CN104913481B - 换热器及空调机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换热器及空调机组，其中，换热器包括第一换热单元和第二换热单元；所述第一换热单元和所述第二换热单元沿着空气的流动方向并排设置；所述第一换热单元和所述第二换热单元之间设置有空腔。本发明的换热器及空调机组有效提高了换热效率，缩短了除霜时间，提高了用户使用舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，特别是涉及一种管翅式换热器及应用其的空调机组。
背景技术
换热器是空调机组中的一个重要部件，管翅式换热器是一种常见的换热器形式，由于机组的性能、结构等不同，采用的管翅式换热器也是多种多样的，有一排管和多排管等形式。
对于多排管的管翅式换热器，随着换热管排数的增加，由迎风面到背风面，换热管的换热效率逐渐下降，使得整个换热器的效率不能得到充分发挥。同时，空调机组在制热运行时，位于室外的管翅式换热器会出现结霜的情况，随着运行时间的加长，霜层会逐渐从迎风面的换热管蔓延到背风面的换热管，使得整个换热器布满霜层，并不断加厚，从而影响了整机的性能。为了维护机组的性能，系统需要对整个室外换热器进行除霜运行，这不仅需要耗费大量的能源，而且除霜时间较长，严重影响了用户的使用舒适度。
发明内容
本发明提供了一种换热效率高、除霜时间短的换热器及空调机组。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种换热器，包括第一换热单元和第二换热单元；
其中，所述第一换热单元和所述第二换热单元沿着空气的流动方向并排设置；所述第一换热单元和所述第二换热单元之间设置有空腔。
在其中一个实施例中，所述第一换热单元和所述第二换热单元均包括至少一排换热管以及设置在所述换热管上的翅片；
其中，每排所述换热管均包括多根相互平行的支管以及多根连通管，所述多根相互平行的支管通过所述多根连通管连通。
在其中一个实施例中，所述第一换热单元或所述第二换热单元中的换热管为多排时，多排所述换热管沿着空气的流动方向并排设置。
在其中一个实施例中，所述换热器还包括第一密封板和第二密封板；
所述第一密封板和所述第二密封板上均设置有多个与所述支管的管径相匹配的孔洞，所述支管的一端固定在所述第一密封板的孔洞中，另一端固定在所述第二密封板的孔洞中。
在其中一个实施例中，所述换热器还包括总分气管、第一分气管和第二分气管；
所述第一换热单元上设置有第一流入流出端口，所述第一分气管的一端与所述第一流入流出端口连通，所述第一分气管的另一端与所述总分气管连通；
所述第二换热单元上设置有第二流入流出端口，所述第二分气管的一端与所述第二流入流出端口连通，所述第二分气管的另一端与所述总分气管连通。
在其中一个实施例中，所述换热器还包括总集液管、第一集液管和第二集液管；
所述第一换热单元上设置有第三流入流出端口，所述第一集液管的一端与所述第三流入流出端口连通，所述第一集液管的另一端与所述总集液管连通；
所述第二换热单元上设置有第四流入流出端口，所述第二集液管的一端与所述第四流入流出端口连通，所述第二集液管的另一端与所述总集液管连通。
在其中一个实施例中，所述第一集液管上设置有第一阀门，所述第二集液管上设置有第二阀门。
在其中一个实施例中，所述第一阀门和所述第二阀门为电磁阀或电子膨胀阀。
在其中一个实施例中，在除霜模式下，所述第一阀门开启，所述第二阀门关闭，或者所述第二阀门开启，所述第一阀门关闭。
在其中一个实施例中，位于迎风侧的换热单元中的换热管为一排或两排。
在其中一个实施例中，所述空腔的厚度为所述第一换热单元中相邻两排换热管间距的1～4倍，或者为所述第二换热单元中相邻两排换热管间距的1～4倍。
在其中一个实施例中，所述第一换热单元中的换热管与所述第二换热单元中的换热管相同或不同；
所述第一换热单元中的翅片与所述第二换热单元中的翅片相同或不同。
一种空调机组，包括上述的换热器。
本发明具有如下有益效果：
本发明的换热器及空调机组在进行换热时，假定第一换热单元位于迎风侧，则空气首先进入第一换热单元，与第一换热单元中的冷媒进行换热，然后进入空腔，空气在空腔中进行均压、混合后，进入第二换热单元进行换热。因此，本发明的换热器可以消除由于第一换热单元换热不均匀对后续第二换热单元换热带来的不利影响，使得空气在通过第二换热单元时会更加均匀，从而提高整个换热器的换热效率。同时，传统换热器发生结霜时，霜层首先在迎风侧的换热管表面凝结，然后沿着相连的翅片不断扩展延伸，扩大结霜面积，不仅加速了换热量的衰减，而且除霜时需要耗费的能量也大大增加；而本发明的换热器中，空气中的水分大多在第一换热单元中就被凝结下来，空气中含湿量大幅降低，因此在经过后面第二换热单元时霜层的凝结量大大减小，另外，由于第一换热单元和第二换热单元被空腔隔开，因此，第一换热单元中凝结的霜层沿着翅片扩展延伸的路径被截断，整个换热器的结霜面积大大减小，不仅减少了换热量的衰减，而且有效缩短了除霜时间。
