CN109323487A - 一种耐高压气体冷却器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高压气体冷却器，包括入口集液管、出口集液管、制冷剂通道和翅片，入口集液管与出口集液管之间设有多个彼此独立的制冷剂通道，每个制冷剂通道由直管和U形连接管构成，垂直直管方向平行设置多个翅片，其特征在于，入口集液管、出口集液管和制冷剂通道为不锈钢材质；直管的管外径范围为4.8mm‑5.2mm；直管的壁厚为0.5mm‑0.6mm；每个翅片中设有一个或多个冷桥缝隙，冷桥缝隙的方向垂直于制冷剂流向。本发明通过不锈钢材质的制冷剂通道以及布置在翅片上的冷桥缝隙，减小气体制冷器的重量同时提升空调的制冷性能。因此，本发明具有节省空间降低能耗的显著特点。
Description
技术领域
本发明涉及轨道车辆空调领域，更具体地，涉及一种耐高压气体冷却器。
背景技术
目前轨道车辆空调使用的制冷剂大多数为R407C和R410A，作为过渡制冷剂，它们ODP值为0，但是GWP值仍然很高，大量的排放到大气中会加剧温室效应。《蒙特利尔议定书》基加利修正案，规定各国最终实现HFCs基线水平80％-85％的削减，这意味着R407c，R410a等HFCs类物质即将被替代。德国铁路运营巨人Deutsche Bahn号召供应商开发以自然工质为制冷剂的空调机组，DB目标是2020年在新车上全部使用自然工质空调。CO2作为自然工质，具有环境友好、单位制冷量大、制取成本低、传热效果好等明显的优势，这些优势也使得它成为世界各国科学家研究的焦点，很有可能成为下一代制冷剂。
以CO2为冷媒的空调系统很明显的一个特点就是运行压力非常高，高压端设计使用压力不低于14Mpa左右，这对于换热器等管路系统部件都提出了很高的要求。轨道车辆空调的空间有限，换热量要求很高，运行环境比较复杂，尤其涉及到高速轨道车辆时对于部件重量的限制也很严格。
经过对现有技术检索发现，现在铝制微通道换热器是比较常见的用于CO2空调的气体冷却器，但是铝材耐压性能较差，而且轨道车辆的复杂环境很容易使其发生腐蚀等现象。
现有技术还有铜管铝翅片换热器，包括入口集液管和出口集液管，入口集液管和出口集液管之间和为了使其承压能力高，采用5mm以下管径的铜管，这种铜管的管壁较厚，管内气体换热面积减小，为了达到换热要求，必然造成体积过大以及重量较重。因此，迫切需要提高换热效率的装置或方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种耐高压气体冷却器，从多个方面优化，不仅提高换热效率，而且达到减小气体冷却器重量的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种耐高压气体冷却器，包括入口集液管、出口集液管、制冷剂通道和翅片，入口集液管与出口集液管之间设有多个彼此独立的制冷剂通道，每个制冷剂通道由直管和U形连接管构成，垂直直管方向平行设置多个翅片，其特征在于，
入口集液管、出口集液管和制冷剂通道为不锈钢材质；直管的管外径范围为4.8mm-5.2mm；直管的壁厚为0.5mm-0.6mm；
每个翅片中设有一个或多个冷桥缝隙，冷桥缝隙的方向垂直于制冷剂流向。
进一步地，所述冷桥缝隙的宽度为2mm～5mm。
进一步地，缩短单个制冷剂通道的流程长度，增加制冷剂通道的数量。
进一步地，所述单个制冷剂通道的流程长度缩短40％～60％。
进一步地，所述入口集液管、出口集液管和制冷剂通道采用电泳处理。
进一步地，所述翅片为垂直翅片或波纹翅片。
进一步地，所述翅片为铝材质，且采用电泳处理。
从上述技术方案可以看出，本发明通过针对高压气体制冷剂(例如CO2跨临界气体冷却器)的高压特点，以及轨道车辆对重量的要求，采用了不锈钢的材料，并对不锈钢材质管道的壁厚和管径进行了详细研究，以获得能够适应高压气体制冷剂压强的需求的不锈钢管路，另外，在降低重量的基础上又进一步增加了冷桥缝隙和/或多流道短流程的设计，在不增加换热器体积下提高换热效率，提升空调的制冷性能。
附图说明
图1是本发明一具体实施例中的气体冷却器的主视图；
图2是图1所示气体冷却器的左视图；
图3是图1所示气体冷却器的右视图；
图4是常规制冷剂用冷凝器的结构示意图；
图5是沿图1中A-A截面的结构示意图；
图6是图5中的一条制冷剂通道的结构示意图；
图7是图5中的翅片的部分结构示意图；
