CN106767012B - 一种微通道换热器及采用该微通道换热器的空调器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微通道换热器，包括均匀分布的多根扁管以及连通多根扁管的集流管，所述集流管设置在所述扁管一端；所述集流管中设置有具有一定高度的导流圆柱，呈气液两相混合状态的制冷剂自所述导流圆柱一侧流入，流经所述导流圆柱并流出至所述扁管；所述制冷剂具有特征流速u,所述导流圆柱外径d=Re×μ/u,其中μ为制冷剂的运动粘度，Re为雷诺数，其中Re>40。还公开了一种设置有微通道换热器的空调器。本发明通过引导具有特征流速的两相制冷剂流过具有设定外径的导流圆柱，使得无规则流动的两相制冷剂在导流圆柱的下游一侧转变为极具规律的交替涡街，进一步使得制冷剂自动在下游的扁管中均匀流动。

Description

一种微通道换热器及采用该微通道换热器的空调器
技术领域
本发明涉及空气调节技术领域，尤其涉及一种微通道换热器及采用该微通道换热器的空调器。
背景技术
微通道换热器作为冷凝换热设备已经在多个行业得到广泛应用。相较于目前空调广泛使用的翅片管式换热器，微通道换热器具有内部容积小、结构紧凑、换热效率高且材料成本低的一系列优点，业界普遍认为，微通道换热器具有替代翅片管式换热器的潜力。然而，由于微通道换热器独有的结构特征，当其工作在蒸发器工况时，很容易出现制冷剂分流不均匀的问题，导致换热面积得不到有效利用，进而严重影响换热器效率。
针对微通道换热器分流不均匀的问题，现有技术通常采用增加分配管或者开设多个分配孔的方式改善微通道换热器中制冷剂的分流，使得制冷剂在换热器中的流动更为均匀。但是，在这些方案中，无论是利用分配管还是利用分配孔调节流量。都存在以下缺陷，首先，制冷剂经过调节孔时压力损失较大，导致换热温差减小和压缩机功耗增加；其次，这种单一的分流结构很难同时兼顾不同工况下的分流需要，导致必须采用折中的技术方案，实际分流效果不理想。
因此，现有技术中缺乏一种可以有效改善微通道换热器分流不均匀问题的结构。
发明内容
本发明旨在设计并公开一种具有新型结构的微通道换热器，可以有效改善微通道换热器分流不均匀的问题。
本发明提供一种微通道换热器，包括均匀分布的多根扁管以及连通多根扁管的集流管，所述集流管设置在所述扁管一端；所述集流管中设置有具有一定高度的导流圆柱，呈两相混合状态的制冷剂自所述导流圆柱一侧流入，流经所述导流圆柱并流出至所述扁管；所述制冷剂具有特征流速u,
所述导流圆柱外径d = Re ×μ/u, 其中μ为制冷剂的运动粘度，Re为雷诺数，其中Re >40。
进一步的，所述集流管上开设有制冷剂入口，自所述制冷剂入口流入所述集流管中的具有特征流速u的制冷剂从所述导流圆柱一侧流入，流经所述导流圆柱并流出至所述扁管，所述特征流速u为所述制冷剂入口界面的平均流速。
进一步的，还包括驱动电机，所述驱动电机驱动所述导流圆柱伸缩以调整所述导流圆柱的高度，所述驱动电机设置在所述集流管外侧。
进一步的，所述集流管呈圆柱形，所述集流管两端设置有端板，所述驱动电机设置在所述端板外侧。
进一步的，所述制冷剂入口开设在所述集流管的侧壁上，所述导流圆柱设置在靠近所述制冷剂入口的一侧。
进一步的，所述集流管中设置有中隔板，所述中隔板将所述集流管沿轴线方向分隔为第一腔室和第二腔室，所述导流圆柱穿过所述中隔板在所述第一腔室和第二腔室中延伸。
优选的，所述制冷剂为R410A，特征流速为0.1m/s, 导流圆柱外径为0.01m。
进一步的，所述导流圆柱外表面形成有凸起。
进一步的，所述导流圆柱上形成有凹孔或贯通所述导流圆柱的通孔。
