CN104566681A - 一种减少制冷剂充灌量的空调室外机及其方法 - Google Patents

一种减少制冷剂充灌量的空调室外机及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减少制冷剂充灌量的空调室外机及其方法，包括上集管、下集管、竖直换热管，竖直换热管的上端具有一个伸入到上集管管体内部的伸入段，伸入段设有气液分离孔和布液孔，气液分离孔的位置高于布液孔的位置，气液分离孔和布液孔构成气液分离及布液结构；空调室外机作为冷凝器时，各竖直换热管中的制冷剂冷凝液膜厚度减薄，积存的制冷剂液体量减少，使空调机组制冷剂充灌量减少；同时使制冷剂侧冷凝换热系数增大，换热效率提高；作为蒸发器时，节流后的制冷剂经预换热器后，进入上集管再经气液分离及布液结构将气液分离同时布液，可使液体均匀分布在各个竖直换热管的管内壁，可保证较大的蒸发换热系数。且能满足换热和回油的要求。

Description

一种减少制冷剂充灌量的空调室外机及其方法
技术领域
本发明涉及制冷空调热泵领域，尤其涉及一种减少制冷剂充灌量的空调室外机及其方法。
背景技术
为满足逐渐提高的空调器能效标准，空调器在采用强化换热技术的同时增大了冷凝器和蒸发器的换热面积，使冷凝器和蒸发器内的制冷剂容积也随之增大，导致制冷剂充灌量增多。
目前常用空调室外机的换热管均为翅片管水平横管布置、联接采用蛇型管型，依靠空气在管外的对流冷却换热，制冷剂在管内由过热蒸气、气液两相冷凝换热至过冷液体。在换热管的末端制冷剂接近全部冷凝以及被冷凝为过冷液体。制冷剂在管内的冷凝换热过程中，随着冷凝过程的进行壁面冷凝液逐步增加，随后形成液膜阻碍了蒸气与壁面的接触，构成了冷剂侧的主要换热热阻。随着冷凝液膜逐渐增厚，在以后相当长的管程内为液体逐步增多的复杂两相流，液膜的导热热阻逐渐增加，冷凝效果严重变差；同时随着蒸气的冷凝，蒸气量逐渐减少，管内气液两相流流速明显下降，冷凝效果急剧恶化，换热系数减小；过冷后仅为液体的对流换热，此时由于液体的流速较低，液体的换热系数较小。由于管内冷凝换热热阻增加，外管壁面温度下降，导致空气侧换热温差减小，换热量减小。为解决上述存在的问题，传统空气冷却式冷凝器以加大换热面积来满足换热量的需求，体积、重量较大，且制作和运行成本高。同时由于较长的冷凝管段内制冷剂液体量较多，导致空调机组的制冷剂充灌量增多。由于室外机的换热面积和体积均大于室内机，故室外机内制冷剂充灌量多于室内机的制冷剂充灌量。
现在使用的制冷剂属消耗臭氧层物质的含氢氯氟烃，根据《中华人民共和国大气污染防治法》、《消耗臭氧层物质管理条例》等有关法规，消耗臭氧层物质的含氢氯氟烃的生产量和使用量均需逐渐较少直至完全淘汰。因此空调器须既减少制冷剂充灌量、同时又不能使换热性能以及机组性能下降。
专利号200610113304.4的发明专利“分液式空气冷凝器”公布了一种空气冷凝器，该冷凝器利用分段蒸汽冷凝、中间自动汽液分离和排液、集中聚集冷凝液过冷技术，保证各管程都以纯蒸汽进入并被冷却，有效减小凝结过程中液膜的厚度和消除不利的两相流型；与传统冷凝器相比节省材料30％，降低了冷凝器制作和运行成本，但加工复杂且无法作为热泵蒸发器使用。
授权公告号CN201926216U的实用新型专利“一种风冷冷凝器”。公布了—种风冷冷凝器，由换热管与肋片组成肋片套管式冷凝器，换热管呈迂叫曲折状，换热管从进汽口至出液口分为连续贳通的三段，换热管第一段内为汽态制冷剂，换热管第二段内为汽液混合状态制冷剂，换热管第三段内为液态制冷剂，其特点是：所述换热管第二段上至少连接一汽液分离装置，汽液分离装置通过引流管与换热管第三段连通。所述的换热管第一段和第三段采用强化换热管，而换热管第二段采用普通换热管。这样就提高了换热效率，而减少换热材料的成本，同样加工复杂且无法作为热泵蒸发器使用。
授权公告号CN201229093Y实用新型专利“自带分液结构的空调用风冷换热器”公布了—种风冷换热器，该换热器包括上集管、下集管，平行且竖直布置在上、下集管之间的换热管，穿在或焊接在换热管上的肋片以及设置在换热器一侧的分液结构，该分液结构由竖直布置的一个分液管和在该分液管底部的进出口管组成，进出口管深入到分液管内的部分由水平段和竖直段组成。可以实现制冷剂气液两相自动分离，从而解决该换热器作为蒸发器使用时气液两相制冷剂在各通道流量不均匀的问题。但当制冷剂充灌量少时，竖直换热管内的制冷剂流动沸腾换热流速不足，会影响其换热性能。
