CN105627794B - 一种换热器的流路布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换热器的流路布置结构，其包括壳体结构以及设置在所述壳体结构内部、且沿所述壳体结构延伸方向平行设置的多个换热管，在所述壳体结构延伸方向的垂直截面中、多个所述换热管布置成多排的形式，且相邻两排的换热管之间布置成交叉排列的布管方式。通过本发明的换热器的流路布置结构能够加强管外侧风的扰动、加强空气侧的换热效果，提高换热器、尤其是冷库冷风机的换热效率。

Description

一种换热器的流路布置结构

技术领域

本发明属于制冷及暖通技术领域，具体涉及一种换热器的流路布置结构。

背景技术

现有技术的冷库蒸发器有两种型式：排管和冷风机。其中冷风机具有充注量少、高效、节能的优点，是冷库的未来发展趋势。当前冷风机生产厂家众多，冷风机铜管直径、布管方式、分路方法各不相同，铜管外径有Φ9.52、Φ12.7两种规格；布管有正三角形和正方形；分路方式差别很大；这些差别导致产品性能相差很大。通过对外购厂家冷风机进行对比测试，相同空气侧换热面积的冷风机性能最高相差至20％。由于冷库需要全天候连续运行，运营费用比空调高很多，因此，开发一款具市场竞争力的节能型冷风机是有实用价值的。

由于现有技术中的冷库蒸发器存在换热效率较低的技术问题，因此本发明研究设计出一种换热器的流路布置结构。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的换热器存在换热效率较低的缺陷，从而提供一种换热器的流路布置结构。

本发明提供一种换热器的流路布置结构，其包括壳体结构以及设置在所述壳体结构内部、且沿所述壳体结构延伸方向平行设置的多个换热管，在所述壳体结构延伸方向的垂直截面中、多个所述换热管布置成多排的形式，且相邻两排的换热管之间布置成交叉排列的布管方式。

优选地，多个所述换热管为管径均相等的圆管结构。

优选地，多个所述换热管均为外径为Φ12.7mm或Φ9.52mm的圆管结构。

优选地，所述交叉排列的布管方式中，相邻的3个所述换热管之间成正三角形的结构分布，相邻两所述换热管之间的管间距均相等。

优选地，相邻所述换热管彼此之间的管间距为31.75mm或25.4mm。

优选地，多个所述换热管的管长由所述冷风机中的风量、风速分布及冷风机中风扇的风叶直径而确定。

优选地，多个所述换热管整体形成的流路布置结构包括多个分路数。

优选地，所述流路布置结构的多个所述分路数为7路、8路、14路或16路。

优选地，所述换热器的流路布置结构的排数为4排。

优选地，所述换热器为冷库冷风机。

本发明提供的一种换热器的流路布置结构具有如下有益效果：

1.能够加强管外侧风的扰动、加强空气侧的换热效果，提高冷库冷风机的换热效率；

2.能够增大管内制冷剂质量的流速，从而增强换热效果，提高冷库冷风机的换热效率；

3.提高换热器、尤其是冷风机单位面积的换热量，从而提高冷库冷风机的换热效率。

附图说明

图1是本发明的换热器的第一种流路布置结构，其中管间距为31.75mm，分路数为7路；

图2是本发明的换热器的第二种流路布置结构，其中管间距为31.75mm，其中分路数为14路；

图3是本发明的换热器的第三种流路布置结构，其中管间距为25.4mm，其中分路数为16路。

图中附图标记表示为：

1—壳体结构，2—换热管。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明提供一种换热器的流路布置结构，其包括壳体结构1以及设置在所述壳体结构1内部、且沿所述壳体结构1延伸方向(垂直于纸面方向)平行设置的多个换热管2，在所述壳体结构1延伸方向的垂直截面中、多个所述换热管2布置成多排(图中位于换热器长边方向即竖直方向的换热管组成一排)的形式，且相邻两排的换热管2之间布置成交叉排列的布管方式。

换热器(优选冷风机)的换热系数由空气侧的换热系数、制冷剂侧的换热系数、管壁热阻共同决定。空气侧的换热系数由风量,、换热器的流路布置决定；制冷剂侧的换热系数由换热管长度、换热器的流路布置决定。因此流路的布置是影响换热效率的最主要的因素。通过将换热管相邻两排之间的布管方式采用交叉排列的方式能够有效加强换热管外侧风的扰动，加强空气侧的换热效果，提高换热器、尤其是冷库冷风机的换热效率。

