CN102767895B - 一种空调用细管径翅片管式换热器 - Google Patents

一种空调用细管径翅片管式换热器 Download PDF

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本发明公开了一种空调用细管径翅片管式换热器,包括多个平行排布的设有多排多列胀接孔的散热翅片,以及多排多列通过胀接孔与散热翅片垂直胀接的传热管,所述换热器传热管外侧采用风机强迫通风换热,其特征在于:设定风机气流速度递减方向为为X方向,那么在沿着X方向所设置的散热翅片宽度逐渐变窄,所述散热翅片上设有的胀接孔列数逐渐递减。本发明针对气流速度递减这一问题对散热器的传热管列数进行调整,即在气流速度大的区域排数多,在气流速度小的区域排数少;在气流速度大的区域散热翅片的宽度较大,在气流速度小的区域散热翅片的宽度较小,从而使本发明单位面积平均换热效率提高,反而提高了制冷系统的性能。

Description

一种空调用细管径翅片管式换热器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种空调用细管径翅片管式换热器,特别是涉及一种管路流程较多、管排数较多的细管径翅片管式换热器。
背景技术
[0002] 翅片管式换热器是制冷空调领域应用最为普遍的换热器,具有结构简单、可靠、成本较低等优点。
[0003] 现有的翅片管式换热器的换热管一般做成多排多列,且同一片换热器沿气流方向的管排数均相等。其优点是翅片的形状为矩形,加工工艺简单。但实际使用中尚存在如下问题:
[0004] 如图1所示,现有的空调用换热器I (尤其是冷凝器)普遍采用外径为Φ9.52的传热管12,由于管径较大,散热翅片11的宽度也较大。所以现有换热器的管排数不宜过多,否则流经翅片的气流阻力、噪音均增大,风机的功耗也增加。
[0005] 翅片管式换热器的管外侧换热采用强迫通风方式,出于节省空间考虑,一般把风机2设置在机器顶部,换热器设置在风机的侧下部。但采用这种结构,流经换热器各处的空气流速不相等。对管排数多(沿气流方向厚度尺寸大)、管列数多(垂直气流方向的高度尺寸大)的换热器,这种差异更大。如图1所示的一种现有结构换热器与风机位置示意图,其气流场速度分布从上至下依次递减,上/下最大差异接近2倍。
[0006] 而管外侧的放热系数与掠过翅片表面的空气流速密切相关,由于空气流速的差异性导致换热器不同区域的换热系数不一致,总换热面积不能有效利用,整个换热器的换热
效率不高。
[0007] 近年来,为节省材料(尤其是铜材)、提高效率及适应环保工质高工作压力的需要,许多科研院所、大专院校及专业厂家积极从事传热管的细径化研究工作,取得了一些成果。但在实际应用中,尚有许多问题需深入研究:如管径变小后,管内侧的流动、传热都将发生很大变化,不加考虑、简单地以“细”代“粗”,制冷系统的状态参数会偏离正常范围;管径变小后,管外侧的换热面积也变小,低温制热等变工况性能也会受到影响。所以为提高换热器的性能,细管径换热器的结构参数(包括管路、流程)甚至外形都须作较大地调整。
发明内容
[0008] 为克服现有翅片管式换热器的不足,本发明的目的在于提供一种新型结构的翅片管式换热器,通过改变管排数及散热翅片的宽度、合理布置管路流程,使换热器各部分的换热基本一致,从而提高整个换热器的换热效率。
[0009] 本发明解决技术问题采用如下技术方案:
[0010] 一种空调用细管径翅片管式换热器,包括多个平行排布的设有多排多列胀接孔的散热翅片,以及多排多列通过胀接孔与散热翅片垂直胀接的传热管,所述换热器传热管外侧采用风机强迫通风换热,其结构特点在于:[0011 ] 设定风机气流速度递减方向为为X方向,那么在沿着X方向所设置的散热翅片宽度逐渐变窄,所述散热翅片上设有的胀接孔列数逐渐递减。
[0012] 一种空调用细管径翅片管式换热器,其结构特点还在于,
[0013] 所述散热翅片宽度呈阶梯式逐渐变窄,所述散热翅片上设有的胀接孔列数亦呈阶梯式逐渐递减。
[0014] 所述散热翅片宽度由宽到窄依次经历A、B、C三个梯度区域,其中A宽度数值为50.8cm〜72.7cm, B宽度数值为38.1 cm〜54.6 cm, C宽度数值为25.4 cm〜36.4 cm ;所述A、B、C三个梯度区域的长度比值为4:3:1。
[0015] 所述传热管管径小于或等于7mm。
[0016] 所述的传热管在背风侧分成多路并联,相邻的两路在迎风侧再汇合成一路。
[0017] 与已有技术相比,本发明的有益效果体现在:
[0018] 1、本发明采用细管径换热管,虽然管径变小后,管外侧的换热面积也变小,低温制热等变工况性能也会受到影响,但是由于本发明针对气流速度递减这一问题对散热器的传热管列数进行调整,即在气流速度大的区域排数多,在气流速度小的区域排数少;在气流速度大的区域散热翅片的宽度较大,在气流速度小的区域散热翅片的宽度较小,从而使本发明单位面积平均换热效率提高,反而提高了制冷系统的性能。