授权公告号CN203980498实用新型专利“一种减少制冷剂充灌量的空调室外机”公布了一种减少制冷剂充灌量的空调室外机，包括上端气管、下端液管、竖直换热管；各竖直换热管、相互间隔分布在上端气管与下端液管之间；竖直换热管的上端连通上端气管；竖直换热管的下端连通下端液管。空调室外机作为冷凝器时由于各竖直换热管中的制冷剂液体量减小，冷凝器中积存的制冷剂液体量减少，使得空调机组的制冷剂充灌量减少。由于各竖直冷凝管段中的制冷剂冷凝液膜厚度减薄，使得制冷剂侧的冷凝换热热阻减小、冷凝换热系数增大，总传热系数增大，换热效率提高。空调室外机作为蒸发器时，原上部分气管则变为集气管、竖直冷凝换热管段则变为竖直沸腾换热管段、下部集液管则变为分液管，能满足换热和回油的要求。但当制冷剂充灌量少时，竖直换热管内的制冷剂流动沸腾换热流速不足，会严重影响其换热性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种减少制冷剂充灌量的空调室外机及其方法，相对于现有技术，减少了空调室外机制冷剂充灌量、提高冷凝换热效率和沸腾换热效率、保障热泵运行时压缩机回油。
本发明通过下述技术方案实现：
一种减少制冷剂充灌量的空调室外机，包括预换热器1、水平布置的上集管2、水平布置的下集管4、竖直换热管3；预换热器1连接上集管2；竖直换热管3有多根，并且相互间隔分布在上集管2与下集管4之间；
所述竖直换热管3的轴线垂直于上集管2和下集管4的轴线，所述竖直换热管3的上端具有一个伸入到上集管2管体内部的伸入段33，伸入段33设有气液分离孔3-1和布液孔3-2，所述气液分离3-1孔的位置高于布液孔3-2的位置，气液分离孔3-1和布液孔3-2构成气液分离及布液结构；
液态的制冷剂3-3附着在各个竖直换热管3的内壁，沿内壁的壁面向下流动；气态的制冷剂沿着由液态的制冷剂形成的液膜通道，形成环状流向下流动。
所述气液分离孔3-1开设在伸入段33的管体的顶端，所述布液孔3-2开设在伸入段33的管体的侧壁。
所述气液分离孔3-1的孔径大于布液孔3-2的孔径。
布液孔3-2有多个，并沿伸入段33管体的侧壁阵列分布。
所述下集管4的端口设置有液封装置5。
所述竖直换热管3上安装有散热翅片6。
一种减少空调室外机的制冷剂充灌量的控制方法，该控制方法包括，空调室外机作空调冷凝器时的控制步骤和空调室外机作为热泵蒸发器时的控制步骤：
(1)当空调室外机作空调冷凝器时的控制步骤
当空调室外机作空调冷凝器时，来自压缩机的制冷剂蒸气先进入预换热器1冷却至饱和蒸气，再经上集管2分配进入到各个竖直换热管3中，并与竖直换热管3外的对流冷却空气换热，此时竖直换热管3内的制冷剂蒸气被冷凝成液体向下流动至下集管4汇合，并经液封装置5流至节流机构；
此时，下集管4及液封装置5处形成液封，冷凝的制冷剂液体流出冷凝器的同时未冷凝的制冷剂蒸气不能流出冷凝器，则竖直冷凝换热管3下部以部分制冷剂蒸气冷凝为液体；完成空调室外机作空调冷凝器时的控制步骤；
(2)当空调室外机作为热泵蒸发器时的控制步骤
当空调室外机作为热泵的蒸发器时，经阀组控制节流后的制冷剂气液两相流体先进入预换热器1，通过预换热器1与外部空气换热吸收热量；
完成换热吸收热量后的制冷剂气液，进入上集管2再经权利要求1所述的气液分离及布液结构，将制冷剂气液分离并同时布液；
液态的制冷剂3-3通过布液孔3-2进入各个竖直换热管3内，气态的制冷剂通过气液分离孔3-1进入各个竖直换热管3内，液态和气态制冷剂在竖直换热管3内空间向下流动；此时，液态的制冷剂均匀附着在各个竖直换热管3的内壁，且在表面张力和重力的作用下，沿内壁的壁面向下流动，同时与竖直换热管3外部空气换热吸收热量，此时由于各个竖直换热管3的内壁面被制冷剂液体浸润，使蒸发换热系数增大；气态的制冷剂沿着由液态的制冷剂形成的液膜通道形成环状流向下流动；