附图说明
图1为本发明的换热器一实施例的结构示意图；
图2为图1所示的换热器的俯视图；
图3为图1所示的换热器的剖视图，其中，箭头方向为空气流动方向；
图4为本发明换热器一实施例的示意简图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的换热器及空调机组进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图3所示，本发明提供了一种换热器，该换热器包括第一换热单元110和第二换热单元120。其中，第一换热单元110和第二换热单元120沿着空气的流动方向并排设置；同时，第一换热单元110和第二换热单元120之间设置有空腔130。本发明中，可将第一换热单元110设置在迎风侧，也可将第二换热单元120设置在迎风侧，以下实施例以第一换热单元110位于迎风侧进行说明。
本发明的换热器在进行换热时，空气首先进入位于迎风侧的第一换热单元110，与第一换热单元110中的冷媒进行换热，然后进入空腔130，空气在空腔130中进行均压、混合后，再进入第二换热单元120进行换热。因此，本发明的换热器可以消除由于第一换热单元110换热不均匀对后续第二换热单元120换热带来的不利影响，使得空气在通过第二换热单元120时会更加均匀，从而提高了整个换热器的换热效率。
同时，传统换热器发生结霜时，霜层首先在迎风侧的换热管表面凝结，然后沿着相连的翅片不断扩展延伸，扩大结霜面积，不仅加速了换热量的衰减，而且除霜时需要耗费的能量也大大增加；而本发明的换热器中，空气中的水分大多在第一换热单元110中就被凝结下来，空气中含湿量大幅降低，因此在经过后面第二换热单元120时霜层的凝结量大大减小，另外，由于第一换热单元110和第二换热单元120被空腔130隔开，因此，第一换热单元110中凝结的霜层的扩展延伸路径被截断，整个换热器的结霜面积大大减小，不仅减少了换热量的衰减，而且有效缩短了除霜时间，提高了用户使用舒适度。
具体地，如图1所示，第一换热单元110和第二换热单元120均包括至少一排换热管140以及设置在换热管140上的翅片150。参见图3，作为一种可实施方式，第一换热单元110包括一排换热管140，第二换热单元120包括两排换热管140；每排换热管140均包括多根相互平行的支管以及多根连通管，多根相互平行的支管通过多根连通管连通，连通管优选为U型管。
较佳地，当第一换热单元110或第二换热单元120的换热管140为多排(两排或两排以上)时，多排换热管140沿着空气的流动方向并排设置。在换热过程中，空气首先经过位于迎风侧的第一排换热管140，并与第一排换热管140中的冷媒进行热交换，然后到达下一排换热管140处，与下一排的换热管140中的冷媒进行热交换，依次类推，直至与最后一排换热管140中的冷媒进行热交换完毕，实现了递进式换热过程。
参见图1，本发明的换热器还包括第一密封板210和第二密封板220；第一密封板210和第二密封板220上均设置有多个与支管的管径相匹配的孔洞，支管的两端分别固定在第一密封板210和第二密封板220的孔洞中。其中，本实施例中所述的支管是指第一换热单元110中的所有支管和第二换热单元120中的所有支管。本实施例中，密封板将第一换热单元110和第二换热单元120连接在一起，同时封堵了第一换热单元110、第二换热单元120和空腔130的两端，使得换热过程中空气的流动更具方向性，并能够使空腔130中的气体的混合更均匀，利于换热效率的提高。
作为优选，位于迎风侧的换热单元中的换热管140为一排或两排，即当第一换热单元110位于迎风侧时，第一换热单元110中的换热管140为一排或两排。由于空气中的水分大多在位于迎风侧的第一换热单元110中就被凝结下来，因而本发明的换热器结霜主要发生在位于迎风侧的第一换热单元110上，当位于迎风侧的第一换热单元110中的换热管140排数较少时，在进行除霜时能够使热量更集中，损耗较低，除霜所需的能耗及时间也进一步缩短。
若空腔130的厚度过大，则会增加换热器的体积，不利于小型化的要求，若空腔130的厚度过小，则不利于空气的充分混合。较优地，空腔130的厚度为第一换热单元110中相邻两排换热管140间距的1～4倍，或者为第二换热单元120中相邻两排换热管140间距的1～4倍。其中，第一换热单元110中相邻两排换热管140之间的距离与第二换热单元120中相邻两排换热管140之间的距离可以相等，也可以不等。该方式在保证换热器体积较小的情况下，实现了空腔130中空气的充分混合，提高了换热效率。需要说明的是，空腔130的厚度是指第一换热单元110与第二换热单元120之间的间隔，即第一换热单元110中的翅片150与第二换热单元120中的翅片150之间的距离。
