CN102914089B - 一种同步换热的多支路室外换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步换热的多支路室外换热器，包括过热盘管、多支路换热盘管、过冷盘管、高压储液罐和风机，过热盘管和过冷盘管分别设置在室外换热器中换热效果最差与最好的位置并与多支路换热盘管平行。本发明适用于多种空调系统，可有效解决过冷度损失的问题，增强膨胀阀工作稳定性与可靠性，避免压缩机进行湿压缩，有效提高系统效率和运行的安全性、可靠性。

Description

一种同步换热的多支路室外换热器

技术领域

本发明涉及一种多支路室外换热器，具体来说是一种同步换热的多支路室外换热器，属于建筑环境与设备工程技术领域。

背景技术

多支路室外换热器是一种使制冷剂流体与室内空气流体发生强制换热，从而改变制冷剂温度的一种间壁式换热器。目前室外换热器大多数没有过冷设备，少数布置有过冷设备，也往往由于过冷盘管的不合理布置，大大降低了系统实际的过冷效果，难以提高系统的能效比。此外现有技术并未实现同步换热，一般室外换热器仅适用于单冷型空调系统，对于热泵型空调系统，必须采用专门的换热器，若采用此类换热器必然会影响到膨胀阀的稳定性。

发明专利CN101576297 B一种大过冷度全新风空气处理机组，没有考虑到制冷剂过冷度控制的问题。其室外侧换热器未采取过冷设备，在制热循环中难以保证制冷剂在经历换热器后形成一定的过冷度，从而影响了膨胀阀工作的高效性以及稳定性。此外，值得注意的是压缩机进口的制冷剂过热度往往需要控制在5℃～11℃：过热度太低，压缩机容易形成湿压缩，影响制冷系统的稳定性和安全性；过热度太高，压缩机的排气温度太高，压缩机的输入功率增加，全新风空气处理机组的性能降低，同时其稳定性和安全性也得不到保证。所以该专利室内侧换热器未采取过热设备，在制冷循环中不能保证进入压缩机的制冷剂气体一定的过热度，这必然会影响到系统的安全性以及稳定性。

中国专利网公开了一种带过冷盘管的空气换热设备（专利号CN 2594736Y），运行过程中制冷剂进入空气换热器中和空气换热冷凝，汇成一路后进入储液器，从储液器中出来的制冷剂进入过冷盘管进行过冷处理，从而提高了制冷剂的过冷度，并且起到防止换热器底部结冰的作用。

由于空气侧流场的不均匀，多支路冷凝盘管的各个支路换热也不均匀，有的支路换热效果好，而有的支路换热效果不好。换热效果好的支路，制冷剂充分冷凝，得到了较大的制冷剂过冷度；换热效果不好的支路，制冷剂不能完成充分冷凝，制冷剂的过冷度不高或者没有过冷度。换热效果好、过冷度大的支路和换热效果不好、过冷度小的支路，汇成一路后一股脑的进入储液器。由于储液器的气液两相作用，制冷系统的过冷度一起被抑制，即使换热效果好的支路获得了很大的制冷剂过冷度也在储液器的气液两相作用下被消耗殆尽。

制冷剂从储液器中出来以后，再进入过冷盘管又获得一定的过冷度，可以说是不得已而为之的补救措施而已。

所以，实用新型专利CN 2594736Y带过冷盘管的空气换热设备一方面牺牲了换热好的支路的制冷剂过冷能力，另一方面必然增加过冷盘管的面积来弥补或者说重新获得制冷系统需要的过冷度，一则降低了冷凝器的换热效果，降低了制冷系统的制冷能效比；二则无形中增加了过冷盘管的面积，提高了设备的初投资。

发明内容

技术问题：针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种可有效解决将已获得过冷度损失的问题，增加制热过程中制冷剂的过冷度和控制制冷过程中制冷剂的过热度，提高系统的工作性能和安全性能，改善系统运行工况的同步换热的多支路室外换热器。  