图中1是钣金支持件，2制冷剂通道，是3是直管，4是连接管，5是入口集液管、6是出口集液管，7是冷桥缝隙，8是U形连接管，9是翅片，10是通孔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
实施例一
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1～3。如图所示，一种耐高压气体冷却器，包括入口集液管、出口集液管、制冷剂通道和翅片，入口集液管与出口集液管之间设有多个彼此独立的制冷剂通道，每个制冷剂通道由直管和U形连接管构成，垂直直管方向平行设置多个翅片。该排列方式，使每换热排中的直管中的冷却剂的流向呈交叉逆流，增大换热效率。出、入口集液管起到换热器进出口制冷剂分配的作用，连接管与空调管路系统相连。
本发明对入口集液管、出口集液管和制冷剂通道的材质进行了改进，优选为不锈钢材质。为了保证不锈钢管能够适应CO2空调的10MPa以上的压力，同时确保换热效率，通过模拟计算，优选地，直管的管外径范围为4.8mm-5.2mm；直管的壁厚为0.5mm-0.6mm。从性能上讲，不锈钢管的导热性能要比铜管的差，但是不锈钢管的管壁薄，综合考虑管两侧的对流换热热阻，以高压CO2气体为制冷剂，使用不锈钢管换热器其热阻与铜管换热器的热阻没有明显差别，但使用不锈钢管换热器其重量和可靠性都有明显的优势，相比同等级换热量的冷凝器，总重量降低15％，其爆破压力可以做到42Mpa，远高于铜管翅片换热器的承压能力。目前使用同等级的铜管气体冷却器重量为33kg，而本发明的气体冷却器仅重28kg。
为了避免不锈钢材质生锈，可以采用电泳处理方式进行处理。
为了提高换热效率，参考图5和图7，本发明采用分割翅片，翅片中间预留一个或多个几毫米的冷桥缝隙，冷桥缝隙的方向垂直于制冷剂流向。冷桥缝隙可以切断冷桥，避免制冷剂侧较大的温度滑移影响制冷剂流动下游的换热效果，并且能够增大制冷剂出口的过冷度，提升空调的制冷性能，通过这种方式可以使气体冷却器的性能提升5％-10％。优选地，冷桥缝隙的宽度为2毫米～5毫米。
为了进一步降低气体冷却器的整体重量，优选地，翅片的材质也为铝材料，且经电泳处理。翅片形状可以为现有技术的任何翅片，例如可以为垂直翅片或波纹翅片。
实施例二
与实施例一不同的在于，实施例二在实施例一的基础上采用缩短单个制冷剂通道的流程长度、增加制冷剂通道的数量的设计方法进一步提高换热效率，降低了制冷剂气体的流程损失。具体实现方式有两种。
第一种方式，参考图5，和图4相比，图5中每个制冷剂通道中包含的直管的数量减少一倍，相应的，制冷剂通道的数量增加一倍，该种方式，在保证整体尺寸不变的情况下，提高了换热效率。
第二种方式，和图4相比，每个制冷剂通道中包含的直管的数量不变，通过缩短直管的长度缩短单个制冷剂通道的流程长度，同时，增加制冷剂通道的数量，即通过缩短气体冷却器的宽度，以及增加气体冷却器的高度的方式，在相同体积下，提高了换热效率。
在上述两种方式中，单个制冷剂通道的流程长度优化缩短40％～60％。如此，制冷剂整体的流动阻力会减小40％-50％，对空调系统的整体制冷效果有积极的影响。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种耐高压气体冷却器，包括入口集液管、出口集液管、制冷剂通道和翅片，入口集液管与出口集液管之间设有多个彼此独立的制冷剂通道，每个制冷剂通道由直管和U形连接管构成，垂直直管方向平行设置多个翅片，其特征在于，
入口集液管、出口集液管和制冷剂通道为不锈钢材质；直管的管外径范围为4.8mm-5.2mm；直管的壁厚为0.5mm-0.6mm；
每个翅片中设有一个或多个冷桥缝隙，冷桥缝隙的方向垂直于制冷剂流向。
2.根据权利要求1所述的耐高压气体冷却器，其特征在于，所述冷桥缝隙的宽度为2mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的耐高压气体冷却器，其特征在于，缩短单个制冷剂通道的流程长度，增加制冷剂通道的数量。
4.根据权利要求3所述的耐高压气体冷却器，其特征在于，所述单个制冷剂通道的流程长度缩短40％～60％。
5.根据权利要求1所述的耐高压气体冷却器，其特征在于，所述入口集液管、出口集液管和制冷剂通道采用电泳处理。
6.根据权利要求1所述的耐高压气体冷却器，其特征在于，所述翅片为垂直翅片或波纹翅片。
7.根据权利要求1所述的耐高压气体冷却器，其特征在于，所述翅片为铝材质，且采用电泳处理。
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