CN110285603B - 热交换器和使用其的制冷系统 - Google Patents

Abstract

一种热交换器，其包括：用于从外部导入和排出制冷剂的一对集管流路(8、9)；设于一对集管流路(8、9)之间的多个传热流路(7a、7b)；和设于一对集管流路(8、9)各自与多个传热流路(7a、7b)之间的连接流路(11)。连接流路(11)的开口(14)设于一对集管流路(8、9)中的与连接流路(11)连接的集管流路(8)的下部。

Description

热交换器和使用其的制冷系统

技术领域

本发明涉及一种热交换器和使用其的制冷系统。特别是涉及一种利用多个传热流路将一对集管流路之间连接的、板翅片层叠型的热交换器和使用其的制冷系统。

背景技术

一般而言，空气调节机使经压缩机压缩后的制冷剂在冷凝器和蒸发器等的热交换器中循环，与热交换流体进行热交换来进行供冷和供暖。作为空气调节机的性能和节能特性被热交换器的热交换效率大幅左右。因此，热交换器被强烈要求高效率化。

作为制冷系统的热交换器，一般情况下使用翅片组中贯通传热管而构成的翅片管型热交换器。通过实现传热管的细径化而推进热交换效率的提高和小型化。

但是，由于传热管的细径化存在一定的限度，所以热交换效率的提高和小型化越来越接近极限。

另一方面，作为用于交换热能的热交换器，已知一种将具有流路的板翅片层叠起来构成的板翅片层叠型热交换器。

板翅片层叠型热交换器在流动于在板翅片中形成的流路的流体与流动于所层叠的板翅片之间的流体之间进行热交换。板翅片层叠型热交换器在车辆用的空气调节机等中被广泛使用(参照专利文献1：日本注册实用新型第3192719号公报)。

发明内容

本发明提供一种在传热流路组中能够将制冷剂以更加平均的方式进行分配，抑制热交换不均，提高了热交换效率的热交换器和使用其的节能性能高的制冷系统。

本发明的热交换器包括：用于从外部导入和排出制冷剂的一对集管流路；设于一对集管流路之间的多个传热流路；和设于每一对集管流路各自与多个传热流路之间的连接流路。连接流路的开口在使用状态下，设于一对集管流路中的与连接流路连接的集管流路的下部。

由此，在传热流路中，遍及集管流路的整个长度方向流动有相同状态的制冷剂、例如液体制冷剂。因此，能够提供一种能够将流向传热流路的制冷剂更加均匀地分配，抑制热交换不均，提高了热交换效率的热交换器。

另外，本发明的制冷系统包括所述热交换器。

根据本发明，能够提供一种在传热流路组中能够将制冷剂更加平均地分配，抑制热交换不均，热交换效率高的热交换器和使用其的节能性能高的制冷系统。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的热交换器的外观的立体图。

图2是本发明的第1实施方式的热交换器的分解立体图。

图3是本发明的第1实施方式的构成热交换器的板翅片的俯视图。

图4是对本发明的第1实施方式的构成热交换器的板翅片的结构的一部分进行放大表示的图。

图5是表示本发明的第1实施方式的热交换器中的集管流路部分的立体图。

图6是用于说明从本发明的第1实施方式的热交换器的集管流路到制冷剂流路的制冷剂流动的图。

图7是用于说明本发明的第1实施方式的热交换器的集管流路部分中的制冷剂的流动状态的图。

图8是用于说明本发明的第2实施方式的热交换器的、从集管流路到制冷剂流路的制冷剂的流动的图。

图9是用于说明本发明的第2实施方式的热交换器的、集管流路部分中制冷剂的流动状态的图。

图10是表示以使用本发明的热交换器的制冷系统为例进行表示的空气调节装置的制冷循环的图。

图11是表示本发明的空气调节装置的室内机的结构的概略截面图。

图12是用于说明板翅片层叠型热交换器的、从集管流路到传热流路的制冷剂流动的图。

图13是用于说明构成板翅片层叠型热交换器的板翅片的、集管流路部分的制冷剂的流动状态的图。

图14是表示现有的板翅片层叠型热交换器的截面结构的图。

图15是现有的板翅片层叠型热交换器的省略了板翅片的一部分的俯视图。

具体实施方式

(作为本发明的基础见解)

