CN103913018A - 管翅式风冷换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管翅式风冷换热器，属于空调技术领域。本发明包括热管和翅片穿插形成的换热器主体，换热器主体的一端装有集气管、分布头组件和二次集管，二次集管布置在端板上靠近空气出风侧的位置，集气管和分布头组件布置在端板上靠近空气进风侧的位置，并联换热管组件分成上、下两组，其中一组连接在集气管与二次集管之间，另一组连接在二次集管与分布头组件之间，两组换热回路数不同。本发明通过设置二次集管对换热器的回路数进行分配调整，从而满足了在高干度制冷剂相变放热段增加流通截面积，以及在低干度制冷剂相变放热段较少流通截面积，加强制冷剂侧hi/△pi性能换热。

Description

管翅式风冷换热器

技术领域

本发明涉及一种风冷换热器，属于空调技术领域。

背景技术

管翅式风冷换热器按功能用途分类：管翅式风冷冷凝器，管翅式风冷蒸发器，管翅式风冷冷凝及蒸发两用换热器。

在制冷空调领域，管翅式风冷换热器一般采用强迫空气对流，与制冷剂侧相变换热的形式。成型的翅片按要求穿插换热管，然后用胀管工艺将翅片和换热管构成一个整体；再安装四周的端板和护板；换热管两端焊接‘C’型铜配件，形成蛇形管路，在蛇形管路并联组件的两端各焊接集气管以及分布头组件。蛇形管路通道截面积在低干度制冷剂相变放热段，与在高干度制冷剂相变放热段是保持不变的。但是在高干度制冷剂相变放热段遏制放热性能的提升的主要因素为内侧压力损失，需要减小制冷剂质量流速，增加流通截面积；而在低干度制冷剂相变放热段遏制放热性能的提升的主要因素为制冷剂侧放热系数的提高，需要增加制冷剂质量流速，减小流通截面积。传统的翅管式风冷换热器是不能良好的满足此相变换热特性的。

传统的管翅式风冷换热器，当作冷凝器和蒸发器的两用使用时，常规的设计是冷凝换热采用设计计算，蒸发换热采用校核计算。在名义设计工况，冷凝热负荷大于蒸发冷负荷，因而设计充分有效的保障冷凝换热；蒸发换热可以安全运行即可，换热效率在蒸发制热时比较低下。冷凝换热的形式为交错逆流，而在制热运行时，制冷剂流向改变，蒸发换热的形式变成了交错顺流，这是传统的换热器无法避免的。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种管翅式风冷换热器，通过设置二次集管对换热器的回路数进行分配调整，从而满足了在高干度制冷剂相变放热段增加流通截面积，以及在低干度制冷剂相变放热段较少流通截面积，从而加强制冷剂侧hi/△pi性能换热。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种管翅式风冷换热器，它包括由多个换热管和翅片穿插形成的换热器主体，换热器主体的外围装有外框，外框由位于两端的端板和位于上、下侧的护板围合而成，所述的外框任一端的端板上装有集气管和分布头组件，所述的换热管为“U”形管，多个所述的换热管上、下并排设置形成并联换热管组件，每层的换热管的两个出口分别与所述的集气管和分布头组件相连通构成换热回路，其特征在于：所述的集气管和分布头组件所在的端板上还装有二次集管，二次集管包括管形的集管主体，集管主体的上、下端用封板封闭，集管主体上装有多根与所述的换热管相连通的支管，所述的二次集管布置在端板上靠近空气出风侧的位置，所述的集气管和分布头组件布置在端板上靠近空气进风侧的位置，所述的并联换热管组件分成上、下两组，其中一组内的多个换热管连接在所述的集气管与二次集管之间，另一组内的多个换热管连接在所述的二次集管与分布头组件之间，集气管与二次集管之间换热回路数大于二次集管与分布头组件之间的换热回路数。

所述的集气管位于分布头组件的上部，所述的并联换热管组件分成上、下两组，其中上组内的多个换热管连接在所述的集气管与二次集管之间，下组内的多个换热管连接在所述的二次集管与分布头组件之间，上组内的换热回路数大于下组内的换热回路数。

所述的支管为直管或/和弯管。

本发明的有益效果是：二次集管仅对换热器的回路数进行分配调整，从而满足了在高干度制冷剂相变放热段增加流通截面积，以及在低干度制冷剂相变放热段较少流通截面积，从而加强制冷剂侧hi/△pi性能换热。并且没有改变制冷剂侧的行程，制冷剂质点从换热管进口至出口，行进的距离与传统的换热器是一样的，保证了制冷剂侧放热质量。还能以制冷剂过冷段（冷凝）或者过热段（蒸发）的单一相态对流换热，这些制冷剂侧放热效率低下的区域，设计在管翅式风冷换热器的空气进风侧，保障冷凝与蒸发两用时，均能高效换热。相比于传统的管翅式风冷换热器，制冷冷凝效率稍有提升，而制热蒸发换热大幅度地变好。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有的翅管式风冷换热器的结构示意图；

