CN107975982A - 一种多流路热交换器、分流调节方法及冷媒循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多流路热交换器、分流调节方法及冷媒循环系统，将多个流路入口处的节流元件相互交叉固定在其它流路的出口位置，以将流路内工质换热后的温度交叉反馈给不同流路的节流元件，由节流元件感受不同流路内工质换热后的温度，进而调节串接有该节流元件的流路内的工质流量，最终使各流路的工质换热后的出口温度趋于一致。本发明可以使热交换器内各流路供液与换热能力实现动态平衡，进而可以满足任意变化的工况，提高热交换器换热效率和换热能力。

Description

一种多流路热交换器、分流调节方法及冷媒循环系统

技术领域

本发明涉及一种空气调节设备，特别涉及一种安装在空气调节设备中的多流路热交换器，同时涉及该多流路热交换器的分流调节方法及包括有该多流路热交换器的冷媒循环系统。

背景技术

在制冷、空调和热泵热水设备中，为了提高蒸发器的换热效率，一般会采用多流路的结构设计，由节流元件流出的低温低压的制冷剂从多个流路同时进入蒸发器进行热交换。

为了给蒸发器内各流路分配制冷剂，在蒸发器的入口处安装有一分流器，分流器的入口与节流元件的出口连接，分流器具有多个出口，多个出口分别连接蒸发器的多个流路的入口，而且在分流器的每个出口与蒸发器的各流路的入口之间还串接有毛细管。现有技术中的蒸发器一般是通过调节各个毛细管的长度和内径尺寸，来调整各制冷剂流路中的制冷剂流量，以保证蒸发器各流路的热交换量均衡，确保热交换器各流路出口温度一致，进而提高蒸发器热交换的效率。如专利号为201120378645.0及201510650057.0中公开的制冷装置，都是通过调节各个毛细管的长度和内径尺寸来调节蒸发器各个流路的制冷剂流量配比。

现有技术中公开的结构和调节方法虽然可以在设计时即精确控制各流路的制冷剂流量配比，但存在制造成本高、结构设计及调试所需时间长的缺点，而且结构设计时，只能以额定工况为基准进行调试，毛细管的长度也仅能保证在额定工况下各流路的换热量均衡，如在实际运行过程中出现变工况的情况时，各流路分配的制冷剂会不断发生变化，就会出现部分流路制冷剂不足，另一部分流路内制冷剂偏多的情况，造成蒸发器各流路内制冷剂流量配比不均衡，使蒸发器换热面积不能充分利用，从而使蒸发器换热量不足和系统制冷效率降低。

发明内容

本发明要觖决的技术问题是，提供一种可以使热交换器内各流路供液与换热能力实现动态平衡，进而可以满足任意变化的工况，提高热交换器换热效率和换热能力的多流路热交换器，同时提供一种多流路热交换器的分流调节方法及具有该多流路热交换器的冷媒循环系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种多流路热交换器，包括多个供工质流动的流路，在每个流路的入口处连接有节流元件，各流路入口处的节流元件相互交叉安装在其它流路的出口位置用以与其它流路内的工质进行热交换。

进一步，所述节流元件为毛细管。

进一步，所述毛细管缠绕或贴敷固定在所述流路出口处的换热管上。

进一步，所述毛细管贴敷固定在所述流路位于出口位置的换热翅片上。

进一步，多个节流元件依次按顺序交叉连接在下一个流路的出口位置。

本发明的另一个技术方案是：

一种多流路热交换器的分流调节方法，将多个流路入口处的节流元件相互交叉固定在其它流路的出口位置，以将流路内工质换热后的温度交叉反馈给不同流路的节流元件，由节流元件感受不同流路内工质换热后的温度，进而调节串接有该节流元件的流路内的工质流量，最终使各流路的工质换热后的出口温度趋于一致。

