CN111928530B - 换热器及具有该换热器的风冷热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热器及风冷热泵机组，所述换热器包括换热器本体和分液装置，所述分液装置包括：外筒体，其上形成有气液进口、液相出口和气相出口；气液分离腔，形成在所述外筒体内部，其顶部形成有出气口，且所述气液分离腔与所述气液进口及所述液相出口连通；回气腔，形成在所述外筒体内部，与所述气液分离腔通过所述出气口连通，所述回气腔还与所述气相出口连通；固定部，形成在所述外筒体上，用于将所述分液装置固定在所述换热器本体上；所述换热器本体包括相互独立的上部管路和下部管路，所述上部管路经所述液相出口与所述气液分离腔连通，所述下部管路经所述气相出口与所述回气腔连通。本发明的换热器通过结构的设计，提高了换热性能。

Description

换热器及具有该换热器的风冷热泵机组

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，具体地说，是涉及一种换热器及具有该换热器的风冷热泵机组。

背景技术

风冷热泵机组等能够实现制热功能的空调系统，在制热状态下，利用作为蒸发器的换热器中流动的液态制冷剂的吸热蒸发，吸收环境中的热量，实现热交换。

在实际的工作过程中，空调系统中的压缩机输出的高温高压气态制冷剂输入到作为冷凝器的换热器中，制冷剂放热，冷凝为气液两相制冷剂。因此，流入到作为蒸发器的换热器中的制冷剂为气液两相混合状态。因为气态制冷剂几乎不能再吸热蒸发，使得换热器换热效率低。而且，由于气态制冷剂的体积比液态制冷剂的体积大很多，两相的制冷剂进入到换热器中，液态制冷剂在气态制冷剂的包围下，很难进行充分吸热蒸发，造成换热器的整体换热性能和换热效率下降。

为解决上述问题，现有技术的常规解决方法是利用分配器将气液两相的制冷剂进行充分混合，尽可能地使得气态制冷剂和液态制冷剂混合均匀后再进入到换热器进行热量的交换。该方案虽然能在一定程度上提高换热效率，但是，一方面，不管设计多么精良的分配器，都难以将气液两相的制冷剂均匀地分配到换热器中，导致换热器换热不均匀，换热性能差，且对分配器的结构设计要求较高；另一方面，虽然进行了气液的均匀混合，仍不能保证液态制冷剂充分吸热蒸发，换热效率仍不能达到最佳状态。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种换热器，通过对换热器的结构进行设计，提高换热器的换热性能。

为实现上述发明目的，，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种换热器，包括换热器本体，还包括有分液装置，所述分液装置包括：

外筒体，在所述外筒体上形成有气液进口、液相出口和气相出口；

气液分离腔，形成在所述外筒体内部，其顶部形成有出气口，且所述气液分离腔与所述气液进口及所述液相出口连通；

回气腔，形成在所述外筒体内部，与所述气液分离腔通过所述出气口连通，所述回气腔还与所述气相出口连通；

固定部，形成在所述外筒体上，用于将所述分液装置固定在所述换热器本体上；

所述换热器本体包括相互独立的上部管路和下部管路，所述上部管路经所述液相出口与所述气液分离腔连通，所述下部管路经所述气相出口与所述回气腔连通。

如上所述的换热器，所述气液分离腔内设置有导向件，所述导向件形成有螺旋通道，从所述气液进口进入的两相制冷剂经过所述导向件及所述螺旋通道，液态制冷剂经所述导向件从所述液相出口流出，气态制冷剂经所述出气口排出。

如上所述的换热器，所述导向件包括导向柱和盘绕于所述导向柱的螺旋导向叶片，所述导向柱在所述气液分离腔内竖向设置。

如上所述的换热器，所述导向柱从所述气液分离腔的底部向所述气液分离腔的顶部延伸，所述导向柱的低端固定在所述气液分离腔的底部，所述导向柱的顶端靠近但不接触所述出气口。

