CN108613438A - 一种具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，包括：壳体，其一端设置有液态制冷剂进口和第一气态制冷剂出口，另一端分别设置有液态制冷剂出口和第二气态制冷剂出口，所述壳体外壁设置有气态制冷剂进口；中心管，其设置在所述壳体内部，所述中心管的一端连通所述第一气态制冷剂出口，另一端连通所述第二气态制冷剂出口；所述中心管外表面沿圆周均匀设置有环形开口；第一挡块，其匹配设置在所述壳体和所述中心管之间；螺旋管组，其缠绕在所述中心管的外壁中部，一端连通所述液态制冷剂出口，另一端贯穿所述第一挡块；本发明提供的套管式换热器其能具备两种工作模式，满足更为复杂工况。

Description

一种具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器。

背景技术

套管式换热器是一种用来提升系统性能的换热器。能够同时使气态和液态制冷剂在其中流动，并使二者换热，同时提高过冷度和过热度，从而改善系统的性能。因为具有结构简单，成本低，提升系统性能的效果较为明显的原因，因此获得了越来越广泛的使用和认可。

在汽车空调领域，套管式换热器可以用来同时提高冷凝器出口制冷剂的过冷度和蒸发器出口处的制冷剂的过热度，因此对于提升骑车空调系统的效率而言是一个很好的选择。同时，其结构简单，占有空间较小。而对于汽车空调系统，尤其是电动汽车热泵空调系统而言，无疑具有重要的优势。因此，在汽车空调领域，它具有很大的优势，尤其是在电动汽车非常火热的现在。

但是现有的套管式换热器的换热空间有限，换热效率较低，工作模式单一。

发明内容

本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其能具备两种工作模式，满足更为复杂工况。

本发明的另一目的是根据具体的结构来调节电磁线圈的通电电流，确保换热器的正常工作。

本发明提供的技术方案为：一种具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，包括：

壳体，其一端设置有液态制冷剂进口和第一气态制冷剂出口，另一端分别设置有液态制冷剂出口和第二气态制冷剂出口，所述壳体外壁设置有气态制冷剂进口；

中心管，其设置在所述壳体内部，所述中心管的一端连通所述第一气态制冷剂出口，另一端连通所述第二气态制冷剂出口；所述中心管外表面沿圆周均匀设置有环形开口；

螺旋管组，其缠绕在所述中心管的外壁中部，一端连通所述液态制冷剂出口，另一端与通所述液态制冷剂入口；

电磁线圈，其套设在所述中心管上；

挡板，其设置在所述中心管内，位于所述电磁线圈和所述环形开口之间；

磁芯，其可滑动地匹配在所述中心管内壁的环形开口处，并且能够在所述环形开口两侧往复滑动；

弹簧，其一端固定连接所述挡板，另一端连接所述磁芯；

其中，当所述电磁线圈通电时，所述磁芯受磁力吸引向所述挡板方向滑动，压缩所述弹簧，所述环形开口与所述第二气态制冷剂出口连通；当所述电磁线圈断电时，所述弹簧伸长，所述磁芯向远离所述挡板方向滑动，所述环形开口与所述第一气态制冷剂出口连通。

优选的是，还包括：

第一挡块，其匹配设置在所述壳体和所述中心管之间，所述第一挡块位于所述挡板和所述环形开口之间

第二挡块，其匹配设置在所述壳体和所述中心管之间，所述第二挡块位于所述气态制冷剂进口和所述第二气态制冷剂出口之间。

优选的是，所述螺旋管组包括第一组螺旋管和第二组螺旋管；所述第一组螺旋管和第二组螺旋管的旋向相反；

所述第一组螺旋管和第二组螺旋管分别包括两根并排的螺旋管。

优选的是，所述挡板设置有多个开孔，并且在所述挡板上中心对称布置。

优选的是，所述螺旋管包括中部螺旋段和两侧的进口段与出口段；

所述进口段穿过所述第一挡块；

所述出口段穿过所述第二挡块。

优选的是，还包括：

环形肋，其设置在所述中心管内壁，所述环形肋位于所述环形开口和所述螺旋段之间；

所述环形肋中心具有开口。

优选的是，所述液态制冷剂进口的数量为2个，所述液态制冷剂进口在所述壳体上对称分布。

优选的是，所述环形开口在所述中心管外壁上以45度角度均匀环形阵列设置。

优选的是，为保证所述环形开口的保持打开状态，对所述电磁线圈通电电流I进行控制：

其中，N为所述电磁线圈的匝数，G为所述磁芯重力，f为所述磁芯与所述中心管内壁摩擦系数，a为所述磁芯与所述挡板的距离，b为所述环形开口与所述挡板的距离，A为结构系数。