图2是现有的翅管式风冷换热器制冷剂冷凝的流动示意图（制冷）；

图3是现有的翅管式风冷换热器制冷剂蒸发的流动示意图（制热）；

图4是本发明的结构示意图；

图5是本发明二次集管的结构图；

图6是本发明制冷剂冷凝的流动示意图（制冷）；

图7是本发明制冷剂蒸发的流动示意图（制热）。

图中，1、端板，2、护板，3、换热管，4、翅片，5、二次集管，5-1、集管主体，5-2、封板，5-3、支管，6、集气管，7、分布头组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图4、图5、图6、图7所示的一种管翅式风冷换热器，它包括由多个换热管3和翅片4穿插形成的换热器主体，换热器主体的外围装有外框，外框由位于两端的端板1和位于上、下侧的护板2围合而成，所述的外框任一端的端板1上装有集气管6和分布头组件7，所述的换热管3为“U”形管，多个所述的换热管3上、下并排设置形成并联换热管组件，每层的换热管3的两个出口分别与所述的集气管6和分布头组件7相连通构成换热回路，所述的集气管6和分布头组件7所在的端板1上还装有二次集管5，二次集管5包括管形的集管主体5-1，集管主体5-1的上、下端用封板5-2封闭，集管主体5-1上装有多根与所述的换热管3相连通的支管5-3，所述的二次集管5布置在端板1上靠近空气出风侧的位置，所述的集气管6和分布头组件7布置在端板1上靠近空气进风侧的位置，所述的并联换热管组件分成上、下两组，其中一组内的多个换热管3连接在所述的集气管6与二次集管5之间，另一组内的多个换热管3连接在所述的二次集管5与分布头组件7之间，集气管6与二次集管5之间换热回路数大于二次集管5与分布头组件7之间的换热回路数。

其原理为：二次集管5仅对换热器的回路数进行分配调整，并没有改变制冷剂侧的行程。制冷剂质点从换热器的进口至出口，行进的距离与传统的换热器是一样的。

二次集管5将高干度制冷剂段的回路数合理增加，此处影响hi/△pi性能的主要方面是压降损失，所以增加回路数，加强高干度制冷剂段hi/△pi性能换热。

二次集管5将低干度制冷剂段的回路数相应减少，此处影响hi/△pi性能的主要方面是内部放热系数，所以减少回路数，提升质量流速从而加强低干度制冷剂段hi/△pi性能换热。

二次集管5对回路分配调整，将制冷剂过冷段（冷凝）或者过热段（蒸发）的单一相态对流换热，这些制冷剂侧放热效率低下的区域，设计在管翅式风冷换热器的空气进风侧，从而使得风冷换热器无论是在制冷冷凝时，还是在制热蒸发时，均能高效换热。

为了工艺制作的便利，将集气管6设置于分布头组件7的上部，所述的并联换热管组件分成上、下两组，其中上组内的多个换热管3连接在所述的集气管6与二次集管5之间，下组内的多个换热管3连接在所述的二次集管5与分布头组件7之间，上组内的换热回路数大于下组内的换热回路数。

所述的支管5-3为直管或弯管或直管、弯管的组合。

下面通过与现有管翅式风冷换热器的对比说明本发明的工作原理和优点：

如图1所示，传统的管翅式风冷换热器的构成：成型的翅片4按要求穿插换热管3，然后用胀管工艺将翅片和换热管构成一个整体；再安装端板1和护板2，端板1与护板2各二块；换热管两端焊接‘C’型铜配件，形成蛇形管路，在蛇形管路并联组件的两端各焊接集气管6以及分布头组件7。具有制冷冷凝和制热蒸发两用功能的传统管翅式风冷换热器，分布头组件7位于空气进风侧；集气管6位于空气出风侧。图1上制冷剂的流向是换热器作为冷凝器时的制冷剂的流动方向，流动示意见图2。

如图2所示，当传统的管翅式风冷换热器作为冷凝器时，制冷剂高温高压气体，进入集气管6，进行分配而均匀地进入换热铜管内相变冷凝，热量被空气带走，空气温度上升，相反气体制冷剂被冷凝成液体，从分布头组件7流出。

如图3所示，传统的管翅式风冷换热器在制热运行时，在作为蒸发器时制冷剂流向改变，流动方向与冷凝时恰好相反。膨胀阀节流后的两相制冷剂，进入分布头组件7来均匀分配进入换热铜管内相变蒸发，空气中热量被制冷剂吸收，空气温度降低，制冷剂变成气体而汇聚于集气管6流出。

