CN107351646A

CN107351646A - 用于汽车热泵空调系统的室外换热器

Info

Publication number: CN107351646A
Application number: CN201710705220.8A
Authority: CN
Inventors: 徐正本
Original assignee: Songz Automobile Air Conditioning Co Ltd
Current assignee: Songz Automobile Air Conditioning Co Ltd
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2017-11-17

Abstract

本发明用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其换热单元包含若干排换热管和翅片，换热管的外部截面呈近似椭圆形，换热管内部为多孔结构，构成冷媒通道；翅片为平板结构，在翅片上设有呈上下状态排列的、呈近似椭圆形的装配孔，在装配孔之间设有若干开窗特征；将换热管通过装配孔进行定位，换热管的宽度小于翅片的宽度；将换热管沿水平方向平行设置，翅片与换热管呈90°夹角沿竖直方向平行布置。本发明采用了近似椭圆型的多孔换热管和百叶窗平板翅片，使室外换热器结构紧凑，是适用于热泵空调系统的室外换热器，既能保证用于冷凝器工作时的高效换热，又能减少用于蒸发器工作时的结霜风险，能提升热泵空调系统的制热性能和能效比。

Description

用于汽车热泵空调系统的室外换热器

技术领域

本发明涉及车用空调制造技术领域，具体的是一种用于汽车热泵空调系统的室外换热器。

背景技术

新能源汽车，尤其是纯电动车，由于没有足够的热源，如何高效地实现其制热功能是一个技术难题。目前采用常规的PTC电加热是一个解决方案，但是，PTC电加热功耗较高，对纯电动车的续航能力会产生明显的影响。而采用热泵空调系统，由于能效比（COP）的问题，需要一个更好、更合适的技术解决方案。

目前，汽车热泵空调系统面临的一个重大技术挑战是，在环境温度较低时，例如-15～-20℃时，系统的能效比（COP）会急剧下降，制热性能严重不足。其中一个重要原因是热泵空调系统室外换热器的问题。所述室外换热器在用于制热时其作用是蒸发器，由于其本身的表面温度很低（大多在0℃左右）；在低温环境下其表面很容易结霜，导致室外换热器本身的换热性能下降。另一方面，结霜使得热泵空调系统用于化霜的时间延长，因此，整体的制热效果受到影响，造成制热性能严重不足。

室外换热器在热泵空调系统中具有双重功能：当热泵空调系统需要加热时室外换热器作为蒸发器之用；而当热泵空调系统需要制冷时室外换热器作为冷凝器之用。因此，目前常规的室外换热器一般有两种典型的结构：一种是管片式结构，其核心换热单元包含圆形换热管、平板开窗翅片、机械胀管结构，无需整体焊接。另外一种是（常规汽车空调普遍采用的）平行流结构，其核心换热单元包含多孔扁平换热管和百叶窗翅片，在装配后需要进行整体钎焊。

室外换热器现有的两种结构各有优劣。管片式结构，由于换热管是圆形结构，冷凝水较易沿管外壁面排出，它用于蒸发器工作时排水性能优异、不容易结霜，但是圆管的换热效率低，空气侧阻力大，且产品的尺寸较大，一般换热器芯体厚度超过30mm。而平行流结构，采用的换热管为扁平多孔结构，结构紧凑，一般换热器芯体厚度小于20mm，换热系数大，换热性能优异；但是，由于扁管一般是水平布置，当用于蒸发器之用时换热管表面生成的冷凝水较难排出，使得整体的排水性能较差，在低温环境下容易结霜。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于汽车热泵空调系统的室外换热器，它结合现有两种室外换热器的结构优点进行重新设计，采用了近似椭圆型的多孔换热管和百叶窗平板翅片，使室外换热器结构紧凑，在做蒸发器或冷凝器之用时都具有较高的换热性能和较低的空气侧阻力，有利于湿工况工作时冷凝水的及时排出；既能保证用于冷凝器工作时的高效换热，又能减少用于蒸发器工作时的结霜风险，能提升热泵空调系统的制热性能和能效比。

为实现上述的目的，本发明采用了以下技术方案。

一种用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其换热单元包含若干排换热管和翅片，所述换热管沿水平方向平行设置，所述翅片为平板结构，其与换热管呈90°夹角沿竖直方向平行布置；其特征在于，在所述翅片上设有呈上下状态排列的、呈近似椭圆形的装配孔，在所述装配孔之间设有若干用于强化空气侧传热的开窗特征；所述换热管的外部截面呈近似椭圆形，换热管内设有内筋，构成多孔结构的冷媒通道；将所述若干排换热管通过所述装配孔进行定位，所述换热管的宽度（TW）小于所述翅片的宽度（FW）。