技术方案：本发明的同步换热的多支路室外换热器，包括过热盘管、多支路换热盘管、过冷盘管、高压储液罐和风机，过热盘管和过冷盘管分别设置在室外换热器中换热效果最差与最好的位置并与多支路换热盘管平行，过热盘管的制冷出口与多支路换热盘管的制冷进口连接，多支路换热盘管中换热效果最差支路的换热盘管的制冷出口和高压储液罐的制冷进口连接，高压储液罐的制冷出口和多支路换热盘管中其他支路的换热盘管的制冷出口通过管路连接后再共同与室外过冷盘管的制冷进口连接，风机在室外换热器的出风一侧。

本发明过冷盘管设置在多支路室外换热器中换热效果最好的位置并与多支路换热盘管平行。之所以过冷盘管放在换热器中和空气换热效果最好的地方，目的就是为了提高系统的过冷度，保证制冷剂的过冷度至少大于3℃，大过冷度能确保通过膨胀阀时制冷剂无气泡存在，增强了膨胀阀工作的稳定性及可靠性。同时，过冷盘管的设置提高了室外换热器换热面积，可增强换热效果，提高制热量。本发明的装置做制冷运行时制冷剂经多支路换热盘管与空气换热后汇集进入其中，获得一定的过冷度。

本发明过热盘管设置在多支路室外换热器中换热效果最差的位置并与多支路换热盘管平行。之所以过热盘管放在换热器中和空气换热效果最差的地方，目的是保证系统有一定的过热度，一般大于5℃，以保证压缩机的安全工作。但是有所控制，过热度不是越大越好，一般不要超过11℃。也就是说，制冷系统的过热度需要控制在5～11℃的区间内。本发明的装置做制热运行时制冷剂经多支路换热盘管与空气换热后汇集进入其中，获取一定的过热度。

本发明高压储液罐的制冷进口与多支路换热盘管换热效果最差支路的制冷出口连接，其制冷出口与多支路换热盘管的其他支路的制冷出口共同与过冷盘管的制冷进口连接。本发明的装置做制冷运行时，制冷剂经换热效果最差支路进入高压储液罐后，再与其他支路汇总，一起经过空气换热效果最好处的过冷盘管。这样，室外换热器（此时为冷凝器）中换热效果好、已经获得较大过冷度的制冷剂得以充分利用，其后与换热效果差、没有获得足够过冷度并经历储液器气液两相作用的制冷剂混合，再经过一段换热效果最好的共同的过冷盘管，系统的过冷度得以最大限度的提高。此举有效解决将已获得过冷度损失的问题，并且可以适当减少过冷盘管的换热面积，降低制冷系统的初投资。

本发明的装置做制冷运行时，该装置做为冷凝器。在换热器中制冷剂流经过热盘管初步换热后后经分液装置分流后进入多支路换热盘管，其中换热效果最差支路中的制冷剂进入高压储液罐，再与其余支路汇合后，经过共同的位于换热效果最佳支路的过冷盘管进行过冷换热。制冷剂形成一定的过冷度，大过冷度能确保通过膨胀阀时制冷剂无气泡存在，增强了膨胀阀工作的稳定性及可靠性。

本发明的装置做制热运行时，该装置做为蒸发器。在换热器中制冷剂流经过冷盘管初步换热后经分液装置分流后一部分直接进入多支路换热盘管与空气进行换热，另一部分经高压储液罐后再进入多支路换热盘管换热效果最差支路换热。此后这两部分的制冷剂经集气装置汇流后进入位于空气效果换热最差处的过热盘管，并在其中充分混合、换热。制冷剂形成一定的过热度，从而保证压缩机进口的制冷剂过热度在5℃～11℃，保证了压缩机的安全工作，提高了制冷系统的稳定性和安全性。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明室外换热器包括有过冷盘管，过冷盘管位于换热器中与空气换热效果最好的位置。制热过程中，共同的过冷盘管段大大提高了制冷剂的过冷度，能确保通过膨胀阀时制冷剂无气泡存在，增强膨胀阀工作的稳定性及可靠性，同时提高了室外换热器的换热效果，提高了制热量。

（2）本发明室外换热器包括有过热盘管，过热盘管位于换热器中与空气换热效果最差的位置。制冷过程中，过热盘管的设置有效地控制了制冷剂的过热度，保证压缩机进口的制冷剂过热度在5℃～11℃，避免了压缩机进行湿压缩，使得其稳定性和安全性得以保证。

