CN106091742A - 变管径热交换装置及管路系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热交换设备领域，尤其是一种变管径热交换装置及管路系统。本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低且换热效率高的变管径热交换装置及管路系统，包括由依次连通的进口管路组件、热交换管体以及出口管路组件构成，所述热交换管体由至少两种热交换管连接构成，其中所述的热交换管的管内径均不相同。本发明的最大亮点是通过设置管径存在变化的热交换部件，并按照预设连接规则连通的进口管路组件、热交换管体以及所述出口管理组件以形成至少一条冷媒通路，由于没有翅片的限制，不同管内径的热交换管之间可以按照最有利于避免冷媒的流速下降过快的方式进行连接，以达到最高的换热效率。本发明尤其适用于空调机等设备之中。

Description

变管径热交换装置及管路系统
技术领域
本发明涉及热交换设备领域，尤其是一种变管径热交换装置及管路系统。
背景技术
目前，热交换部件基本结构是由热交换管、进口管路组件以及出口管路组件等构成。其中进口管路组件、热交换管、出口管路组件连通形成冷媒回路。但是，现有技术中，不同管径的热交换管的设置受限于翅片通孔的设计，例如，同一翅片上只能穿设相同管径大小的热交换管，从而导致管径不同的热交换管之间不能按照最优的方式进行连接，这样也就不能最大程度的避免冷媒在热交换管内的压力损失，进而导致热交换部件的换热效率达不到最优。
制冷剂在管内流动时，饱和气液以及两相时，温度和压力是对应关系，如果存在压力降，那么温度也将降低，理想状态的换热是制冷剂在冷凝换热和蒸发换热时没有压力降，即保持冷凝或蒸发温度不变，但实际情况是不可能的，管内流动必然带来压力损失，压力降带来的温度降，直接影响换热的对数平均温度，最终将将降低制冷(热)量。一般来说，制冷剂流速越高，换热系数越大，压降越大；反之，流速低，换热系数也低，压降也小。如果压力降影响制冷量超过换热系数提高，制冷量将随制冷剂流量增加而减小，因此，发挥产品制冷制热性能，必须合理安排制冷剂的质量流量。
目前，现有空调中使用的管片式热交换器管路流程一旦装配完毕，制冷剂在其中的流程就确定，无法根据换热实际情况进行改变。如在热泵空调中，室外侧换热器在制冷时担负冷凝器作用，负责冷却高温高压的制冷剂气体，在制热过程中担负蒸发器作用，负责从低温吸取热量，蒸发制冷剂液体。以制冷剂因为制冷剂如R22为例，在不同温度下的饱和压力对应值不同，在高温冷凝状态中，压力每降低约0.5bar,温度才降低1℃，而在低温蒸发状态中(0℃以上)，压力降约0.2bar，温度就降低1℃，而0℃以下，压力降0.1bar，温度就降低1℃。因此换热器在担负蒸发器时，更多的是考虑如何减小压力降。通常3路分配器的使用，会造成较大的附加压力损失，通过这个附加压力损失，来达到每个支路的压力平衡。4路或者5路以上的，都需要使用毛细管来平衡每个支路的压力，这样附加的压力损失就会很大，可能会达到0.5Bar。而3路、4路或者5路以上的冷媒流量分配器，加工工艺比较复杂，且精度很高，故成本也较高。如果能使用一个三通的二路分配器，并能提高换热器的能效，就能低成本低复杂性地解决使用3路、4路或者5路以上的冷媒流量分配器，而带来的加工工艺比较复杂、加工精度高、成本高的技术问题，而目前的换热器的加工工艺和管路系统，并不能很好低解决该技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低且换热效率高的变管径热交换装置及管路系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：变管径热交换装置，包括依次连通的进口管路组件、热交换管体以及出口管路组件构成，所述热交换管体由至少两种热交换管连接构成，其中所述的热交换管的管内径均不相同。