[0019] 2、相同壁厚的细管径传热管可承受更高的工作压力,能适应高工作压力的环保工质需求;若工作压力不变,则壁厚可减薄,更有利于传热,同时节省成本。
[0020] 3、虽然最大排数比现有的换热器多,但翅片宽度仍小于现有的换热器,流经翅片的气流阻力、噪音均减小,风机的功耗也降低;同时气流场的速度差异也有所改善,如图2所示。
[0021] 4、管路流程多,制冷剂的流动阻力小,可降低压缩机功耗;同时换热器的换热更加均匀。
[0022] 5、相邻的两路传热管在迎风侧再汇合成一路,管腔容积发生变化,适应制冷剂沿程比容的变化趋势,使管内侧的流动与传热均得到优化。
[0023] 6、相同的换热面积,本发明换热器换热效率高,用在制冷系统中,可提高制冷系统的性能。
[0024] 7、同等的换热条件下,本发明换热器换热面积小,材料成本低;
[0025] 8、同等规格的机器,本发明换热器的体积小、机组结构更加紧凑。
附图说明
[0026] 图1为现有结构换热器气流场速度分布示意图。
[0027] 图2为本发明细管径翅片管式换热器气流场速度分布示意图。
[0028] 图3为现有结构换热器管路流程示意图。
[0029] 图4为本发明细管径翅片管式换热器管路流程示意图。
[0030] 图中标号:1现有翅片管式换热器,11散热翅片,12传热管,2风机,3细管径翅片管式换热器,31细管径散热翅片,32、细管径高效传热管。
具体实施方式[0031 ] 以下通过具体实施方式,并结合附图对本发明作进一步说明。
[0032]细管径翅片管式换热器,包括多个平行排布的设有多排多列胀接孔的散热翅片,以及多排多列通过胀接孔与散热翅片垂直胀接的传热管,换热器传热管外侧采用风机强迫通风换热,设定风机气流速度递减方向为为X方向,那么在沿着X方向所设置的散热翅片宽度逐渐变窄,散热翅片上设有的胀接孔列数逐渐递减。
[0033] 如图2所示,散热翅片宽度呈阶梯式逐渐变窄,其宽度由宽到窄依次经历A、B、C三个梯度区域,其中A宽度数值为50.8cm~72.7cm,B宽度数值为38.1 cm~54.6 cm, C宽度数值为25.4 cm~36.4 cm; A、B、C三个梯度区域的长度比值为4:3:1 ;散热翅片上设有的胀接孔列数亦呈阶梯式逐渐递减。
[0034] 本发明传热管管径小于或等于7mm。
[0035] 本发明传热管在背风侧分成多路并联,相邻的两路在迎风侧再汇合成一路。
[0036] 下面通过采用本发明技术方案生产的细管径翅片管式换热器与现有换热器的实施应用进行对比来进一步说明本发明的优越性。
[0037] 图2中传热管规格为Φ 7mm高效内螺纹铜管,管间距Lg=21mm,排间距Lp=13mm,翅片最大片宽Lk=52mm,片距为1.8mm。
[0038] 图2所示为本发明细管径翅片管式换热器气流场速度分布示意图,根据气流场的速度分布规律,换热器自上而下分成三个区域,管排数分别为4排、3排、2排。图中V ^ 1.65 V。
[0039] 图1中,传热管规格为Φ 9.52mm高效内螺纹铜管,管间距Lg=25mm,排间距Lp=21.65mm,翅片宽Lk=65mm,片距为2mm。图1所示为现有结构换热器气流场速度分布示意图,图中V1~2 Vno可见气流场中的速度分布上下差异较大。
[0040] 图3所示为现有结构换热器管路流程示意图,共分10路,每路流程传热管长约IOm,传热管规格为Φ9.52高效内螺纹铜管。
[0041] 图4为本发明细管径翅片管式换热器管路流程示意图,分18路再汇合成9路,以适应制冷剂沿程比容的变化。每路流程气液混合区传热管长约6.5m,传热管规格为Φ7πιπι高效内螺纹铜管。汇合前管内制冷剂为汽液混合状态,比容大;汇合后管内制冷剂为液态,比容小。这样的管路流程沿程阻力较小,有利于细管径传热管的流动与传热。
[0042] 作为对比,在现有的20RT风冷热泵冷(热)水机组中,以本发明的细管径翅片管式换热器3替代现有翅片管式换热器1,在保证其它零部件相同的前题下,铜管重量下降约14%,铝箔重量下降约25%。测试结果表明:标准制冷测试工况条件下,机组的制冷量提高约1%,能效比EER提高约5.3% ;标准制热测试工况条件下,机组的制热量提高约2.2%,性能系数COP提高约2.9%。具体如下表所示:
[0043] 表1: Φ 7传热铜换热器与Φ 9.52传热铜管换热材料成本对比:
[0044]
Figure CN102767895BD00061
[0045] 表2: Φ7传热铜管模块机与Φ9.52传热铜管模块机制冷性能对比:
[0046]
Figure CN102767895BD00062
[0047] 表3: Φ7传热铜管模块机与Φ9.52传热铜管模块机制热性能对比:
[0048]
Figure CN102767895BD00063