（3）本发明室外换热器包括有高压储液罐，在制冷过程过程中有选择性的使室外多支路换热器中换热效果最差的支路进入高压储液罐后，再与其余支路汇合后，一起经过位于室外处理单元换热器中与位于空气换热效果最好处的过冷盘管进行过冷换热，避免了由于高压储液罐的气液两相作用对制冷循环的过冷度抑制作用，有效提高了室外换热器的换热效果，提高制冷剂的过冷度。 

（4）本发明室外换热器实现了同步换热，适用广泛，不仅可作为单冷型空调系统的室外侧换热器，还可作为热泵型空调系统的室外侧换热器。      

附图说明

图1是现有技术中公开的换热器的原理图；

图2是本发明的同步换热的多支路室外换热器的结构原理图；

图3是本发明的实施例一的结构图；

图4是本发明的实施例一的空气风速场矢量图；

图5是本发明的实施例二的结构图；

图6是本发明的实施例二的空气风速场矢量图；

图7是本发明的实施例三的结构图；

图8是本发明的实施例三的空气风速场矢量图；

图9是本发明在单冷型空调系统中的工作原理图；

图10是本发明在热泵型空调系统中的工作原理图。

图中：1-过热盘管；2-多支路换热盘管；21-多支路换热盘管换热效果最差支路；3-过冷盘管；4-高压储液罐5-风机；6-箱体；61-回风口；62-送风口；7-压缩机；8-膨胀阀；9-四通换向阀；10-室内侧换热器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

本发明的同步换热的多支路室外换热器，包括过热盘管1、多支路换热盘管2、过冷盘管3、高压储液罐4和风机5，过热盘管1和过冷盘管3分别设置在室外换热器中换热效果最差与最好的位置并与多支路换热盘管2平行，过热盘管1的制冷出口与多支路换热盘管2的制冷进口连接，多支路换热盘管2中换热效果最差支路的换热盘管21的制冷出口和高压储液罐4的制冷进口连接，高压储液罐4的制冷出口和多支路换热盘管2中其他支路的换热盘管的制冷出口通过管路连接后再共同与室外过冷盘管3的制冷进口连接，此处的其他支路的换热盘管是指多支路换热盘管2中除换热效果最差支路的换热盘管21之外的换热盘管。风机5设置在室外换热器的出风一侧。

    箱体6包括形成在其上的多个通风口，其中回风口61将室内空气输送至多支路室外换热器，送风口62将换热后的空气返还，风机5设置在室外换热器的出风一侧，风机5和多支路换热盘管2的安装高度相同，风机5与换热盘管2的水平间距不小于50mm。

本发明同步换热的多支路室外换热器中，风机5的出风位置有三种：上出风、下出风、平出风，与此相对应的空气风速场矢量图为上三角形、下三角形、正三角形。

本发明的实施例一，即第一种类型的同步换热的多支路室外换热器。同步换热的多支路室外换热器的风机5为上出风，它的风速分布矢量图符合上三角形。换热器结构形式确定的情况下，这种特定的送风方式和风速的上三角形分布矢量图具有一一对应的关系。由上三角形风速分布矢量图可见，换热器上部风速大，故当外部空气横掠换热器上部支路时与管内制冷剂发生强制换热效果好，于是本发明将室外换热器最上部的一个支路设置为过冷盘管3；换热器下部风速小，故当外部空气横掠换热器下部支路时与管内制冷剂换热效果差，于是本发明将室内换热器最下部的一个支路设置为过热盘管1，多支路换热盘管2中与过热盘管1相邻的一个支路即为换热效果最差支路21。在制冷过程中，制冷剂进入多支路室外换热器（此时为冷凝器）。在换热器中制冷剂流经位于换热效果最差处的过热盘管1后经分液装置分流后进入多支路换热盘管2。在风机5强力空气流场作用下，各支路盘管中的制冷剂与空气强制换热，温度降低。其中换热效果最差支路21的制冷剂进入高压储液罐4，再与其余支路汇合，由制冷剂经集气装置汇集后进入位于空气效果换热最好处的过冷盘管3，并在其中充分混合、换热，获得一定的过冷度。在制热过程中，制冷剂经室内换热器的冷凝作用和膨胀阀的节流作用后进入多支路室外换热器（此时为蒸发器）。在换热器中制冷剂流经位于换热效果最差处的过冷盘管3盘管后经分液装置分流后一部分进入多支路换热盘管2，另一部分先进入高压储液罐4，然后进入多支路换热盘管换热效果最差支路21。在风机5强力空气流场作用下，各支路盘管中的制冷剂与空气强制换热，温度上升。此后制冷剂经集气装置汇集后进入位于空气效果换热最差处的过热盘管1，并在其中充分混合、换热，获得一定的过热度。