如上所述的换热器，所述气液分离腔内还形成有导液板，所述导液板位于所述螺旋导向叶片和所述液相出口之间，用于将所述螺旋导向叶片上的液态制冷剂导向所述液相出口。

如上所述的换热器，所述上部管路的流程大于所述下部管路的流程。

如上所述的换热器，所述气液进口和所述气相出口均形成在所述外筒体的下部。

如上所述的换热器，所述气液进口上设置有气液进管，所述气相出口上设置有气相接管，所述液相出口上设置有液相接管。

如上所述的换热器，所述液相出口为多个，多个所述液相出口均位于所述气相出口的上方。

本发明的目的之二是提供一种风冷热泵机组，该风冷热泵机组包括有上述所述的换热器。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供的换热器中，换热器包括换热器本体和分液装置，换热器本体分为相互独立的上部管路和下部管路，气液两相制冷剂进入到分液装置中进行气液分离，分离后的液态制冷剂进入到上部管路中进行热交换；由于上部管路中全部为液态制冷剂，液态制冷剂能够充分、均匀地进行吸热蒸发，换热效率高，提高了换热器的换热性能；分离后的气态制冷剂进入到换热器的下部管路中，气态制冷剂热交换能力低，换热量少，使得下部管路不易结霜，降低了因底部结霜而造成整个换热器自下而上形成霜层的问题的发生，减少了因产生霜层而降低换热器换热效率的问题；而且，分液装置与换热器本体直接固定并形成整体式结构，既减少了空间占用，且由于利用分液装置进行了气液分离，无需再额外配置分配器进行气液的均匀混合，从而简化了结构，降低了成本。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是基于本发明的换热器一个实施例的结构示意图；

图2是图1中分液装置的剖视结构示意图；

图3是图1中分液装置的俯视结构示意图；

图4是基于本发明的风冷热泵机组一个实施例的部分系统结构示意图。

上述各图中，附图标记及其对应的部件名称如下：

100、第一换热器；

1、换热器本体；

2、分液装置；

21、外筒体；211、气液进口；212、气液进管；213、气相出口，214、气相接管；215、液相出口；216、液相接管；

22、气液分离腔；221、顶板；222、侧板；223、底板；224、出气口；

23、回气腔；

24、固定部；

251、导向柱；252、导向叶片；253、螺旋通道；

26、导液板；

200、压缩机；300、第二换热器；400、换向阀；500、节流装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、 “竖”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1至图3示出了基于本发明的换热器的一个实施例，其中，图1是该实施例的结构示意图，图2和图3分别是换热器中分液装置的剖视结构示意图和俯视结构示意图。

如图1所示，为便于描述，该实施例的换热器定义为第一换热器100，其包括有换热器本体1和分液装置2，两者相互固定，成为整体式结构。

换热器本体1为实现热交换的主体部，可以为现有技术中的翅片式换热器。而与现有技术中的换热器结构不同的是，该实施例中的换热器本体1包括相互独立的上部管路和下部管路。此处所述的相互独立，是指上部管路和下部管路彼此之间不连通，上部管路中流动的制冷剂和下部管路中流动的制冷剂在第一换热器100内彼此不混合。

分液装置2包括有外筒体21，在外筒体21上形成有固定部24，分液装置2通过固定部24固定在换热器本体1上，实现分液装置2与换热器本体1的固定。具体的，结合图3所示，固定部24为沿外筒体的长度方向分散设置的多个L型固定板24，固定板24的一端固定在外筒体21上，另一端固定在换热器本体1上，譬如，焊接在换热器本体1的端板上，实现分液装置2与换热器本体1的稳固固定，避免因固定不稳固而产生振动，影响制冷剂的正常流动，增加工作噪音。