进一步的是，包括翅片，所述翅片上穿设有至少一排热交换管。
进一步的是，所述翅片的形状为平片、波纹片、波纹冲缝片或者百页窗。
进一步的是，所述热交换管的管外径范围分别为5.0～9.52毫米和4.0～8.0毫米。
进一步的是，所述热交换管为变口径管体。
进一步的是，所述变口径管体的管径结构为渐变的结构。
进一步的是，所述变口径管体的管径在最大管径与最小管径之间渐变。
进一步的是，所述热交换管为内螺纹管或者光管。
进一步的是，所述内螺纹管的内螺纹齿型为瘦高、交差、锯齿、三角或梯形。
进一步的是，由变管径热交换装置所构成的管路系统，所述管路系统的组件由进口管路组件、热交换管体、出口管路组件、变径弯头以及连接管构成，所述管路系统的管路按预设连接规则连通所述组件且形成至少一条冷媒通路。
本发明的有益效果是：本发明的最大亮点是通过设置管径存在变化的热交换部件，并按照预设连接规则连通的进口管路组件、热交换管体以及所述出口管理组件以形成至少一条冷媒通路，这样，由于没有翅片的限制，不同管内径的热交换管之间可以按照最有利于避免冷媒的流速下降过快的方式进行连接，也可以均衡冷媒流速与换热面积，以达到最高的换热效率。另外，即便在设置有翅片的情况下，同一翅片也可以包括不同直径大小的通孔，因此，同一翅片也可以穿设不同管内径的热交换管，突破了现有技术中翅片对热交换管连接的限制。这样，不同管内径的热交换管之间同样可以按照最有利于避免冷媒的流速下降过快的方式进行连接，也可以均衡冷媒流速与换热面积，以达到最高的换热效率。本发明设计不仅可以适用于现有的带有翅片的装置，也可以根据实际需要不带有翅片直接使用，由于采用变管径，将管内冷媒流体的流动大大优化，也最大程度的提高了换热的效率。本发明尤其适用于空调机等设备之中。
附图说明
图1是本发明的热交换管体的结构示意图。
图2是冷凝器热交换器的整体结构示意图。
图3是每根热交换管的管径不变时的热交换管交叉排列示意图。
图4是图3的热交换管穿设在翅片中的结构示意图。
图5是热交换管为变管径时的热交换管交叉排列示意图。
图6是图5的热交换管穿设在翅片中的结构示意图。
图中标记为：U型传热管1、热交换管121、热交换管122、进口管路组件21、热交换管体22、出口管路组件23、翅片14、第一排热交换管穿孔R1、第二排热交换管穿孔R2、第三排热交换管穿孔R3、第四排热交换管穿孔R4。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1至图6所示的变管径热交换装置，包括依次连通的进口管路组件21、热交换管体22以及出口管路组件23构成，所述热交换管体22由至少两种热交换管(121、122)连接构成，其中所述的热交换管(121、122)的管内径均不相同。
本发明的设计原理是这样的：首先，热交换器的热量交换公式如下：QL＝K*F*△t，其中QL为换热量，K为换热系数，F为换热面积，△t为平均温差，或者为对数温差。而换热系数K为热阻的倒数。为了提高能效，在理论上流速(v)有一个最优值，可使K值最大。冷媒的冷凝过程，可以简单分成五个过程，即：过热蒸气、饱和蒸气、两相区、饱和液体、过冷液体，而此变化过程中冷媒(或称制冷剂)比容，即V比容＝1/ρ，其中ρ为冷媒各个过程的密度值，从气体到液体的密度在增加，即比容在减小。目前，采用分路设计的热交换管路就是为了保证K值提高，且要保证每个分路的压力平衡，否则整个系统就会变差，而得不偿失。理论上，分路越多越好，可是当分路过多，即大于3路或者5路时，增加了流量分配器的加工难度，同时出现了流量分配器的附加压力损失，如分配器的焊接和加工偏差的技术问题，造成了得不偿失。如何解决此种问题，本发明逐步变径的技术方案解决上述多分路出现的新的技术问题。采用逐步变径的技术方案，就可以解决上述出现新的技术问题。而流速v＝V比容/S,其中S为冷媒流动面积，在最优流速下，随着比容的逐步降低，管路的截面积应该逐步减少，并最终形成一个出口管路。