本发明的实施例二，即第二种类型的同步换热的多支路室外换热器。同步换热的多支路室外换热器的风机5为下出风，它的风速分布矢量图符合下三角形。换热器结构形式确定的情况下，这种特定的送风方式和风速的下三角形分布矢量图具有一一对应的关系。由下三角形风速分布矢量图可见，换热器下部风速大，故当外部空气横掠换热器下部支路时与管内制冷剂发生强制换热效果好，于是本发明将室内换热器最下部的一个支路设置为过冷盘管3；换热器上部风速小，故当外部空气横掠换热器上部支路时与管内制冷剂换热效果差，于是本发明将室内换热器最上部的一个支路设置为过热胖盘管1，多支路换热盘管2中与过热盘管1相邻的一个支路即为换热效果最差支路21。在制冷过程中，制冷剂进入多支路室外换热器（此时为冷凝器）。在换热器中制冷剂流经位于换热效果最差处的过热盘管1后经分液装置分流后进入多支路换热盘管2。在风机5强力空气流场作用下，各支路盘管中的制冷剂与空气强制换热，温度降低。其中换热效果最差支路21的制冷剂进入高压储液罐4，再与其余支路汇合，由制冷剂经集气装置汇集后进入位于空气效果换热最好处的过冷盘管3，并在其中充分混合、换热，获得一定的过冷度。在制热过程中，制冷剂经室内换热器的冷凝作用和膨胀阀的节流作用后进入多支路室外换热器（此时为蒸发器）。在换热器中制冷剂流经位于换热效果最差处的过冷盘管3盘管后经分液装置分流后一部分进入多支路换热盘管2，另一部分先进入高压储液罐4，然后进入多支路换热盘管换热效果最差支路21。在风机5强力空气流场作用下，各支路盘管中的制冷剂与空气强制换热，温度上升。此后制冷剂经集气装置汇集后进入位于空气效果换热最差处的过热盘管1，并在其中充分混合、换热，获得一定的过热度。

本发明的实施例三，即第三种类型的同步换热的多支路室外换热器。同步换热的多支路室外换热器的风机5为平出风，它的风速分布矢量图符合正三角形。换热器结构形式确定的情况下，这种特定的送风方式和风速的正三角形分布矢量图具有一一对应的关系。由正三角形风速分布矢量图可见，换热器中部风速大，故当外部空气横掠换热器中部支路时与管内制冷剂发生强制换热效果好，于是本发明室内换热器最中间的一个支路设置为过冷盘管3；换热器上部以及下部风速小，故当外部空气横掠换热器上部或者下部支路时与管内制冷剂换热效果差，那么在室内换热器中过热盘管1的设置上就有三种选择方式，分别是最上部的一个支路、最下部的一个支路或者最上部与最下部的两个支路同时做为过热盘管1，本实施例选择最上部的一个支路为过热盘管1，那么室外换热器中最下部的一个支路即为换热效果最差支路21。在制冷过程中，制冷剂进入多支路室外换热器（此时为冷凝器）。在换热器中制冷剂流经位于换热效果最差处的过热盘管1后经分液装置分流后进入多支路换热盘管2。在风机5强力空气流场作用下，各支路盘管中的制冷剂与空气强制换热，温度降低。其中换热效果最差支路21的制冷剂进入高压储液罐4，再与其余支路汇合，由制冷剂经集气装置汇集后进入位于空气效果换热最好处的过冷盘管3，并在其中充分混合、换热，获得一定的过冷度。在制热过程中，制冷剂经室内换热器的冷凝作用和膨胀阀的节流作用后进入多支路室外换热器（此时为蒸发器）。在换热器中制冷剂流经位于换热效果最差处的过冷盘管3盘管后经分液装置分流后一部分进入多支路换热盘管2，另一部分先进入高压储液罐4，然后进入多支路换热盘管换热效果最差支路21。在风机5强力空气流场作用下，各支路盘管中的制冷剂与空气强制换热，温度上升。此后制冷剂经集气装置汇集后进入位于空气效果换热最差处的过热盘管1，并在其中充分混合、换热，获得一定的过热度。

