CN110470074A - 换热器、热泵系统和换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器、热泵系统和换热方法。所述换热器在制冷模式或制热模式下运行，在制冷模式下换热介质经由位于所述换热器内的第一流径流动通过，在制热模式下换热介质经由位于所述换热器内的第二流径流动通过，所述换热器内布置有分流组件，所述分流组件被设置成使得所述第一流径的长度不同于所述第二流径的长度，并且所述第一流径的一部分区段与所述第二流径的一部分区段相互重合且其中的换热介质流向相同。采用本发明能够优化实现在制冷模式和制热模式下的不同换热介质流径，可以有效提升在这两种模式下的系统性能，并且节省能耗。

Description

换热器、热泵系统和换热方法

技术领域

本发明涉及换热技术领域，尤其涉及换热器、热泵系统和换热方法。

背景技术

换热器是用于进行热交换的设备，它们已经在诸如石油、化工、动力、食品等行业领域以及人们的日常生活中获得了广泛使用。在现有技术中也已提供了大量的各种类型的换热器装置、设备或系统，以便满足不同的应用需求，例如有些换热器既可以在制冷模式下运行用作冷凝器，也可以在制热模式下运行用作蒸发器。然而，这些现有的换热器仍然在例如结构构造、换热效果、系统整体性能等方面存在着弊端和不足之处，可以进一步地改进和优化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了换热器、热泵系统和换热方法，从而可以解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其它方面的问题中的一个或多个。

首先，根据本发明的第一方面，它提供了一种换热器，其在制冷模式或制热模式下运行时，换热介质分别经由位于所述换热器内的第一流径和第二流径流动通过，所述换热器内布置有分流组件，所述分流组件被设置成使得所述第一流径的长度不同于所述第二流径的长度，并且所述第一流径的一部分区段与所述第二流径的一部分区段相互重合且其中的换热介质流向相同。

在根据本发明的换热器中，可选地，所述第一流径的入口端和出口端分别与连接至所述换热器的第一管路和第二管路连通，所述第二流径的入口端和出口端分别与所述第二管路和所述第一管路连通，所述分流组件包括：

一个或多个第一换热管组和一个或多个第二换热管组，所述第一换热管组沿着所述第一流径内的换热介质流向被布置在所述第二换热管组的上游并与所述第一管路连通，所述第二换热管组与所述第一管路和所述第二管路连通，并且在所述第二换热管组与所述第一管路之间设置第一止回阀以阻止换热介质从所述第一管路向所述第二换热管组倒流，在所述第二换热管组与所述第二管路之间设置第二止回阀以阻止换热介质从所述第二管路向所述第二换热管组倒流；

一个或多个中间集管，其布置在所述第一换热管组和所述第二换热管组之间并与它们连通；以及

分配器，所述分配器的一个接口与所述第二管路连通且在它们之间设置第三止回阀以阻止换热介质从所述分配器向所述第二管路倒流，并且另一个接口与所述中间集管连通。

在根据本发明的换热器中，可选地，所述第一换热管组中的与一个中间集管连通的换热管数量大于或等于所述第二换热管组中的与该中间集管连通的换热管数量。

在根据本发明的换热器中，可选地，每一个中间集管与所述第一换热管组中的两个换热管连通，并且与所述第二换热管组中的一个换热管连通。

在根据本发明的换热器中，可选地，在所述第一管路与所述第一止回阀之间布置有至少一个第一集管，并且所述至少一个第一集管与所述第一换热管组连通。

在根据本发明的换热器中，可选地，在所述至少一个第一集管与所述第一换热管组之间还设置有一个或多个换热管组。

在根据本发明的换热器中，可选地，在所述第二换热管组与所述第一止回阀之间布置有至少一个第二集管，并且所述至少一个第二集管与所述第二止回阀连通。

在根据本发明的换热器中，可选地，在所述至少一个第二集管与所述第二换热管组之间还设置有一个或多个换热管组。

在根据本发明的换热器中，可选地，所述分配器的所述另一个接口经由毛细管与所述中间集管连通。

在根据本发明的换热器中，可选地，在制冷模式下，所述第一管路和所述第二管路分别连接压缩机和蒸发器，在制热模式下，所述第一管路和所述第二管路分别连接压缩机和冷凝器。

在根据本发明的换热器中，可选地，所述第二管路中设置有节流装置，所述节流装置包括电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管。