基于上述的改进原理，一般的，优选将所述热交换管(121、122)选择为变口径管体，更进一步的是，还可以选择变口径管体的管径结构为渐变的结构，从而获得更为理想和稳定的换热的效率。在对于管径以及整体布置有空间限制的情况时，则可以选择将变口径管体的管径在最大管径与最小管径之间渐变，这种往复的不断的渐变，变相的增加了变径的范围，进一步的提高换热的效率。以具体的热交换领域为例，本发明的变管径热交换装置也可以构建为管路系统，其方案就是：管路系统的组件由进口管路组件21、热交换管体22、出口管路组件23、变径弯头以及连接管构成，所述管路系统的管路按预设连接规则连通所述组件且形成至少一条冷媒通路。从这一管路系统构建的快捷与高效可以预见，本发明改进的基础构思，为后期的实践应用提供了多元化的变化和调整方案，具有很强的实践适应能力，应用的领域也会十分的广泛。
如图1所示的，具有第一类管内径的热交换管121和具有第二类管内径的热交换管122，所述至少两种不同管内径的热交换管用于按照预设连接规则连通所述进口管路组件以及所述出口管理组件以形成至少一条冷媒通路，例如图1中箭头示出的冷媒通路；其中，冷媒由所述进口管路组件进入每条所述冷媒通路，并由所述出口管路组件流出，所述冷媒在每条所述冷媒通路的流动过程中实现换热功能。当然的，图1只是本发明实施例提供的一种逐渐变径管热交换部件的示意图，其只示出了仅有两类管内径的热交换管(121、122)，在具体实施时可以有管内径多于两种的热交换管。并且，图1中两类管内径的热交换管的连接顺序也只是一种示例，在具体实施时，可以根据实际需求预先设定连接顺序。
采用上述变径管的热交换部件，由于没有翅片的限制，不同管内径的热交换管之间可以按照最有利于避免冷媒的流速下降过快的方式进行连接，也可以均衡冷媒流速与换热面积，以达到最高的换热效率。具体地，热交换管的管内径越小，冷媒在热交换管中的压力越大，进而流速越快，但是，热交换管管内径越小，管内流动的冷媒与管外流体交换热量的换热面积越小，因此，在具体实施时，根据实际需求，可以综合考虑热交换管的管内径对冷媒流速和换热面积的影响，为不同管内径的热交换管的连接设定最佳的连接顺序，以达到最高的换热效率，相比现有技术中，还需考虑翅片对热交换管连接的限制，本发明实施例提高了现有逐渐变径管热交换部件的换热效率。
如图3所示，第一排热交换管穿孔R1对应的管内径均为第一类管内径，第二排热交换管穿孔R2对应的管内径均为第二类管内径，第三排热交换管穿孔R3对应的管内径均为第一类管内径，第四排热交换管穿孔R4对应的管内径均为第二类管内径，以此类推。特别说明的是，本发明实施例提供的逐渐变径管热交换部件可以是任一类型的管式热交换部件，例如，列管式热交换部件，U型管式热交换部件，其中，当该逐渐变径管热交换部件为列管式热交换部件的情况下，图3中所示的每一个圆代表的即为一根热交换管，当该逐渐变径管热交换部件为U型管式热交换部件时，相邻的两个同径圆可能是U型连接的同一根热交换管。另外，图3中所示的四排热交换管之间可以根据预设的所述连接规则进行连通。
但是，本发明的技术方案也可以很好的适应于有翅片14的情况，且所述的翅片14的形状可以为平片、波纹片、波纹冲缝片或者百页窗。在包括翅片14的情况下，同一翅片14上可以穿设不同管内径的热交换管，可选地，一个所述翅片14上穿设至少两排所述热交换管(121、122)，所述翅片14上包括穿设在所述翅片14中的所述传热器的管外径相匹配的通孔。以图3所示的四排热交换管举例说明，在逐渐变径管热交换部件包括翅片的情况下，图3所示的四排热交换管穿设在翅片中的示意图如图4所示，第一排的热交换管和第二排的热交换管穿设在翅片14a中，第三排的热交换管和第四排的热交换管穿设在翅片14b中，同一翅片上可穿设不同管内径的热交换管，也就是说，翅片上的通孔可以与不同热交换管的管外径匹配，相比现有技术中，同一翅片上的只能穿设相同管内径的热交换管，本发明实施例中的翅片不再对热交换管之间的连接造成限制。