进一步，所述换热管为1系列或3系列铝合金管，换热管外表面喷锌涂层或钎料钎剂涂层。

进一步，所述换热管中部的高度（TH1）大于侧面的高度（TH2），中部和侧面之间为圆弧型过渡。

进一步，在所述内筋上设有若干用于强化冷媒侧的传热的微型肋片。

进一步，所述换热管外壁的厚度大于内筋的直径。

进一步，所述翅片为由铝箔滚压或冲压成型的结构件，通过调整翅片上的装配孔能调整所述换热管的节距（TP）。

进一步，所述若干排翅片之间的节距（FP）应在翅片装配时进行调整。

进一步，所述换热管与翅片装配之后应通过涨管工艺或者整体钎焊工艺进行固定和加强。

本发明用于汽车热泵空调系统的室外换热器的积极效果是：

（1）采用了近似椭圆型的多孔换热管和百叶窗平板翅片，使室外换热器结构紧凑，在做蒸发器或冷凝器之用时都具有较高的换热性能和较低的空气侧阻力，有利于湿工况工作时冷凝水的及时排出。

（2）换热管挤压成型，结构简单、工艺成熟；翅片用铝箔冲压或滚成型，成型效率高；此外，换热管和翅片的节距调整方便，易于参数调整；使得室外换热器产品的制造效率高、工艺性好、应用的灵活性强。

（3）是适用于热泵空调系统的室外换热器，既能保证用于冷凝器工作时的高效换热，又能减少用于蒸发器工作时的结霜风险，能提升热泵空调系统的制热性能和能效比。

附图说明

图1为本发明用于汽车热泵空调系统的室外换热器的结构示意图。

图2为图1中换热管与翅片的连接关系示意图。

图3为图1的左视图。

图4为换热管不带微型肋片的结构示意图。

图5为本发明用于汽车热泵空调系统的室外换热器实施例2的结构示意图。

图6为翅片的结构示意图。

图7为图5的左视图。

图8为换热管带微型肋片的结构示意图。

图中的标号分别为：

1、换热单元； 11、换热管；

111、冷媒通道； 112、外壁；

113、内筋； 114、微型肋片；

12、翅片； 121、开窗特征；

13、装配孔。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明用于汽车热泵空调系统的室外换热器的具体实施方式，实施中的生产标准遵照现有产品的标准。但是需要指出：本发明的实施不限于以下的实施方式。

一种用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其换热单元1含有多排换热管11、翅片12和装配孔13（参见图1和图5）。所述换热管11沿水平方向平行设置，所述翅片12与换热管11呈90°夹角沿竖直方向平行布置（参见图2）。

所述换热管11的外部截面呈近似椭圆形（参见图4和图8）。将所述换热管11设计为近似椭圆形，使其与圆形换热管相比具有较大的湿周长，换热性能更好。所述换热管11采用1系列或3系列铝合金管，在换热管11的外表面喷有锌涂层或钎料钎剂涂层。呈近似椭圆形的换热管11中部的高度（TH1）大于侧面的高度（TH2）（中部高度（TH1）与侧面高度（TH2）的差值、与换热管11的宽度（TW）的比值为K=(TH1-TH2)/TW），中部和侧面之间为圆弧型过渡（参见图3和图7）。实施中，所述换热管11的宽度（TW）为10～20mm，中部高度（TH1）与侧面高度（TH2）的差值为1.0～2.0mm，K=（TH1-TH2）/TW，tan（3°）<K<tan（10°）；外壁厚度为0.2～0.4mm，内筋113的直径为0.1～0.2mm。

所述换热管11内部为多孔结构，构成冷媒通道111。在所述换热管11内设有内筋113。实施中，可在所述内筋113上再设置若干微型肋片114，所述微型肋片114可用于强化冷媒侧的传热。所述内筋113的直径小于所述换热管11外壁112的厚度。

所述翅片12为平板结构，宽度（FW）为14～24mm，厚度为0.05～0.1mm；采用由铝箔滚压或冲压成型的结构件，所用材料采用3系列铝合金，用于整体钎焊时外表面应包含钎焊层。在所述翅片12上设置呈上下状态排列的、呈近似椭圆形的装配孔13，在所述装配孔13之间设有若干用于强化空气侧传热的开窗特征121（参见图6）。

