CN103216975B - 双向相平衡换热器、空调器及热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双向相平衡换热器，包括翅片组、插设于翅片组中的第一换热管与第二换热管、第一进出口管及第二进出口管，第一、第二换热管分别位于翅片组的第一换热区与第二换热区，使用时，第一换热区的换热效率高于第二换热区的换热效率，第二换热管具有分别与第一、第二进出口管相连接的第一端及第二端，所述第一端与第二端在蒸发状态时分别作为进口端与出口端，在冷凝状态时分别作为出口端与进口端，由第二换热管的第二端通向第二进出口管的流道内设有阻流结构。本发明双向相平衡换热器能够平衡正向蒸发与反向冷凝的流体阻力，实现蒸发、冷凝双高效，从而提高换热器利用率。本发明还提供一种采用所述双向相平衡换热器的空调器和热泵式热水器。<!--1-->

Description

双向相平衡换热器、空调器及热泵热水器

技术领域

本发明涉及一种换热器，尤其涉及一种双向相平衡换热器，以及采用该双向相平衡换热器的空调器和热泵式热水器。

背景技术

当前，节能已成为时代主题，受到人们高度关注。提高空调器（例如，家用空调器、中央空调器等）及热泵热水器（例如，空气源、水源及地源热泵等）的能效，一般可采用增大换热器的换热面积、增加风量、加大箱体及风道尺寸、增大风叶直径等措施，但是这些措施的实施或大大增加产品的成本，或增大产品噪音等，从而降低了产品舒适性，以及大大降低了产品的性价比。

在提高产品性能的同时，降低、维持或稍微增加产品成本，提高产品性价比，自然是人们所向往。在此基础上，提高现有产品各部件的利用率不失为一种上佳途径，对于空调器及热泵热水器等产品，提高换热器的利用率是最常见且相对较为经济的一种提高产品能效的途径。提高换热器利用率最常见的手段之一就是平衡换热器内阻，实现均匀分流（一般以换热器进出口温度为参考）。

目前，常见的换热器分流方法都是从流体的入口端入手，利用“分配器+小管径整流+延长低效区域流程”来实现流体合理分配，提高换热器的整体换热效率。相对于换热器分流不均造成的严重内损，采取上述方法进行分流是可以减少部分损失，获取一定效应。但是，从本质上讲，上述这种常见的分流方法还是比较片面，理由如下：第一，采用小管径整流必然会造成一定的内阻损失；第二，小管径整流的效果会因流体的相属性而发生很大改变，对于液态流体，采用小管径整流要产生效应，则整流管的管径缩小比例及管长必须放大很多，这样一来，内损也相应地会增大很多；第三，通过延长低效换热区的流程来平衡内阻，来减少流入该区域的流体流量，实质上是变相地放大了低效换热区域的面积，损失了换热器的部分潜力；第四，对于蒸发、冷凝的两用系统，以上的分流方法则更会显示出其先天不足的局限性，对于换热器，于蒸发状态时分流相对均匀，但将系统反向使换热器用作冷凝时，该换热器就可能是分流很不均匀，这样只能通过损失部分蒸发性能以弥补反向冷凝性能，其结果是原本相对较好的蒸发也被削弱，导致蒸发、冷凝效果均不理想。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双向相平衡换热器、以及采用所述双向相平衡换热器的空调器和热泵式热水器，旨在平衡正向蒸发与反向冷凝的流体阻力，实现蒸发、冷凝双高效，从而提高换热器利用率。

为了实现上述目的，本发明提供一种双向相平衡换热器，包括翅片组、第一换热管、第二换热管、第一进出口管及第二进出口管，所述第一换热管及第二换热管插设于所述翅片组中，所述翅片组包括第一换热区与第二换热区，所述第一换热管位于所述第一换热区，所述第二换热管位于所述第二换热区，所述双向相平衡换热器在使用时，所述第一换热区的换热效率高于所述第二换热区的换热效率，所述第二换热管具有分别与所述第一进出口管及第二进出口管相连接的第一端及第二端，所述双向相平衡换热器工作在蒸发状态时，所述第一端与第二端分别作为所述第二换热管的进口端与出口端，所述双向相平衡换热器工作在冷凝状态时，所述第一端与第二端分别作为所述第二换热管的出口端与进口端，由所述第二换热管的第二端通向所述第二进出口管的流道内设有阻流结构，用以对由所述第二换热管经所述第二端流向所述第二进出口管的流体进行阻扰。

