CN102997503A - 换热器及使用该换热器的热泵式室外机与热泵式空调 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换热器及使用该换热器的热泵式室外机与热泵式空调，所述换热器包括安装架、数条换热管、第一总管及第二总管，所述安装架沿其纵向设有第一安装部与第二安装部，所述数条换热管安装在所述安装架的第一安装部及第二安装部上，且所述数条换热管在所述第一安装部为单排方式排列，在所述第二安装部为双排方式排列，所述第一总管设有数条第一支管，所述第一总管的数条第一支管分别与相对应的换热管的入口/出口相连，所述第二总管设有数条第二支管，所述第二总管的数条第二支管分别与相对应的换热管的出口/入口相连。本发明的换热器用于热泵式室外机与热泵式空调中时，能够在保证能效满足的情况下，降低生产成本。

Description

换热器及使用该换热器的热泵式室外机与热泵式空调

技术领域

本发明涉及制冷及制热技术领域，尤其涉及一种换热器及使用该换热器的热泵式室外机与热泵式空调。

背景技术

目前随着人们生活水平的逐渐提高，人们对生活质量的要求也在不断提高。空气源热泵系统作为冬季的采暖设备具有效率高、能耗低的特点而获得越来越普及的应用。特别是在一些对能效要求较高的情况下，为减少成本和保证制冷量，采用偏大的压缩机及蒸发器匹配偏小的冷凝器设置是比较不错的选择。

在能效相同的情况下采用偏小的冷凝器可以明显的降低成本，而采用偏大的蒸发器和压缩机完全可以满足制冷量的需求。但是在冬季制热时，由于室外机为偏小的换热器，导致室外换热器易结霜，回气压力降低，若室外机长时间运行室外换热器结霜会越来越厚，不但影响室外机能力，而且热泵系统的运行参数将严重偏离设计值，压缩机压比超过极限值，从而严重影响热泵系统的使用寿命，甚至无法连续使用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种换热器及使用该换热器的热泵式室外机与热泵式空调，旨在保证能效满足的情况下，降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明提供一种换热器，所述换热器包括安装架、数条换热管、第一总管及第二总管，所述安装架沿其纵向设有第一安装部与第二安装部，所述数条换热管安装在所述安装架的第一安装部及第二安装部上，且所述数条换热管在所述第一安装部为单排方式排列，在所述第二安装部为双排方式排列，所述第一总管设有数条第一支管，所述第一总管的数条第一支管分别与相对应的换热管的入口/出口相连，所述第二总管设有数条第二支管，所述第二总管的数条第二支管分别与相对应的换热管的出口/入口相连。

优选地，位于第一安装部与第二安装部交界处的换热管的长度及位于第二安装部远离第一安装部的一端的换热管的长度均长于其余换热管的长度。

优选地，所述换热管的数量为十根，分别为第一换热管、第二换热管、第三换热管、第四换热管、第五换热管、第六换热管、第七换热管、第八换热管、第九换热管及第十换热管，所述第一换热管、第二换热管及第三换热管安装在所述安装架的第一安装部，所述第四换热管IV横跨所述安装架的第一安装部与第二安装部，所述第五换热管、第六换热管、第七换热管、第八换热管、第九换热管及第十换热管安装在所述安装架的第二安装部，所述第五换热管、第六换热管、第七换热管及第八换热管依次排列于第四换热管与第九换热管之间，所述第九换热管及第十换热管位于第二安装部远离第一安装部的一端，所述第一总管设有十条第一支管以分别与所述十根换热管的入口/出口相连，所述第二总管设有十条第二支管以分别与所述十根换热管的出口/入口相连。

优选地，所述第一换热管、第二换热管、第三换热管、第五换热管、第六换热管、第七换热管及第八换热管均包括通过弯头依次连接的四根长U管，所述第四换热管、第九换热管及第十换热管均包括通过弯头依次连接的五根长U管。

优选地，所述第九换热管与第十换热管相互重叠排列。

优选地，所述第一换热管、第二换热管及第三换热管的流路均为“I”型，所述第四换热管的流路为“I-U-I”型，所述第五换热管、第六换热管、第七换热管及第八换热管的流路为倒置“U”型，所述第九换热管及第十换热管的流路均整体呈“I”形且分为上段与下段，所述下段相对于上段偏离而与所述上段呈双排排列。

