CN114278998B - 微细管空调用热交换器及使用其的空调外机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微细管径热交换器，其包括多根铜管形成的多个管路支路、散热片、集液器，铜管管路支路并联，所述支路数量为8‑16支并联，所述每个支路铜管的进口连接到一个集液器汇流，每个支路铜管的出口连接到另一个集液器汇流，集液器与外部空调系统管路连接，所述铜管管径≤4mm。其具有比传统空调用热交换器更优的热交换效果，体积紧凑、材料耗费少。

Description

微细管空调用热交换器及使用其的空调外机

技术领域

本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种家用空调室外机所使用的微细管热交换器及使用其的空调外机。

背景技术

应用于制冷空调产品中的换热器型式较多，包括翅片管式换热器、板式换热器、微通道换热器等，翅片管式换热器是目前应用最广泛的换热器型式，其中管子采用铜管，翅片采用铝片。家用空调器的蒸发器和冷凝器基本上均采用翅片管式换热器，该型式换热器每年的产量达到数亿套。

翅片管式换热器是空调的关键部件之一，直接影响空调的性能和成本。随着空调能效升级和成本竞争的日益激烈，高效低成本换热器的研制得到行业内的普遍关注，其中，小管径翅片管式换热器成为近年来的研究热点之一。传统翅片管式换热器的铜管管径一般大于6mm，属于大尺度通道，而小管径换热器的铜管管径介于微通道和大尺度通道之间，属于紧凑式通道。小管径换热器具有更高的换热系数和更低的制造成本，有利于提高空调器的整机性能。近年来，小管径换热器的优化设计、制造工艺、实际应用等方面研究进展很大，使得小管径空调占据超过20％的空调器市场。

发明人早期申请了小管径热交换器的相关专利，采用的管路设计方案为采用5支路设计，每支路40根并行排列的铜管，结构复杂，散热效果难以达到最优，制冷效果并不如传统空调用热交换器。

相关专利：201720297795.6一种多通路平行分流的热交换器

202010015725.3应用微细导流管的翅片式热交换器的导流管与散热片的装配结构

技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种全新管路设计的4mm微细管空调用热交换器及用该热交换器的空调外机，其具有比传统空调用热交换器更优的热交换效果，体积紧凑、材料耗费少。

基于此，本发明提供一种微细管径热交换器，其包括多根铜管形成的多个管路支路、散热片、集液器，铜管管路支路并联，所述支路数量为8-16支并联，所述每个支路铜管的进口连接到一个集液器汇流，每个支路铜管的出口连接到另一个集液器汇流，集液器与外部空调系统管路连接，所述铜管管径≤4mm。

其中，散热片利用表面上设置的铜管安装孔并相互平行垂直压装在铜管的直管部分上。

其中，所述一条支路管路包含两条以上的U型铜管和若干个C型弯头。

其中，所述一条支路由2个C型弯头和3个U型铜管构成。

其中，所述铜管采用内螺纹管。

其中，所述集液器设置为莲蓬头形状，在莲蓬头的圆周上均匀分布孔径为4mm的分液孔，为等距分流结构。

其中，所述集液器设置为铜管状，在管侧壁上均匀打出与并联管路等数量的圆孔。

其中，所述平行的并联U型铜管的直管中心之间的纵向间距为 18mm-22mm。

其中，所述并联U型铜管的直管中心之间的横向间距为10mm-15mm。

本发明还提供一种1.5匹空调外机，其包括：上面所提供的热交换器作为蒸发器/冷凝器、压缩机及电控设备、四通阀、毛细管、风机和外壳组成，热交换器的集液器通过四通阀连接到压缩机。

有益的效果

采用本发明提供的4mm微细管径热交换器，在制冷模式能效接近的情况下，该方案相比目前家用空调传统φ7mm或φ9mm热交换器可以节省最至多15.4％的铜，并且制热模式的能效明显超过传统尺寸热交换器。同时，相对于室外侧传统尺寸热交换器内部的制冷剂的充注量，其值仅约为原来的 80％-90％，在成本上有很大的优势。通过优化制冷剂侧的热阻，从而达到换热器体积紧凑、材料耗费少、换热效果优的目的。