在根据本发明的换热器中，可选地，所述换热器是翅片管换热器。

其次，根据本发明的第二方面，它还提供了一种热泵系统，所述热泵系统包括如以上任一项所述的换热器。

在根据本发明的热泵系统中，可选地，所述热泵系统是空气源热泵系统，空气流与流经所述换热器的换热介质进行热交换。

另外，根据本发明的第三方面，还提供了一种换热方法，所述换热方法包括：

提供如以上任一项所述的换热器；以及

使换热介质经由所述换热器内的第一流径流动通过，以使得所述换热器运行在制冷模式下进行换热，或者使换热介质经由所述换热器内的第二流径流动通过，以使得所述换热器运行在制热模式下进行换热。

从与附图相结合的以下详细描述中，将会清楚地理解根据本发明的各技术方案的原理、特点、特征以及优点等。例如，将会明白的是，与现有技术相比较，根据本发明所设计提供的技术方案可以优化制冷模式和制热模式下的换热介质流路，实现不同的流径长度，从而不仅可以有效改善对于换热介质的流量控制，而且尤其能够明显地增强传热效果，并且节省能耗，提升在制冷和制热这两种模式下的系统整体性能，因此本发明具有显著的实用性。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图只是出于解释目的而设计的，仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是一个根据本发明的换热器实施例运行于制冷模式下的示意图。

图2是图1所示的换热器实施例运行于制热模式下的示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来说明根据本发明的换热器、热泵系统和换热方法的结构组成、工作原理、步骤、特点和优点等，但是应当理解的是，所有描述仅是为了举例说明而给出的，因此不应理解为对本发明形成任何的限制。在本文中所使用的技术术语“连通”不仅包含了两个部件、装置或设备之间的直接相互连通，也包含了它们通过布置在二者之间的一个或多个中间部件、装置或设备来实现相互连通。

此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本发明仍然允许在这些技术特征（或其等同物）之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，由此获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其它实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的零部件和特征在同一附图中可能仅在一处或若干处进行标示。

本案发明人进行了大量研究发现，对于具有制冷模式和制热模式的现有换热器来讲，它们通常是被设计成换热介质在这两种工作模式下具有相同的流动路径，区别仅在于换热介质在制冷模式和制热模式下的流动方向正好相反。由于长久以来，各种类型的换热器已经获得了相当广泛的应用，它们的基本结构、组成、工作运行等早已被本领域技术人员习以为常从而大多已成为业界的标配模式，因此人们未能充分考虑对于换热器中的换热介质在制冷模式下的流径和制热模式下的流径进行区别性的优化设计，以便在例如增强换热效果、提高系统性能、节能环保等方面获得进一步提升和改进。

为此，本发明提供了一种具有分流组件的新型换热器，当它运转在制冷模式或者制热模式下时，通过布置在换热器内的分流组件可以实现换热介质（如制冷剂液体、气体或气液混合物等）在上述两种工作模式下在换热器内具有不同的换热介质流径长度（即，在制冷模式下的第一流径与在制热模式下的第二流径二者在流径长度上是不相等的），并且在制冷模式下的第一流径中的一部分区段与在制热模式下的第二流径中的一部分区段不仅相互重合，而且第一流径的上述部分区段中的换热介质流向与第二流径的上述部分区段中的换热介质流向是完全相同的。采用本发明的以上技术方案能够有效地优化制冷模式和制热模式下的换热介质流径，尤其通过将以上这两种不同的工作模式下的两种流径设置为具有不相等的流径长度，这将非常有助于针对性地提升处于制冷或制热模式下的系统整体性能，从而使得根据本发明的换热器具有明显优于现有换热器的突出技术效果和性能优势。

以下请参阅图1和图2，在这两个附图中分别示意性地显示出了根据本发明的换热器实施例处于制冷模式和制热模式时的工作情形，下面将结合这个示例来对本发明的技术方案进行进一步的详细说明。