优选地，所述阻流结构是通过对所述第二进出口管的端部进行缩口或向内翻边形成，所述缩口或翻边处的口径小于所述第二换热管的第二端的管径。

优选地，所述阻流结构为设于所述流道内的挡板。

优选地，所述阻流结构设于所述第二换热管的第二端内或所述第二进出口管内。

优选地，所述第二进出口管的管径小于所述第二换热管的第二端的管径，所述阻流结构是通过对所述第二进出口管的端部进行扩口形成。

优选地，所述第一换热区的面积大于或等于所述第二换热区的面积，所述第一换热区内的第一换热管的总流程大于或等于所述第二换热区内的第二换热管的总流程。

优选地，所述第一换热区内所设第一换热管的数量为一条或多条，所述第二换热区内所设第二换热管的数量为一条或多条。

优选地，所述第一换热管包括数根长U管，所述第一换热管的相邻两根长U管之间通过弯头连接，所述第二换热管包括数根长U管，所述第二换热管的相邻两根长U管之间通过弯头连接。

本发明还提供一种空调器，所述空调器包括前述的双向相平衡换热器。

本发明还提供一种热泵热水器，所述热泵热水器包括前述的双向相平衡换热器。

本发明的双向相平衡换热器，充分考虑气态流体阻力远大于液态流体阻力的特性，确定以气态平衡为主进行分流，通过在由所述第二换热管的第二端通向所述第二进出口管的流道内设置阻流结构，以对所述流道内的流体（全部或大部分为气态）进行阻扰，实现蒸发、冷凝状态的双向分流的均匀性与平衡性，从而提高双向相平衡换热器的换热效率；利用涡流阻力来减小低效换热区域的面积，增加高效换热区域的换热面积及流经该高效换热区域的流体流量，实现双向相平衡换热器的换热效率最大化；双向相平衡分流可以有效改善蒸发、冷凝不平衡的瓶颈问题，实现蒸发、冷凝双高效的最佳效果，大幅度提升产品品质，特别是对于目前偏重于制冷的系统，所述双向相平衡换热器能够实现在有效提升制冷性能的基础上大幅度提升产品的制热性能；另外，双向相平衡换热器还具有可操作性强、工艺性好、一致性好、实施简单，成本低等特点，具有极高的推广价值。

附图说明

图1为本发明双向相平衡换热器的一较佳实施例的结构示意图，其中标示所述双向相平衡换热器工作在蒸发状态的流体方向。

图2为图1所示双向相平衡换热器工作在冷凝状态的流体流向示意图。

图3为图1所示双向相平衡换热器中阻流结构的一实施例的结构及其内部流体流动状态示意图。

图4为图1所示双向相平衡换热器中阻流结构的另一实施例的结构及其内部流体流动状态示意图。

图5为图1所示双向相平衡换热器中阻流结构的再一实施例的结构及其内部流体流动状态示意图。

图6为本发明双向相平衡换热器另一较佳实施例的结构示意图，其中标示出所述双向相平衡换热器工作在蒸发状态的流体方向。

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3所示，为本发明双向相平衡换热器的一较佳实施例。

所述双向相平衡换热器，包括翅片组10、第一换热管20、第二换热管30、第一进出口管40及第二进出口管50。所述第一换热管20及第二换热管30插设于所述翅片组10中，所述翅片组10包括第一换热区A与第二换热区B，所述第一换热管20位于所述第一换热区A，所述第二换热管30位于所述第二换热区B，所述双向相平衡换热器在使用时，所述第一换热区A的换热效率高于所述第二换热区B的换热效率，也就是说，所述第一换热区A处于风量较大或风速相对较高的位置，所述第二换热区B则处于风量较小或风速相对较低的位置。

所述第二换热管30具有分别与所述第一进出口管40及第二进出口管50相连接的第一端31及第二端32。如图1所示，所述双向相平衡换热器工作在蒸发状态时，所述第一端31与第二端32分别作为所述第二换热管30的进口端与出口端。如图2所示，所述双向相平衡换热器工作在冷凝状态时，所述第一端31与第二端32则分别作为所述第二换热管30的出口端与进口端。由所述第二换热管30的第二端32通向所述第二进出口管50的流道内设有阻流结构60，用以对由所述第二换热管30经所述第二端32流向所述第二进出口管50的流体进行阻扰。所述第一换热管20两端的进出口处可采用与所述第一换热管20的管径相同的进出口管70进行连接。