附图说明

图1是本发明热交换器的整体结构示意图；

图2是本发明热交换器的左视图；

图3是本发明热交换器的右视图；

图4是本发明热交换器中6根铜管的单路铜管三维结构示意图；

图5是本发明热交换器的实际产品图；

图6是采用9支路，8根铜管的单挂路铜管三维结构示意图；

图7是热交换器中集中分流集液器的主视图；

图8早期热交换器的单管路三维结构左视图；

图9早期热交换器的单管路三维结构右视图；

图10海尔1.5匹定频空调外机换热结构24排2列热交换器单管路三维结构示意图；

图11本发明提供的空调外机结构示意图。

具体实施方式

采用小管径热交换器的目的在于消耗更少铜材的前提下，替换传统家用空调中的热交换器，考虑到传统家用空调热交换器的尺寸问题，小管径热交换器的长度需要小于600mm，厚度小于40mm，高度小于500mm。

在考虑热交换器应用中，空气侧压降是必须面对的问题。空气侧压降与管列在换热总管长不变的情况下，列数增加会导致迎风面积减小，从而减少空气流速，增加空气侧压降。实际上换热器空气侧的换热能力是风量与换热系数(与风速、压降有关)综合作用的结果。

提升小管径换热器性能的瓶颈主要在于难以有效减少制冷剂侧的热阻。减少制冷剂侧的热阻采用以下几种方案，1)使用内螺纹管替代光管，增大制冷剂侧的换热系数，副作用是压降可能会过大；2)减小分路数，从而增大制冷剂侧换热系数，副作用是压降可能过大。

小管径换热器的制冷剂侧换热面积更少，本申请通过减少分路数的方法来增大制冷剂侧的换热系数，从而减小制冷剂侧的热阻。

基于此，本发明提供一种微细管径热交换器，其包括多根铜管形成的多个管路支路、散热片、集液器，铜管管路支路采用并联的方式实现空调蒸发器和冷凝器使用过程中的制冷液流通量，所述支路数量优选为8-16支并联，进一步优选为10-12支并联，最优选12支并联，所述每个支路铜管的进口连接到一个集液器汇流，每个支路铜管的出口连接到另一个集液器汇流，集液器与外部空调系统管路连接，散热片利用表面上设置的铜管安装孔并相互平行垂直压装在铜管上。

所述一条支路管路包含两条以上的U型铜管和若干个C型弯头，C型弯头用于将两个U型铜管的端部联通，形成通路。

进一步优选，一条管路由2个C型弯头和3个U型铜管构成。

所述每个U型铜管是并联的，一个U型铜管由一个U型弯头和两个直管构成。

每根直管的长度优选为500mm-600mm，进一步优选为530mm-580mm。

所述铜管优选采用内螺纹管，与光铜管相比，采用内螺纹管，制冷剂流经侧的换热面积有更大的提高，并且由于内螺纹管的壁厚较小，同样的流路设计下，使用内螺纹管的铜材消耗更少。所述铜管的外径为4mm以下的微细管，管壁厚小于0.25mm，优选为0.2mm。

所述内螺纹管的齿高优选为0.13-0.18mm，进一步优选0.16mm，齿顶角优选为12°-16°，进一步优选为14°，螺旋角优选为15°-20°，进一步优选为 17°，齿条数优选为30-50个，进一步优选为40个。

所述集液器设置为莲蓬头形状，在莲蓬头的圆周上均匀分布孔径为4mm 的分液孔，为等距分流结构，实现每支铜管的流速和流量相等。

所述集液器也可以设置为铜管状，管径优选为6mm-8mm，在管侧壁上均匀打出与并联管路等数量的圆孔，孔径优选为4mm，并联铜管与集液器通过焊接完成，保证每个管的流路长度与流阻一致。

