CN107289678A - 微通道换热器及热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微通道换热器及热泵热水器，其中，微通道换热器包括：包括增压部(6)、多组微通道管和两个集流管(2)，多组微通道管的两端各设有一个集流管(2)，至少一个集流管(2)设有增压部(6)，用于增加冷媒在集流管(2)内的流动压力。本发明的微通道换热器，通过在至少一个集流管中设置增压部，当冷媒沿着集流管长度方向流经增压部时，流动压力就能在增压部的作用下增加，可以补偿冷媒沿集流管长度方向流动时的压力损失，从而增大各微通道管中冷媒的流速，使各微通道管中的流速和流量分布更加均匀，进而使微通道换热器的温度场更加均匀，以改善微通道换热器整体的换热状态，并提高换热效率。

Description

微通道换热器及热泵热水器

技术领域

本发明涉及换热技术领域，尤其涉及一种微通道换热器及热泵热水器。

背景技术

为了提高热泵热水器的换热效率，目前热泵热水器中更倾向于安装微通道换热器。

微通道换热器与常规换热器的不同之处在于，由于微通道换热器中通道孔的横截面积较小，故微型通道的传热、传质和流动有其特殊的“尺寸效应”，主要表现在：1、热惯性随尺寸减小而减小，热惯性的减小使得在常规尺寸下较难实现的过程(例如：相变过程)，可以在微小尺度下短时间内实现。2、热流密度较大，研究表明当流动尺寸小到0.5～1mm时，对流换热系数可增大50－100％。因而采用微通道换热器，能有效提高换热效率，同时减少系统冷媒的充注量及减轻水箱整体重量。

现有技术中的微通道换热器通常采用的结构如图1所示，包括：多个扁管3a和两个集流管2a，每个扁管3a内并排设置多个微通道管，两个集流管2a分别设在多个扁管3a的两端，且两个集流管2a上分别设有冷媒入口1a和冷媒出口5a，每个集流管2a内均设有隔热板4a，用于延长冷媒的流动路径。

此种微通道换热器在工作时，冷媒从冷媒入口1a进入集流管2a后分配流入到多个微通道管中，到达对侧的集流管2a后，由隔热板4a进行换向，由此在迂回流通的过程中实现换热，最后冷媒从冷媒出口5a流出实现状态的改变。

然而，对于此种微通道换热器，冷媒在沿着集流管2a流动的过程中，随着流动路径的增加，冷媒流量逐渐减少，因而还存在各微通道内冷媒流量分布不均的现象，各微通道内流量分布不均直接造成其换热截面温度场、速度场的分布不均，从而导致水箱内水温上下分层的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种微通道换热器及热泵热水器，能够使微通道换热器的换热更加均匀。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种微通道换热器，包括增压部、多组微通道管和两个集流管，多组所述微通道管的两端各设有一个所述集流管，至少一个所述集流管设有所述增压部，用于增加冷媒在所述集流管内的流动压力。

进一步地，所述增压部至少位于所述集流管沿冷媒流动方向的中下游位置。

进一步地，所述增压部由所述集流管形成，所述增压部沿着所述集流管的长度方向朝向冷媒的流动方向渐缩。

进一步地，所述增压部由所述集流管的一段长度或整个长度形成。

进一步地，所述增压部沿着所述集流管的长度方向为锥筒形。

进一步地，所述微通道管设在所述增压部之外的区域。

进一步地，还包括消音结构，所述消音结构设在所述增压部中。

进一步地，所述消音结构为设在所述增压部内壁上的凸出部。

进一步地，所述凸出部包括设在所述增压部内壁上的至少两个离散凸起。

进一步地，所述离散凸起呈三角形状。

进一步地，所述增压部内壁上设有多排离散凸起，相邻的两排所述离散凸起交错排布。

进一步地，所述凸出部包括设在所述增压部内壁上的连续凸起。

进一步地，所述连续凸起呈螺纹状。

为实现上述目的，本发明另一方面提供了一种热泵热水器，包括上述实施例所述的微通道换热器。

基于上述技术方案，本发明的微通道换热器，通过在至少一个集流管中设置增压部，当冷媒沿着集流管长度方向流经增压部时，流动压力就能在增压部的作用下增加，可以补偿冷媒沿集流管长度方向流动时的压力损失，从而增大各微通道管中冷媒的流速，使各微通道管中的流速和流量分布更加均匀，进而使微通道换热器的温度场更加均匀，以改善微通道换热器整体的换热状态，并提高换热效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术微通道换热器的结构示意图；

图2为本发明微通道换热器的一个实施例的结构示意图；

图3为本发明微通道换热器中消音结构的一个实施例的结构示意图；

图4为本发明微通道换热器中消音结构的另一个实施例的结构示意图。

附图标记说明

1a－冷媒入口；2a－集流管；3a－扁管；4a－隔热板；5a－冷媒出口；

1－第一冷媒流通口；2－集流管；3－扁管；4－隔热板；5－第二冷媒流通口；6－增压部；7－消音结构；71－离散凸起；72－连续凸起。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“下”、“内”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

