CN106802027A - 一种复合式风冷管翅式换热器结构 - Google Patents

一种复合式风冷管翅式换热器结构 Download PDF

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韩林俊
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Abstract

一种复合式风冷管翅式换热器结构,涉及空调制冷技术领域。本发明包括由两种或两种以上的子风换热器经串联、并联或者串并联混合拼接而成的换热器组。各子风换热器中的铜管和翅片相互独立,且各子风换热器中铜管的管径不相同。串联结构的换热器组中各子风换热器根据铜管管径大小依次排列,并联结构的换热器组中各子风换热器根据其空气侧阻力大小依次排列。并联结构换热器组中各冷媒流道只在同一子风换热器中经过,串联或者串并联混合结构的换热器组中各冷媒流道依次经过各子风换热器。本发明能有效克服风速不均匀、管内制冷剂流速变化大以及小管径风换阻力大等问题,显著提高风换热器的综合性能,从而优化空气源热泵的性能。

Description

一种复合式风冷管翅式换热器结构
技术领域
[0001] 本发明涉及空调制冷技术领域,特别是复合式风冷管翅式换热器结构。
背景技术
[0002] 随着城市化进程的发展和人民生活水平的提升,供暖需求在数量和质量上日益增 长。而传统采用锅炉作为热源的供暖方式存在能效低,污染重,调控难等问题,清洁节能的 空气源热杲机组近年来逐渐受到关注和青睐。
[0003] 空气源热泵机组相比传统的锅炉,不仅清洁节能,无污染物直接排放,能效高,而 且冷暖两用,可节约初投资。此外,还具有安装、使用方便,分户灵活控制等优点。
[0004] 现有技术中,空气源热栗的风换热器一般采用铜管套整体翅片式结构,管型、翅片 类型、排数等均可根据具体需求调整。对于同一种换热器,只采用一种管型和翅片类型。参 看图1,为目前制冷热泵领域常见的翅片换热器,主体由一定的管型和整体式翅片构成,两 侧有端板,上下有顶板和底板,构成框架1予以固定。为了保证制冷剂分配,利用集管2将 制冷剂分为若干支路,每个支路采用完全相同的布管形式。
[0005] 上述现有结构风换热器的设计存在如下几个问题,导致其性能无法进一步提高: 1)风换热器采用风机强制对流换热,根据风机安装位置一般可分为上出风和侧出风两 种类型。风机的安装位置无法保证风换热器表面的风速均匀。特别对于上出风设计,风换热 器下部的迎面风速往往低于上部,造成下部换热能力较差,相当于换热面积无法有效利用。
[0006] 2)制冷剂在风换热器的铜管4内部流动将随换热的进行发生相变,比容随之变 化,由于制冷剂通道的管径不变,因此在相变前后,管内流速变化较大,可达20倍左右。风 换热器的设计往往很难达到流阻和传热强度的平衡。
[0007] 3)小管径风换热器因其节省材料和充注量,换热效率高等特点逐渐扩大应用,但 由于小管径风换热器的翅片间距也往往较小,造成换热器阻力变大,使得制热状态的除霜 更加频繁,影响制热性能。
[0008] 4)由于每片翅片均一体成型,因此空气流道的翅片连续,空气流经翅片时气流相 对平顺,扰动不剧烈,阻碍了换热系数的增大。
发明内容
[0009] 针对上述现有技术中存在的问题,本发明的目的是提供一种复合式风冷管翅式换 热器结构。它能有效克服风速不均匀、管内制冷剂流速变化大以及小管径风换阻力大等问 题,显著提高风换热器的综合性能,从而优化空气源热栗的性能。
[0010] 为了达到上述发明目的,本发明的技术方案以如下方式实现: 一种复合式风冷管翅式换热器结构,它包括外部的矩形框架和集管。其结构特点是, 它还包括由两种或两种以上的子风换热器经串联、并联或者串并联混合拼接而成的换热器 组。各子风换热器中的铜管和翅片相互独立,且各子风换热器中铜管的管径不相同。串联结 构的换热器组中各子风换热器根据铜管管径大小依次排列,并联结构的换热器组中各子风 换热器根据其空气侧阻力大小依次排列。并联结构换热器组中各冷媒流道只在同一子风换 热器中经过,串联或者串并联混合结构的换热器组中各冷媒流道依次经过各子风换热器。 [0011]在上述复合式风冷管翅式换热器结构中,所述各子风换热器的翅片类型、翅片间 距为相同或者不同;各子风换热器的高度为相同或者不同;各子风换热器中铜管的排数为 相同或者不同。
[0012] 本发明由于采用了上述结构,各子风换热器采用不同的管径,不仅具备小管径风 换热器减小耗材和尺寸、重量,增大传热系数的优点,也兼具了大管径风换热器翅片间距 大,风侧阻力小,结霜速率低的优点。本发明的串联结构中,冷媒通道的管径不一致,与冷媒 的相变过程适配,有利于实现冷媒传热和流阻的平衡;同时不同子风换的翅片独立,而非传 统的整体式翅片结构,空气流动时有利于破换边界层,提高换热效率。本发明的并联结构 中,换热器垂直方向上风侧流动阻力不一致,能够与风侧不均匀的风速相匹配,有利于实现 总体换热效率的提升。而串并联混合结构则兼具串联和并联结构的优点。同现有技术相 比,本发明更易于实现换热器成本和传热性能的平衡,从风侧和冷媒侧两个方面改善换热 效果,从而提高风换热器的整体换热效率。