所述平行的并联U型铜管直管中心之间的纵向间距优选为 18mm-22mm，进一步优选为20mm，并联U型铜管直管中心之间的横向间距优选为10mm-15mm，进一步优选为13mm。

所述散热片的间距优选为1mm-1.5mm，进一步优选为1.3mm。

所述散热片材料选用厚度为0.1mm铝片，长优选为480mm，宽优选为 39mm。

所述散热片上有若通过冲压形成的扰流圆片，扰流半圆直径为3.5mm，扰流高度为翅片间距1.3mm。

本发明还提供了上述热交换器的制备方法，其包括：

第一步：制备散热片：

1)一次冲压，通过冲压模具冲压，在铝片上冲压出扰流圆片，形成半成品孔，孔径3mm；

2)二次冲压，对散热片成品孔位冲压，将第一步的半成品孔扩充成 4.1mm；

3)裁剪，散热片下料完成。

第二步：制备铜管，通过盘管校直切断机对铜管进行校直、定尺、切割下料；

第三步：制备弯头，利用弯管机完成C型及U型弯头制作；

第四步：制备集液器，紫铜卷料通过下料、热处理、冲压成型、裁边、定位打孔、打磨修正、去毛刺，完成集液器制作；

第五步：穿管，散热片按照一定方向依次排列、对齐，将铜管穿过成品孔位，完成翅片穿管工作；

第六步：胀管，通过胀管机完成内螺纹直管胀接工作，依靠铜管和翅片的弹塑性变形达到胀紧，使铜管与散热片结合部分完美贴合；

第七步：焊接，使用磷铜焊条把C型、U型弯头和集液器焊接到胀管后的铜管上，完成整装过程；

第八步：表面清洁：

1)抛光，利用钢丝刷抛光机、纤维轮抛光机去除焊渣、焊瘤；

2)冲洗，利用水冲洗去除金属碎屑、附着颗粒物；

3)脱脂，利用超声波清洗机去除油污；

4)除氧化皮，酸洗、钝化除氧化皮。

第九步：检漏，将换热器充入5-6Mpa压缩空气，整体放入水池，保压一定时间(例如30s)，无气泡产生，说明无漏点。

第十步：干燥，利用离心机、烘干机去除表面水分；

第十一步：校形，人工利用镊子对的弯曲变形翅片修正；

第十二步：表面处理，喷漆(根据需要)。

本发明还提供一种1.5匹空调外机，其包括：上面所提供的热交换器作为蒸发器/冷凝器、压缩机及电控设备、四通阀、毛细管、风机和外壳组成，热交换器的集液器通过四通阀连接到压缩机。

以下采用实施例和附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

实施例

如图1所示，本发明提供一种微细管径热交换器，其包括多个铜管形成的多根管路支路1、散热片2、集液器5，多根管路支路并联设置，具体设计方式如下所述。如图5所示，所有支路的进口连接到一个集液器汇流，所有支路的出口连接到另一个集液器汇流，集液器与外部空调系统管路连接，散热片利用表面上设置的铜管安装孔并相互平行垂直压装在直铜管上。

集液器结构如图7所示，所述集液器设置为莲蓬头形状11，在莲蓬头的圆周上均匀分布孔径为4mm的分液孔12，为等距分流结构，实现每支铜管的流速和流量相等。

效果实验

采用的实验设备

利用焓差室，采用制冷剂流量法测试室内机和室外机的换热量。

不同管路设计铜螺纹管热交换器性能比较。

表1螺纹铜管基本尺寸

本发明采用两种不同的管路设计，两种设计均采用24排3列设计，基于本申请最优方案的热交换器的左视图如图2所示，右视图如图3所示，采用 12个支路，每个支路为6根铜管，管路设计图4所示，由2个C型弯头3 和3个U型铜管4构成。制冷剂流动方向如图4所示。