优选的是，所述结构系数A满足：

其中，μ为真空磁导率，S为所述电磁线圈截面积，K_f为漏磁系数，δ为气隙长度。

本发明所述的有益效果：1)流通液态制冷剂的管子采用螺旋结构的布置，且每部分螺旋管分别包括两根并排的螺旋管，大大提高了套管式换热器空间的利用率，有效地增大了气液两相制冷剂的换热面积，大大提高换热效率；2)本发明具有两个气态制冷剂出口，通过布置在细管开孔处的电磁截止机构是否通电，即可控制气态制冷剂是否流经中心管，从而影响制冷剂的过冷度和过热度，使其具有两种工作模式；3)根据具体的结构来调节电磁线圈的通电电流，确保换热器的正常工作。

附图说明

图1为本发明所述的套管式换热器整体结构示意图。

图2为本发明所述套管式换热器的右侧视图。

图3为本发明所述的套管式换热器中液态制冷剂流经的螺旋管组的示意图。

图4为本发明所述的套管式换热器中心管中气态制冷剂流经的中心管示意图。

图5为本发明所述的套管式换热器中中心管上的环形开口结构示意图。

图6为中心管中右侧的环形肋结构示意图。

图7为中心管中左侧的挡板结构示意图。

图8为中心管中的电磁截止机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明的所述的套管式换热器包括壳体110，其一端设置有两个液态制冷剂进口111和112，以及中心处的第一气态制冷剂出口125，另一端分别设置有液态制冷剂出口113和第二气态制冷剂出口122，壳体110外壁设置有气态制冷剂进口115。中心管120设置在壳体110内部，中心管120的一端连通第一气态制冷剂出口125，另一端连通第二气态制冷剂出口122。中心管120外表面沿圆周设置有环形开口126。在壳体110和中心管120之间的腔体两侧设置有第一挡块130和第二挡块170，挡块的内壁套设在中心管120外壁，挡块的外壁固定贴合在壳体110内壁，将腔体分为三个部分。气态制冷剂进口115位于第一挡块130和第二挡块170之间。螺旋管组160，其缠绕在中心管120的外壁中部，两端分别贯穿第一挡块130和第二挡块170，通过两侧腔体分别与液态制冷剂出口113以及液态制冷剂进口111和112连通。电磁线圈121，其套设在中心管120上，位于第一气态制冷剂出口125与第一挡块130之间；档板123，其设置在中心管120内，位于电磁线圈121和第一挡块130之间，所述挡板上设置有开孔；磁芯150，其可滑动地匹配在中心管120内壁，磁芯150通过弹簧140与挡板123中心固连，磁芯150能在环形开口126两侧往复滑动，以此交替打开左右两侧通道。

本发明所述的套管式换热器的左视图如图2所示，可以看出，液态制冷剂进口111和112布置在壳体16的左侧壁面上，并呈中心对称分布，从而保证了液态制冷剂能够有一个较为均匀的流量分配。

本发明所述的套管式换热器中螺旋管组160的结构如图3所示。主要包括旋向相反的第一组螺旋管161和第二组螺旋管162组成。且第一组螺旋管161和第二组螺旋管162都分别由两根并排的螺旋管构成。每个螺旋管都由中间的螺旋段163和两侧的进口段164和出口端165构成，进口段164贯穿第一挡块130，出口段164贯穿第二挡块170，分别与左右侧的腔体连通。采用这种布置方式，可以高效的利用套管式换热器内部的空间，增大气态制冷剂和液态制冷剂的换热面积，从而提升套管式换热器的换热效率。