[0013] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
[0014] 图1为现有技术中风换热器的结构示意图; 图2为图1的侧视图; 图3为本发明实施例一的制冷工况示意图; 图4为本发明实施例一的制热工况示意图; 图5为本发明实施例二的示意图; 图6为本发明实施例三的示意图; 图7为本发明实施例四的示意图。
具体实施方式
[0015] 本发明复合式风冷管翅式换热器结构包括外部的矩形框架1和集管2。它还包括 由两种或两种以上的子风换热器3经串联、并联或者串并联混合拼接而成的换热器组。各 子风换热器3中的铜管4和翅片相互独立,且各子风换热器3中铜管4的管径不相同。串 联结构的换热器组中各子风换热器3根据铜管4管径大小依次排列,并联结构的换热器组 中各子风换热器3根据其空气侧阻力大小依次排列。并联结构换热器组中各冷媒流道5只 在同一子风换热器3中经过,串联或者串并联混合结构的换热器组中各冷媒流道5依次经 过各子风换热器3。各子风换热器3的翅片类型、翅片间距为相同或者不同;各子风换热器 3的高度为相同或者不同;各子风换热器3中铜管4的排数为相同或者不同。
[0016] 实施方式一 参看图3和图4,为两种子风换热器3串联的示意图,子风换热器3中铜管4的排数都 是两排。冷媒通道依次经过大、小两种管径的铜管4。
[0017]制冷工况下,冷媒从集管2流出,先经过大管径的通道,冷媒呈气态,在大管径下 流速有所降低。随着冷凝的进行,冷媒的比容减小。到后半程,冷媒进入小管径的通道,此 时由于通道内截面积减小,冷媒的流速不至于大幅度减小,从而保证了管内一定的流速,使 得换热效果得以保证。
[0018] 在制热工况下,冷媒流向反向,两相状态的冷媒先经过小管径的通道,由于此时管 径减小,而冷媒的比容也较小,冷媒的流速保持在一定的水平,有利于提高换热效率。在后 半程,进入大管径的通道,此时冷媒的比容大幅度增大,而通道截面积也增大,保证了管内 冷媒流速不至于过高,从而降低流阻。
[0019] 对于本发明中采用串联结构的换热器组综合了大、小两种管径风换热器的优点, 不仅总体消耗材料减小,充注量,尺寸和重量略有下降,风换热器的空气侧阻力也较小,有 利于换热效果的增强和结霜强度的减弱。此外,由于各子风换热器的翅片独立,在空气通 道上翅片不连续。因此空气流经子风换热器的交界处时,空气的扰动剧烈,有利于破换边界 层,提高空气侧的换热系数,从而提高整体换热效果。
[0020] 实施方式二 参看图5,为两种子风换热器3并联的示意图,各子风换热器3中铜管4的排数也不同。 下方的子风换热器3采用大管径,两排结构,子风换热器3的空气侧阻力较小。风机6位于 上部,为上出风形式。
[0021]对于上出风的形式,由于传统换热器上下结构一致,因此换热器上部和下部的风 速差别较大,下部的风速低于上部,特别是对于V型结构的风换热器。从而造成下部换热面 积未充分利用,影响整体换热效果。而本发明并联结构的组合风换热器,下部可采用排数较 少,翅片间距较大的大管径风换热器,从而减小该部分风侧的流动阻力。因此该处的迎面风 速有所提高,使得风换热器上部和下部的风速更为均匀,换热面积利用更充分,换热效率更 尚。
[0022] 除了解决风速不均匀问题之外,与串联风换热器类似,本发明并联结构也兼具了 大管径换热器空气侧阻力小,结霜速率慢以及小管径换热器减少耗材,充注量的优点。
[0023] 实施方式三 参看图6,为三种子风换热器3串联的示意图,子风换热器3的排数都是1排,且不同子 风换热器3的高度不一致。冷媒通道依次经过大、中、小三种管径的铜管4。
[0024] 相比实施方式一,该结构的子风换热器3更多,冷媒通道中的管径变化更多,冷媒 流速变化与冷媒比容变化的一致性更好,因此冷媒的阻力与传热的平衡效果更优。而且由 于翅片的间断更多,空气的流动扰动更大,有利于提高空气侧换热效果。与实施方式一不同 的是,该结构的三种子风换热器3的高度不一致,从上部到下部,风换热器的实际排数呈阶 梯状减小,因此空气侧阻力也逐渐减小。对于上出风的换热器,这种结构同实施方式二相 似,能够减小风换垂直方向的风速不均匀性,提高整体换热效果。
[0025] 实施方式四 参看图7,为三种子风换热器3串并联混合的示意图。
[0026] 串并联混合结构兼具了上述串联和并联两种结构的特点。利用串联结构使得冷媒 通道变径,增大冷媒侧综合传热性能,在空气通道上,翅片不连续,增大空气扰动,破换边界 层,提高空气侧的换热系数。利用并联结构形成垂直方向上的风侧阻力梯度,从而缓解因空 气侧风速差导致的换热效率下降的问题。同时本结构也兼具了大管径换热器空气侧阻力 小,结霜速率慢以及小管径换热器减少耗材,充注量的优点。