首先，如图1所示，在这个给出的换热器实施例中，该换热器被示例性地显示为分别与第一管路13和第二管路14连通（更具体来讲，即以上讨论的第一流径的入口端和出口端分别与第一管路13和第二管路14连通，第二流径的入口端和出口端分别与第二管路14和第一管路13连通），并且在该换热器内设置有分流组件，该分流组件包括中间集管1和2、分配器3、第一换热管组11a、11b、11c和11d、第二换热管组12a和12b以及第一止回阀6、第二止回阀7和第三止回阀5。

具体来讲，根据实际应用需求情况，分流组件可以具有两个或更多个换热管组，并且可以具有一个或多个中间集管，例如在图1中示范性地图示出了布置在分流组件中的四个第一换热管组11a、11b、11c和11d和两个第二换热管组12a和12b，并且将两个中间集管1、2各自布置在这些第一换热管组11a、11b、11c和11d和第二换热管组12a和12b之间并且分别与以上这些换热管组连通。此外，在图1中也以示意方式表示出了上述的第一换热管组、第二换热管组和中间集管都是具有可扩充性的。

对于第一换热管组11a、11b、11c和11d来讲，是将它们沿着图1中箭头A所示方向（即换热介质在制冷模式下沿着第一流径的流向）布置在第二换热管组12a和12b的上游，并且将第一换热管组11a、11b、11c和11d与第一管路13连通。

对于第二换热管组12a和12b来讲，是将它们与上述的第一管路13和第二管路14连通，并且在第二换热管组12a和12b与第一管路13之间设置了第一止回阀6，以便通过布置该第一止回阀6用来阻止换热介质从第一管路13朝向第二换热管组12a和12b倒流，并且还在第二换热管组12a和12b与第二管路14之间设置了第二止回阀7，以便通过布置该第二止回阀7用来阻止换热介质从第二管路14朝向第二换热管组12a和12b倒流。

对于分配器3来讲，它的一个接口是与第二管路14连通，另一个接口则可以经由连通部件4（例如毛细管、通用管线等）与中间集管1、2连通，并且在分配器3与第二管路14之间还设置了第三止回阀5，用来阻止换热介质从分配器3朝向第二管路14倒流。

通过采用上述的示范性布置，如图1所示，当该换热器运行于制冷模式下时，换热介质将沿着图中箭头A所示的方向进行流动，中间集管1、2在此时起到了三通装置的作用，使得换热介质从第一换热管组11a和11b中的与中间集管1相连通的换热管经由中间集管1流入到第二换热管组12a中的与中间集管1相连通的换热管、从第一换热管组11c和11d中的与中间集管2相连通的换热管经由中间集管2流入到第二换热管组12b中的与中间集管2相连通的换热管，并且换热介质将被阻止从中间集管1、2流入到分配器3。也就是说，换热介质此时将绕过该分配器3，这样将带来更低的压降，从而可以非常有效地调整并改善对于换热介质的流量控制，获得更佳的系统传热性能。

再如图2所示，当该换热器运行于制热模式下时，换热介质将沿着图中箭头C、C1以及C2所示的方向进行流动，中间集管1、2在此时具备了分配器的功能，它将从第二管路14流入并经由分配器3和连通部件4进入到该中间集管1（或2）中的换热介质分流到第一换热管组11a、11b、11c和11d（如图2中箭头C1所示）和第二换热管组12a和12b（如图2中箭头C2所示），即在制热模式下，换热介质将经由上述的中间集管被分流到若干个流路当中，此时的流径长度与以上讨论的制冷模式下的流径长度二者并不相同而存在着明显的差异性，而且在制热模式下，如图2中箭头C2所示的这部分换热介质流径区段实际上是与图1相对应处的换热介质流径区段重合的，并且换热介质在制冷模式或制热模式下，在上述流径区段中的流向也是完全相同的。通过提供上述的创新性的换热介质流径优化改进，这将有助于减少换热介质在制热模式下的流动压降，增强换热器的传热效果，并且提高系统性能、节省能源消耗，在现有换热器中根本没有考虑并提供这样的布置设计。

通过结合参阅图1和图2中示出的换热器示例，以上已经详细说明了根据本发明的换热器的大致结构组成、工作原理和技术优势等内容，但是必须说明在不脱离本发明主旨的情况下，本发明允许根据实际应用情况来进行各种可能的灵活设计、改变和调整。