所述第一换热区A的面积大于所述第二换热区B的面积，所述第一换热区A内的第一换热管20的总流程大于所述第二换热区B内的第二换热管30的总流程。

在本实施例中，所述第一换热区A内所设第一换热管20的流程为一，即第一换热管20的数量为一条，所述第二换热区B内所设第二换热管30的流程同样为一，即第二换热管30的数量同样为一条。所述双向相平衡换热器总流程数为二。

所述第一换热管20包括数根长U管21，所述第一换热管20的相邻两根长U管21之间通过弯头22（例如短U管或半圆管）连接，所述第二换热管30包括数根长U管33，所述第二换热管30的相邻两根长U管33之间通过弯头34（例如短U管或半圆管）连接。

所述翅片组10由多片单翅片叠加在一起组成，翅片组10中冲有通孔，第一换热管20的长U管21及第二换热管30的长U管33通过所述通孔穿插于翅片组10中，并通过胀管的方式将第一换热管20的长U管21及第二换热管30的长U管33与翅片组10紧密结合在一起，再通过弯头34（例如短U管或半圆管）将所述第一换热管20的相邻两长U管21相连接以及将所述第二换热管30的两相邻长U管33相连接。

所述第一换热管20与第二换热管30的材质可为铜、铝、铁等，管道形状可为圆形、椭圆形、方形等。所述翅片组10的翅片可为平片、冲缝片、波纹片等，翅片的材质可为铝、铜、铁等。

如图3所示，在本实施例中，所述阻流结构60是通过对所述第二进出口管50的端部进行缩口形成，所述缩口处的口径小于所述第二换热管30的第二端32的管径。

如图1所示，所述双向相平衡换热器工作在蒸发状态时，流体于双向相平衡换热器的进口端为液态或汽液共存状态，而于出口端基本上是汽态，通过在第二换热区B内的第二换热管30的第二端32（蒸发状态为出口端）附近设置阻流结构60，利用阻流结构60形成的气涡流及内阻，有效减少第二换热区B内流程的流体流量，简单而迅速地实现平衡目的，以保证第一换热区A（高效区域）的换热面积及流体流量，同时相对减小第二换热区B（低效区域）的换热面积及流体流量。

如图2所示，所述双向相平衡换热器工作在冷凝状态时，流体于双向相平衡换热器的进口端是汽态，而于出口端是液态，此时第二换热管30的第二端32变成进口端。此时，进口端流入的流体多为汽态，第二换热管30的第二端32（冷凝状态为进口端）附近所设阻流结构60同样可减小流经第二换热区B内的第二换热管30内的流体流量，因此所述双向相平衡换热器用作冷凝时，亦可获得较为理想的平衡效果，冷凝换热效率同样理想。

本实施例中，所述阻流结构60通过对所述第二进出口管50的端部进行缩口形成，所述第一换热区A内所设第一换热管20及所述第二换热区B内所设第二换热管30的流程数量均为一条。在其它实施例中，所述阻流结构60也可以通过其它方式形成，例如通过对所述第二进出口管50的端部向内翻边形成，所述翻边处的口径小于所述第二换热管30的第二端32的管径；所述第一换热区A内所设第一换热管20及所述第二换热区B内所设第二换热管30的流程数也可以为多条。

如图4所示，为所述双向相平衡换热器的阻流结构另一实施例的结构示意图。在本实施例中，阻流结构60a为设于所述流道内的挡板或挡环，并由所述第二进出口管50a的端部的周缘向内并朝向所述第二换热管30的第二端32倾斜延伸。

如图5所示，为所述双向相平衡换热器中阻流结构再一实施例的结构示意图。在本实施例中，所述第二进出口管50b的管径小于所述第二换热管30的第二端32的管径，所述阻流结构60b通过对所述第二进出口管50b的端部进行扩口形成。

图6为本发明双向相平衡换热器另一较佳实施例的结构示意图，其中标示所述双向相平衡换热器工作在蒸发状态的流体方向。本实施例的双向相平衡换热器的结构与图1所示的双向相平衡换热器的结构基本相同，两者之间的差别在于：在本实施例中，双向相平衡换热器的总流程数为三，其中翅片组10a的第一换热区A1内所设第一换热管20的流程数为二，即第一换热管20的数量为两根，翅片组10a的第二换热区B1内所设第二换热管30的流程数为一，即第二换热管30的数量为一根，从而形成三进三出的流路。本实施例中，根据换热效率的差异将翅片组10a划分第一换热区A1（高效换热区）与第二换热区B1（低效换热区），尽可能多地将中间过渡区域划归高效流程区，以相对缩小低效流程区，从而实现双向相平衡换热器的换热效率最大化。