采用本发明所公开的微通道换热器，通过引导呈气液两相的具有特征流速的制冷剂流过在集流管中设置的导流圆柱，使得集流管中流入的无规律流动的制冷剂按照理想的状态流动，并具有属于理想范围区间的雷诺数，在导流圆柱的下游一侧形成规律的交替涡街，使得制冷剂自动在下游的扁管中均匀流动。
本发明还公开了一种空调器，包括微通道换热器，所述微通道换热器包括均匀分布的多根扁管以及连通多根扁管的集流管，所述集流管设置在所述扁管一端；所述集流管中设置有具有一定高度的导流圆柱，制冷剂自所述导流圆柱一侧流入，流经所述导流圆柱并流出至所述扁管；呈气液两相混合状态的制冷剂具有特征流速u, 所述导流圆柱外径d =Re ×μ/u, 其中μ为制冷剂的运动粘度，Re为雷诺数，其中Re >40，所述微通道换热器设置在空调器的室内端和/或室外端。
本发明所公开的空调器由于采用了制冷剂流动分布更为均匀的微通道换热器，缩小了整体尺寸，提高了换热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所公开的微通道换热器第一种实施例的结构示意图；
图2为本发明所公开的微通道换热器第二种实施例的结构示意图；
图3为本发明所公开的微通道换热器第三种实施例的结构示意图；
图4为本发明所公开的微通道换热器第四种实施例的结构示意图；
图5为本发明所公开的微通道换热器中集流管的俯视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1所示为本发明所公开的微通道换热器第一实施例的结构示意图，本发明所公开的微通道换热器可以达到使呈气液两相混合状态的制冷剂在微通道中均匀分布的技术效果。具体来说，微通道换热器包括均匀分布的多根扁管5以及连通多根扁管5的集流管3，相邻两根扁管之间设置有翅片6。在多根扁管5的一端设置有集流管3，集流管3一侧连通多根扁管5，集流管3用于分配和集聚制冷剂。与现有技术完全不同，在本实施例所公开的微通道换热器中，集流管3中设置有具有一定高度的导流圆柱2。通过制冷剂回路进入微通道换热器中的呈气液两相无规则流动的制冷剂，首先自所述导流圆柱2一侧进入集流管3，流经所述导流圆柱2的圆弧表面并流出至所述扁管5中。制冷剂在进入集流管3时，具有一定的特征流速u。导流圆柱2具有根据雷诺数公式和特征流速范围区间设定的外径d, d=Re ×μ/u, 其中μ为制冷剂的运动粘度，Re为雷诺数。在本实施例中，特征流速u为制冷剂入口界面的平均流速。特征流速u可以通过在设定条件下的多次实验得到。也可以通过流速检测装置检测并输出，并进一步通过驱动装置调节，形成反馈回路，使得特征流速u在一定数值区间内。驱动装置可以是泵、节流装置、流速调节装置等一系列可以调节制冷剂流速的设备，在此不做进一步的限定。驱动装置设置在集流管前端的一段制冷剂循环管路上。
现代流体力学证实，在不同雷诺数的条件下，粘性流体流经圆柱时会表现出截然不同的流动特性，比如当Re≤1时圆柱上游和下游的流体表现为对称流动，4＜Re＜40时圆柱上游和下游流动的对称性消失，而在圆柱后方形成一对滞留漩涡，其中的流体不停地回旋，但是不脱落也不向下游流动。而当Re＞40时，流体流动开始变得不稳定，在圆柱下游形成两排反向旋转的漩涡。这些规律的交替漩涡不断向下游流去，并在下游一定距离处呈周期性的脱落，在下游较大的范围内形成极具规律的两排漩涡，即第一排的每一个漩涡都位于第二排两个相邻漩涡的中心点上。在选定特定的制冷剂后，即可以通过查表的方式知道制冷剂的运动粘度。在本实施例中，由于集流管3设置在均匀排列的扁管5的一端，而相邻两根扁管5之间的间距是均匀的，所以在制冷剂流过导流圆柱2之后，呈气液两相状态的制冷剂会由于一定的导流圆柱2的外径和制冷剂特征流速u按照理想的状态流动，并保持无量纲的参数，雷诺数保持在理想范围区间，进一步在导流圆柱2的下游一侧形成极具规律的交替涡街，使得呈气液两相状态的制冷剂自动形成两排漩涡，脱落并在扁管5中均匀流动。