举例而言，尽管在上述附图中示出了在换热器的分流组件中设置有两个中间集管1、2，然而在实际应用时有可能仅设置一个中间集管，或者有可能设置三个或更多个中间集管，这些中间集管的具体设置数量、材质、形状等均可以根据本发明的设计思想进行灵活选择设定。此外，对于第一换热管组来讲，其内部的换热管设置数量、换热管之间的串并联布置方式等均被允许进行灵活设定，因此不同的第一换热管组可能具有数量不同的对外连接接口。也就是说，某个或某些第一换热管组有可能仅具有一个接口用来与中间集管（或其他部件）进行连接，而另一个或另一些第一换热管组则有可能同时使用两个、三个或者更多个接口用来与中间集管（或其他部件）进行连接。可以理解的是，以上描述情形同样适用于第二换热管组。

再举例来讲，在示范性实施例中以示意方式展示出的是中间集管1在其一侧同时与第一换热管组11a中的一个换热管和第一换热管组11b中的一个换热管连通，在其另一侧与第二换热管组12a中的一个换热管以及连通部件4连通，中间集管2在其一侧同时与第一换热管组11c中的一个换热管和第一换热管组11d中的一个换热管连通，在其另一侧与第二换热管组12b中的一个换热管以及连通部件4连通。然而，需要指出的是，在实际应用中，可以将每一个中间集管与上述这些第一换热管组中的一个或更多个换热管进行连通，并且将每一个中间集管与上述这些第二换热管组中的一个或更多个换热管进行连通。在可选情形下，可以将一个中间集管设置成与其连通的第一换热管组中的换热管数量大于或等于与它连通的第二换热管组中的换热管数量。

可以理解的是，通过采用以上例如针对中间集管、换热管组等的各种灵活布置，并且/或者结合例如分配器、连通部件、止回阀或者其它的部件、装置或设备等的更多组合配置，可以在根据本发明的大量实施例中提供具有众多实施方式的分流组件。

此外，在一些实施例中，可以考虑在换热器内另外布置一个或多个集管9。例如，可以在第一管路13与第一止回阀6之间至少布置一个集管9，并且将集管9与第一换热管组11a、11b、11c和11d进行连通。另外，在可选情形下，还可以在上述集管9与第一换热管组11a、11b、11c和11d之间再增加设置一个或多个换热管组，以便能够满足某些应用的实际需求。同样，在一些实施例中，还被允许在换热器内布置一个或多个集管10，即可以在第二换热管组12a和12b与第一止回阀6之间至少布置一个集管10，并且将集管10与第二止回阀7进行连通。此外，根据实际应用需求情况，还可以在上述集管10与第二换热管组12a和12b之间可选地增设一个或多个换热管组。

此外，还应当理解的是，在不脱离本发明主旨的情况下，本发明还允许将第一管路13与压缩机进行连接，并且将第二管路14与蒸发器（制冷模式）或冷凝器（制热模式）进行连接，由此构建实现更多的应用系统。

另外，在一些可选的实施例中，还被允许如图1和图2所示那样地在第二管路14中布置例如毛细管、电子膨胀阀或热力膨胀阀等节流装置或机构，以便根据需要来调节换热介质的流量。

根据本发明的另一个技术方案，还提供了一种分流组件，该分流组件采用了根据本发明所设计提供的换热器内的分流组件，从而可以获得以上所讨论的这些相当显著的技术优势。由于在上文中已经详细讨论的这样的分流组件，因此不再赘述。

另外，根据本发明的又一个技术方案，还提供了一种热泵系统，在该热泵系统设置了根据本发明所设计提供的换热器，这样的换热器包括但不限于例如翅片管换热器（RTPF,Round Tube Plat Fin），以便实现如前所述的本发明明显优于现有技术的技术优势。举例来讲，该热泵系统可以是空气源热泵系统，空气流可以沿着图1和图2中的箭头B所示方向与流动通过换热器的换热介质（如箭头A或箭头C、C1、C2所示方向）进行热交换。

此外，根据本发明的另外一个技术方案，还提供了一种换热方法，该换热方法包括以下步骤：

首先，提供根据本发明所设计提供的换热器；

然后，使换热介质经由换热器内的第一流径流动通过该换热器，以便使得换热器运行在制冷模式下进行换热；或者，使换热介质经由换热器内的第二流径流动通过该换热器，以便使得换热器运行在制热模式下进行换热。