外筒体21内部形成有两个腔室，分别为气液分离腔22和回气腔23，在气液分离腔22顶部形成有出气口224，回气腔23通过出气口224与气液分离腔22连通。具体的，结合图2所示，设置在外筒体21内部的顶板221、侧板222、底板223与外筒体21的侧壁共同限定出气液分离腔22，出气口224形成在顶板221上。顶板221与外筒体21其余侧壁、侧板222与外筒体21其余侧壁以及底板223与外筒体21其余侧壁限定出回气腔23。也即，在该实施例中，回气腔23为包围在气液分离腔22外侧的半回形腔。半回形腔结构的回气腔23，制冷剂在其中流动方向变化较大，多次撞击外筒体21的侧壁、顶板221、侧壁222及底板223，有利于制冷剂中残存的液态制冷剂在腔壁上的附着，增加了最终从回气腔23的末端所输出的气态制冷剂的纯净度。

外筒体21上形成有气液进口211、气相出口213及液相出口215，气液分离腔22分别与气液进口211及液相出口215连通，而回气腔与气相出口213连通。换热器本体1的上部管路通过液相出口215与气液分离腔22连通，而换热器本体1的下部管路通过气相出口213与回气腔23连通。第一换热器100外部的气液两相混合的制冷剂通过气液进口211流入到气液分离腔22，在气液分离腔22中进行气液状态的分离，分离出的液态制冷剂经液相出口215流入到换热器本体1的上部管路中，而分离出的气态制冷剂经出口气224进入到回气腔23中，最后经气相出口213流入到换热器本体1的下部管路中。

应当理解的是，气液分离腔22与外筒体21上的气液进口211连通，需要通过在侧板222上也设置相应的开口进行连通。而这种连通，既可以是气液分离腔22与侧板222上相应的开口以及气液进口211之间直接连通，也可以是在侧板222上相应的开口及气液进口211上设置气液进管212，气液进管212的端口与气液分离腔22连通。气液分离腔22与液相出口215连通，既可以是气液分离腔22与液相出口215直接连通，也可以是在液相出口215上设置液相接管216，液相接管216的端口与气液分离腔22连通。在具有液相接管216的结构中，液相接管216插入到换热器本体1的各流路的管路中并进行焊接，配合固定部24，实现分液装置2与换热器本体1的固定。回气腔23与气相出口213连通，既可以是回气腔23与气相出口213直接连通，也可以是在气相出口213上设置气相接管214，气相接管214的端口与回气腔23连通。而换热器本体1的上部管路通过液相出口215与气液分离腔22连通，既可以是上部管路通过液相出口215直接与气液分离腔22连通，也可以是上部管路通过液相接管216与气液分离腔22连通，且优选采用通过液相接管216进行两者的连通，该方式容易实现对接。同样的，换热器本体1的下部管路通过气相出口213与回气腔23连通，既可以是下部管路通过气相出口213直接与回气腔23连通，可以可以是下部管路通过气相接管214与回气腔23连通，且优选采用通过气相接管214进行两者的连通，该方式容易实现对接。

该实施例中，第一换热器100不仅包括有实现热交换的换热器本体1，还设置有分液装置2，换热器本体1分为相互独立的上部管路和下部管路，换热器本体1外部的气液两相制冷剂进入到分液装置2中的气液分离腔22进行气液分离，经气液分离腔22分离后的液态制冷剂进入到上部管路中进行热交换，而分离后的气态制冷剂进入到换热器本体1的下部管路中。由于上部管路中全部为液态制冷剂，液态制冷剂能够充分、均匀地进行吸热蒸发，换热效率高，提高了换热器的换热性能。气态制冷剂热交换能力低，换热量少，使得下部管路不易结霜，降低了因底部结霜而造成整个换热器自下而上形成霜层的问题的发生，减少了因产生霜层而降低换热器换热效率的问题。而且，分离后的气态制冷剂仍然进入到换热器本体1中，保证了换热器100输入和输出的制冷剂总量未发生变化，有利于换热器100所在制冷剂循环系统的稳定性。另外，分液装置2与换热器本体1直接固定并形成整体式结构，既减少了空间占用，且由于利用分液装置2进行了气液分离，无需再额外配置分配器进行气态和液态的均匀混合，从而简化了结构，降低了成本。