设计导流圆柱2时，优选根据常见的制冷剂以及制冷剂在制冷剂回路中的常规运动状态，设置雷诺数在104数量级。以R410A制冷剂为例，正常工况下在进入微通道换热器前的温度为10℃，工作压力0.7Mpa，并在此工况下的运动粘度为5.16E-7m2。采用上述实施例所公开的微通道换热器，仅需要通过负反馈调节R410A的在进入集流管3时具有为0.1m/s的特征流速，且设定导流圆柱2的直径d=0.01m即可以使得雷诺数到达104, 确保制冷剂在多个扁管5中均匀平稳的流动。设计导流圆柱2时，还需要保证雷诺数不大于107数量级，因为107是目前可持续观察到的雷诺数的极限。
为了使得呈气液两相的制冷剂的保持在一定的特征流速范围区间，在集流管3上开设有制冷剂入口1。自制冷剂入口1流入所述集流管3中的具有特征流速u的制冷剂从导流圆柱2的一侧流入，导流圆柱2具有设定的外径d。由于需要保持雷诺数达到大于40的设定区间，使得导流圆柱2的下游出现交替的涡街。在制冷剂入口1入口处设置一个或多个流速传感器（图中未示出），流速传感器输出流速检测信号至控制器或者流速调节装置以使得驱动装置动作，改变制冷剂入口界面的平均流速，使得制冷剂入口界面的平均流速在设定的特征流速区间范围内。且同时具有设定的导流圆柱外径d和运动粘度μ，确保雷诺数Re满足形成交替涡街的要求。
参见图2所示为本发明所公开的微通道换热器第二种实施例的结构示意图，由于微通道换热器作为蒸发器使用时，集流管3中存在气液两相的制冷剂。制冷剂入口1开设在集流管3下侧，且导流圆柱2自下向上沿集流管3的轴线方向延伸。一种优选的制冷剂路径设置方式为，导流圆柱2偏离集流管3的轴线并靠近制冷剂入口1设置，使得流入扁管5的制冷剂避开集流管3中的低压区，利于制冷剂的均匀分布。在容纳导流圆柱2的一段集流管3的上端设置有隔板4，隔板4将集流管3分隔为两个腔室。不设置导流圆柱2的一个腔室开设有气态制冷剂端口6，形成下进上出的制冷剂分布路径。
参见图3所示为本发明所公开的微通道换热器第三种实施例的结构示意图，如图所示，相对于第二实施例，在本实施例中，将设置有导流圆柱2的腔室通过中隔板分为沿集流管轴线方向分布的第一腔室和第二腔室，其中，每一个腔室均开设有一个制冷剂入口且两个制冷剂入口均连通制冷剂循环管路。在中隔板上开设有与导流圆柱对应的通孔，导流圆柱2自第一腔室、穿过中隔板伸入至第二腔室中，并沿第二腔室延伸。每一个制冷剂入口通入的制冷剂均维持在均匀的特征流速，并以均匀的特征流速流入第一腔室和第二腔室，在导流圆柱的后侧产生交替的涡街，以成排的漩涡形式均匀的流入扁管5中。将设置有导流圆柱2的一端集流管3分隔为两个腔室，可以确保在设置多根，尤其是大于十根以上扁管的换热器中，靠近两个制冷剂入口的扁管更容易得到稳定运动的液态制冷剂，气相的分流也更为均匀。
参见图4所示为本发明所公开的微通道换热器第四种实施例的结构示意图，鉴于集流管和制冷系统中制冷剂在不同工况及外部环境运行时可能会存在较大的差异，在本实施例中，优选设计导流圆柱2的高度d可以根据实际情况进行调节。如图所示，对于竖直设置的微通道换热器来说，在集流管3的两端分别设置有端板7，在下端板的外侧设置有驱动电机8。驱动电机8接收电信号并带动导流圆柱5上下伸缩运动，以调节在集流管中导流圆柱2的长度。通过调节导流圆柱2的长度，还可以达到调节导流圆柱2所在腔室中液态制冷剂液位的作用，克服两相制冷剂由于重力和粘性力影响不容易实现均匀分流的缺点。导流圆柱5的一种优选控制方法为，当制冷剂入口1流入的制冷剂不符合特征流速的区间时，导流圆柱2回缩至顶端与集流管3的下端面平齐，直至制冷剂入口1处的制冷剂的流速在驱动装置的驱动调节下达到特征流速u的数值范围区间内，导流圆柱5才在驱动电机8的驱动下伸出，起到均匀分流的作用。