可以理解的是，由于在前文中已经针对根据本发明的换热器、换热介质在制冷模式或制热模式下在换热器内的流动过程、第一流径和第二流径的优化设计等这些技术内容进行了非常详尽的描述，因此可以直接参阅前述相应部分的具体说明，在此不再重复描述。

以上仅以举例方式来详细阐明根据本发明的换热器、热泵系统和换热方法，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (15)

1.一种换热器，其在制冷模式或制热模式下运行，在制冷模式下换热介质经由位于所述换热器内的第一流径流动通过，在制热模式下换热介质经由位于所述换热器内的第二流径流动通过，其特征在于，所述换热器内布置有分流组件，所述分流组件被设置成使得所述第一流径的长度不同于所述第二流径的长度，并且所述第一流径的一部分区段与所述第二流径的一部分区段相互重合且其中的换热介质流向相同。

2.根据权利要求1所述的换热器，其中，所述第一流径的入口端和出口端分别与连接至所述换热器的第一管路和第二管路连通，所述第二流径的入口端和出口端分别与所述第二管路和所述第一管路连通，所述分流组件包括：

一个或多个第一换热管组和一个或多个第二换热管组，所述第一换热管组沿着所述第一流径内的换热介质流向被布置在所述第二换热管组的上游并与所述第一管路连通，所述第二换热管组与所述第一管路和所述第二管路连通，并且在所述第二换热管组与所述第一管路之间设置第一止回阀以阻止换热介质从所述第一管路向所述第二换热管组倒流，在所述第二换热管组与所述第二管路之间设置第二止回阀以阻止换热介质从所述第二管路向所述第二换热管组倒流；

一个或多个中间集管，其布置在所述第一换热管组和所述第二换热管组之间并与它们连通；以及

分配器，所述分配器的一个接口与所述第二管路连通且在它们之间设置第三止回阀以阻止换热介质从所述分配器向所述第二管路倒流，并且另一个接口与所述中间集管连通。

3.根据权利要求2所述的换热器，其中，所述第一换热管组中的与一个中间集管连通的换热管数量大于或等于所述第二换热管组中的与该中间集管连通的换热管数量。

4.根据权利要求3所述的换热器，其中，每一个中间集管与所述第一换热管组中的两个换热管连通，并且与所述第二换热管组中的一个换热管连通。

5.根据权利要求2所述的换热器，其中，在所述第一管路与所述第一止回阀之间布置有至少一个第一集管，并且所述至少一个第一集管与所述第一换热管组连通。

6.根据权利要求5所述的换热器，其中，在所述至少一个第一集管与所述第一换热管组之间还设置有一个或多个换热管组。

7.根据权利要求2所述的换热器，其中，在所述第二换热管组与所述第一止回阀之间布置有至少一个第二集管，并且所述至少一个第二集管与所述第二止回阀连通。

8.根据权利要求7所述的换热器，其中，在所述至少一个第二集管与所述第二换热管组之间还设置有一个或多个换热管组。

9.根据权利要求2所述的换热器，其中，所述分配器的所述另一个接口经由毛细管与所述中间集管连通。

10.根据权利要求2所述的换热器，其中，在制冷模式下，所述第一管路和所述第二管路分别连接压缩机和蒸发器，在制热模式下，所述第一管路和所述第二管路分别连接压缩机和冷凝器。

11.根据权利要求2所述的换热器，其中，所述第二管路中设置有节流装置，所述节流装置包括电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的换热器，其中，所述换热器是翅片管换热器。

13.一种热泵系统，其特征在于，所述热泵系统包括如权利要求1-12中任一项所述的换热器。

14.根据权利要求13所述的热泵系统，其中，所述热泵系统是空气源热泵系统，空气流与流经所述换热器的换热介质进行热交换。

15. 一种换热方法，其特征在于，所述换热方法包括：

提供如权利要求1-12中任一项所述的换热器；以及

使换热介质经由所述换热器内的第一流径流动通过，以使得所述换热器运行在制冷模式下进行换热，或者使换热介质经由所述换热器内的第二流径流动通过，以使得所述换热器运行在制热模式下进行换热。