本发明还提供一种热泵式室外机，包压缩机、四通阀、第一截止阀、第二截止阀、第一毛细管、第二换热器、第一管路、第二管路及第三管路，所述四通阀的四个接管分别与压缩机的排气管、第一管路、压缩机的回气管及第二管路相连，所述第一管路未与所述四通阀相连的一端用于与一第一换热器的一端相连，所述第三管路未与所述第二换热器相连的一端用于与所述第一换热器的另一端相连，所述第二换热器为前述的换热器，所述第二换热器的第一总管通过第二管路与四通阀相连，所述第二换热器的第二总管与所述第三管路相连，所述第一截止阀设于所述第一管路中，所述第二截止阀及第一毛细管设于所述第三管路中，且所述第一毛细管位于所述第二换热器与第二截止阀之间。

优选地，所述热泵式室外机进一步包括第二毛细管，所述第二毛细管的一端连接到所述压缩机的回气管中，所述第二毛细管的另一端连接到所述第一管路中并位于所述四通阀与第一截止阀之间。

本发明还提供一种热泵式空调，包括热泵式室外机及与所述热泵式室外机相连的第一换热器，所述热泵式室外机为前述的热泵式室外机，所述第一换热器通过所述第一管路与四通阀相连，且所述第一换热器通过所述第三管路与所述第二换热器相连。

优选地，所述热泵式室外机进一步包括第二毛细管，所述第二毛细管的一端连接到所述压缩机的回气管中，所述第二毛细管的另一端连接到所述第一管路中并位于所述四通阀与第一截止阀之间。

本发明热泵式空调中，其热泵式室外机的冷凝器通过将换热管在第一安装部设置成单排，而在第二安装部则设置成双排，以配合第一安装部与第二安装部的不同风速，能够在保证满足用户制冷量与制热量的需求下，减少制造材料的消耗，从而降低单位换热量的制造成本，即采用偏小的冷凝器，降低了热泵式室外机及热泵式空调的制造成本；并根据风向和第一安装部与第二安装部的不同风速来确定各位置冷凝器的长度，使得不同流路间制冷剂分配均匀，每路进出口温差接近零或每路之间的温差接近零；在一定的流量下，充分利用逆变换热，提高换热效率，流路设计考虑制冷流动速度，在一定的压降下，制冷剂流动速度越大，换热效率就会越高；通过采用普通的毛细管连接入管路，其结构简单，操作方便，成本较低；通过增设第二毛细管，在制热运行模式时，第二毛细管的一端接到高压的第一管路中，另一端接到压缩机的回气管中，可使流经第一管路的部分制冷剂经第二毛细管直接回流到压缩机的回气管，通过合理设置第二毛细管的长度，可使冷凝器中制冷剂流量合适，达到标热工况不结霜零界点，既保证热泵式室外机标热工况下不结霜，又避免热泵式室外机能效损失加大。

附图说明

图1为本发明热泵式空调一较佳实施例的结构原理图。

图2为图1所示热泵式空调中第二换热器的结构示意图，图中箭头指示制冷模式时制冷剂在第二换热器中的流向。

图3为图2所示第二换热器中换热管的几种流路布置图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图2所示，为本发明热泵式空调的一较佳实施例。

所述热泵式空调包括热泵式室外机20及与所述热泵式室外机20相连的第一换热器40，所述热泵式室外机20用于安装在室外以利用室外空气进行制冷与制热，所述第一换热器40则用于安装于室内，通过与热泵式室外机20进行热交换以对室内进行制冷或供暖。

所述热泵式室外机20包压缩机21、四通阀22、第一截止阀23、第二截止阀24、第一毛细管25、第二换热器26、第一管路27、第二管路28及第三管路29。所述四通阀22的四个接管分别与压缩机21的排气管211、第一管路27、压缩机21的回气管212及第二管路28相连。所述四通阀22的四个接管（即D、E、S、C接管）在热泵式室外机20中的具体接法为该技术领域的公知技术，通常为D接管连接压缩机21的排气管211，E接管连接第一管路27、S接管连接压缩机21的回气管212，C接管连接第二管路28。

所述第一换热器40通过所述第一管路27与四通阀22相连，也就是说，所述第一管路27的一端与四通阀22相连，所述第一管路27的另一端（即未与四通阀22相连的那一端）则用于与所述第一换热器40的一端相连。所述第一截止阀23设于所述第一管路27中。

