多个分别卡接于相邻两个扁管之间的独立的排水挡片组成。

进一步地，所述相邻两个扁管之间的独立的排水挡片为多个。

进一步地，所述相邻两个扁管之间的独立的排水挡片为曲面形状。

进一步地，所述翅片在所述排水挡片分开的区域的分布密度不同。

进一步地，所述扁管的孔径为圆形、矩形和三角形中的任一种，且所述排水档片由金属材料或塑料制成。

与现有技术相比，本发明是将现有技术中换热器结构中的上部头管和下部头管之间增加用于排出换热器中的扁管和翅片表面水珠的排水挡片。其中依据热泵系统的实际工艺设置排水挡片的数量和其位置的分布角度，且排水挡片的角度依据风扇的方向设置。由此，本发明的换热器不论在制冷或制热工况中，都可以使扁管和翅片表面的水珠的排放得到改善，同时也能对结霜起到改善作用，进一步地增加了空气侧的流动，提高了热泵系统的换热效率，达到高效节能的目的。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1是现有技术中的热泵系统的制冷循环原理图；

图2是现有技术中的微通道换热器的结构示意图；

图3A是根据本发明实施例一中的微通道换热器的结构示意图；

图3B是图3A所示的微通道换热器中的局部结构侧视图；

图4是根据本发明实施例二中的微通道换热器的剖面图；

图5A和图5B是本发明的微通道换热器中的排水挡片的结构示意图；

图6A和图6B是根据本发明实施例三中的微通道换热器的局部结构示意图；

图6C是根据本发明实施例三中的微通道换热器的排水挡片的结构示意图；

图7A和图7B是根据本发明所示出的微通道换热器使用的扁管的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参考图3A和图3B所示，图3A是根据本发明实施例一中的微通道换热器的结构示意图。其中，换热器300包括：上部头管301、平行于所述上部头管301的下部头管302、位于该上部头管301和下部头管302之间的平行设置的多个扁管305，该扁管305与上部头管301、下部头管302均处于连通状态，以及该扁管305上焊接有多个隔开的波浪状的翅片306，特别地，在上部头管301和下部头管302之间设置有排水挡片307，该排水挡片307卡接于扁管305的外表面。

从图3A中可以看出，所述排水挡片307将换热器300的扁管305和翅片306分为I区和II区，优选地，在I区和II区可以将翅片306的间隙和分布密度设置为不同，如：所述II区翅片的宽度和密度小于所述I区翅片的宽度和密度，II区翅片或所述I区翅片可以为光翅片或开窗片。其I区翅片和II区翅片的设置可以依据实际热泵系统的的排水效率和换热效率而定。可选地，该排水挡片307可以平行于上部头管301(如图3A所示)，或者，该排水挡片307与上部头管301形成一角度，即在上部头管301和下部头管302之间倾斜设置(图中未示出)，该排水挡片307与上部头管301的位置关系可以依据实际的热泵系统的需求来设定。需要说明的是，在本实施例中，排水挡片307与每个扁管305的卡接角度可以依据热泵系统中风扇的风向F而定。

进一步地，参考图3B所示，图3B为图3A中的微通道换热器的左视图。从图3B中上部头管301和排水挡片307的位置关系来看，排水挡片307位于上部头管301和下部头管302之间距离的二分之一处，由此，可以将翅片306划分为两部分。从图3B中扁管305和排水挡片307的位置关系来看，该排水挡片307和扁管305之间设置第一角度a，该第一角度a依据风向F(如图3B中所示的平行箭头)来设定。也就是说，排水档片307相对于垂直线具有合适的第一角度a，该第一角度a的大小与风向F有关，风向与排水档片所形成的角度应该使得滴落在排水档片上的水珠能流畅地被吹落。当然，风向是由热泵中空调风扇所提供的。优选地，该排水挡片307可以是焊接在扁管305上的，一旦焊接完成，角度也就固定了。或者，也可以根据实际工艺设计成可调节的排水档片307，通过一个控制机构来调剂排水档片307的角度，这个控制机构可以是手动的也可以是电脑自动控制的，所述控制机构可以采用现有技术中公知的任何方式。

以制冷工况为例，当上部头管301的一侧作为制冷剂气体的入口303时，所述I区翅片306和扁管305上汇聚的冷凝水的水珠会沿着扁管306汇聚至排水挡片307上，进而采用热泵系统的风扇将汇聚在该排倾斜的水挡片307上的冷凝水水珠排出，保证了换热器300的换热效率，使得换热器可以正常运行。

