CN103727708B - 具有高效换热设计的热泵用翅片盘管 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，包括换热器、翅片盘管、分配器。换热器为条状管，其两个顶端分别包括一个换热器入口和一个换热器出口，翅片盘管沿换热器长度方向的侧壁与换热器相连接，并且翅片盘管包括一制冷剂入口处设置分配器。采用了本发明的技术方案，通过改进盘管结构以达到使运行过中的蒸发温度更高更稳定，并且防止液态冷媒进入压缩机，并且成本较低，制造简单方便，最大限度的降低增加部分的成本和数量。

Description

具有高效换热设计的热泵用翅片盘管

技术领域

本发明涉及一种换热设备，更具体地说，涉及一种具有高效换热设计的热泵用翅片盘管。

背景技术

现有的换热机组的基本原理是使制冷剂在热泵的蒸发器盘管中达到紊流状态。事实上，如果要达到最高的容量，必须使得每个回路里的冷媒在到达出口前都得到充分蒸发并达到过热蒸汽状态。如果翅片表面的气流可以均匀分流并且整个换热器表面的换热系统相等，也可以达到上述的效果。但是，在实际的运行中，翅片盘管作为蒸发器，其表面易受到室外空气温度及湿度营影响导致的结霜，从而影响运行状况。结霜的原因是通过换热器的空气温度降低到其露点温度以下，空气中的水分凝结成水珠，如果翅片表面的温度低于0度，那水珠就结冰。

因结霜增加了换热阻力，结霜那部分盘管的热交换及效率就会大大降低，空气流量也会随之减少。这种状态下，该部分盘管里的冷媒无法在出口前达到过热蒸汽状态，降低了离开盘管的冷媒的平均过热度，而为了提高未结霜部分盘管冷媒的过热度以补偿结霜部分不完全蒸发导致的低蒸发状态，迫使进口连接的换热器降低流量。该状态下，翅片盘管的性能降低，运行过程中的代价也会越来越高。最终的结果就是蒸发温度及蒸发压力降低影响了热泵的性能，到达压缩机的流量受限制，迫使保护系统停止系统运行。

有效的解决方法有以下3种：

1.增大翅片盘管及表面积以提高蒸发温度避免结霜，但这仅仅是一个治标不治本的办法，因为无法保证完全避免翅片结霜或者少部分回路结冰也会影响其余部分回路的性能。并且增加了热泵的投资及规模

2.接受降低的过热度甚至没有过热度，保持膨胀阀开度以适当的避免回路工作时的代价。运行过程中的蒸发温度得到一定的保证，但会有一定数量的从翅片盘管出来的未蒸发的液态冷媒进入到压缩机，影响机组的性能，增加了压缩机正常运行的风险

3.在液体管路及吸入管之间增装换热器。该方法增大了安装难度，管道系统、水力连接、焊接等，降低系统可靠性。并且，换热器与吸入管之间的连接长度导致压降对效率的影响更大。

此外，该操作是不稳定的，因为在运行过程中，如果膨胀阀开度过大，部分制冷剂会从蒸发器流进新增的换热器，增加了液态冷媒的过冷度，进一步的增大了换热器的流量；随着部分的液态冷媒留在蒸发器，蒸发器内的流量增大，并且尽管需要去补偿过热蒸发，但因上述原因形成的反向的新循环使得膨胀阀关闭。

另一方面，还有一个运行过程中因部分盘管结霜导致的现象是，从结霜的盘管中出来的液态冷媒通过回油管路冲进排气出口集管的最底端并流进压缩机，增加能耗并降低可靠性。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，来解决现有的换热器中，蒸发温度及蒸发压力的降低会影响热泵的性能，导致到达压缩机的流量受限制，易使保护系统停止系统运行的问题。