较佳地，如图1和4所示，本发明的换热器还包括总分气管310、第一分气管320和第二分气管330；第一换热单元110上设置有第一流入流出端口，第一分气管320的一端与第一流入流出端口连通，第一分气管320的另一端与总分气管310连通；第二换热单元120上设置有第二流入流出端口，第二分气管330的一端与第二流入流出端口连通，第二分气管330的另一端与总分气管310连通。其中，第一分气管320和第二分气管330的管径相同或不同，可根据第一换热单元110和第二换热单元120中具体的换热管140的排数进行设定，例如，当某一换热单元中的换热管140排数较多时，可以适当加大相应的分气管的管径，当某一换热单元中的换热管140排数较少时，可以适当减小相应的分气管的管径，以实现换热效率的最大化。
参见图4，换热器还包括总集液管410、第一集液管420和第二集液管430；第一换热单元110上设置有第三流入流出端口，第一集液管420的一端与第三流入流出端口连通，第一集液管420的另一端与总集液管410连通；第二换热单元120上设置有第四流入流出端口，第二集液管430的一端与第四流入流出端口连通，第二集液管430的另一端与总集液管410连通。
通常情况下，第一流入流出端口和第三流入流出端口设置在第一换热单元110的支管上，第二流入流出端口和第四流入流出端口设置在第二换热单元120的支管上。
作为一种可实施方式，第一集液管420上设置有第一阀门422，第二集液管430上设置有第二阀门432。其中，第一阀门422和第二阀门432的数量可以为一个，也可为多个。由于本发明的换热器在结霜时，霜层主要集中在迎风侧的第一换热单元110上，因此，在除霜过程中，只需要关闭第二阀门432、打开第一阀门422对第一换热单元110的换热器进行除霜即可，此时的除霜时间大幅度降低，约为传统模式的50％左右，同时除霜过程中所耗费的能量也相应减少。较佳地，第一阀门422和第二阀门432可为电磁阀，也可为电子膨胀阀。
本发明中，第一换热单元110中的换热管140与第二换热单元120中的换热管140相同或不同。具体表现为不同的换热单元中换热管140的支管数目、支管管径等参数可以相同，也可以不同。同时，第一换热单元110中的翅片150与第二换热单元120中的翅片150相同或不同。具体表现为不同的换热单元中翅片150的密集度、翅片150的具体结构等参数可以相同，也可以不同，均可根据实际需要进行调节。
以下结合图4对不同工况下本发明的换热器的工作原理进行说明。需要说明的是，以下的三种运行工况均是指换热器所在的空调机组的运行工况，且以下三种工况中，换热器均设置在室外。
1.制冷运行
压缩机排气管排出的冷媒经过总分气管310一分为二，分别流入第一分气管320和第二分气管330，流入第一分气管320中的冷媒进入第一换热单元110的换热管140进行热交换，流入第二分气管330中的冷媒进入第二换热单元120中的换热管140进行热交换；热交换完成后，第一换热单元110中的冷媒和第二换热单元120中的冷媒分别通过第一集液管420和第二集液管430汇集到总集液管410，完成了整个的冷凝换热；此时，总集液管410中汇集的冷媒通过节流之后，进入到蒸发器中进行蒸发吸热，最终回到压缩机。
在传统技术中，对于室外环境温度很低时仍然需要制冷的需求，往往都是通过降低室外风机的转速来建立系统高压，但是，很多情况下，即使停止室外风机的运转，外机(换热器)冷凝还是很高，无法建立所需的系统高压，而本发明的换热器则可通过关闭第一阀门422或第二阀门432，停止一部分换热管140的使用，这样就可以有效的建立系统高压，保证机组的可靠运行。
2.制热运行
节流后的冷媒通过总集液管410分流至第一集液管420和第二集液管430，第一集液管420中的冷媒通过第三流入流出端口进入到第一换热单元110的换热管140进行热交换，第二集液管430中的冷媒通过第四流入流出端口进入到第二换热单元120的换热管140进行换热；外侧空气首先经过第一换热单元110，在第一换热单元110中，空气中的部分水分被析出，含湿量降低；含水量降低的空气到达空腔130，进行混合；混合后的空气进入第二换热单元120，与第二单元中的冷媒进行热交换；冷媒在第一换热单元110和第二换热单元120中吸收热量，然后通过第一分气管320和第二分气管330汇集到总分气管310中，并返回到压缩机内。
3.制热+除霜运行
在制热运行时，外侧空气中的大部分水分都在第一换热单元110中凝结出来，随着第一换热单元110中换热管140温度的降低，第一换热单元110中的换热管140上就会逐渐布满霜层；而经过第二换热单元120的空气中水含量较少，因此第二换热单元120中的换热管140上凝结的霜较少甚至不能凝结，不会影响到换热器的换热性能。此时，可以只对第一换热单元110中的换热管140进行除霜，除霜过程与普通空调机组一样可采用逆循环方式，该过程中，可将第二阀门432关闭，只开启第一阀门422，使得高温冷媒只经过第一换热单元110，从而增大高温冷媒的流量和流速，缩短除霜时间。