本发明的装置工作时，在制冷过程中位于换热器中与空气换热效果最好的支路处的过冷盘管3，在风机5的强效风场下大大提高了换热器的换热效果，保证了制冷剂的过冷度。大过冷度能确保通过膨胀阀时制冷剂无气泡存在，增强膨胀阀工作的稳定性及可靠性，同时提高了室外换热器的换热效果。此外，特别是有选择性的使多支路换热盘管中换热效果最差支路21中的制冷剂进入高压储液罐后，再与其余支路汇合后，一起经过位于空气换热效果最好的过冷盘管3进行过冷换热，避免了由于高压储液罐4的气液两相作用对制冷循环的过冷度抑制作用，有效提高了室外换热器的换热效果，提高制冷剂的过冷度。在制热过程中位于换热器中与空气换热效果最差的支路处的过热盘管1有效地控制了制冷剂的过热度，保证压缩机进口的制冷剂过热度在5℃～11℃，避免了压缩机进行湿压缩，保证了系统的稳定性和安全性。

本发明可做为单冷型空调系统的室外侧换热器。当单冷型空调运行时，制冷剂经压缩机7后变为高温高压气体，进入多支路室外换热器（为冷凝器）与空气强制换热。在换热器中制冷剂流经位于换热效果最差处的过热盘管1后经分液装置分流后进入多支路换热盘管2。在风机5强力空气流场作用下，各支路盘管中的制冷剂与空气强制换热，温度降低。其中换热效果最差支路21的制冷剂进入高压储液罐4，再与其余支路汇合，经集气装置汇集后进入位于空气效果换热最好处的过冷盘管3，并在其中充分混合、换热，获得一定的过冷度。具有大过冷度的制冷剂液体流经膨胀阀8，经膨胀阀8的节流作用后温度进一步降低，其后制冷剂液体进入室内侧换热器（为蒸发器）10。在室内侧换热器10中制冷剂与空气充分换热，降低室内温度，最终返回至压缩机7，完成整个制冷循环。所有制冷剂设备通过制冷剂管道连接，制冷剂工质采用R22，R134a或R410A等。

本发明亦可做为热泵型空调系统的室外侧换热器。当热泵型空调系统做制热运行时，制冷剂经压缩机7压缩后成为高温高压气体，经四通换向阀9作用进入室内侧换热器（此时为冷凝器）10中换热。在室内侧换热器10中制冷剂与空气充分换热，使室内温度升高，其后经膨胀阀8来节流后进入室外换热器（此时为蒸发器）中换热。在换热器中制冷剂流经位于换热效果最差处的过冷盘管3盘管后经分液装置分流一部分直接进入多支路换热盘管2，另一部分经高压储液罐4后进入多支路换热盘管换热效果最差支路21。在风机5强力空气流场作用下，各支路盘管中的制冷剂与空气发生强制换热，温度上升。此后制冷剂由集气装置汇集进入位于空气效果换热最差处的过热盘管1，并在其中充分混合、换热，获得一定的过热度，保证压缩机7进口的制冷剂过热度在5℃～11℃，最后返回压缩机7，完成整个制热过程。所有制冷剂设备通过制冷剂管道连接，制冷剂工质采用R22，R134a或R410A等。

Claims (1)

1.一种同步换热的多支路室外换热器，其特征在于，该室外换热器包括过热盘管（1）、多支路换热盘管（2）、过冷盘管（3）、高压储液罐（4）和风机（5），所述过热盘管（1）和过冷盘管（3）分别设置在室外换热器中换热效果最差与最好的位置并与多支路换热盘管（2）平行，过热盘管（1）的制冷出口与多支路换热盘管（2）的制冷进口连接，多支路换热盘管（2）中换热效果最差支路的换热盘管（21）的制冷出口和高压储液罐（4）的制冷进口连接，高压储液罐（4）的制冷出口和多支路换热盘管（2）中其他支路的换热盘管的制冷出口通过管路连接后再共同与过冷盘管（3）的制冷进口连接，所述风机（5）设置在室外换热器的出风一侧。