优选地，多个所述换热管2为管径均相等的圆管结构。将多个所述换热管旋转均为圆管形状且管径均相等的圆管结构，能够使得每个的换热管与外界空气的换热面积均相等、每个换热管的各个位置的换热面积、换热速率均相等，减小换热不均带来的波动，提高换热效率。

多个所述换热管2在垂直于其轴线(轴线为垂直于纸面方向)的垂直截面中，相邻两换热管1之间的管间距均相等、且多个所述换热管1之间布置成正三角形交叉排列的布管方式(正三角形布管都是交叉排列，正方形布管为顺排排列)，并且多个所述换热管1整体形成的流路布置结构包括多个分路数(图中用虚线将换热管串联成的部分为一分路)。

将多个换热管设置为平行、均为圆管形状且管径和管间距均相等的形式能够使得各自的换热管与外界空气的换热面积相等、每个换热管的各个位置的换热面积、换热速率均相等，使得多个换热管与空气之间均匀地进行热交换的作用，减小换热不均带来的波动，提高换热效率；常用的布管方式有两种：正方形顺排排列及正三角形叉排排列。

每个所述换热管的管径均相等多个所述换热管本身或彼此之间或整体包括如下的布置方式：尽可能小的换热管管径，正方形顺排排列或正三角形的布管方式，尽可能小的换热管彼此间的管心距、多个分路数和多个排数中的至少一个，以实现换热面积与制冷剂流量的合理匹配。

优选地，多个所述换热管2均为外径为Φ12.7mm或Φ9.52mm的圆管结构。这是圆管形结构换热管的优选管径数值，通过采用上述较小的管径使得管内制冷剂质量流速(质量流速定义为流体在单位时间内流过单位流通截面积的质量，也即单位流通截面积所承担的质量流量，通常用G表示，单位为Kg/(m2*s))得到高，换热效果得到增强。进一步优选地，多个所述圆管形状的换热管2的外径均为Φ9.52mm。管径越小，管内制冷剂质量流速越高，换热效果越好，因此选用外径为Φ9.52mm的较小管径来提高换热效率。

进一步优选地，多个所述换热管2均为铜管。由于铜的导热性能相对于其他金属而言较高(导热系数：铜401W/mK，铝237W/mK，铁80W/mK)，因此选用铜管能够有效地增强冷风机的换热性能、提高换热效果。

优选地，所述交叉排列的布管方式中，相邻的3个所述换热管2两两之间的管间距(或称管心距)均相等，共同形成正三角形的结构分布。通过形成管间距均相等的正三角形的交叉排列的布管结构，能够使得多个换热管与空气之间均匀地进行热交换的作用，减小换热不均带来的波动，提高换热效率。

优选地，相邻所述换热管2彼此之间的管间距(或称管心距)为31.75mm或25.4mm。这是管间距的优选数值，根据换热器高度核算出两种不同管心距换热器的换热量，通过采用上述较小的管间距使得单位面积换热量越高，换热效率也得到有效提高。进一步优选地，相邻所述换热管2彼此之间的管间距(或称管心距)为25.4mm。可以表明，管心距越小，单位面积换热量越高，因此选用25.4的管心距能够有效增大单位面积换热量，提高换热效率。

优选地，多个所述换热管2的管长由所述换热器中的风量、风速分布、和/或换热器中风扇的风叶直径而确定。这样能够有效地根据所能够提供的风量、风速、风叶直径，获得其能提供给的风冷冷量，进而再根据其设计得出换热管的管长，以使得换热管既能进行充分的热交换，又能不至于管长过长而导致设计的浪费，以达到满足实际需求的目的和作用。

优选地，多个所述换热管2整体形成的流路布置结构包括多个分路数。通过包括多个分路数的方式是为了合理控制每路制冷剂的制冷剂流量，提高换热系数。

优选地，所述流路布置的分路数为7路、8路、14路或16路。这是流路布置的优选分路数，由于分路数越少，每路制冷剂质量流速越高，但压降也随之增大，反之也成立，因此不可能将分路数降得很小，并且分路数越多其换热面积和换热效率相应地也会有提升，因此选用上述几种优选的分路数能够使得压降既能够较小，进而使得能量损失较小，又还能增大换热面积、提高换热效率。进一步优选地，采用分路数为16路的换热管流路布置方式。8路流路走向类似于图1，16路走向如图3所示。分路数越少，每路制冷剂质量流速越高，但压降也随之增大，能量损失也就越大，反之也成立(质量流速越大，制冷剂在管内蒸发时的换热系数越高，传热性能也越高。但制冷剂在管内阻力也增大，导致制冷剂与载冷剂之间的对数平均温差减小，反之也成立)。因此存在一个最佳的分路方式。根据仿真计算结果表明(见表1)，16路的方式为该工况的最佳方式，其热流密度越大(热流密度(Heat Flux，ThermalFlux)，也称热通量，一般用q表示，定义为：单位时间内，通过物体单位横截面积上的热量。按照国际单位制，时间为s，面积为㎡，热量取单位为焦耳(J)，相应地热流密度单位为J/(㎡·s)。热流密度是考察器件或设备散热性能的重要指标。)，换热性能越好。