Claims (2)

  1. i•一种复合式风冷管翅式换热器结构,它包括外部的矩形框架(1)和集管(2),其特征 在于,它还包括由两种或两种以上的子风换热器(3)经串联、并联或者串并联混合拼接而成 的换热器组,各子风换热器(3)中的铜管(4)和翅片相互独立,且各子风换热器(3)中铜管 (4)的管径不相同,串联结构的换热器组中各子风换热器(3)根据铜管(4)管径大小依次排 列,并联结构的换热器组中各子风换热器(3)根据其空气侧阻力大小依次排列,并联结构换 热器组中各冷媒流道(5)只在同一子风换热器(3)中经过,串联或者串并联混合结构的换 热器组中各冷媒流道(5)依次经过各子风换热器(3)。
  2. 2.根据权利要求1所述的复合式风冷管翅式换热器结构,其特征在于,所述各子风换 热器(3)的翅片类型、翅片间距为相同或者不同;各子风换热器(3)的高度为相同或者不 同;各子风换热器(3)中铜管(4)的排数为相同或者不同。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107883563A (zh) * 2017-11-10 2018-04-06 广东美的制冷设备有限公司 换热装置及空调设备
CN109766589A (zh) * 2018-12-19 2019-05-17 西安交通大学 一种管翅式换热器非均匀迎面风速下性能评价方法

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