吸热蒸发的气态的制冷剂与液态的制冷剂，在各个竖直换热管3内混合后流向下集管4，在下集管4汇合并经液封装置5的气液分离器后进入压缩机，此时液封装置5不会起阻碍作用；此时，下集管4内制冷剂的流速高于上集管2和竖直换热管3内的制冷剂流速，因此将下集管4内的润滑油带回至压缩机；完成空调室外机作为热泵蒸发器时的控制步骤。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
作为冷凝器时各竖直换热管中的制冷剂冷凝液膜厚度减薄，积存的制冷剂液体量减少，使空调机组的制冷剂充灌量减少。同时使得制冷剂侧冷凝换热系数增大，换热效率提高。作为蒸发器时，节流后的制冷剂经预换热器后，进入上集管再经由气液分离孔和布液孔构成的气液分离及布液结构，将制冷剂气液分离并同时布液，可使制冷剂液体均匀分布在各个竖直换热管的管内壁，可保证较大的蒸发换热系数。且能满足换热和回油的要求。
本发明技术手段简便易行，构思巧妙，成本低廉，既能显著减少制冷剂充灌量、同时又能提高换热性能以及机组总体性能、能保障热泵运行时压缩机回油的空调室外机，具有积极的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2是本发明气液分离及布液结构局部示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1、2所示。本发明一种减少制冷剂充灌量的空调室外机，包括预换热器1、水平布置的上集管2、水平布置的下集管4、竖直换热管3；预换热器1连接上集管2；竖直换热管3有多根，并且相互间隔分布在上集管2与下集管4之间；
所述竖直换热管3的轴线垂直于上集管2和下集管4的轴线，所述竖直换热管3的上端具有一个伸入到上集管2管体内部的伸入段33，伸入段33设有气液分离孔3-1和布液孔3-2，所述气液分离3-1孔的位置高于布液孔3-2的位置，气液分离孔3-1和布液孔3-2构成气液分离及布液结构；
液态的制冷剂3-3附着在各个竖直换热管3的内壁，沿内壁的壁面向下流动；气态的制冷剂沿着由液态的制冷剂形成的液膜通道，形成环状流向下流动。
所述气液分离孔3-1开设在伸入段33的管体的顶端，所述布液孔3-2开设在伸入段33的管体的侧壁。
所述气液分离孔3-1的孔径大于布液孔3-2的孔径。
布液孔3-2有多个，并沿伸入段33管体的侧壁阵列分布。
所述下集管4的端口设置有液封装置5。
所述竖直换热管3上安装有散热翅片6。
减少空调室外机的制冷剂充灌量的控制方法，其一是当空调室外机作空调冷凝器时的控制；其二是当空调室外机作为热泵蒸发器时的控制，具体控制方法可通过下述步骤实现：
(1)当空调室外机作空调冷凝器时的控制步骤
当空调室外机作空调冷凝器时，来自压缩机的制冷剂蒸气先进入预换热器1冷却至饱和蒸气，再经上集管2分配进入到各个竖直换热管3中，并与竖直换热管3外的对流冷却空气换热，此时竖直换热管3内的制冷剂蒸气被冷凝成液体向下流动至下集管4汇合，并经液封装置5流至节流机构；
此时，下集管4及液封装置5处形成液封，冷凝的制冷剂液体流出冷凝器的同时未冷凝的制冷剂蒸气不能流出冷凝器，则竖直冷凝换热管3下部以部分制冷剂蒸气冷凝为液体；完成空调室外机作空调冷凝器时的控制步骤；
(2)当空调室外机作为热泵蒸发器时的控制步骤
当空调室外机作为热泵的蒸发器时，经阀组控制节流后的制冷剂气液两相流体先进入预换热器1，通过预换热器1与外部空气换热吸收热量；
完成换热吸收热量后的制冷剂气液，进入上集管2再经权利要求1所述的气液分离及布液结构，将制冷剂气液分离并同时布液；
液态的制冷剂3-3通过布液孔3-2进入各个竖直换热管3内，气态的制冷剂通过气液分离孔3-1进入各个竖直换热管3内，液态和气态制冷剂在竖直换热管3内空间向下流动；此时，液态的制冷剂均匀附着在各个竖直换热管3的内壁，且在表面张力和重力的作用下，沿内壁的壁面向下流动，同时与竖直换热管3外部空气换热吸收热量，此时由于各个竖直换热管3的内壁面被制冷剂液体浸润，使蒸发换热系数增大；气态的制冷剂沿着由液态的制冷剂形成的液膜通道形成环状流向下流动；