本发明所述的中心管120的结构如图4所示。中心管120为长的圆直管，并在靠左的位置开设有一系列的环形开口126，以使得气态制冷剂能够通过这些孔进入到中心管120中。环形开口126如图5所示，其开设在中心管120的壁面上，以45度角度进行均匀的环形阵列，从而使得气态制冷剂能够均匀的流入到中心管中。

环形肋124设置在中心管120内壁，中心设有开口，如图6所示，环形肋124中心部分可供气态制冷剂流过。环形肋124设置在进口段164对应的中心管120内壁上，位于环形开口126的右侧。环形肋124同时具有对于磁芯150的限位作用。挡板123如图7所示，挡板123具有四个中心对称的开孔以确保气态制冷剂流动的均匀。中心圆处用来安装弹簧140。挡板123焊接在中心管120内壁上。

本发明所述的套管式换热器在工作时，液态制冷剂通过两个液态制冷剂进口111和112进入到套管式换热器中，并通过第一挡块130与壳体110之间的腔体，进入到螺旋管组160中。随后与套管式换热器中的气态制冷剂进行换热，以增大其过冷度。随后通过第二挡块170与右侧壳体110之间的腔体并最终通过第二液态制冷剂出口122排出套管式换热器，从而结束其在套管式换热器中的流程。

本发明所述的套管式换热器在工作时，气态制冷剂通过套管式换热器侧壁面上的气态制冷剂进口115进入到套管式换热器中。随后在中心管120与内侧壳体110之间的腔体内流动，并与螺旋形管组160内的液态制冷剂换热以增大过热度。

本发明所述的套管式换热器在工作时，在中心管120与内侧壳体110之间的腔体内与液态制冷剂换热的气态制冷剂通过中心管120上的环形开口126进入到中心管120中。

进入中心管120中的气态制冷剂可以通过控制电磁线圈121是否通电的方式选择不同的流道。当电磁线圈121不通电的时候，没有电磁力，磁芯150因为弹簧140的作用会堵住中心管120内的环形肋124上的开口。气态制冷剂通过第一气态制冷剂出口125流出套管式换热器壳体，此时这部分气态制冷剂不流经中心管120位于套管式换热器中间的部分，因此此时套管式换热器所能造成的气态制冷剂的过热度和液态制冷剂的过冷度较低。当电磁线圈121通电的时候，磁芯150会因为受到电磁造成的吸引力的原因被吸附到中心管120一侧的挡板123处，并堵住挡板123上的开孔。气态制冷剂通过第二液态制冷剂出口122流出套管式换热器壳体，在此过程中，这部分气态制冷剂需要流经中心管120，并与螺旋管组160中的气态制冷剂换热并进一步增加过热度，同时也增大了液态制冷剂的过冷度。

为保证所述环形开口126的保持打开状态，在挡板123上设置有红外传感器，实时测试磁芯150与挡板123的距离，并传输至控制中心，控制中心控制电磁线圈121的通电情况，同时控制中心通过接收到的信息和换热套管的结构特征数据来计算通电电流。电磁线圈121通电电流I进行控制：

其中，N为电磁线圈121的匝数，G为磁芯150重力，单位N，f为磁芯150与中心管120内壁摩擦系数，a为磁芯150与挡板123的距离，单位cm，b为所述环形开口与所述挡板的距离，单位cm，e为自然对数底数，A为结构系数。

优选的是，所述结构系数A满足：

其中，μ为真空磁导率，μ＝4π×10^-7，S为所述电磁线圈截面积，单位m²，K_f为漏磁系数，一般为1.2-5.0，δ为气隙长度单位m。

发明所述的套管式换热器中心管中电磁截止机构如图8所示，其中磁芯150通过弹簧140连接在第一挡块130上，并由于弹性力的作用紧紧顶住环形肋124的开口，使得此时气态制冷剂不能通过。同时在第一挡块130的左边位置，中心管120的左侧外圈缠绕有电磁线圈121，电磁线圈121选用耐制冷剂侵蚀的材质构成。通过控制电磁线圈121是否通电，即可控制磁芯150堵住中心管120上环形开口126左侧或右侧的中心管120中的通道，使气态制冷剂从另外一侧流过，从而控制制冷剂在此处的流向。当电磁线圈121不通电时，磁芯150因为弹簧140的作用堵住环形肋124上的开口，此时气态制冷剂从中心管120左侧流出，此时气态制冷剂过热度和液态制冷剂过冷度较小。当电磁线圈121通电时，磁芯150由于磁力的作用堵住左侧的挡板123上的开孔，气态制冷剂此时由中心管120右侧流出，此时气态制冷剂过热度和液态制冷剂过冷度较大。因此使得此套管式换热器具有两种工作模式。