在本发明的详细说明之前，对作为本发明的基础的见解进行说明。

图14是表示专利文献1中记载的板翅片层叠型热交换器的截面结构的图。图15是省略了热交换器中板翅片104的一部分的俯视图。

热交换器100通过将设有入口侧集管流路101、出口侧集管流路102、和连接它们之间的传热流路103的板翅片104层叠多个而构成。

在板翅片层叠型热交换器中，能够通过凹条槽形成传热流路103。因此，传热流路103能够制造得比翅片管型热交换器的传热管更细。其结果为，能够使传热流路103的数量、即通路数变得更多，从而能够实现高效的热交换器。

发明人尝试将上述结构的板翅片层叠型热交换器组装在家用空气调节装置中使用。

图12是用于说明板翅片层叠型热交换器的、从集管流路到传热流路的制冷剂流动的图，图13是用于说明构成板翅片层叠型热交换器的板翅片的、集管流路部分的制冷剂的流动状态的图。

将上述结构的板翅片层叠型热交换器作为蒸发器使用时，流入到集管流路201的制冷剂变为气液二相状态。由此，难以将集管流路201内的制冷剂均匀分配给多个传热流路203整体。

其中一个原因认为会存在如下的情况。即，在板翅片层叠型热交换器中，集管流路201部分的制冷剂呈现出如图12的实线X所示的波状流或者层状流。通常认为在入口侧集管流路201内的上部主要流经有气体状态的制冷剂，或者下部主要流经有液体状态的制冷剂。

在此，将来自图12所示的集管流路201的制冷剂流向传热流路203的连接流路205(参照图13)的开口206的位置作为位置Y(图12)。这样，位置Y位于实线X的上方或下方。即，连接流路205的开口206的位置变为气体状态或液体状态。其结果为，在传热流路203中产生气体制冷剂流动较多的部分(图12所示传热流路203中的白色部分)和液体制冷剂流动较多的部分(图12所示传热流路203中的灰色部分)，推测是不能在传热流路203组中均匀分配制冷剂。

如上所述，在现有的板翅片层叠型热交换器中，难以将制冷剂均匀分配到传热流路组。因此，存在传热流路的热交换中产生热交换不均、传热流路细径化、和由于通路数的增加而无法充分利用热交换效率的提高效果的问题。

本发明是鉴于这样的知识并深入研究而成的。

(本发明的方式的一例)

本发明的方式的一例为热交换器。热交换器包括：用于从外部导入和排出制冷剂的一对集管流路；设于一对集管流路之间的多个传热流路；和设于每一对集管流路各自与多个传热流路之间的连接流路。而且，连接流路的开口在使用状态下，设于一对集管流路中的与连接流路连接的集管流路的下部。

由此，在集管流路内，气液制冷剂即使为波状或者层状，主要位于集管流路下部的液体制冷剂也从集管流路的长度方向上的整个区域向传热流路进行分流，能够使流向传热流路的制冷剂的分流变得均匀，抑制热交换不均，能够实现提高了热交换效率的热交换器。在此，长度方向是指图6和图8中的横向。

作为其他方式，连接流路也可以还连接流路在包括与连接流路连接的集管流路的下部和上部的至少两处开口，来自集管流路的下部的制冷剂与来自上部的制冷剂合流后在多个传热流路流动。

由此，传热流路内的下部的液体制冷剂从下部开口流向连接流路。上部的气体制冷剂从上部开口流向连接流路。这些通过连接流路合流而流向传热流路。因此，在传热流路流动的制冷剂的状态遍及集管流路的长度方向的整个区域成为混合了气体和液体的大致相同的状态，更加均匀的分流成为可能，能够抑制传热流路组中的热交换不均，实现高热交换效率的热交换器。在本发明的情况下，气体制冷剂和液体制冷剂必须混合提供给传热流路。由此，能够使在传热流路流动的制冷剂的状态处于更准确的相同状态，能够将热交换效率提高到更高的水平。