而且，作为优选实施方式，换热器本体1的上部管路的流程大于下部管路的流程。此处所述的流程，是指制冷剂流向上流道的长度。通过设置上部管路的流程大于下部管路的流程，使得液态制冷剂能够更加充分地进行热交换，因此能够更彻底地吸热蒸发，从而提升制热能力。

并且，为增加液态制冷剂在换热器本体1中的分配均匀性，以提高换热面积的利用率和提升换热效率，外筒体21上设置有多个液相出口215，多个液相出口215均位于气相出口213的上方，且沿外筒体21的高度方向均匀布设，每个液相出口215上均设置液相接管216，以便于和换热器本体1的上部管路进行对接连通。气相出口213设置在外筒体21的下部，且位于液相出口215的下方，便于回气腔23通过气相出口213与换热器本体1的下部管路进行对接连通。此外，气液进口211也优选形成在外筒体21的下部，且在外筒体21的切线方向进出，一方面便于气液两相混合的制冷剂自下而上流动的过程中，气相上升，液相在重力作用下下降，提高气液分离效率；另一方面，在制冷过程中，该第一换热器100作为冷凝器使用时，制冷剂流向反向，将从换热器本体1流向分液装置2，然后从分液装置2流出，因而，通过将气液进口211设置在下部，便于将换热器本体1流出的制冷剂顺利地从气液进口211排出。

对于实现气液分离功能的气液分离腔22，可以为简单的筒体结构，利用气液混合制冷剂高压下输入到气液分离腔22中的压力所产生的离心力进行离心分离。为提高气液分离效率，作为优选实施方式，该实施例在气液分离腔22中设置有导向件，利用导向件及其所形成的螺旋通道实现气液混合制冷剂的螺旋式分离。具体的，在气液分离腔22中竖向设置有导向柱251，导向柱251从限定出气液分离腔22的底板223向限定出气液分离腔22的顶板221延伸，导向柱251的低端固定在底板223上，而且顶端靠近但并不接触出气口224。在导向柱251周围形成有盘绕于导向柱251的螺旋导向叶片252，导向叶片252与导向柱251之间形成螺旋通道253。从气液进口211进入的气液两相制冷剂进入到气液分离腔22中，在外部压力作用下，沿着导向柱251、导向叶片252及螺旋通道253向上流动，形成涡流。在流动过程中，制冷剂撞击导向柱251和导向叶片252，使得气态制冷剂和液态制冷剂分离。而且，气态制冷剂沿着螺旋通道253向上继续流动，液态制冷剂在重力作用下，沿着导向柱导向叶片252流动，并最终流向液相出口215后进入到换热器本体1的上部管路。

为进一步增加液态制冷剂的流动性，该实施例还在导向叶片252与液相出口215之间设置有导液板26，在高度方向上，导液板26的位置低于其所连接的导向叶片252的位置，从而，使得导向叶片252上的液态制冷剂在重力作用下流向位置更低的导液板26，然后顺利地流向导液板26所连接的液相出口215。

具有上述结构的第一换热器100可以作为风冷热泵机组中的换热器应用，应用后，将显著提高风冷热泵机组至少在制热运行模式下的换热效率，提升换热性能。

图4所示为基于本发明的风冷热泵机组一个实施例的部分系统结构示意图。该实施例的风冷热泵机组系统包括有压缩机200、第一换热器100、第二换热器300、换向阀400及节流装置500。当然，对于风冷热泵机组，还包括有其他结构，如储液罐、过滤器、风机等，该实施例并未一一列出。其中，第一换热器100采用上述图1至图3实施例示出的结构，或者其他优选实施例的结构。换向阀400优选为四通阀，实现在不同工作模式下制冷剂流向的转换，满足不同工作模式下所需求的制冷剂流动。节流装置500，可以为电子膨胀阀，或者其他能够实现节流的结构。

