CN105987539B - 空调器及其换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空调器及其换热器，所述换热器包括：至少一个单相区，所述单相区设置多个第一类换热管；以及至少一个两相区，所述两相区包括干度小于第一阈值的第一干度区和干度大于第一阈值的第二干度区，所述第一干度区设置多个所述第一类换热管，所述第二干度区设置多个第二类换热管，其中，所述第一类换热管为具有强化换热结构的强化管，所述第二类换热管为光管。本发明提供的换热器能够在节约成本的同时减少换热器整体管内流动阻力。
Description
技术领域
本发明涉及空调器领域，尤其涉及空调器中的换热器。
背景技术
换热器作为冷凝器和蒸发器广泛应用于各类空调器，例如挂壁式空调器、立柜式空调器、窗式空调器和吊顶式空调器。翅片式换热器是空调器中使用最为广泛的一种换热设备。它通过在普通的换热管上加装翅片来达到强化传热的目的。
现有换热器中的换热管一般都为强化管。而近来对换热器的强化换热的研究，人们多把精力放在改变翅片类型和强化管内部结构上，翅片形式和强化管管内结构的改进，对换热器的整体效率有一定的提高。尽管如此，在换热器中全部采用强化管仍然会出现管内阻力流动阻力大、冷冻油流动性差等问题，进而造成压缩机的回油问题，使得压缩机会因为缺油而磨损以及过热而烧坏。另外，换热器的强化管由于外壁较冷，低温制热时容易产生结霜，进而影响换热器的换热性能。以上各种问题都会影响空调器制冷或制热效果，并减少空调器的使用寿命。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种空调器及其换热器，其能够在节约成本的同时减少换热器整体管内流动阻力。
本发明提供一种换热器，包括：至少一个单相区，所述单相区设置多个第一类换热管；以及至少一个两相区，所述两相区包括干度小于第一阈值的第一干度区和干度大于第一阈值的第二干度区，所述第一干度区设置多个所述第一类换热管，所述第二干度区设置多个第二类换热管，其中，所述第一类换热管为具有强化换热结构的强化管，所述第二类换热管为光管。
优选地，所述第一干度区还包括所述两相区中干度等于所述第一阈值的区域；或者所述第一干度区还包括所述两相区中干度等于所述第一阈值的区域。
优选地，所述换热器为蒸发器，所述第二干度区为所述两相区中干度大于第一阈值并且小于第二阈值的区域，所述两相区还包括干度大于所述第二阈值并且小于1的第三干度区，所述第三干度区设置多个所述第一类换热管。
优选地，所述第二干度区还包括所述两相区中干度等于所述第二阈值的区域；或者所述第三干度区还包括所述两相区中干度等于所述第二阈值的区域。
优选地，所述强化换热结构为所述强化管内壁设置的螺纹或旋片。
优选地，所述第一类换热管以及所述第二类换热管外壁设置有翅片。
优选地，所述单相区包括过热气相区和/或过冷液相区。
优选地，所述第一阈值为0.2至0.5中任一数值，所述第二阈值为0.7至0.9中任一数值。
优选地，所述换热器为冷凝器，所述第一干度区位于所述两相区的进口或出口。
优选地，所述换热器为蒸发器，所述第一干度区及所述第三干度区分别位于所述两相区的进口及出口。
优选地，所述第一干度区及所述第三干度区中所述第一类换热管的数量为2-4个。
本发明还提供一种空调器，包括上述的换热器。
与现有技术相比，本发明提供的空调器及其换热器在不同相区不同干度采用不同的换热管排布方式，结合强化管和光管实现换热器的换热功能，使得在管内换热系数高并且管内流阻高的部分采用光管，换热系数低并且管内流阻低的部分采用强化管来强化换热，在保持整体换热性能的前提下，本发明提供的空调器及其换热器至少有以下优点：
1、由于光管内壁并没有螺纹或旋片，结合强化管和光管的排布可以使节约换热器的制造成本；
2、由于光管内壁并没有螺纹或旋片，结合强化管和光管的排布可以减少换热器整体管内流动阻力，进而改善换热器回油效果；
3、结合强化管和光管的排布可以减缓由强化管局部开始扩散的管外结霜；以及
4、保持空调器性能并增加空调器使用寿命。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示出了管内流阻随干度变化的模拟曲线图。
图2示出了管内冷凝换热系数随干度变化的模拟曲线图。
图3示出了管内沸腾蒸发换热系数随干度变化的模拟曲线图。
图4示出了根据本发明第一实施例的蒸发器的结构示意图。
图5示出了根据本发明第二实施例的冷凝器的结构示意图。
图6示出了根据本发明第三实施例的冷凝器的结构示意图。
附图标记
410 两相区
411 两相区的进口