对于本发明所述的套管式换热器，可以通过一定的调整，使得其具有的两种工作模式适用于两种较为常见的工况，从而使得此套管式换热器能够满足更为广泛的需求。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其特征在于，包括：

壳体，其一端设置有液态制冷剂进口和第一气态制冷剂出口，另一端分别设置有液态制冷剂出口和第二气态制冷剂出口，所述壳体外壁设置有气态制冷剂进口；

中心管，其设置在所述壳体内部，所述中心管的一端连通所述第一气态制冷剂出口，另一端连通所述第二气态制冷剂出口；所述中心管外表面沿圆周均匀设置有环形开口；

螺旋管组，其缠绕在所述中心管的外壁中部，一端连通所述液态制冷剂出口，另一端与通所述液态制冷剂入口；

电磁线圈，其套设在所述中心管上；

挡板，其设置在所述中心管内，位于所述电磁线圈和所述环形开口之间；

磁芯，其可滑动地匹配在所述中心管内壁的环形开口处，并且能够在所述环形开口两侧往复滑动；

弹簧，其一端固定连接所述挡板，另一端连接所述磁芯；

其中，当所述电磁线圈通电时，所述磁芯受磁力吸引向所述挡板方向滑动，压缩所述弹簧，所述环形开口与所述第二气态制冷剂出口连通；当所述电磁线圈断电时，所述弹簧伸长，所述磁芯向远离所述挡板方向滑动，所述环形开口与所述第一气态制冷剂出口连通。

2.根据权利要求1所述的具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其特征在于，还包括：

第一挡块，其匹配设置在所述壳体和所述中心管之间，所述第一挡块位于所述挡板和所述环形开口之间

第二挡块，其匹配设置在所述壳体和所述中心管之间，所述第二挡块位于所述气态制冷剂进口和所述第二气态制冷剂出口之间。

3.根据权利要求2所述的具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其特征在于，

所述螺旋管组包括第一组螺旋管和第二组螺旋管；所述第一组螺旋管和第二组螺旋管的旋向相反；

所述第一组螺旋管和第二组螺旋管分别包括两根并排的螺旋管。

4.根据权利要求2所述的具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其特征在于，

所述挡板设置有多个开孔，并且在所述挡板上中心对称布置。

5.根据权利要求2所述的具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其特征在于，

所述螺旋管包括中部螺旋段和两侧的进口段与出口段；

所述进口段穿过所述第一挡块；

所述出口段穿过所述第二挡块。

6.根据权利要求3所述的具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其特征在于，还包括：

环形肋，其设置在所述中心管内壁，所述环形肋位于所述环形开口和所述螺旋段之间；

所述环形肋中心具有开口。

7.根据权利要求6所述的具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其特征在于，

所述液态制冷剂进口的数量为2个，所述液态制冷剂进口在所述壳体上对称分布。

8.根据权利要求1所述的具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其特征在于，

所述环形开口在所述中心管外壁上以45度角度均匀环形阵列设置。

9.根据权利要求1所述的具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其特征在于，为保证所述环形开口的保持打开状态，对所述电磁线圈通电电流I进行控制：

其中，N为所述电磁线圈的匝数，G为所述磁芯重力，f为所述磁芯与所述中心管内壁摩擦系数，a为所述磁芯与所述挡板的距离，b为所述环形开口与所述挡板的距离，A为结构系数。

10.根据权利要求9所述的具有两种工作模式的汽车空调用套管式换热器，其特征在于，所述结构系数A满足：

其中，μ为真空磁导率，S为所述电磁线圈截面积，K_f为漏磁系数，δ为气隙长度。