优选地，所述换热器的流路布置结构的排数为4排。这是冷风机的流路布置结构的优选排数，设置多个排数是为了加大换热面积。

优选地，所述换热器为冷库冷风机。这是换热器的一种优选种类和结构形式，通过选择换热器为冷库冷风机能够尤其是对于冷库冷风机的换热面积进行增大，提高换热效率。

本发明采用图3所示的：16路，4排，正三角形排列。制冷剂由左侧经分液头毛细管分配到每条流路，与管外空气进行热交换后吸热蒸发进入集气管，管外空气被冷却。

改变换热管(优选为铜管)内径、布管及分路数、分路方式，对热流密度进行比较。计算结果如下表所示：

表1

因此最优方案为采用9.52(管径)/25.4(管间距)、正三角形叉排、16路分路数的布置方式，其热流密度最高。

下面介绍一下本发明的优选实施例

影响换热器(优选冷库冷风机)性能的关键因素有2条：1是风速分布与制冷剂流量的匹配，2是制冷剂流量与换热面积的匹配。其中风速分布取决于流道、风机与换热器的空间相对位置，可改进的余地很小；制冷剂流量可通过分液器、分液毛细管长度、集气管调整，工艺麻烦，易出错，生产效率低；换热面积可通过流路布置来调整，易实现。本发明通过合理的流路布置，实现换热面积与制冷剂流量的合理匹配，实施方法如下:

1、布管方式：布管方式有两种：正方形顺排排列及正三角形叉排排列。叉排排列方式可以加强管外侧风的扰动，加强空气侧的换热效果，因此采用叉排正三角形排列。

2、管径：管径越小，管内制冷剂质量流速越高，换热效果越好，采用外径为Φ9.52的铜管。

3、管长：由风量、风叶直径及风速分布确定。

4、管心距及分路数、排数：风叶直径确定了换热器的高度。根据换热器高度核算出两种不同管心距换热器的换热量，可以表明，管心距越小，单位面积换热量越高。因此选用25.4的管心距。分路可以分为8路也可分16路，也可分8路。8路流路走向类似于图1，16路走向如图3所示。分路数越少，每路制冷剂质量流速越高，但压降也随之增大，反之也成立。因此存在一个最佳的分路方式。根据仿真计算结果表明，16路的方式为该工况的最佳方式。

本发明采用图3所示的：16路，4排，正三角形排列。制冷剂由左侧经分液头毛细管分配到每条流路，与管外空气进行热交换后吸热蒸发进入集气管，管外空气被冷却。试验结果表明，单位空气侧面积换热量比外厂家换热效率提高30％。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种换热器的流路布置结构，其特征在于：包括壳体结构(1)以及设置在所述壳体结构(1)内部、且沿所述壳体结构(1)延伸方向平行设置的多个换热管(2)，在所述壳体结构(1)延伸方向的垂直截面中、多个所述换热管(2)布置成多排的形式，且相邻两排的换热管(2)之间布置成交叉排列的布管方式；

多个所述换热管(2)为管径均相等的圆管结构，多个所述换热管(2)均为外径为Φ9.52mm的圆管结构；所述交叉排列的布管方式中，相邻的3个所述换热管(2)两两之间的管间距均相等，形成正三角形的结构分布；相邻所述换热管(2)彼此之间的管间距为25.4mm；多个所述换热管(2)整体形成的流路布置结构包括多个分路数，所述流路布置结构的多个所述分路数为16路。

2.根据权利要求1所述的换热器的流路布置结构，其特征在于：多个所述换热管(2)的管长由所述换热器中的风量、风速分布、和/或换热器中风扇的风叶直径而确定。

3.根据权利要求1-2之一所述的换热器的流路布置结构，其特征在于：所述换热器的流路布置结构的排数为4排。

4.根据权利要求1-2之一所述的换热器的流路布置结构，其特征在于：所述换热器为冷库冷风机。