而如图4所示，本发明管翅式风冷换热器，具体制作时，成型的翅片4按要求穿插换热管3，然后用胀管工艺将翅片和换热管构成一个整体；再安装端板1和护板2，端板1与护板2各二块；换热管两端焊接‘C’型铜配件，形成“U”形管，在并联换热管组件的两端分别焊接集气管6、分布头组件7和二次集管5。图4上制冷剂的流向是换热器作为冷凝器时的制冷剂的流动方向，流动示意见图6。

如图5所示，二次集管5的结构：集管主体5-1为圆形铜管或者钢管，按技术要求下料一定长度，并作相关工艺处理至达标；在集管主体5-1的两端焊接封板封板5-2，封板数量共2块；在集管主体5-1的径向侧面焊接若干支管5-3，支管5-3有直管形式和弯管形式，图示上面是弯成90°的支管5-3。

传统的翅管式风冷换热器的蛇形管路假设有‘2x流程’，也就是说，制冷剂质点从集气管6至分布头组件7，流动的行程是‘2x流程’；在图2或者图3上均有标明。

而本发明是将并联换热管组件分成上、下两组，通过二次集管5分配。制冷剂质点从集气管6至二次集管5是‘x流程’，然后制冷剂质点从二次集管5至分布头组件7也是‘x流程’，共是‘2x流程’。在图6或者图7上均有标明。并没有改变制冷剂侧的行程长度，仅对换热器的回路数进行合理的分配调整，根据设计要求可以把从集气管6至二次集管5的回路数增多，增大流通截面积以满足高干度制冷剂高效换热的需要，把二次集管5至分布头组件7的回路数减少，减小流通截面积来满足低干度制冷剂高效换热的需要。很明显二次集管5中汇聚和分配的制冷剂是处于两相状态。

如图6所示，翅管式风冷换热器的新设计，制冷剂冷凝的流动示意图。制冷剂高温高压气体，进入集气管6，进行分配而均匀地进入上部的换热铜管内相变冷凝，冷凝成带有一定干度的两相制冷剂，汇聚至二次集管5，再进行分配而均匀地进入下部的换热铜管内继续相变冷凝，最后冷凝成制冷剂液体，从分布头组件7流出。热量被空气带走，空气温度上升。图示中换热器上部回路数多，下部回路数少，改变了流通截面积满足不同干度区域高效换热的需要。

如图7所示，新设计的翅管式风冷换热器在制热运行时，在作为蒸发器时制冷剂流向改变，流动方向与冷凝时恰好相反。膨胀阀节流后的两相制冷剂，进入分布头组件7来均匀分配进入下部的换热铜管内相变蒸发，蒸发成带有一定干度的两相制冷剂，汇聚至二次集管5，再进行分配而均匀地进入上部的换热铜管内继续相变蒸发，最后制冷剂全部变成气体而汇聚于集气管6流出。空气中热量被制冷剂吸收，空气温度降低。图示中换热器上部回路数多，下部回路数少，改变了流通截面积满足不同干度区域高效换热的需要。

Claims (3)

1.一种管翅式风冷换热器，它包括由多个换热管（3）和翅片（4）穿插形成的换热器主体，换热器主体的外围装有外框，外框由位于两端的端板（1）和位于上、下侧的护板（2）围合而成，所述的外框任一端的端板（1）上装有集气管（6）和分布头组件（7），所述的换热管（3）为“U”形管，多个所述的换热管（3）上、下并排设置形成并联换热管组件，每层的换热管（3）的两个出口分别与所述的集气管（6）和分布头组件（7）相连通构成换热回路，其特征在于：所述的集气管（6）和分布头组件（7）所在的端板（1）上还装有二次集管（5），二次集管（5）包括管形的集管主体（5-1），集管主体（5-1）的上、下端用封板（5-2）封闭，集管主体（5-1）上装有多根与所述的换热管（3）相连通的支管（5-3），所述的二次集管（5）布置在端板（1）上靠近空气出风侧的位置，所述的集气管（6）和分布头组件（7）布置在端板（1）上靠近空气进风侧的位置，所述的并联换热管组件分成上、下两组，其中一组内的多个换热管（3）连接在所述的集气管（6）与二次集管（5）之间，另一组内的多个换热管（3）连接在所述的二次集管（5）与分布头组件（7）之间，集气管（6）与二次集管（5）之间换热回路数大于二次集管（5）与分布头组件（7）之间的换热回路数。

2.根据权利要求1所述的管翅式风冷换热器，其特征在于：所述的集气管（6）位于分布头组件（7）的上部，所述的并联换热管组件分成上、下两组，其中上组内的多个换热管（3）连接在所述的集气管（6）与二次集管（5）之间，下组内的多个换热管（3）连接在所述的二次集管（5）与分布头组件（7）之间，上组内的换热回路数大于下组内的换热回路数。

3.根据权利要求1或2所述的管翅式风冷换热器，其特征在于：所述的支管（5-3）为直管或/和弯管。