吸热蒸发的气态的制冷剂与液态的制冷剂，在各个竖直换热管3内混合后流向下集管4，在下集管4汇合并经液封装置5的气液分离器后进入压缩机，此时液封装置5不会起阻碍作用；此时，下集管4内制冷剂的流速高于上集管2和竖直换热管3内的制冷剂流速，因此将下集管4内的润滑油带回至压缩机；完成空调室外机作为热泵蒸发器时的控制步骤。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种减少制冷剂充灌量的空调室外机，包括预换热器(1)、水平布置的上集管(2)、水平布置的下集管(4)、竖直换热管(3)；预换热器(1)连接上集管(2)；竖直换热管(3)有多根，并且相互间隔分布在上集管(2)与下集管(4)之间，其特征在于：所述竖直换热管(3)的轴线垂直于上集管(2)和下集管(4)的轴线，所述竖直换热管(3)的上端具有一个伸入到上集管(2)管体内部的伸入段(33)，伸入段(33)设有气液分离孔(3-1)和布液孔(3-2)，所述气液分离(3-1)孔的位置高于布液孔(3-2)的位置，气液分离孔(3-1)和布液孔(3-2)构成气液分离及布液结构；
液态的制冷剂(3-3)附着在各个竖直换热管(3)的内壁，沿内壁的壁面向下流动；气态的制冷剂沿着由液态的制冷剂形成的液膜通道，形成环状流向下流动。
2.根据权利要求1所述减少制冷剂充灌量的空调室外机，其特征在于：所述气液分离孔(3-1)开设在伸入段(33)的管体的顶端，所述布液孔(3-2)开设在伸入段(33)的管体的侧壁。
3.根据权利要求1所述减少制冷剂充灌量的空调室外机，其特征在于：所述气液分离孔(3-1)的孔径大于布液孔(3-2)的孔径。
4.根据权利要求3所述减少制冷剂充灌量的空调室外机，其特征在于：布液孔(3-2)有多个，并沿伸入段(33)管体的侧壁阵列分布。
5.根据权利要求1至4中任一项所述减少制冷剂充灌量的空调室外机，其特征在于：所述下集管(4)的端口设置有液封装置(5)。
6.根据权利要求5所述减少制冷剂充灌量的空调室外机，其特征在于：所述竖直换热管(3)上安装有散热翅片(6)。
7.一种减少空调室外机的制冷剂充灌量的控制方法，其特征在于，该控制方法包括，空调室外机作空调冷凝器时的控制步骤和空调室外机作为热泵蒸发器时的控制步骤：
(1)当空调室外机作空调冷凝器时的控制步骤
当空调室外机作空调冷凝器时，来自压缩机的制冷剂蒸气先进入预换热器(1)冷却至饱和蒸气，再经上集管(2)分配进入到各个竖直换热管(3)中，并与竖直换热管(3)外的对流冷却空气换热，此时竖直换热管(3)内的制冷剂蒸气被冷凝成液体向下流动至下集管(4)汇合，并经液封装置(5)流至节流机构；
此时，下集管(4)及液封装置(5)处形成液封，冷凝的制冷剂液体流出冷凝器的同时未冷凝的制冷剂蒸气不能流出冷凝器，则竖直冷凝换热管(3)下部仅部分制冷剂蒸气冷凝为液体；完成空调室外机作空调冷凝器时的控制步骤；
(2)当空调室外机作为热泵蒸发器时的控制步骤
当空调室外机作为热泵的蒸发器时，经阀组控制节流后的制冷剂气液两相流体先进入前置换热器(1)，通过前置换热器(1)与外部空气换热吸收热量；
完成换热吸收热量后的制冷剂气液，进入上集管(2)再经权利要求1所述的气液分离及布液结构，将制冷剂气液分离并同时布液；
液态的制冷剂(3-3)通过布液孔(3-2)进入各个竖直换热管(3)内，气态的制冷剂通过气液分离孔(3-1)进入各个竖直换热管(3)内，液态和气态制冷剂在竖直换热管(3)内空间向下流动；此时，液态的制冷剂均匀附着在各个竖直换热管(3)的内壁，且在表面张力和重力的作用下，沿内壁的壁面向下流动，同时与竖直换热管(3)外部空气换热吸收热量，此时由于各个竖直换热管(3)的内壁面被制冷剂液体浸润，使蒸发换热系数增大；气态的制冷剂沿着由液态的制冷剂形成的液膜通道形成环状流向下流动；
吸热蒸发的气态的制冷剂与液态的制冷剂，在各个竖直换热管(3)内混合后流向下集管(4)，在下集管(4)汇合并经液封装置(5)后的气液分离器后进入压缩机，此时液封装置(5)不会起阻碍作用；此时，下集管(4)内制冷剂的流速高于上集管(2)和竖直换热管(3)内的制冷剂流速，因此将下集管(4)内的润滑油带回至压缩机；完成空调室外机作为热泵蒸发器时的控制步骤。
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