所述第二换热器26通过所述第二管路28与四通阀22相连，也就是说，所述第二管路28的一端与所述四通阀22相连接，所述第二管路28的另一端与所述第二换热器26的一端相连。所述第二换热器26还通过所述第三管路29与第一换热器40相连，也就是说，所述第三管路29的一端与所述第二换热器26的另一端相连，所述第三管路29的另一端（即未与第二换热器26相连的那一端）与所述第一换热器40的另一端相连。所述第二截止阀24及第一毛细管25设于所述第三管路29中，且所述第一毛细管25位于第二换热器26与第二截止阀24之间。

如图2所示，所述第二换热器26包括安装架261、数条换热管、第一总管262、及第二总管263，所述安装架261沿其纵向设有第一安装部A与第二安装部B，所述数条换热管安装在所述安装架261的第一安装部A及第二安装部B上，且所述数条换热管在所述第一安装部A为单排方式排列，在所述第二安装部B为双排方式排列。所述第一总管262与第二管路28相连，所述第一总管262设有数条第一支管，所述第一总管262的数条第一支管分别与相对应的换热管的入口/出口相连。所述第二总管263与第三管路29相连，所述第二总管263设有数条第二支管，所述第二总管263的数条第二支管分别与相对应的换热管的出口/入口相连。

在本实施例中，所述换热管的数量为十路，分别为第一换热管I、第二换热管II、第三换热管III、第四换热管IV、第五换热管V、第六换热管VI、第七换热管VII、第八换热管VIII、第九换热管IX及第十换热管X。所述第一换热管I、第二换热管II及第三换热管III安装在所述安装架261的第一安装部A，且均包括四根长U管，各长U管通过弯头（短U管、半圆管）依次连接。所述第四换热管IV横跨所述安装架261的第一安装部A与第二安装部B，且包括五根长U管，各长U管通过弯头（短U管、半圆管）依次连接。所述第五换热管V、第六换热管VI、第七换热管VII、第八换热管VIII、第九换热管IX及第十换热管X安装在所述安装架261的第二安装部B。其中，所述第五换热管V、第六换热管VI、第七换热管VII及第八换热管VIII依次排列于第四换热管IV与第九换热管IX之间，且均包括四根长U管，各长U管通过弯头（短U管、半圆管）依次连接。所述第九换热管IX及第十换热管X位于第二安装部B远离第一安装部A的一端，并相互重叠排列且均包括五根长U管，各长U管通过弯头（短U管、半圆管）依次连接。也就是说，位于第一安装部A与第二安装部B交界处的换热管的长度（五根长U管）及位于第二安装部B远离第一安装部A的一端的换热管的长度（五根长U管）均要长于其余换热管的长度（四根长U管）。

在本实施例中，所述第一总管262设有十条第一支管，依次分别为第一支管1、第一支管2、第一支管3、第一支管4、第一支管5、第一支管6、第一支管7、第一支管8、第一支管9及第一支管10。所述第二总管263设有十条第二支管，分别为第二支管a、第二支管b、第二支管c、第二支管d、第二支管e、第二支管f、第二支管g、第二支管h、第二支管i及第二支管j。其中，所述第一支管1与第二支管a分别与第一换热管I的两端相连，所述第一支管2与第二支管b分别与第二换热管II的两端相连，所述第一支管3与第二支管c分别与第三换热管III的两端相连，所述第一支管4与第二支管d分别与第四换热管IV的两端相连，所述第一支管5与第二支管e分别与第五换热管V的两端相连，所述第一支管6与第二支管f分别与第六换热管VI的两端相连，所述第一支管7与第二支管g分别与第七换热管VII的两端相连，所述第一支管8与第二支管h分别与第八换热管VII的两端相连，所述第一支管9与第二支管i分别与第九换热管IX的两端相连，所述第一支管10与第二支管j分别与第十换热管X的两端相连。

所述热泵式室外机20进一步包括第二毛细管30，所述第二毛细管30的一端连接到所述压缩机21的回气管212中，所述第二毛细管30的另一端连接到所述第一管路27中并位于所述四通阀22与第一截止阀23之间。

上述热泵式空调在制冷模式运行时，所述四通阀22掉电，制冷剂的流向为：压缩机21的排气管211→四通阀22→第二换热器26→第一毛细管25→第二截止阀24→第一换热器40→第一截止阀23→四通阀22→压缩机21的回气管212。