本发明的再一个技术方案是：

一种冷媒循环系统，包括压缩机、冷凝器、主节流元件和蒸发器，所述蒸发器采用如权利要求1-6任一项所述的多流路热交换器。

进一步，在所述蒸发器与主节流元件之间连接有一分配器，所述分配器具有多个出口，每个出口通过管路对应与蒸发器多个流路的入口连接。

进一步，冷媒循环系统为热泵热水器、空调器及冷藏设备。

综上所述，本发明提供的一种多流路热交换器、分流调节方法及冷媒循环系统，，与现有技术相比，具有如下优点：

(1)利用交叉设置的节流元件感受不同流路内工质换热后的温度，并进而调节各流路内工质的流量，保证各流路内的换热量均衡，使热交换器内各流路的供液与换热能力实现动态平衡，最终使各流路的出口温度趋于一致，解决了在变工况状态下多个流路间冷媒工质流量分配不均匀的问题，该热交换器可以满足任意变化工况的运行要求。

(2)由节流元件是通过冷媒工质本身的物理特性自动调整并进而实现各流路的供液与换热能力的动态平衡，不但控制方式更为简单，而且使热交换器的换热能力被充分利用，大幅提高了热交换器的换热效率，也提高了空气调节系统的可靠性。

(3)由于节流元件可以实时地根据冷媒工质的蒸发情况调节工质的流量，使得节流元件在最初设计时可以简化设计，不但降低了设计和调试的难度，减少了设计和调试的时间，降低设计成本，也可以简化生产工艺，进而降低制造成本。

附图说明

图1是本发明多流路热交换器结构示意图。

如图1所示，压缩机1，冷凝器2，主节流元件3，蒸发器4，储水箱5，分配器6，流路7，节流元件8。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明提供的一种冷媒循环系统，为热泵热水器系统，包括由压缩机1、冷凝器2、主节流元件3和蒸发器4组成的工质循环回路。其中，主节流元件3采用电子膨胀阀，为一级节流元件，冷凝器2安装在一个储水箱5内，与储水箱5内的水进行热交换，在制冷的同时利用冷凝器2中高温冷媒工质的热量加热储水箱5内的水供使用者使用。该冷媒循环系统也可以为空调器和冰箱、冷柜等冷藏设备，仅由压缩机1、冷凝器2、主节流元件3和蒸发器4组成工质循环回路。

为了提高换热效率，蒸发器4采用多流路热交换器，一般可以根据需要采用2-6个流路7，各流路7的大小及换热面积可以相同也可以不相同，为了使蒸发器7各流路7内的工质流量更易于控制，充分发挥蒸发器4的换热能力，优选蒸发器4各流路7的换热面积相同。在主节流元件3与蒸发器4的入口之间连接有分配器6，分配器6用于给蒸发器4的各流路7分配冷媒，分配器6的入口与主节流元件3的出口连接，分配器6具有多个出口，多个出口与蒸发器4的多个流路7的入口通过管路对应连接。经过主节流元件3节流后的低温低压的冷媒工质在分配器6的分流作用下，经过分配器6的多个出口同时流出，并分别通过管路进入蒸发器4的多个流路7内，冷媒工质在各流路7内同时吸热蒸发，蒸发后的气态冷媒工质从蒸发器4多个流路7的出口流出并经汇总后流回压缩机1。

如图1所示，上述蒸发器4采用了本发明提供的一种多流路热交换器，在蒸发器4的每个流路7的入口处均连接有一个节流元件，节流元件优选采用毛细管8，毛细管8串接在分配器6的出口与蒸发器4各流路7入口之间的管路上。该毛细管8作为二级节流元件，经过主节流元件3节流后的冷媒在进入蒸发器4之前经过毛细管8再次进行节流。

本实施例中，蒸发器4的各流路7入口处的毛细管8相互交叉安装在不同流路7的出口位置，使得每个毛细管8都可以感受到不同流路7内工质换热后的温度，即将流路7内工质换热后的温度交叉反馈给不同流路的毛细管8，并依此调节串接有该毛细管8的流路7内冷媒工质的流量，最终使各流路的工质换热后的出口温度趋于一致。