412 两相区的出口
410’ 两相区
411’ 两相区的进口
412’ 两相区的出口
420 单相区(过热气相区)
421 单相区(过热气相区)的进口
422 单相区(过热气相区)的出口
430 两相区
431 两相区的进口
432 两相区的出口
440 单相区(过热气相区)
441 单相区(过热气相区)的进口
442 单相区(过热气相区)的出口
450 单相区(过冷液相区)
451 单相区(过冷液相区)的进口
452 单相区(过冷液相区)的出口
50 强化管
60 光管
71 第一集流管
72 第二集流管
73 第三集流管
74 第四集流管
810 两相区
811 两相区的进口
812 两相区的出口
820 单相区(过热气相区)
821 单相区(过热气相区)的进口
822 单相区(过热气相区)的出口
820’ 单相区(过冷液相区)
821’ 单相区(过冷液相区)的进口
822’ 单相区(过冷液相区)的出口
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
图1至图3分别示出了两相区内管内流阻、管内冷凝换热系数以及管内沸腾蒸发换热系数随干度变化的模拟曲线图。首先参见图1，图1是根据MS-HT(1986)模型生成的管内流阻随干度变化的模拟曲线图。其中，曲线110代表管内制冷剂的质量流率为100kg/m2s时，管内流阻随干度变化的模拟曲线；曲线120代表管内制冷剂的质量流率为300kg/m2s时，管内流阻随干度变化的模拟曲线；曲线130代表管内制冷剂的质量流率为500kg/m2s时，管内流阻随干度变化的模拟曲线。可见，在干度小于一阈值时，管内流阻随干度增大而增大，而当干度大于该阈值时，管内流阻随干度增大而减小，该阈值的范围为0.85至0.95中的某一数值。
然后参见图2，图2是翅片侧换热系数相等时，根据Shah-Tang关联式模型生成的管内冷凝换热系数随干度变化的模拟曲线图。其中，曲线210、220、230、240、250及260分别代表管内制冷剂的质量流率为100kg/m2s、200kg/m2s、300kg/m2s、400kg/m2s、500kg/m2s及600kg/m2s时，管内冷凝换热系数随干度变化的模拟曲线。可见，管内冷凝换热系数随干度的增大而增大。
之后参见图3，图3是翅片侧换热系数相等时，利用R407c制冷剂的Kattan-Thome-Favrat换热模型生成的管内沸腾蒸发换热系数随干度变化的模拟曲线图。其中，仅示出一条曲线，其代表管内制冷剂的质量流率为204kg/m2s，并且翅片管壁热流密度为15.8kw/m2时，管内沸腾蒸发换热系数随干度变化的模拟曲线。可见，干度在某一数值范围内，管内沸腾蒸发换热系数较高。例如，干度在0.3至0.8的范围内，管内沸腾蒸发换热系数较高，而干度在0至0.3以及0.8至1的范围内，管内沸腾蒸发换热系数较低。
根据图1至图3示出了两相区内换热管流动传热的特性，可见，换热管流动传热特性随干度变化。根据这样的变化关系，发明人提出了换热器中换热管排布结构的改进。
本发明提供的换热器包括所述换热器包括至少一个单相区和至少一个两相区。单相区设置多个第一类换热管。两相区包括干度小于第一阈值的第一干度区和干度大于第一阈值第二干度区。在第一干度区设置多个第一类换热管。在第二干度区设置多个第二类换热管。其中，第一类换热管为具有强化换热结构的强化管，第二类换热管为光管。在一些实施例中，第二干度区的干度大于第一阈值并且小于第二阈值，两相区还包括干度第三干度区，第三干度区的干度大于第二阈值并且小于1。在第三干度区设置多个第一类换热管。
例如，当换热器作为冷凝器时，由于单相区管内冷凝换热系数小于两相区管内冷凝换热系数，需要强化换热，因此，单相区采用第一类换热管，例如强化管。其中，单相区包括过热气相区(气态，干度为1)以及过冷液相区(液态，干度为0)。另外，结合上述图1与图2，可知，当干度在0至第一阈值之间时，两相区管内冷凝换热系数以及两相区管内流阻都较小。因此，两相区干度在0至第一阈值之间，采用第一类换热管，例如强化管；两相区干度在第一阈值至1之间，采用第二类换热管，例如光管。该第一阈值可以取0.2至0.5中任一数值，优选地，取0.35。也就是说，在一优选例中，两相区干度为0至0.35处(例如，两相区进口)，采用强化管，两相区干度为0.35至1处，采用光管。干度为0.35时可以采用强化管或者光管。