在制冷模式时，第二毛细管30两端都为低压，制冷剂不流经第二毛细管30，从而第二毛细管30不起作用。

如图2所示，在制冷模式时，制冷剂经第二管路28进入第二换热器26的第一总管262，如图2中箭头所示，制冷剂经十条第一支管1、2、3、4、5、6、7、8、9及10进行分流分别流入第一换热管I、第二换热管II、第三换热管III、第四换热管IV、第五换热管V、第六换热管VI、第七换热管VII、第八换热管VIII、第九换热管IX及第十换热管X，在进行热交换后，再由第一换热管I、第二换热管II、第三换热管III、第四换热管IV、第五换热管V、第六换热管VI、第七换热管VII、第八换热管VIII、第九换热管IX及第十换热管X分别流向对应的第二支管a、b、c、d、e、f、g、h、i及j，然后汇入第二总管263再流入第一毛细管25。

如图3所示为图2所示第二换热器26中换热管的几种流路布置图，所述流路布置图为各换热管端部的正面简化视图，以显示长U管的布置形式。所述第一换热管I、第二换热管II及第三换热管III的流路均为图3中的第一种形式（“I”型），制冷剂由该“I”型流路上端的入口进入，然后由上至下依次流经四根长U管，再由该“I”型流路下端的出口流出。所述第四换热管IV的流路为图3中的第二种形式（“I-U-I”型），制冷剂由该“I-U-I”型流路上端的入口进入，然后由上至下依次流经五根长U管，再由该“I-U-I”型流路下端的出口流出。所述第五换热管V、第六换热管VI、第七换热管VII及第八换热管VIII的流路为图3中的第三种形式（倒置“U”型），制冷剂由该倒置“U”型流路下端一侧的入口进入，然后先向上再向下依次流经四根长U管，再由该倒置“U”型流路下端另一侧的出口流出。所述第九换热管IX的流路为图3中的第四种形式，该流路整体呈“I”形且分为上段与下段，所述下段相对于上段偏离而与所述上段呈双排排列，其中上段包括两根长U管，下段包括三根长U管。所述第十换热管X的流路为图3中的第五种形式，该第五种形式与第四种形式相近似，区别在于下段相对于上段的偏离方向与第四种形式相反。上述热泵式空调在制热模式运行时，所述四通阀22通电，制冷剂的流向为：压缩机21的排气管211→四通阀22→第一截止阀23→第一换热器40→第二截止阀24→第一毛细管25→第二换热器26→四通阀22→压缩机21的回气管212。

在制热模式时，制冷剂在第二换热器26中的流动方向与制冷模式时相反。

在制热模式时，第二毛细管30两端的一端为高压，另一端为低压，一部分制冷剂会从第二毛细管30的高压侧流到低压侧，此部分制冷剂流向如下：压缩机21的排气管211→四通阀22→第一管路27→第二毛细管30→压缩机21的回气管212。

由于第二毛细管30使得一部分制冷剂从其高压侧直接流入低压侧，从而提高了热泵式室外机20的低压压力，保证了热泵式室外机20的正常运行，避免了热泵式室外机20的不正常结霜。

所述第二毛细管30的流量可根据如下原则进行设计：在保证热泵式室外机20在标热工况下不结霜的情况下尽量长，这样既可以保证热泵式室外机20在标热工况下不结霜，又能避免第二毛细管30流量过大导致热泵式室外机20能效损失加大。

上述热泵式空调中，热泵式室外机20的第二换热器26通过将各换热管在第一安装部A设置成单排，而在第二安装部B则设置成双排，以配合第一安装部A与第二安装部B的不同风速，能够在保证满足用户制冷量与制热量的需求下，减少制造材料的消耗，从而降低单位换热量的制造成本，即采用偏小的第二换热器26，降低了热泵式室外机20及热泵式空调的制造成本；并根据风向和第一安装部A与第二安装部B的不同风速来确定第二换热器26各位置换热管的长度及流路布置，使得不同流路间制冷剂分配均匀，每路进出口温差接近零或每路之间的温差接近零；在一定的流量下，充分利用逆变换热，提高换热效率，流路设计考虑制冷流动速度，在一定的压降下，制冷剂流动速度越大，换热效率就会越高；通过采用普通的毛细管连接入管路，其结构简单，操作方便，成本较低；通过增设第二毛细管30，在制热运行模式时，第二毛细管30的一端接到高压的第一管路27中，另一端接到压缩机21的回气管212中，可使流经第一管路27的部分制冷剂经第二毛细管30直接回流到压缩机21的回气管212，通过合理设置第二毛细管30的长度，可使第二换热器26中制冷剂流量合适，达到标热工况不结霜零界点，既保证热泵式室外机20标热工况下不结霜，又避免热泵式室外机20能效损失加大。