另外，为方便描述，本发明中将所述换热器300划分为换热器300的第一平面308和第二平面309，在图3B中显示换热器300中靠近风扇的风向F的一侧称为第一平面308，相对的另一侧称为换热器300的第二平面309。在本发明的其他实施例中(参考图5A或图5B所示)，排水挡片307的一侧设置有高于所述换热器300第一平面308(该处所述换热器300的第一平面308与所述排水挡片307的平面互为垂直关系)的第一边缘。可选地，排水挡片307的另一侧设置有高于所述换热器第二平面309的第二边缘。所述第一边缘或第二边缘用于汇集/导流在该排水挡片上的水珠，且方便热泵系统中风扇风向的设定。当然，在合适的情况下，第一边缘或第二边缘是可以省略的，比如，当风扇的风速足够大，这样使得汇集在档片上的水珠能很快地被吹走，此时，第一边缘或第二边缘就不需要了。

参照图4所示，图4是根据本发明实施例二中的微通道换热器的剖面图；其中，换热器400的上部头管和下部头管之间设置有两个排水挡片401和402。优选地，排水挡片401和排水挡片402分别位于上部头管与下部头管之间距离的三分之一处和三分之二处。该排水挡片401和402为一体结构用于增强该换热器的排水效果，当换热器的结构较大时，可以在上部头管和下部头管之间增加两个或多个排水挡片，且该排水挡片可以卡接或焊接在每一个扁管的外表面。排水挡片的具体设置依据实际的换热器结构设定，该排水挡片具体的结构如下图5A和图5B的描述。

具体地，参考图5A和图5B所示，图5A和图5B分别为微通道换热器中的排水挡片的不同结构示意图。排水挡片的材料可以选用铝合金或钣金材料或其它的金属材料。优选地，排水挡片的材料还可以使用塑料制备，或类似塑料材质的材料制备，材料的选用依据实际的热泵系统需求设定。图5A示出了第一排水挡片501的结构，该第一排水挡片501包括多个用于卡接扁管的第一开口502，以及用于接收扁管上面水珠的第一边缘503。所述每一第一开口502通过第一边缘503依次平行且固定地排列。在本实施例中，所述多个第一开口和第一边缘可以为一体结构，并且该第一开口的数量相应于换热器中扁管的数量。即显示于图3A和图4中的排水挡片为一体结构且同时卡接所述多个隔开的平行扁管。

所述第一开口502的宽度和长度的大小依据换热器中扁管的厚度、长度进行设置，其目的是可以将扁管卡接在第一开口502中。本实施例中所述第一开口502的形状可为长条状。该第一开口502可以与扁管固定连接(例如，可以用焊接的方式固定连接，或者采用铆接的方式，或者用粘合物进行粘合连接等)。另外，固定排列第一开口502的第一边缘503用于接收扁管和翅片上汇聚的水珠(在实际的热泵系统中，所述换热器处于竖直状态)，即在换热器的结构中，该第一排水挡片501高出换热器第一平面308一个高度(该高度相应于第一边缘的宽度)，由此能够使得滴落在第一排水挡片501上的水珠通过风扇将其顺利排出，且方便热泵系统中风扇风向的设定，保证汇聚的水珠远离换热器，不易于滴落到第一排水挡片501下方的换热器结构中。当然，任意两个相邻的第一开口502之间的距离是根据相邻扁管之间的距离设定。优选地，上述第一边缘503的宽度可以依据换热器的实际需求而定。

参考图5B所示，图5B示出了微通道换热器中的第二种排水挡片504的结构示意图。图5A示出的第二排水挡片504的结构与第一种排水挡片501的结构不同之处在于：该第二排水挡片504还设有对应于第一边缘503’的第二边缘505，其中，第一边缘503’和第二边缘505将第一开口502’固定排列，使得第一开口502’、第一边缘503’和第二边缘505成为一体结构。当然，第一开口502’的宽度和长度相应于换热器扁管的厚度、长度。其中，第二边缘505相应于第一边缘503’用于接收扁管和翅片上汇聚的水珠，即在换热器结构中，该第二排水挡片504的两侧分别高出换热器的第一平面308和第二平面309，由此方便使滴落/汇聚在第一边缘503’和第二边缘505上的水珠通过风扇将其顺利排出，保证水珠可以远离换热器，不至于滴落到第二排水挡片504下方的换热器结构中。