作为其他方式，也可以多个传热流路被并排设置，并且多个传热流路经由分支流路与连接流路连接。

由此，能够增加分支流路的分支数量，使传热流路的数量、即通路数增加来提高热交换效率。将从集管流路的长度方向的大致全部区域并入的大致相同状态下的制冷剂通过分支流路分支到各个传热流路。因此，充分利用根据通路数增加的热交换效率的提高效果，能够实现具有更高的热交换效率的热交换器。

作为其他方式，包括：用于从外部导入和排出制冷剂的一对集管流路；设于一对集管流路之间的多个传热流路；和设于每一对集管流路各自与多个传热流路之间的连接流路。而且，连接流路的开口在使用状态下，设于一对集管流路中的与连接流路连接的集管流路的下部。

根据这样的结构，在集管流路内，气液制冷剂即使为波状或者层状，主要位于集管流路下部的液体制冷剂从集管流路的长度方向上的整个区域向传热流路进行分流，能够使制冷剂向传热流路的分流变得均匀，能够抑制热交换不均，实现提高了热交换效率的热交换器。

本发明的另一方式为制冷系统，该制冷系统包括上述热交换器。

由此，该制冷系统由于热交换器的热交换效率高，所以成为一种节能特性高的高性能的制冷系统。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

此外，本发明的热交换器并不限于以下实施方式中记载的热交换器的结构，包括与以下实施方式中说明的技术思想等效热交换器的结构。

(第1实施方式)

图1是表示本发明的第1实施方式的热交换器1的外观的立体图，图2是在使该热交换器1分离的状态下进行表示的分解立体图。

在图1和图2中，本实施方式的热交换器1包括：多个板翅片2；和配置在多个板翅片2的层叠方向的两侧(图1中的左侧和右侧)的端板3a、3b。两侧的端板3a、3b利用螺栓等紧固机构3c连结固定。热交换器1具有管4和管5。在热交换器1作为蒸发器使用的情况下，管4和管5中的任意一方为入口，另一方为出口，在热交换器1作为冷凝器使用的情况下，为蒸发器时的入口为出口，另一方为出口。

此外，在本实施方式中，以将热交换器1作为蒸发器而使用的情况为例进行说明，将管4作为上游管，管5作为下游管进行说明。

通过层叠板翅片2而构成的热交换器1例如装载在作为制冷系统之一的空气调节装置等上来使用。此时，热交换器1被设置为倾斜状态。因此，构成热交换器1的板翅片2在俯视的角度观察时，成为图3所示的菱形形状。

以下对板翅片2的结构进行详细叙述。

图3是构成本实施方式的热交换器1的板翅片2的俯视图，图4是将该板翅片2的结构的一部分扩大表示的图，图5是表示层叠该板翅片2而构成的热交换器1的集管流路部分的立体图，图6是用于说明从该热交换器1的集管流路到制冷剂流路的制冷剂的流动的图，图7是用于说明该热交换器1的集管流路部分中制冷剂的流动状态的图。

板翅片2如图3所示，具有：多个并列的传热流路(以下称为制冷剂流路7)；与它们连接并在用作蒸发器的情况下作为入口、在用作冷凝器的情况下作为出口的集管流路8(以下称为上游集管流路8)；和在用作蒸发器的情况下作为出口、在用作冷凝器的情况下作为入口的集管流路9(以下称为下游集管流路9)。形成有制冷剂流路7、上游集管流路8和下游集管流路9的一对板状部件2a、2b(参照图4)相向地钎焊接合。多个制冷剂流路7形成为大致U状，与这些连接的下游集管流路9和上游集管流路8汇总在一端部侧地构成。

上述结构的板翅片2如图5所示为多个层叠，构成有形成热交换器1的主体的板翅片层叠体6。上游集管流路8和下游集管流路9如图1所示，以成为水平集管的形式使用。如图5所示，多个板翅片2之间的板翅片2的长边的两端部和制冷剂流路7之间，设有多个突起10(参照图4)。通过适当设置的多个突起10，形成作为第2流体的空气在多个板翅片2之间流动的间隙。