本发明并不局限于以上实施方式，在上述实施方式公开的技术内容下，还可以进行各种变化。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种换热器，其特征在于，所述换热器包括安装架、数条换热管、第一总管及第二总管，所述安装架沿其纵向设有第一安装部与第二安装部，所述数条换热管安装在所述安装架的第一安装部及第二安装部上，且所述数条换热管在所述第一安装部为单排方式排列，在所述第二安装部为双排方式排列，所述第一总管设有数条第一支管，所述第一总管的数条第一支管分别与相对应的换热管的入口/出口相连，所述第二总管设有数条第二支管，所述第二总管的数条第二支管分别与相对应的换热管的出口/入口相连。

2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，位于第一安装部与第二安装部交界处的换热管的长度及位于第二安装部远离第一安装部的一端的换热管的长度均长于其余换热管的长度。

3.如权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述换热管的数量为十根，分别为第一换热管、第二换热管、第三换热管、第四换热管、第五换热管、第六换热管、第七换热管、第八换热管、第九换热管及第十换热管，所述第一换热管、第二换热管及第三换热管安装在所述安装架的第一安装部，所述第四换热管IV横跨所述安装架的第一安装部与第二安装部，所述第五换热管、第六换热管、第七换热管、第八换热管、第九换热管及第十换热管安装在所述安装架的第二安装部，所述第五换热管、第六换热管、第七换热管及第八换热管依次排列于第四换热管与第九换热管之间，所述第九换热管及第十换热管位于第二安装部远离第一安装部的一端，所述第一总管设有十条第一支管以分别与所述十根换热管的入口/出口相连，所述第二总管设有十条第二支管以分别与所述十根换热管的出口/入口相连。

4.如权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述第一换热管、第二换热管、第三换热管、第五换热管、第六换热管、第七换热管及第八换热管均包括通过弯头依次连接的四根长U管，所述第四换热管、第九换热管及第十换热管均包括通过弯头依次连接的五根长U管。

5.如权利要求4所述的换热器，其特征在于，所述第九换热管与第十换热管相互重叠排列。

6.如权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述第一换热管、第二换热管及第三换热管的流路均为“I”型，所述第四换热管的流路为“I-U-I”型，所述第五换热管、第六换热管、第七换热管及第八换热管的流路为倒置“U”型，所述第九换热管及第十换热管的流路均整体呈“I”形且分为上段与下段，所述下段相对于上段偏离而与所述上段呈双排排列。

7.一种热泵式室外机，包压缩机、四通阀、第一截止阀、第二截止阀、第一毛细管、第二换热器、第一管路、第二管路及第三管路，所述四通阀的四个接管分别与压缩机的排气管、第一管路、压缩机的回气管及第二管路相连，所述第一管路未与所述四通阀相连的一端用于与一第一换热器的一端相连，所述第三管路未与所述第二换热器相连的一端用于与所述第一换热器的另一端相连，其特征在于，所述第二换热器为权利要求1至6项中任意一项所述的换热器，所述第二换热器的第一总管通过第二管路与四通阀相连，所述第二换热器的第二总管与所述第三管路相连，所述第一截止阀设于所述第一管路中，所述第二截止阀及第一毛细管设于所述第三管路中，且所述第一毛细管位于所述第二换热器与第二截止阀之间。

8.如权利要求7所述的热泵式室外机，其特征在于，所述热泵式室外机进一步包括第二毛细管，所述第二毛细管的一端连接到所述压缩机的回气管中，所述第二毛细管的另一端连接到所述第一管路中并位于所述四通阀与第一截止阀之间。

9.一种热泵式空调，包括热泵式室外机及与所述热泵式室外机相连的第一换热器，其特征在于，所述热泵式室外机为权利要求7所述的热泵式室外机，所述第一换热器通过所述第一管路与四通阀相连，且所述第一换热器通过所述第三管路与所述第二换热器相连。

10.如权利要求9所述的热泵式空调，其特征在于，所述热泵式室外机进一步包括第二毛细管，所述第二毛细管的一端连接到所述压缩机的回气管中，所述第二毛细管的另一端连接到所述第一管路中并位于所述四通阀与第一截止阀之间。

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