Claims (5)

1.一种空调用细管径翅片管式换热器,包括多个平行排布的设有多排多列胀接孔的散热翅片,以及多排多列通过胀接孔与散热翅片垂直胀接的传热管,所述换热器传热管外侧采用风机强迫通风换热,其特征在于: 设定风机气流速度递减方向为X方向,那么在沿着X方向所设置的散热翅片宽度逐渐变窄,所述散热翅片上设有的胀接孔列数逐渐递减。
2.根据权利要求1所述的一种空调用细管径翅片管式换热器,其特征在于,所述散热翅片宽度呈阶梯式逐渐变窄,所述散热翅片上设有的胀接孔列数亦呈阶梯式逐渐递减。
3.根据权利要求2所述的一种空调用细管径翅片管式换热器,其特征在于,所述散热翅片宽度由宽到窄依次经历A、B、C三个梯度区域,其中A宽度数值为50.8cm〜72.7cm, B宽度数值为38.1cm〜54.6cm, C宽度数值为25.4cm〜36.4cm ;所述A、B、C三个梯度区域的长度比值为4:3:1。
4.根据权利要求3所述的一种空调用细管径翅片管式换热器,其特征在于,所述传热管管径小于或等于7mm。
5.根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的一种空调用细管径翅片管式换热器,其特征在于,所述的传热管在背风侧分成多路并联,相邻的两路在迎风侧再汇合成一路。
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