在此，如图4所示，从设置在板翅片2上的上游集管流路8和下游集管流路9各自的集管流路周围导出形成连接流路11。而且，连接流路11经由分支流路12与制冷剂流路7连接。即，在上游集管流路8与制冷剂流路7之间和下游集管流路9与制冷剂流路7之间，设有连接流路11和分支流路12。由此，能够增加制冷剂流路7的数量、即通路数，并且在形成的较多的制冷剂流路7中能够使制冷剂顺畅地连通。

制冷剂流路7通过设于板状部件2a、2b的凹状槽而形成，能够很容易地进行细径化。

另外，设于上游集管流路8和下游集管流路9中的、作为蒸发器使用时成为入口侧的上游集管流路8的连接流路11，在图7所示状态下，其开口14设于上游集管流路8的下部。在本实施方式中，开口14以位于从上游集管流路8的上端到下方集管流路内径的1/3的部分的方式设置。

如图4所示，制冷剂流路7中，在连接到上游集管流路8的上游集管流路侧制冷剂流路7a与连接到下游集管流路9的下游集管流路侧制冷剂流路7b之间，形成有用于防止这两者之间的热移动的狭缝槽15。

进而，在该例中，下游集管流路侧制冷剂流路7b的根数形成为比上游集管流路侧制冷剂流路7a的根数多。而且，如图4所示，在形成了下游集管流路侧制冷剂流路7b的区域的、与下游集管流路9的连接流路11相对的部分(在长度方向上相对的部分)，形成有无制冷剂流路的无孔部16。由此，从在冷凝条件下使用时成为入口侧的下游集管流路9流向下游集管流路侧制冷剂流路7b的制冷剂，撞击无孔部16的壁部，均匀地流向各下游集管流路侧制冷剂流路7b。

关于如上构成的热交换器1，接下来对其作用效果进行说明。

本实施方式的板翅片层叠型热交换器在作为蒸发器发挥作用的情况下，从上游管流入到上游集管流路8的制冷剂，在板翅片层叠体6的各板翅片2内部的制冷剂流路7组并行流动，进行U型弯转而从下游集管流路9通过下游管而排出。

另一方面，空气穿过形成于构成板翅片层叠体6的多个板翅片2之间的间隙。由此，在作为第1流体的制冷剂与作为第2流体的空气之间进行热交换。

在此，热交换器1的从外部流入到制冷剂的上游集管流路8成为水平集管。因此，即使在流路内的上部主要为气体状态的制冷剂或者在流路内的下部主要为液体状态的制冷剂分别流动，将制冷剂引导至制冷剂流路7的连接流路11的开口14如图7所示，连接于上游集管流路8的下部，所以连接流路11的开口14成为图6的虚线X所示的位置，位于比实线Y所示的集管流路内的液体制冷剂液面靠下方。

因此，在连接流路11中流动在上游集管流路8的下部流动的液体状态的制冷剂。而且，该液体状态的制冷剂经由分支流路12流向多个制冷剂流路7。

即，在上游集管流路8上开口的制冷剂流路7中，从上游集管流路8遍及其长度方向整个区域流动相同状态的制冷剂。由此，能够均匀分配流向制冷剂流路7的制冷剂，能够抑制热交换不均而实现提高热交换效率的热交换器1。

在本实施方式中，连接流路11的开口14位于从上游集管流路8的上端起至比流路内径的1/3靠下方的部分。

由此，在连接流路11中，遍及上游集管流路8的长度方向的全部区域大致可靠地流动液体制冷剂。由此，能够提高制冷剂向制冷剂流路7的均匀分配的概率，抑制热交换不均，实现发挥高热交换效率的热交换器1。