具体为，当某一流路7内的冷媒工质流量减小时，该流路7内的冷媒会过度吸热，使得其冷媒在换热后的温度过热，安装在该流路7出口位置的毛细管8感受到冷媒过高的温度后，会加速毛细管8内冷媒工质的蒸发，由于气态冷媒的流速小于液态冷媒的流速，在毛细管8内的冷媒吸热蒸发后，气态冷媒的量增加，使得毛细管8内的冷媒流速减缓，进而降低了串接有该毛细管8的流路7内的冷媒工质的流量，进而起到调节流路7内冷媒工质流量的作用，并最终使各流路7的出口温度趋于一致，使得各流路7的供液与换热能力实现动态平衡。

毛细管8可以直接缠绕或贴敷固定在流路7出口处的换热管上，这样可以更直接地感知流路7出口处换热管内冷媒工质的温度。毛细管8也可以贴敷固定在流路7位于出口位置的换热翅片上，通过毛细管8感知换热翅片的温度，进而间接感知冷媒换热蒸发后的温度。

毛细管8可以安装在其它任意一个流路7的出口位置，为了能够更合理地调节每个流路7内的冷媒工质流量，同时使得制造时工艺简单化，本实施例中，优选如图1所示，从第一个流路7开始按顺序依次交叉连接下一个流路7的毛细管8，最后一个流路7的出口处安装第一个流路7入口处的毛细管8。

如图1所示，以蒸发器4具有三个流路7为例，三个流路7分别为7A、7B、7C，在三个流路7A、7B、7C的入口分别串接有毛细管8a、8b、8c，流路7A的出口位置安装毛细管8b，流路7B的出口位置安装毛细管8c，流路7C的出口位置安装毛细管8a。如果流路7超过三个，也依此类推。如蒸发器4具有四个流路7，四个流路7分别为7A、7B、7C、7D，在四个流路7A、7B、7C、7D的入口分别串接有毛细管8a、8b、8c、8d，流路7A的出口位置安装毛细管8b，流路7B的出口位置安装毛细管8c，流路7C的出口位置安装毛细管8d，流路7D的出口位置安装毛细管8a。

工作过程如下(以蒸发器4具有三个流路7为例说明)：

1、假若：在运行工况变化，使得流路7A内的冷媒工质流量减少时，流路7A内的冷媒换热后会产生过热现象，使流路7A的出口处温度过高，此时，由于流路7A内的冷媒工质流量减少，使得流路7B、流路7C内的冷媒流量相应增加，进而使得流路7B、流路7C内的冷媒蒸发不充分，造成流路7B、流路7C的出口处温度过低。

则，安装在流路7A出口处的毛细管8b感受较高的温度，使得毛细管8b内的冷媒蒸发，毛细管8b内的冷媒流速减缓，进而使得流路7B内的冷媒流量变小，流路7B内由于冷媒流量减小造成冷媒热后会产生过热，进一步使得流路7B的出口处温度过高，以致于装在流路7B出口处的毛细管8c感受较高的温度，使得毛细管8c内的冷媒蒸发，毛细管8c内的冷媒流速减缓，进而使得流路7C内的冷媒流量变小，流路7C内由于冷媒流量减小造成冷媒热后会产生过热，进一步使得流路7C的出口处温度过高。这样流路7A、7B、7C的出口温度均偏高，且趋于一致。

三个流路7A、7B、7C的出口温度均偏高，汇总会的气态冷媒温度也会偏高，这时可以通过检测汇总管的冷媒温度，并依此控制即增加主节流元件3的开度，增加向蒸发器4的总供液量，用以降低蒸发后冷媒工质的温度，使温度处于正常的工作范围内。

2、假若：在运行工况变化，使得流路7A、流路7B内的冷媒工质流量均减少，流路7A、流路7B内的冷媒换热后会均产生过热现象，使流路7A、流路7B的出口处温度过高，此时，由于流路7A、流路7B内的冷媒工质流量均减少，使得流路7C内的冷媒流量相应增加更多，进而使得流路7C内的冷媒蒸发更加不充分，造成流路7C的出口处温度过低。