将所述若干排换热管11通过所述装配孔13进行定位，所述换热管11的宽度（TW）应小于所述翅片12的宽度（FW）（参见图3和图7）：通过调整翅片12上的装配孔13能调整所述换热管11的节距（TP）；实施中，所述换热管11的节距（TP）为6～10mm（参见图2），而相邻两排换热管11之间的间隙（TS）较大能使局部最大的空气流速变低，空气侧阻力减小（参见图3和图7）。此外，所述换热管11中部高两侧低，这样，当室外换热器用作蒸发器工作时，其表面形成的冷凝水在重力的作用下可沿换热管11外壁由中部向两侧迅速排出（参见图3和图7中“冷凝水排出”的路径示意）。

而所述若干排翅片12之间的节距（FP）应在在翅片12装配时进行调整，实施中，所述翅片12的节距（FP）为1.5～3.0mm（参见图2）。所述换热管11与翅片12在装配之后应通过涨管工艺或者整体钎焊工艺进行固定和加强。

所述换热单元1由于换热管11为水平布置，翅片12含有开窗特征121，这与现有平行流结构的冷凝器类似。当所述换热单元1用作冷凝器工作时，其换热性能和阻力特性与现有平行流冷凝器相当。

以下介绍本发明用于汽车热泵空调系统的室外换热器的2个具体实施例。

实施例1

一种用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其换热单元1含有换热管11和翅片12（参见图1），其中，所述换热管11的宽度（TW）为16mm，中部高度（TH1）与侧面高度（TH2）的差值为1.6mm，外壁112厚度为0.3mm，内筋113直径为0.15mm，内筋113上无微型肋片114（参见图4）。所述换热管11采用1系列铝合金挤压成型，在换热管11的外表面喷有锌涂层。

所述翅片12的宽度（FW）为19mm，厚度为0.08mm，节距（FP）为2.2mm（参见图2）。所述翅片12采用3系列铝合金铝箔滚压成型，外表面无钎焊层。

所述换热管11与所述翅片12装配后不进行整体钎焊加强。

实施例2

一种用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其换热单元1含有换热管11和翅片12（参见图5），其中，所述换热管11的宽度（TW）为12mm，中部高度（TH1）与侧面高度（TH2）的差值为1.0mm，外壁112厚度为0.25mm，内筋113直径为0.15mm，内筋113上设有微型肋片114（参见图8）。所述换热管11采用1系列铝合金挤压成型，在换热管11的外表面喷有锌涂层或钎料钎剂涂层。

所述翅片12的宽度（FW）为15mm，厚度为0.06mm，节距（FP）为1.8mm。所述翅片12采用3系列铝合金铝箔滚压成型，外表面含有钎焊层。

所述换热管11与所述翅片12装配后采用整体钎焊加强固定。

Claims

1.一种用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其换热单元（1）包含若干排换热管（11）和翅片（12），所述换热管（11）沿水平方向平行设置，所述翅片（12）为平板结构，其与换热管（11）呈90°夹角沿竖直方向平行布置；其特征在于，在所述翅片（12）上设有呈上下状态排列的、呈近似椭圆形的装配孔（13），在所述装配孔（13）之间设有若干用于强化空气侧传热的开窗特征（121）；所述换热管（11）的外部截面呈近似椭圆形，换热管（11）内设有内筋（113），构成多孔结构的冷媒通道（111）；将所述若干排换热管（11）通过所述装配孔（13）进行定位，所述换热管（11）的宽度小于所述翅片（12）的宽度。

2.根据权利要求1所述的用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其特征在于，所述换热管（11）为1系列或3系列铝合金管，换热管（11）外表面喷锌涂层或钎料钎剂涂层。

3.根据权利要求2所述的用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其特征在于，所述换热管（11）中部的高度大于侧面的高度，中部和侧面之间为圆弧型过渡。

4.根据权利要求3所述的用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其特征在于，在所述内筋（113）上设有若干用于强化冷媒侧的传热的微型肋片（114）。

5.根据权利要求4所述的用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其特征在于，所述换热管（11）外壁（112）的厚度大于内筋（113）的直径。

6.根据权利要求1所述的用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其特征在于，所述翅片（12）为由铝箔滚压或冲压成型的结构件，通过调整翅片（12）上的装配孔（13）能调整所述换热管（11）的节距。

7.根据权利要求1所述的用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其特征在于，所述若干排翅片（12）之间的节距（FP）应在翅片（12）装配时进行调整。

8.根据权利要求1所述的用于汽车热泵空调系统的室外换热器，其特征在于，所述换热管（11）与翅片（12）装配之后应通过涨管工艺或者整体钎焊工艺进行固定和加强。