根据发明人的实验结果，流入到板翅片层叠型热交换器的集管流路的气液二相制冷剂的干燥度通常最大为18％以下。该干燥度若为18％以下，则集管流路内的液体制冷剂的高度收于从集管流路的上端至比流路内径的1/3靠下方的部分的范围。因此，若将在制冷剂流路7流动制冷剂的连接流路11的开口14设为从上游集管流路8的上端起至比流路内径的1/3靠下方的部分，则与制冷剂流路7连接的连接流路11的开口14成为液体制冷剂部分。由此，成为流速较快的气体状态的制冷剂混入到液体状态的制冷剂的、富液状态的混合制冷剂，从连接流路11流向制冷剂流路7。

由此，在制冷剂流路7流动的制冷剂的状态为：遍及上游集管流路8的长度方向的全部区域成为大致相同的状态，其分流更加均匀。因此，能够抑制制冷剂流路7组中的热交换不均，实现高热交换效率的热交换器1。

另外，在本实施方式中，制冷剂流路7并排设有多个，并且多个制冷剂流路7经由分支流路12与连接流路11连接而构成。

因此，增加制冷剂流路7的数量、即通路数，能够提高热交换效率。而且，能够将从上游集管流路8的长度方向的大致全部区域流入的大致相同状态的制冷剂通过分支流路12分配至各制冷剂流路7。因此，有效利用通路数增加带来的热交换效率的提高效果，能够实现更高的热交换效率的热交换器1。

(第2实施方式)

图8是用于说明本发明的第2实施方式的热交换器的、从集管流路流向制冷剂流路的制冷剂流动的图，图9是用于说明该热交换器的集管流路部分的制冷剂的流动状态的图。

如图9所示，在本实施方式中，连接流路11的与上游集管流路8的连接部侧至少分支成两个，上游集管流路8的下部和上部两处具有开口14a、14b。其他结构与第1实施方式相同，省略说明。

在本实施方式的热交换器1中，连接流路11的两个开口14a、14b中的下部的开口14a位于图8的虚线X的位置，上部的开口14b位于虚线XX的位置。即，下部的开口14a在液体制冷剂中开口，上部的开口14b在气体制冷剂中开口。

因此，上游集管流路8内的制冷剂中，液体制冷剂和气体制冷剂分别从下部的开口14a和上部的开口14b流向连接流路11，这些气液制冷剂通过连接流路11合流，流向制冷剂流路7。

因此，在制冷剂流路7流动的制冷剂的状态必定为混合了气体状态的制冷剂和液体状态的制冷剂的相同状态，从而更加均匀的分流成为可能。而且，能够抑制制冷剂流路7组中的热交换不均，将热交换效率提高到更高的水平。

此外，在本实施方式中，制冷剂流路7并排设置有多个，并且多个制冷剂流路7为经由分支流路12与连接流路11连接的结构。

因此，增加制冷剂流路7的数量、即通路数，能够提高热交换效率。从上游集管流路8的长度方向的大致全部区域取入的大致相同状态的制冷剂通过分支流路12被分支到各制冷剂流路7。因此，充分利用根据通路数增加的热交换效率的提高效果，能够实现具有更高的热交换效率的热交换器。

(第3实施方式)

第3实施方式为先前所示的、第1实施方式和第2实施方式中使用任意热交换器1构成的制冷系统。

图10是表示作为本发明的制冷系统的一例而展示的、空气调节装置的制冷循环的图，图11是表示该空气调节装置的室内机52的结构的概略截面图。

空气调节装置200由室外机51、和与室外机51连接的室内机52构成。室外机51中配设有：压缩制冷剂的压缩机53；供冷运转和供暖运转时切换制冷剂回路的四通阀54；用于交换制冷剂和外部空气的热的室外热交换器55；对制冷剂进行减压的减压器56；和室外风机59。

室内机52中配设有用于交换制冷剂和室内空气的热的室内热交换器57和室内风机58。将压缩机53、四通阀54、室内热交换器57、减压器56、和室外热交换器55通过制冷剂回路连结，形成热泵式制冷循环。

本实施方式的制冷剂回路中使用从由四氟丙烯和三氟丙烯组成的第1组和由二氟甲烷、五氟乙烷和四氟乙烷组成的第2组中，各自的单体、或者各自组中的2个成分或3个成分混合而成的制冷剂。