参见图5所示为集流管的俯视图，如图所示，集流管3优选为圆柱形且导流圆柱2靠近制冷剂入口1一侧设置，制冷剂入口1开设在集流管3的一侧，形成制冷剂循环管路和集流管3之间的制冷剂通路。作为进一步的改进，在导流圆柱2的外表面上还可以设置凸起，开设均匀的凹孔，或者开设连通导流圆柱侧壁的通孔，以平衡导流圆柱2所在腔室、扁管5中以及整个换热设备中的压力或者流量。凸起、凹孔或者通孔的形式可以根据不同的制冷剂进行布设，在此不做限定。
如图2和图3所示，扁管的另一端设置有另一根竖直集管9。在竖直集管9中还可以设置一个或多个隔片11，隔片可以选择开设通孔的隔片，以控制不同相冷媒的流向。竖直集管9的外侧设置有连接管10。
采用本发明上述实施例所公开的微通道换热器，通过设定制冷剂的流速以及在集流管中设置导流圆柱，使得集流管中流入的呈气液两相的制冷剂在导流圆柱和特征流速的配合下按照理想状态流动，制冷剂的雷诺数符合理想范围区间，在导流圆柱的下游一侧形成规律的交替涡街，使得制冷剂自动在下游的扁管中均匀流动。
本发明同时公开一种采用上述任意实施例所公开的微通道换热器的空调器，微通道换热器可以用在空调器的室内端，室外端或者同时应用在室内端和室外端。本发明所公开的空调器由于采用了制冷剂流动分布更为均匀的微通道换热器，缩小了整体尺寸，提高了换热效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种微通道换热器，包括均匀分布的多根扁管以及连通多根扁管的集流管，所述集流管设置在所述扁管一端；其特征在于，所述集流管中设置有具有一定高度的导流圆柱，呈气液两相混合状态的制冷剂自所述导流圆柱一侧流入，流经所述导流圆柱并流出至所述扁管；所述制冷剂具有特征流速u，所述导流圆柱外径d = Re ×μ/u, 其中μ为制冷剂的运动粘度，Re为雷诺数，其中Re >40；还包括驱动电机，所述驱动电机驱动所述导流圆柱伸缩以调整所述导流圆柱的高度，所述驱动电机设置在所述集流管外侧；所述集流管上开设有制冷剂入口，自所述制冷剂入口流入所述集流管中的具有特征流速u的制冷剂从所述导流圆柱一侧流入，流经所述导流圆柱并流出至所述扁管，所述特征流速u为所述制冷剂入口界面的平均流速；当制冷剂入口流入的制冷剂流速不等于特征流速u时，所述导流圆柱回缩至顶端与所述集流管的下端面平齐，直至制冷剂入口处的制冷剂的流速达到特征流速u，导流圆柱在驱动电机的驱动下伸出。
2.根据权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述集流管呈圆柱形，所述集流管两端设置有端板，所述驱动电机设置在所述端板外侧。
3.根据权利要求2所述的微通道换热器，其特征在于，所述制冷剂入口开设在所述集流管的侧壁上，所述导流圆柱设置在靠近所述制冷剂入口的一侧。
4.根据权利要求3所述的微通道换热器，其特征在于，所述集流管中设置有中隔板，所述中隔板将所述集流管沿轴线方向分隔为第一腔室和第二腔室，所述导流圆柱穿过所述中隔板在所述第一腔室和第二腔室中延伸。
5.根据权利要求4所述的微通道换热器，其特征在于，所述制冷剂为R410A，特征流速为0.1m/s, 导流圆柱外径为0.01m。
6.根据权利要求5所述的微通道换热器，其特征在于，所述导流圆柱外表面形成有凸起。
7.根据权利要求6所述的微通道换热器，其特征在于，所述导流圆柱上形成有凹孔或贯通所述导流圆柱的通孔。
8.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的微通道换热器，所述微通道换热器设置在所述空调器的室内端和/或室外端。
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