又例如，当换热器作为蒸发器时，其单相区管内沸腾蒸发换热系数小于两相区管内沸腾蒸发换热系数，因此，单相区采用第一类换热管，例如强化管。其中，单相区仅包括过热气相区(气态，干度为1)。另外，结合上述图1与图3，可知，当干度在0至第二阈值之间时，两相区管内沸腾蒸发换热系数以及两相区管内流阻都较小，而当干度第三阈值至1之间时，两相区管内沸腾蒸发换热系数较小，两相区管内流阻随干度的增大急速减小。因此，两相区干度在0至第二阈值之间并在第三阈值至1之间处，采用第一类换热管，例如强化管，两相区干度在第二阈值至第三阈值之间处，采用第二类换热管，例如光管。该第二阈值可以取0.2至0.4中任一数值，该第三阈值可以取0.7至0.9中任一数值，优选地，该第二阈值取0.3，该第三阈值取0.85。也就是说，在一优选例中，两相区干度为0至0.3以及干度为0.85至1处(例如，两相区进口和出口)，采用强化管，两相区干度为0.3至0.85处，采用光管。干度为0.3或者0.85时，可以采用强化管或者光管。
以下结合几个具体实施例描述本发明提供换热器的结构。
第一实施例：
图4示出了根据本发明第一实施例的蒸发器的结构示意图。本实施例中，蒸发器包括单路换热管及多路并联换热管。其中，冷媒从第三集流管73流入单路换热管，再由单路换热管流出至第二集流管72，继而从第二集流管72流向多路并联换热管，最后留由多路并联换热管流向第一集流管71。
技术人员根据测量、模拟预估等方式可以获得蒸发器各位置的干度，进而根据干度区分单相区和两相区，并设置第一类换热管50及第二类换热管60。
具体而言，本实施例中，在单路换热管处为两相区410’，从进口411’到出口412’的干度在0至0.15之间，可见，两相区410’仅包括第一干度区，两相区410’设置多个第一类换热管50。
多路并联换热管中的每路包括两相区410和单相区420。两相区410的进口411处干度在0至0.3之间，为第一干度区。第一干度区设置多个第一类换热管50。两相区410中干度在0.3至0.85之间的部分为第二干度区，第二干度区设置多个第二类换热管60。两相区410的出口412处，干度在0.85至1之间，为第三干度区，第三干度区设置多个第一类换热管50。第一干度区及第三干度区设置的第一类换热管50的个数可以根据每路换热管中换热管的数量及其所在位置的干度决定。例如，本实施例中，第一干度区及第三干度区设置的第一类换热管50的个数为2个。在一些变化例中，每路换热管中换热管的数目较多，则第一干度区及第三干度区设置的第一类换热管50的个数可以是4个。第一干度区及第三干度区设置的第一类换热管50的个数并不以此为限。单相区420为过热气相区(干度为1)，由于单相区420的沸腾蒸发换热系数小于两相区410及410’，因此单相区420处设置多个第一类换热管50。
其中，第一类换热管50和第二类换热管60外壁设置有翅片(未示出)。设置在第一类换热管50和第二类换热管60外壁的翅片可以与第一类换热管50和第二类换热管60一体成型。在一些实施例中，翅片绕第一类换热管50和第二类换热管60的外壁螺旋设置。在一些实施例中，翅片间以一定距离分离。在另一些实施例中，翅片上还可以设置有交错的凹槽。本领域技术人员可以实现更多的实施例，进而提高换热管的换热系数，在此不予赘述。
第一类换热管50具有强化换热结构，例如，第一类换热管50是强化管，强化换热结构为强化管内壁设置的螺纹或旋片。在一些实施例中，强化管内设置有二维螺纹或者三维螺纹。在另一些实施例中，设置在强化管内壁的螺纹与设置在强化管外壁的翅片相配合。以上仅为强化管内壁结构的示例，强化管内壁结构并非以此为限。第二类换热管60是光管，光管内壁光滑。其中，光管内壁光滑指的是，光管内壁并未设置强化换热结构，例如螺纹或旋片。
第二实施例：
图5示出了根据本发明第二实施例的冷凝器的结构示意图。本实施例中，冷凝器与蒸发器类似，包括单路换热管及多路并联换热管。其中，冷媒从第一集流管71流入多路并联换热管，再由多路并联换热管流出至第二集流管72，继而从第二集流管72流向单路换热管，最后留由单路换热管流向第三集流管73。
具体而言，本实施例中，多路并联换热管中的每路包括两相区430和单相区440。两相区430中干度在0.35至1之间的部分为第二干度区，第二干度区设置多个第二类换热管60。两相区430的出口432处，干度在0至0.35之间，为第一干度区，第一干度区设置多个第一类换热管50。单相区440为过热气相区(干度为1)，由于单相区440的沸腾蒸发换热系数小于两相区430，因此单相区440处设置多个第一类换热管50。
在单路换热管处为单相区450，单相区450为过冷液相区(干度为0)。单相区450设置多个第一类换热管50。在一些变化例中，在单路换热管处为两相区，两相区从进口到出口的干度在0至0.15之间，可见，单路换热管处的两相区仅包括第一干度区，两相区设置多个第一类换热管50。