空气调节装置200在供冷运转时，四通阀54切换成，压缩机53的排出侧和室外热交换器55连通。由此，由压缩机53压缩后的制冷剂变为高温高压的制冷剂，通过四通阀54被送到室外热交换器55。然后，制冷剂与外部空气进行热交换而散热，成为高压的液体制冷剂，被送到减压器56。制冷剂在减压器56被减压而成为低温低压的二相制冷剂，向室内机52送出。在室内机52中，制冷剂进入室内热交换器57，与室内空气进行热交换而吸热，蒸发气化成为低温的气体制冷剂。此时，室内空气被冷却，对室内进行供冷。进而，制冷剂回到室外机51，经由四通阀54回到压缩机53。

在供暖运转时，四通阀54切换成，压缩机53的排出侧和室内机52连通。由此，由压缩机53压缩后的制冷剂成为高温高压的制冷剂，通过四通阀54被送到室内机52。高温高压的制冷剂进入室内热交换器57，与室内空气进行热交换而散热，冷却变为高压的液体制冷剂。此时，室内空气被加热，对室内进行供暖。之后，制冷剂被送至减压器56，在减压器56中减压，成为低温低压的二相制冷剂。之后，制冷剂被送至室外热交换器55，与外部空气进行热交换而蒸发气化，经由四通阀54返回至压缩机53。

本实施方式的空气调节装置200中，室外热交换器55和室内热交换器57中的至少一者使用在各实施方式中所示的热交换器1。由此，能够发挥较高的热交换效率，能够实现高节能特性、高性能的制冷系统。

以上关于本发明的热交换器和使用其的制冷系统参照各实施方式进行了说明，但本发明并不受限于这些示例。

例如，在本实施方式中，作为使用了热交换器的制冷系统，以空气调节装置为例进行了说明，但也可以为冷藏库、展示柜、和热泵热水器等的制冷系统。即，本次所公开的实施方式为基于所有方面的示例，并不受限于此。本发明的范围意图包含并非上述说明的、根据权利要求的范围而示例的权利要求的范围和同等意义和范围内的所有改变。

根据本发明，能够将制冷剂更加平均地分配至传热流路组，能够提供抑制了热交换不均的热交换效率高的热交换器和使用其的节能特性高的制冷系统。

因此，能够广泛用于家庭用空调机和业务用空调机等的热交换器、以及各种制冷设备等，其工业价值很大。

Claims (4)

1.一种热交换器，其特征在于，包括：

用于从外部导入和排出制冷剂的一对集管流路；

设于所述一对集管流路之间的多个传热流路；和

设于所述一对集管流路各自与所述多个传热流路之间的连接流路，

所述一对集管流路仅设置于所述热交换器的下部，

所述连接流路的开口，包括在所述一对集管流路中的与所述连接流路连接的作为蒸发器使用时作为入口的集管流路的下部开口和上部开口这两处开口，

来自作为入口的所述集管流路的所述下部开口的制冷剂与来自所述上部开口的制冷剂合流后成为1个连接流路并再次分流而在所述多个传热流路流动。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于：

所述多个传热流路被并排设置，并且

所述多个传热流路经由分支流路与所述连接流路连接。

3.一种制冷系统，其特征在于：

包括权利要求1或2所述的热交换器。

4.一种热交换器，其特征在于，包括：

导入制冷剂的第1集管流路；

用于排出所述制冷剂的第2集管流路；

设于所述第1集管流路与所述第2集管流路之间的多个传热流路；和

设于所述第1集管流路与所述多个传热流路之间的连接流路，

所述第1集管流路和所述第2集管流路仅设置于所述热交换器的下部，

所述连接流路的开口，包括所述第1集管流路的下部开口和上部开口这两处开口，

来自作为入口的所述第1集管流路的所述下部开口的制冷剂与来自所述上部开口的制冷剂合流后成为1个连接流路并再次分流而在所述多个传热流路流动。

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