优选地，所述卡接在所述扁管外表面的排水挡片由多个分别卡接于相邻两个扁管之间的独立的第三排水挡片601组成。该第三排水挡片601为独立的单个挡片结构，第三排水挡片601无上述第一排水挡片501的第一开口，但可以具有类似于上述的第一边缘和/或第二边缘的结构，其第三排水挡片601卡接/固接在相邻两个扁管之间，用于加强换热器中的扁管和翅片的排水功能。参考图6A、图6B和图6C所示。第三排水挡片601是独立设置的一体结构。在实际的应用时，可以倾斜设置在两个扁管之间。该第三排水档片601的两个边(不同于第一边缘和第二边缘的两边)分别与相邻的两个扁管相卡接(可以是固定连接)。图6A中的相邻的扁管的上部和下部分别设有两个第三排水档片601，具体是设置在上部头管和下部头管之间距离的三分之一位置和三分之二位置。该一体结构的第三排水挡片601可以是平面结构，其倾斜卡接在相邻扁管之间，每相邻扁管之间设置的第三排水挡片601的数量可以不同。即相邻扁管之间设置多个第三排水挡片601，并且该多个第三排水挡片601可以处于上部头管和下部头管之间的多个不同高度的位置。优选地，多个第三排水挡片601与扁管之间卡接的角度可以不同。由于热泵系统中风扇的风向相对于换热器中的中部、上部、和下部可能是不同的，故多个第三排水档片601在换热器的中部、上部和下部的倾斜角度也可以设置不同。在实际的工艺中，设置第三排水档片601的位置主要是依据在换热效率和排水效率的平衡关系。

此外，图6B中所示的第三排水挡片601’的结构不同于图6A中所示的排水挡片的结构，图6B中的第三排水挡片601’的形状为曲面形状(该曲面形状可以类似于瓦片的形状)，并且该曲面形状设置时将凸面对应于需要接收汇聚的水珠的位置，如图6C所示的曲面形状的第三排水挡片601’，因而，该结构的第三排水挡片601’可以更好的将汇聚的水珠排出。当然，对于图5A和图5B所示出的第一排水挡片和第二排水挡片的每相邻两个第一开口之间的部分也可以设置为曲面形状，其该曲面形状的凸面对应接收水珠。

参考图7A和图7B所示，图7A和图7B是根据本发明所示出的微通道换热器使用的两种扁管的示意图，图7A为第一扁管的结构示意图，图7B为第二扁管的结构示意图。本发明中的换热器的扁管可以采用上宽下窄设计。另外，换热器中的扁管内部设置有若干供制冷剂流通的通道，这些通道可以是各种形状，比如方形或圆形。换热器中的第一扁管和第二扁管可以采用不同开孔设计，如第一扁管采用较大的孔径，第二扁管采用较小的孔径。扁管开孔的形式可以为圆形，方形或其他形式的孔。当换热器运行制冷工况时，扁管内主要为制冷剂液体，使用如此孔径可以使得扁管内的制冷剂流速提高，从而使换热性能得到提高。

当换热器运行制热工况时，扁管中充满了气液两相的制冷剂，其体积流量比较小，因此孔径较小的扁管有利于提高制冷剂流速，从而提高液相和气相混合区的换热系数；而当制冷剂进入扁管时，主要组成已经变为气相，体积流量比两相时大了很多，且采用大孔径设计可以有效的降低制冷剂流过扁管时的压降。

需要说明的是：本实施例中的微通道换热器是一种全部采用铝合金材料制成的高效新型换热器，与传统的换热器相比，微通道换热器的性能平均可以提高约30％左右，机组制冷剂的充注量平均可减少30％左右，换热器全部由一种材料铝经过钎焊所制成，不但易于回收，而且避免了电位腐蚀，因此能够保证换热器更长期高效的使用。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (5)

1.一种用于热泵系统的微通道换热器，所述换热器包括上部头管、下部头管以及连通所述上部头管和下部头管的多个隔开的平行扁管，所述扁管上设置有多个翅片，所述换热器分为第一平面和第二平面，其特征在于，在所述上部头管和下部头管之间还设置有卡接在所述扁管外表面的、不同于所述多个翅片的排水挡片，所述排水挡片由多个分别卡接于相邻两个扁管之间的独立的排水挡片组成，所述独立的排水挡片具有高于所述换热器的第一平面的第一边缘和/或高于所述换热器的第二平面的第二边缘。

2.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述相邻两个扁管之间的独立的排水挡片为多个。

3.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述相邻两个扁管之间的独立的排水挡片为曲面形状。

4.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述翅片在所述排水挡片分开的区域的分布密度不同。

5.如权利要求1至3中任意一项所述的微通道换热器，其特征在于，

所述扁管的孔径为圆形、矩形和三角形中的任一种，且所述排水档片由金属材料或塑料制成。

Images