在本实施例中，第一类换热管50和第二类换热管60内壁和外壁的结构与第一实施例类似。
第三实施例：
图6示出了根据本发明第三实施例的冷凝器的结构示意图。本实施例中，冷凝器包括单相区(过热气相区820及过冷液相区820’)和两相区810。
过热气相区820及过冷液相区820’设置有多个第一类换热管50，设置在过热气相区820及过冷液相区820’的多个相邻第一类换热管50按两两相通从进口至出口形成“Z”字形通路。
两相区810进口处的干度在0至0.35之间的部分为第一干度区，第一干度区设置多个第一类换热管50。两相区810中干度在0.35至1之间，为第二干度区，第二干度区设置多个第二类换热管60。
其中，过冷液相区820’的出口822’直接与两相区810的进口811相通。过热气相区820的出口821直接与两相区810的出口812相通。
在本实施例中，第一类换热管50和第二类换热管60内壁和外壁的结构与第一实施例类似。
本发明还提供一种包括上述换热器的空调器。与现有技术相比，本发明提供的空调器及其换热器在不同相区不同干度采用不同的换热管排布方式，结合强化管和光管实现换热器的换热功能，使得在换热系数高的部分采用光管，换热系数低的部分采用强化管来强化换热，在保持换热性能的前提下，本发明提供的空调器及其换热器至少有以下优点：
1、由于光管内壁并没有螺纹或旋片，结合强化管和光管的排布可以使节约换热器的制造成本；
2、由于光管内壁并没有螺纹或旋片，结合强化管和光管的排布可以减少换热器整体管内流动阻力，进而改善换热器回油效果；
3、结合强化管和光管的排布可以减缓由强化管局部开始扩散的管外结霜；以及
4、保持空调器性能并增加空调器使用寿命。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。
Claims (12)
1.一种换热器，包括至少一个单相区和至少一个两相区，其特征在于，
所述单相区设置多个第一类换热管；以及
所述两相区包括干度小于第一阈值的第一干度区和干度大于第一阈值的第二干度区，所述第一干度区设置多个所述第一类换热管，所述第二干度区设置多个第二类换热管，
其中，所述第一类换热管为具有强化换热结构的强化管，所述第二类换热管为光管。
2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，
所述第一干度区还包括所述两相区中干度等于所述第一阈值的区域；或者
所述第二干度区还包括所述两相区中干度等于所述第一阈值的区域。
3.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器为蒸发器，所述第二干度区为所述两相区中干度大于第一阈值并且小于第二阈值的区域，所述两相区还包括干度大于所述第二阈值并且小于1的第三干度区，所述第三干度区设置多个所述第一类换热管。
4.如权利要求3所述的换热器，其特征在于，
所述第二干度区还包括所述两相区中干度等于所述第二阈值的区域；或者
所述第三干度区还包括所述两相区中干度等于所述第二阈值的区域。
5.如权利要求1至4任一项所述的换热器，其特征在于，所述强化换热结构为所述强化管内壁设置的螺纹或旋片。
6.如权利要求1至4任一项所述的换热器，其特征在于，所述第一类换热管以及所述第二类换热管外壁设置有翅片。
7.如权利要求1至4任一项所述的换热器，其特征在于，所述单相区包括过热气相区和/或过冷液相区。
8.如权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述第一阈值为0.2至0.5中任一数值，所述第二阈值为0.7至0.9中任一数值。
9.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器为冷凝器，所述第一干度区位于所述两相区的进口或出口。
10.如权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述换热器为蒸发器，所述第一干度区及所述第三干度区分别位于所述两相区的进口及出口。
11.如权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述第一干度区及所述第三干度区中所述第一类换热管的数量为2-4个。
12.一种空调器，其特征在于，包括权利要求1至11任一项所述的换热器。
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