根据本发明，提供一种具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，包括换热器、翅片盘管、分配器。换热器为条状管，所述换热器包括集管、和套设于集管内部的换热管，其两个顶端分别包括一个换热器入口和一个换热器出口，翅片盘管沿换热器长度方向的侧壁与换热器相连接，并且翅片盘管包括一制冷剂入口处设置分配器。

根据本发明的一实施例，换热器长度方向的侧壁上还设有一制冷剂出口。

根据本发明的一实施例，换热器的材质可以选用铜、铝、钛、不锈钢等，管道内壁光滑或有槽纹。

根据本发明的一实施例，分配器为带有很多标准口径的接口的管，接口的管径由翅片盘管的流量确定，并且一个接口对应一个翅片盘管的回路。

根据本发明的一实施例，分配器为具有毛细管接口的连接器，毛细管的长度和管径由翅片盘管的流量及尺寸决定。

根据本发明的一实施例，翅片盘管的末端增加一个额外的、用于利用管路中的压力差将润滑油吸出并压入压缩机的毛细管。

根据本发明的一实施例，翅片盘管的材料为铝、铜、不锈钢或塑料，并且表面采用光滑或波纹。

根据本发明的一实施例，翅片盘管的底部增加一个使空气与油液混合物换热的循环。

采用了本发明的技术方案，通过改进盘管结构以达到使运行过中的蒸发温度更高更稳定，并且防止液态冷媒进入压缩机，并且成本较低，制造简单方便，最大限度的降低增加部分的成本和数量。

附图说明

在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1是本发明具有高效换热设计的热泵用翅片盘管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

参照图1，本项目旨在研发一种具有高效换热设计的热泵用翅片盘管。蒸发器是将制冷剂与风机通风系统送过来的空气进行热交换的换热器10。冷媒在翅片盘管11流动，空气在盘管与翅片之间的空隙流动，若空气按照箭头1所示的方向流动，两者顺流，若空气按照箭头2所示的方向流动，则两者逆流。

如图1所示，本发明的具有高效换热设计的热泵用翅片盘管主要包括换热器10、翅片盘管11、分配器5。下面来详细介绍各个部件的结构、连接和功能。

本发明的换热器10可以是一个换热性能好的换热管。换热器10一般采用多回程的形式，冷媒在安装好的平行管道中循环流动，制热工况下，制冷剂从制冷剂入口3进入，从制冷剂出口4排出，制冷工况则相反。

换热器10为条状管，其两个顶端分别包括一个换热器入口6和一个换热器出口7，换热器10长度方向的侧壁上还设有一制冷剂出口4。换热器10由一个或一组由铜、铝、钛、不锈钢等组成的盘管组成。内壁光滑或螺纹管均可。流体通过换热器入口6、换热器出口7或者相反方向，冷媒的温度必须高于从翅片盘管11溢出的制冷剂的温度。在热泵运行过程中，此冷媒流体可以利用冷凝器内液态冷媒，因为此状态下流体的温差足够大，可采用简单紧凑的换热器10，并保证合理的集管管径。

本发明的换热器10还可以利用液态冷媒在热泵效率和控制上创造一个额外的好处，即使极限工况或瞬间，从换热器10出来的过冷冷媒，通过交换器以后的进入换热器入口6和换热器出口7之间的膨胀阀，可以避免压缩机启动时因空气温度过高或过低导致的流量不稳定或流量不足。

翅片盘管11的材料为铝、铜、不锈钢或塑料，并且表面采用光滑或波纹，其沿换热器10长度方向的侧壁与换热器10相连接，并且翅片盘管11包括一制冷剂入口3处设置分配器5。翅片盘管11的研发过程中最常碰到的问题是回油，由于在排气出口集管的最低处冷媒的流速很低，无法将润滑油完全的带走。因此，本发明在翅片盘管11的末端增加一个额外的毛细管8，可以利用管路中的压力差将润滑油吸出并压入压缩机。