在本发明实施例的另一种可能的实现方式中，所述逐渐变径管热交换部件包括多排所述热交换管。其中，同一排的所述热交换管包括至少两种不同管内径的热交换管。如图5所示，逐渐变径管热交换部件包括四排热交换管，每一排的热交换管即包括第一类管内径的热交换管，也包括第二类管内径的热交换管。特别说明的是，图5只是举例说明，在具体实施中，每一排中不同热交换管的排列顺序可以相同，也可以不同。并且，在同一排热交换管包括不同管内径的热交换管，且该逐渐变径管热交换部件包括翅片14的情况下，一个所述翅片14中可以穿设的所述热交换管属于同一排中的所述热交换管，所述翅片上包括穿设在所述翅片中的所述传热器的管外径相匹配的通孔。
仍以图5所示的四排热交换管举例说明，图5所示的四排热交换管穿设在翅片中的示意图如图6所示，第一排热交换管穿孔R1对应的热交换管穿设在翅片14c中，第二排热交换管穿孔R2对应的热交换管穿设在翅片14d中，第三排热交换管穿孔R3对应的热交换管穿设在翅片14e中，第四排热交换管穿孔R4对应的热交换管穿设在翅片14f中。这样，同一翅片上可穿设不同管内径的热交换管，也就是说，翅片上的通孔可以与不同热交换管的管外径匹配，相比现有技术中，同一翅片上的只能穿设相同管内径的热交换管，本发明实施例中的翅片不再对热交换管之间的连接造成限制。特别说明的是，上述翅片14a至翅片14f在实际实施时，具体可以是指包括多张翅片的翅片组，本发明对每个翅片组包括的数量不做限定，并且，图4和图6所示的翅片之间的连接可以是可拆卸的，其中，可拆卸连接可以使用已知的多种结构，比如使用卡扣、抽芯铆钉或是螺钉、销钉等来连接两个翅片组。
为了保证热交换的效率，当为两根热交换管(121、122)时，优选所述热交换管(121、122)的管外径范围分别为5.0～9.52毫米和4.0～8.0毫米。
在使用本发明进行系统回路布置时，可以选择使用一个三通的二路分配器和管径不断变化的技术方案相结合，就能低成本低复杂性地解决传统方案需要使用3路、4路或者5路以上的冷媒流量分配器的问题，从而回避了加工工艺比较复杂、加工精度高、成本高的技术问题，并且能提高换热器的能效。

Claims (10)

1.变管径热交换装置，包括依次连通的进口管路组件(21)、热交换管体(22)以及出口管路组件(23)构成，其特征在于：所述热交换管体(22)由至少两种热交换管(121、122)连接构成，其中所述的热交换管(121、122)的管内径均不相同。
2.如权利要求1所述的变管径热交换装置，其特征在于：包括翅片(14)，所述翅片(14)上穿设有至少一排热交换管(121、122)。
3.如权利要求2所述的变管径热交换装置，其特征在于：所述翅片(14)的形状为平片、波纹片、波纹冲缝片或者百页窗。
4.如权利要求1、2或3所述的变管径热交换装置，其特征在于：所述热交换管(121、122)的管外径范围分别为5.0～9.52毫米和4.0～8.0毫米。
5.如权利要求1、2或3所述的变管径热交换装置，其特征在于：所述热交换管(121、122)为变口径管体。
6.如权利要求5所述的变管径热交换装置，其特征在于：所述变口径管体的管径结构为渐变的结构。
7.如权利要求6所述的变管径热交换装置，其特征在于：所述变口径管体的管径在最大管径与最小管径之间渐变。
8.如权利要求1、2或3所述的变管径热交换装置，其特征在于：所述热交换管(121、122)为内螺纹管或者光管。
9.如权利要求8所述的变管径热交换装置，其特征在于：所述内螺纹管的内螺纹齿型为瘦高、交差、锯齿、三角或梯形。
10.如权利要求1所述的变管径热交换装置所构成的管路系统，其特征在于：所述管路系统的组件由进口管路组件(21)、热交换管体(22)、出口管路组件(23)、变径弯头以及连接管构成，所述管路系统的管路按预设连接规则连通所述组件且形成至少一条冷媒通路。
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