则，安装在流路7A、7B出口处的毛细管8b、8c感受较高的温度，使得毛细管8b、8c内的冷媒流速减缓，进而使得流路7B、7C内的冷媒流量变小，由于流路7B内的冷媒流量本身就已减少，这样使得流路7B内的冷媒流量更加减少，其出口温度更加高，毛细管8c感受到更高的温度，其内的冷媒更加快速蒸发，进而使得流路7C内的冷媒流量快速减少，最终加速流路7C的过热，使得流路7A、7B、7C的出口温度均偏高，且趋于一致。

本发明多流路热交换器采用交叉换热的分流结构，通过多路毛细管8与不同流路7出口处的换热管交叉换热，将各流路7换热效果直接反馈给供液毛细管8来控制通过毛细管8的冷媒工质流量，解决了蒸发器4多个流路间冷媒工质流量分配不均匀的问题，保证各流路内的换热量均衡，使热交换器内各流路的供液与换热能力实现动态平衡，最终使各流路的出口温度趋于一致，该热交换器可以满足任意变化工况的运行要求。同时，由于毛细管8是通过冷媒工质本身的物理特性自动调整进而实现各流路7的供液与换热能力的动态平衡，不但控制方式更为简单，而且使热交换器的换热能力被充分利用，大幅提高了热交换器的换热效率，也提高了空气调节系统的可靠性。

各个流路7入口处的毛细管8长度和内径与不同流路7的大小和换热面积相对应，如果蒸发器4的多个流路7的大小和换热面积相同，即不同流路7之间采用相同数量的换热管及换热翅片，这样多个毛细管8可以选择长度相同、内径相同的结构。如果不同流路7的大小和换热面积不同，则各毛细管8的长度与相应的流路7大小和换热面积呈反比，即流路7的换热面积越大，串接的毛细管8越短。

由于毛细管8是通过反馈的不同流路内冷媒换热后的温度并进而通过冷媒工质本身的物理特性进行自动调整流路内的工质流量，使得毛细管在最初设计时可以简化设计，不需要精确设计和调试出毛细管8的长度，因此不需要如现有技术一样反复调试毛细管的长度，以达到实现各流路换热量均衡的目的，本发明可以明显减少设计和调试的时间，进而降低设计成本，同时可以简化生产工艺，降低制造成本。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种多流路热交换器，包括多个供工质流动的流路，在每个流路的入口处连接有节流元件，其特征在于：各流路入口处的节流元件相互交叉安装在其它流路的出口位置用以与其它流路内的工质进行热交换。

2.根据权利要求1所述的一种多流路热交换器分流结构，其特征在于：所述节流元件为毛细管。

3.根据权利要求2所述的一种多流路热交换器分流结构，其特征在于：所述毛细管缠绕或贴敷固定在所述流路出口处的换热管上。

4.根据权利要求2所述的一种多流路热交换器分流结构，其特征在于：所述毛细管贴敷固定在所述流路位于出口位置的换热翅片上。

5.根据权利要求1所述的一种多流路热交换器分流结构，其特征在于：多个节流元件依次按顺序交叉连接在下一个流路的出口位置。

6.一种多流路热交换器的分流调节方法，其特征在于：将多个流路入口处的节流元件相互交叉固定在其它流路的出口位置，以将流路内工质换热后的温度交叉反馈给不同流路的节流元件，由节流元件感受不同流路内工质换热后的温度，进而调节串接有该节流元件的流路内的工质流量，最终使各流路的工质换热后的出口温度趋于一致。

7.一种冷媒循环系统，包括压缩机、冷凝器、主节流元件和蒸发器，其特征在于：所述蒸发器采用如权利要求1-5任一项所述的多流路热交换器。

8.根据权利要求7所述的一种冷媒循环系统，其特征在于：在所述蒸发器与主节流元件之间连接有一分配器，所述分配器具有多个出口，每个出口通过管路对应与蒸发器多个流路的入口连接。

9.根据权利要求7所述的一种冷媒循环系统，其特征在于：冷媒循环系统为热泵热水器、空调器及冷藏设备。