若经过长时间运行后，检测到第二换热单元120的换热管140上结霜较多时，可以通过第一阀门422和第二阀门432的开启和关闭来进行第一换热单元110和第二换热单元120的除霜。具体地，在除霜过程中，可开启第一阀门422，同时关闭第二阀门432，进行第一换热单元110的除霜；第一换热单元110除霜完毕后，关闭第一阀门422，同时开启第二阀门432，进行第二换热单元120的除霜。当霜层较厚时，可以先对第一换热单元110进行部分除霜，然后对第二换热单元120进行除霜，之后继续对第一换热单元110进行除霜，依次交替进行，直至除霜完毕。该交替除霜方式有效提高了除霜效率，降低了能量损耗。
本发明还提供了一种空调机组，包括本发明的换热器。由于采用本发明的换热器，有效提高了空调机组的换热效率，使得空调机组的结霜量减少，除霜能耗及除霜时间大大降低，极大提高了用户使用舒适度，同时，本发明的空调机组还能够通过开启部分换热单元来实现较低温度下的制冷。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种换热器，其特征在于，包括第一换热单元(110)和第二换热单元(120)；
其中，所述第一换热单元(110)和所述第二换热单元(120)沿着空气的流动方向并排设置；所述第一换热单元(110)和所述第二换热单元(120)之间设置有空腔(130)；
所述换热器还包括总分气管(310)、第一分气管(320)和第二分气管(330)；
所述第一换热单元(110)上设置有第一流入流出端口，所述第一分气管(320)的一端与所述第一流入流出端口连通，所述第一分气管(320)的另一端与所述总分气管(310)连通；
所述第二换热单元(120)上设置有第二流入流出端口，所述第二分气管(330)的一端与所述第二流入流出端口连通，所述第二分气管(330)的另一端与所述总分气管(310)连通；
所述换热器还包括总集液管(410)、第一集液管(420)和第二集液管(430)；
所述第一换热单元(110)上设置有第三流入流出端口，所述第一集液管(420)的一端与所述第三流入流出端口连通，所述第一集液管(420)的另一端与所述总集液管(410)连通；
所述第二换热单元(120)上设置有第四流入流出端口，所述第二集液管(430)的一端与所述第四流入流出端口连通，所述第二集液管(430)的另一端与所述总集液管(410)连通；
所述第一集液管(420)上设置有第一阀门(422)，所述第二集液管(430)上设置有第二阀门(432)；
所述第一换热单元(110)和所述第二换热单元(120)均包括至少一排换热管(140)以及设置在所述换热管(140)上的翅片(150)；
其中，每排所述换热管(140)均包括多根相互平行的支管以及多根连通管，所述多根相互平行的支管通过所述多根连通管连通；
所述换热管(140)为多排时，多排所述换热管(140)沿着空气的流动方向并排设置。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器还包括第一密封板(210)和第二密封板(220)；
所述第一密封板(210)和所述第二密封板(220)上均设置有多个与所述支管的管径相匹配的孔洞，所述支管的一端固定在所述第一密封板(210)的孔洞中，另一端固定在所述第二密封板(220)的孔洞中。
3.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第一阀门(422)和所述第二阀门(432)为电磁阀或电子膨胀阀。
4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，在除霜模式下，所述第一阀门(422)开启，所述第二阀门(432)关闭，或者所述第二阀门(432)开启，所述第一阀门(422)关闭。
5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，位于迎风侧的换热单元中的换热管(140)为一排或两排。
6.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述空腔(130)的厚度为所述第一换热单元(110)中相邻两排换热管(140)间距的1～4倍，或者为所述第二换热单元(120)中相邻两排换热管(140)间距的1～4倍。
7.根据权利要求1～6任一项所述的换热器，其特征在于，所述第一换热单元(110)中的换热管(140)与所述第二换热单元(120)中的换热管(140)相同或不同；
所述第一换热单元(110)中的翅片(150)与所述第二换热单元(120)中的翅片(150)相同或不同。
8.一种空调机组，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的换热器。
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