在制热工况下，制冷剂的流动方向为图4中的实线箭头所示的方向。具体制冷剂流向及制热工作原理简述如下：

压缩机200将低温低压的制冷剂压缩为高温高压过热的气态，气态制冷剂通过换向阀400后进入到第二换热器300。此模式下，第二换热器300作为冷凝器使用，通过热交换将热量传递到循环水中，制冷剂冷凝为高温高压的液态。然后，经过节流装置500节流处理，形成气液两相混合制冷剂。气液两相混合制冷剂进入到第一换热器100中的分液装置2中进行气液分离，分离后的液态制冷剂和气态制冷剂分别流入到第一换热器100的上部管路和下部管路中。此时，第一换热器100作为蒸发器使用，第一换热器100中的制冷剂与外部环境热交换，吸热蒸发，形成气态制冷剂。最后，第一换热器100流出的气态制冷剂再经换向阀400回到压缩机200中。

在制冷工况下，制冷剂的流动方向为图4中的虚线箭头所示的方向。具体制冷剂流向及制热工作原理简述如下：

压缩机200将低温低压的制冷剂压缩为高温高压过热的气态，气态制冷剂通过换向阀400后进入到第一换热器100的上部管路及下部管路。此模式下，第一换热器100作为冷凝器使用，通过热交换将热量传递到空气中，制冷剂冷凝为高温高压的液态，最后从第一换热器100的分液装置2中流出。然后，经过节流装置500节流处理，形成饱和状态的制冷剂。饱和状态的制冷剂进入到第二换热器300中。此时，第二换热器300作为蒸发器使用，吸热蒸发，对循环水降温形成冷水，形成气态制冷剂。最后，第二换热器300流出的气态制冷剂再经换向阀400回到压缩机200中。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种换热器，包括换热器本体，其特征在于，还包括有分液装置，所述分液装置包括：

外筒体，在所述外筒体上形成有气液进口、液相出口和气相出口；

气液分离腔，形成在所述外筒体内部，其顶部形成有出气口，且所述气液分离腔与所述气液进口及所述液相出口连通；

回气腔，形成在所述外筒体内部，与所述气液分离腔通过所述出气口连通，所述回气腔还与所述气相出口连通；

固定部，形成在所述外筒体上，用于将所述分液装置固定在所述换热器本体上；

所述换热器本体包括相互独立的上部管路和下部管路，所述上部管路经所述液相出口与所述气液分离腔连通，所述下部管路经所述气相出口与所述回气腔连通；

所述气相出口设置在所述外筒体的下部，且位于所述液相出口的下方；

设置在所述外筒体内部的顶板、侧板、底板与所述外筒体的侧壁共同限定出所述气液分离腔，所述出气口形成在所述顶板上；所述顶板与所述外筒体的其余侧壁、所述侧板与所述外筒体的其余侧壁以及所述底板与所述外筒体的其余侧壁限定出所述回气腔，所述回气腔为包围在所述气液分离腔外侧的半回形腔。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述气液分离腔内设置有导向件，所述导向件形成有螺旋通道，从所述气液进口进入的两相制冷剂经过所述导向件及所述螺旋通道，液态制冷剂经所述导向件从所述液相出口流出，气态制冷剂经所述出气口排出。

3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述导向件包括导向柱和盘绕于所述导向柱的螺旋导向叶片，所述导向柱在所述气液分离腔内竖向设置。

4.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述导向柱从所述气液分离腔的底部向所述气液分离腔的顶部延伸，所述导向柱的低端固定在所述气液分离腔的底部，所述导向柱的顶端靠近但不接触所述出气口。

5.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述气液分离腔内还形成有导液板，所述导液板位于所述螺旋导向叶片和所述液相出口之间，用于将所述螺旋导向叶片上的液态制冷剂导向所述液相出口。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的换热器，其特征在于，所述上部管路的流程大于所述下部管路的流程。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的换热器，其特征在于，所述气液进口形成在所述外筒体的下部。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的换热器，其特征在于，所述气液进口上设置有气液进管，所述气相出口上设置有气相接管，所述液相出口上设置有液相接管。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的换热器，其特征在于，所述液相出口为多个，多个所述液相出口均位于所述气相出口的上方。

10.一种风冷热泵机组，其特征在于，包括有上述权利要求1至9中任一项所述的换热器。

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