为了改善现有技术中微通道换热器存在冷媒流量和流速分布不均的现象，以解决微通道换热器用于热泵热水器时水温分层的问题，本发明提供了一种微通道换热器。在一个示意性的实施例中，如图2所示，该微通道换热器包括增压部6、多组微通道管和两个集流管2，多组微通道管的两端各设有一个集流管2，且微通道管与集流管2连通，两个集流管2相互远离的一端分别设有第一冷媒流通口1和第二冷媒流通口5，当微通道换热器的功能发生变化，即在蒸发器和冷凝器之间切换时，这两个冷媒流通口作为进口或出口的功能随之改变。而且，至少一个集流管2设有增压部6，用于增加冷媒在集流管2内的流动压力。

在微通道管的一种设置形式中，如图2所示，在每组微通道管对应的位置设置一个扁管3，并将该组微通道管并排安装在扁管3内，以方便微通道管的安装。

该实施例的微通道换热器优选地用作冷凝器，从一个冷媒流通口通入气态冷媒，经过微通道管时与外部环境进行热交换，最终从另一个冷媒流通口流出液态冷媒。例如，对于图2所示放置方位的微通道换热器，可以从第一冷媒流通口1通入气态冷媒，在进入微通道管实现热交换的过程中，气态冷媒逐渐转化为液态冷媒，最终从第二冷媒流通口5流出。

在冷媒进入微通道管与外部环境进行热交换的过程中，随着冷媒流动路径的增加，冷媒的压力也在逐渐下降，本发明的实施例通过在至少一个集流管中设置增压部，相当于在冷媒流动的路径上设置了增压环节，当冷媒沿着集流管长度方向流经增压部时，流动压力就能在增压部的作用下增加，可以补偿冷媒沿集流管长度方向流动时的压力损失，从而增大各微通道管中冷媒的流速，使各微通道管中的流速和流量分布更加均匀，进而使微通道换热器的温度场更加均匀，以改善微通道换热器整体的换热状态，并提高换热效率。

一般来讲，当冷媒到达集流管2沿冷媒流动方向的中下游位置时，压力会比较明显地出现衰减，结合实际情况，在优选的实施例中，增压部6至少位于集流管2沿冷媒流动方向的中下游位置，这样可以增加微通道换热器下游的换热效率，从而使整个微通道换热器各部位的换热比较均匀。

该实施例存在多种可能的实现形式，例如：在一个或两个集流管2沿冷媒流动方向的中下游位置设置增压部6，如果在两个集流管2内均设置增压部6，优选采用对称设置的方式；在集流管2沿冷媒流动方向的中下游位置设置一处或多处增压部6；在集流管2沿冷媒流动方向的中下游位置和上游位置均设置增压部6，等等。其中，中下游位置是以冷媒从进口到出口沿着集流管2长度方向为参考来定义的，本领域技术人员可以根据实际情况对上游、中游和下游进行定义，例如，将其中一个集流管2从第一冷媒流通口1到第二冷媒流通口5之间的长度三等分，定义靠近冷媒进口的段为上游，中间段为中游，靠近冷媒出口的段为下游。

对于增压部6的设置形式，本领域技术人员可以在集流管2内部需要增压的位置设置增压部6，也可以采用另一种结构比较简单、且不需要增加额外装配环节的形式，具体地，增压部6由集流管2形成，且增压部6沿着集流管2的长度方向朝向冷媒的流动方向渐缩。渐缩状的结构由于管的横截面积逐渐减小，因而能够在冷媒流过增压部6时实现压力增加，以补偿冷媒在流动过程中压力的衰减。由于增压部6的设置，集流管2位于增压部6两侧的直径不同，在靠近冷媒出口段的直径小于靠近冷媒入口段的直径。如图2所示，增压部6从上至下是渐缩的，那么第一冷媒流通口1就作为进口，第二冷媒流通口5就作为出口。如果改变冷媒流通口作为进出口的功能，就需要相应地改变增压部6的渐缩方向。

优选地，增压部6沿着集流管2的长度方向为锥筒形，参见图2至图4。这种结构加工比较方便，为常规选择的结构形式，而且能够实现较好的增压效果。另外，作为扩展的实施例，增压部6平行于集流管2长度方向的截面的内壁也可以是弯曲的。

在实际设计时根据增压程度的需求，增压部6可由集流管2的一段长度形成。如图2所示，为了有效地延长冷媒的流动路径，可在两个集流管2内各设置至少一个隔热板4，且两个集流管2内的隔热板4沿集流管2的长度方向交错设置，用于使冷媒在到达集流管2时起到换向作用，这样可以使冷媒迂回流动，从而提高换热效率。针对这种实施例，为了可靠地实现增压效果，对于某个集流管2，增压部6最好设在相邻的两个隔热板4之间。另外，增压部6也可以由整个集流管2形成，可使冷媒在进入集流管2后就开始逐渐增压，尽量避免压力损失的产生。