分配器5一般安装在进口与各回路之间，以利于供热模式下的冷媒分流并提高换热效率。作为本发明的一种实施方式，分配器5为带有很多标准口径的接口的管，接口的管径由翅片盘管11的流量确定，并且一个接口对应一个翅片盘管11的回路。而作为本发明的另一种实施方式，分配器5为具有毛细管接口的连接器，毛细管的长度和管径由翅片盘管11的流量及尺寸决定。

为了使回到压缩机的润滑油不含有冷凝器出来的制冷剂，本发明在翅片盘管11的底部增加一个循环9，使空气与油液混合物换热，回收液态冷媒的剩余热量，增加系统的换热效率的同时降低冷媒倒流。

循环9可以采用任何适合压力容器的材质制作，像铜、铝、钛、不锈钢等，以便于与同材质的翅片盘管11相连接，采用特殊的切割、膨胀和焊接等制造工艺，该制造方法同样适用于另一部分的翅片盘管11。

上述这种结构可以应用在采用蒸汽压缩的风冷热泵带热回收或单纯的热泵机组上。

本发明还能起到的一个重要作用是在除霜循环9时用以清洁翅片盘管11的表面。

在实际运行过程中，空气中的湿气转换成霜紧紧地附着在翅片盘管11上，或附着在已经结成的霜表面，降低换热效果，影响冷媒的压力及温度。为了保证系统的正常运行，此时须停止制热运行并提高翅片的温度化霜，完全化霜后再启动系统高效率的制热。四通换向阀可以转换系统的流体方向，这样蒸发器出来的高温冷媒可加热翅片盘管11化霜。在典型的应用中，交换器垂直的安装在翅片盘管11的顶部。这样的结构，使得翅片盘管11上部空气流强于底部，这样的作用是使得在运行中，低处的空气可以较快的到达湿点。这种情况下，翅片盘管11从底部开始化霜，这样霜的厚度增加的比另一部分快且多。因此，传统的结构在化霜循环9过程中，底部的化霜需要更多的热量，化霜时间较长，降低了系统整体效率。

采用本发明提出的具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，因为在底部增加了一个循环9，流体的压差增加，翅片盘管11底部的流量增加。因此，在化霜需求更大的地方化霜能力增加，降低热损失，提高机组的整体效率。

适用于本发明的具有高效换热设计的热泵用翅片盘管的制冷剂可适用R134a，R22，R407C，R404a，R410A，R32等。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，其特征在于，包括：

换热器、翅片盘管、分配器；

所述换热器为条状管，所述换热器包括集管、和套设于集管内部的换热管，其两个顶端分别包括一个换热器入口和一个换热器出口；

所述翅片盘管沿所述换热器长度方向的侧壁与所述换热器相连接，并且所述翅片盘管包括一制冷剂入口处设置所述分配器。

2.如权利要求1所述的具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，其特征在于，所述换热器长度方向的侧壁上还设有一制冷剂出口。

3.如权利要求1所述的具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，其特征在于，所述换热器的材质可以选用铜、铝、钛、不锈钢等，管道内壁光滑或有槽纹。

4.如权利要求1所述的具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，其特征在于，所述分配器为带有很多标准口径的接口的管，所述接口的管径由所述翅片盘管的流量确定，并且一个接口对应一个翅片盘管的回路。

5.如权利要求1所述的具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，其特征在于，所述分配器为具有毛细管接口的连接器，所述毛细管的长度和管径由翅片盘管的流量及尺寸决定。

6.如权利要求1所述的具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，其特征在于，所述翅片盘管的末端增加一个额外的、用于利用管路中的压力差将润滑油吸出并压入压缩机的毛细管。

7.如权利要求1所述的具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，其特征在于，所述翅片盘管的材料为铝、铜、不锈钢或塑料，并且表面采用光滑或波纹。

8.如权利要求1所述的具有高效换热设计的热泵用翅片盘管，其特征在于，所述翅片盘管的底部增加一个使空气与油液混合物换热的循环。