上述双向相平衡换热器中，充分考虑气态流体阻力远大于液态流体阻力的特性，确定以气态平衡为主进行分流，通过在由所述第二换热管的第二端通向所述第二进出口管的流道内设置阻流结构，以对所述流道内的流体（全部或大部分为气态）进行阻扰，实现蒸发、冷凝状态的双向分流的均匀性与平衡性，从而提高双向相平衡换热器的换热效率；利用涡流阻力来减小低效换热区域的面积，增加高效换热区域的换热面积及流经该高效换热区域的流体流量，实现双向相平衡换热器的换热效率最大化；双向相平衡分流可以有效改善蒸发、冷凝不平衡的瓶颈问题，实现蒸发、冷凝双高效的最佳效果，大幅度提升产品品质，特别是对于目前偏重于制冷的系统，所述双向相平衡换热器能够实现在有效提升制冷性能的基础上大幅度提升产品的制热性能；另外，双向相平衡换热器还具有可操作性强、工艺性好、一致性好、实施简单，成本低等特点，具有极高的推广价值。

所述双向相平衡换热器可用于空调器及热泵热水器中，用以替换空调器及热泵热水器中的现有蒸发、冷凝两用换热器，通过采用所述双向相平衡换热器，空调器及热泵热水器的换热效率可能得到有效提升。

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)

1.一种双向相平衡换热器，包括翅片组、第一换热管、第二换热管、第一进出口管及第二进出口管，所述第一换热管及第二换热管插设于所述翅片组中，所述翅片组包括第一换热区与第二换热区，所述第一换热管位于所述第一换热区，所述第二换热管位于所述第二换热区，所述双向相平衡换热器在使用时，所述第一换热区的换热效率高于所述第二换热区的换热效率，所述第二换热管具有分别与所述第一进出口管及第二进出口管相连接的第一端及第二端，所述双向相平衡换热器工作在蒸发状态时，所述第一端与第二端分别作为所述第二换热管的进口端与出口端，所述双向相平衡换热器工作在冷凝状态时，所述第一端与第二端分别作为所述第二换热管的出口端与进口端，其特征在于，由所述第二换热管的第二端通向所述第二进出口管的流道内设有阻流结构，用以对由所述第二换热管经所述第二端流向所述第二进出口管的流体进行阻扰。

2.如权利要求1所述的双向相平衡换热器，其特征在于，所述阻流结构是通过对所述第二进出口管的端部进行缩口或向内翻边形成，所述缩口或翻边处的口径小于所述第二换热管的第二端的管径。

3.如权利要求1所述的双向相平衡换热器，其特征在于，所述阻流结构为设于所述流道内的挡板或挡环。

4.如权利要求3所述的双向相平衡换热器，其特征在于，所述阻流结构设于所述第二换热管的第二端内或所述第二进出口管内。

5.如权利要求1所述的双向相平衡换热器，其特征在于，所述第二进出口管的管径小于所述第二换热管的第二端的管径，所述阻流结构是通过对所述第二进出口管的端部进行扩口形成。

6.如权利要求1所述的双向相平衡换热器，其特征在于，所述第一换热区的面积大于或等于所述第二换热区的面积，所述第一换热区内的第一换热管的总流程大于或等于所述第二换热区内的第二换热管的总流程。

7.如权利要求6所述的双向相平衡换热器，其特征在于，所述第一换热区内所设第一换热管的数量为一条或多条，所述第二换热区内所设第二换热管的数量为一条或多条。

8.如权利要求1所述的双向相平衡换热器，其特征在于，所述第一换热管包括数根长U管，所述第一换热管的相邻两根长U管之间通过弯头连接，所述第二换热管包括数根长U管，所述第二换热管的相邻两根长U管之间通过弯头连接。

9.一种空调器，其特征在于，所述空调器包括如权利要求1至8项中任意一项所述的双向相平衡换热器。

10.一种热泵热水器，其特征在于，所述热泵热水器包括如权利要求1至8项中任意一项所述的双向相平衡换热器。