作为较佳的实现形式，微通道管设在增压部6之外的区域，这样可以使得在实现增压时尽量减小压力损失，从而较为有效地减小冷媒在各微通道管内流动时的速度和流量衰减。

当冷媒在增压部6内对增压的过程中，流速会增加，这就增加了对增压部6内壁造成的冲击，从而产生较大的噪音。为解决该问题，在上述各个实施例的基础上，作为进一步的改进，如图3和图4，本发明的微通道换热器还包括消音结构7，消音结构7设在增压部6中，能够增大对内部冷媒产生的扰流，从而减小对增压部6内壁的冲击，达到消音的效果，进而降低整个微通道换热器在工作时产生的噪音。在前面的一个实施例中到，微通道管优选设在增压部6之外的区域，这种结构的另一个优点在于能够方便消音结构7的设置。

优选地，消音结构7为设在增压部6内壁上的凸出部。冷媒在增压部6内流动时，一旦遇到凸出部就会改变流动方向，由此产生的扰流作用能够达到消音的效果。凸出部可采用不同的形状及排布方式，下面将列举出具体的实施例以供参考。

在一种结构形式中，凸出部包括设在增压部6内壁上的至少两个离散凸起71。此种实施例能够增大气态冷媒扰流和散流的效果，从而减小气流冲击，降低噪音。优选地，如图3所示，离散凸起71呈三角形，或者作为扩展离散凸起71也可以是菱形状。进一步地，为了达到较好的消音效果，可以在增压部6内壁上设置多排离散凸起71，相邻的两排离散凸起71交错排布，这样冷媒流动方向的改变较有规律，容易保证消音效果。

对于图3所示的消音结构7，包括多排顶点朝上的三角形离散凸起71，相邻两排离散凸起71交错排布，冷媒流经第一排三角形时，从相邻两个三角形之间的通道流过，在遇到下一排的三角形时，在冷媒流动方向正对着的三角形的引导下，从该三角形的顶点处分叉并从两侧流过，接着每一股冷媒都按照相同的方法进行流动，在冷媒流动路径不断改变的过程中达到消音效果。

在另一种结构形式中，凸出部包括设在增压部6内壁上的连续凸起72。此种实施例能够增大声波的反射几率及对声波的捕获，通过声波的分散、吸收、干涉和抵消实现声波的衰减。优选地，如图4所示，连续凸起72呈螺纹状，螺纹状凸起的捕获机理能够有效地保证消声的频谱性能。另外，连续凸起72的轨迹也可以设置为其它形状。

另外，本发明还提供了一种热泵热水器，包括上述实施例所述的微通道换热器。由于本发明的微通道换热器能够使冷媒在各微通道管中的流速和流量分布比较均匀，从而使微通道换热器整体实现比较均匀的换热状态，因而采用了此种微通道换热器的热泵热水器能使水箱内各处的水温比较均匀，尽量避免出现分层的现象，这样可以提高热泵热水器的工作效率，并提高使用者的舒适度感受。例如，当微通道换热器在热泵热水器内按照图2所示方位安装时，就可以尽量避免水温出现上下分层的现象。

以上对本发明所提供的一种微通道换热器及热泵热水器进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种微通道换热器，其特征在于，包括增压部(6)、多组微通道管和两个集流管(2)，多组所述微通道管的两端各设有一个所述集流管(2)，至少一个所述集流管(2)设有所述增压部(6)，用于增加冷媒在所述集流管(2)内的流动压力。

2.根据权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述增压部(6)至少位于所述集流管(2)沿冷媒流动方向的中下游位置。

3.根据权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述增压部(6)由所述集流管(2)形成，所述增压部(6)沿着所述集流管(2)的长度方向朝向冷媒的流动方向渐缩。

4.根据权利要求3所述的微通道换热器，其特征在于，所述增压部(6)由所述集流管(2)的一段长度或整个长度形成。

5.根据权利要求3所述的微通道换热器，其特征在于，所述增压部(6)沿着所述集流管(2)的长度方向为锥筒形。

6.根据权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述微通道管设在所述增压部(6)之外的区域。

7.根据权利要求1～6任一所述的微通道换热器，其特征在于，还包括消音结构(7)，所述消音结构(7)设在所述增压部(6)中。

8.根据权利要求7所述的微通道换热器，其特征在于，所述消音结构(7)为设在所述增压部(6)内壁上的凸出部。

9.根据权利要求8所述的微通道换热器，其特征在于，所述凸出部包括设在所述增压部(6)内壁上的至少两个离散凸起(71)。

10.根据权利要求9所述的微通道换热器，其特征在于，所述离散凸起(71)呈三角形状。

11.根据权利要求9所述的微通道换热器，其特征在于，所述增压部(6)内壁上设有多排离散凸起(71)，相邻的两排所述离散凸起(71)交错排布。

12.根据权利要求8所述的微通道换热器，其特征在于，所述凸出部包括设在所述增压部(6)内壁上的连续凸起(72)。

13.根据权利要求12所述的微通道换热器，其特征在于，所述连续凸起(72)呈螺纹状。

14.一种热泵热水器，其特征在于，包括权利要求1～13任一所述的微通道换热器。