作为对比，还设计了9个支路，每个支路8根铜管的热交换器方案，如图6所示，除管路设计外，其余与本申请最优方案完全相同。

表2两种热交换器基本尺寸参数

表3两种热交换器制冷运行室外侧能力对比

表4两种热交换器制热运行室外侧能力对比

通过上表可知，采用9路数，压降较大，而采用12路数，压降较小，两者翅片效率相当，因此选用12路设计的内螺纹管。

同管路设计铜光管和螺纹管热交换器性能比较

均采用12路数相同管路设计，进行铜光管和螺纹管性能对比。

表5两种热交换器参数对比

表6两种热交换器制冷运行室外侧能力对比

表7两种热交换器制热运行室外侧能力对比

表8两种热交换器冷凝工况热阻分析

从上表可知，相对于光铜管，采用内螺纹铜管的热交换器在制冷剂侧的换热系数和制冷剂侧的换热面积都有极大的提高。并且，由于内螺纹管的壁厚较小，同样的流路设计下，使用内螺纹管的耗铜仅为1.07kg，相比于光铜管的铜耗2.13，减少了50％以上。并且使用了内螺纹管的翅片宽度可以缩短到39mm，相比于之前的设计减少了近一半的消耗。因此，采用了内螺纹管的换热器性能上限和设计余量都很高。

比较例1

如图10所示，海尔1.5匹定频空调外机换热结构24排2列结构，该加热交换器采用2支路设置，每支路含24根并行排列的铜管。

比较例2

申请人早期4mm管径管路设计，该方案采用5支路设计，每支路40根并行排列的铜管，如图8和图9所示。

表9三种热交换器尺寸参数比较

表9(补)三种热交换器尺寸参数比较

在R410A充注量均为1000g的前提下，三种热交换器制冷性能对比。

表10三种热交换器制冷性能对比

采用不同充注量的冷凝剂R410A冷凝工况比较。

表11不同充注量的热交换器冷凝工况比较

注：质量流量：单位时间内通过单位面积的制冷剂的质量

高压压力/低压压力：在换热器进出口各一个压力点测试

由表10、表11可看出，相同制冷剂、压缩机情况比较：在额定制冷工况下，使用本次申请的换热器(2.94)和海尔原样机换热器(2.93)的系统COP 接近，蒸发器换热量、平均功率与海尔原机平均功率近似。满足室内机换热量的前提下，本次申请的换热器的空调系统需要更低的制冷剂充注量。

如图11所示，本发明还提供一种1.5匹空调外机，包括：上面所提供的 12支路热交换器作为蒸发器/冷凝器6、压缩机7及电控设备、四通阀8、毛细管、风机9和外壳10组成，热交换器的集液器通过四通阀连接到压缩机。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种微细管径热交换器，其特征在于：包括多根铜管形成的多个管路支路、散热片、集液器，铜管管路支路并联，所述支路数量为12支并联，每个支路铜管的进口连接到一个集液器汇流，每个支路铜管的出口连接到另一个集液器汇流，集液器与外部空调系统管路连接，所述铜管管径≤4mm；

一条所述支路包括2个C型弯头和3个U型铜管；所述C型弯头用于将两个所述U型铜管的端部联通，形成通路；每个所述U型铜管是并联的，一个所述U型铜管由一个U型弯头和两个直管构成；

所述铜管采用内螺纹管；

所述散热片垂直压装在所述铜管上，所述散热片相互平行设置；管路设计采用24排3列设计；

平行并联的所述U型铜管的直管中心之间的纵向间距为20mm；

并联的所述U型铜管的直管中心之间的横向间距为13mm。

2.如权利要求1所述的微细管径热交换器，其特征在于：所述集液器设置为莲蓬头形状，在莲蓬头的圆周上均匀分布孔径为4mm的分液孔，为等距分流结构。

3.如权利要求1所述的微细管径热交换器，其特征在于：所述集液器设置为铜管状，在管侧壁上均匀打出与并联管路等数量的圆孔。

4.一种1.5匹空调外机，其特征在于，包括：权利要求1至3任一项所述的热交换器作为蒸发器/冷凝器、压缩机及电控设备、四通阀、毛细管、风机和外壳组成，热交换器的集液器通过四通阀连接到压缩机。