CN114508797B - 热交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热交换装置，包括：制冷剂基本流路，其具有多个，每一个制冷剂基本流路包括至少一根U形管，当包括多根U形管时，该多根U形管相串接，每一个制冷剂基本流路具有两个自由端口，该两个自由端口分别与位于两侧的总管对应连接；第一连接管；第二连接管；第一阀，其设置在所述第一连接管中；第二阀，其设置在所述第二连接管中；控制模块，其用于控制所述第一阀和第二阀的开关状态，将所述制冷剂基本流路连接组成若干条制冷剂流路，同一条制冷剂流路中的制冷剂基本流路之间相串联。本发明的热交换装置，制冷剂流路的数量以及各制冷剂流路所包含的制冷剂基本流路的数量可根据实际工况控制，以最大化提高整机性能。

Description

热交换装置

技术领域

本发明属于空调与制冷工程技术领域，具体地说，涉及一种热交换装置。

背景技术

普通空调一般包括室内机和室外机，室内机用来调节室内温度，室外机用来与室外空气进行热交换。热交换装置进行热交换的效率直接决定了空调的整体性能。

作为这种热交换装置，已知有将多条制冷剂基本流路在上下方向上多级配置，并将各热交换装置的一端侧分别经由分流毛细管而与制冷剂分流器连接，而将各导热管的另一端侧分别经由连接管与集管连接。

现有空调多采用固定流路，只针对强化制热、强化制冷等不同使用场景设计流路，且流路固定导致后期空调运行阶段难以进行调整，

制冷工况时，室外机用作冷凝器，此时减少流路、增长流程，冷凝器能力提高，整机的能效也随之提高。对于制热工况，室外机用作蒸发器，此时流路数多一点、流程短一点，蒸发器能力提高，整机性能也随之提高。目前室外机流路通常根据使用环境进行设计，只能实现制冷效果佳或者制热效果佳中的一项目标。难以同时兼顾强化制冷、强化制热两种功能。且出厂时流路已固定，不能根据实际运行环境进行调整，不能充分发挥换热器潜力。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明针对现有热交换装置出厂时流路已固定，不能根据实际运行环境进行调整，进而无法提高整机性能的技术问题，提出了一种热交换装置，可以解决上述问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种热交换装置，包括：

制冷剂基本流路，其具有多个，每一个制冷剂基本流路包括至少一根U形管，当包括多根U形管时，该多根U形管相串接，每一个制冷剂基本流路具有两个自由端口，该两个自由端口分别与位于两侧的总管对应连接；

第一连接管，其具有多根，所述第一连接管用于将所述自由端口与其所对应的总管连接；

第二连接管，其具有多根，用于将位于同一侧的相邻的两根第一连接管连接；

第一阀，其设置在所述第一连接管中；

第二阀，其设置在所述第二连接管中；

控制模块，其用于控制所述第一阀和第二阀的开关状态，将所述制冷剂基本流路连接组成若干条制冷剂流路，同一条制冷剂流路中的制冷剂基本流路之间相串联。

进一步的，所述总管包括集气管和集液管，所述制冷剂基本流路的其中一个自由端口与所述集气管连接，另外一个自由端口与所述集液管连接。

进一步的，所述U形管的两个直管在水平方向延伸。

进一步的，所述制冷剂基本流路包括两根U形管，同一根U形管的两个直管位于同一竖直面上，且该两根U形管在竖直方向错位设置。

进一步的，所述制冷剂基本流路包括一根U形管，且所述U形管的两个直管不位于同一竖直面上。

进一步的，所述控制模块获取单条制冷剂流路的能力，并根据单条制冷剂流路的能力确定制冷剂流路的数量。

进一步的，制冷剂流路的数量的确定方法为：

获取目标能力Q；

获取当前制冷剂流路的数量M；

计算单条制冷剂流路的能力：q=Q/M;

判断q是否位于最佳能力段（qmin，qmax）的范围；

当q＞qmax时，则增加制冷剂流路的数量，直到q处于所述最佳能力段的范围；

当q＜qmin时，则减少制冷剂流路的数量，直到q处于所述最佳能力段的范围。

进一步的，当qmin≤q≤qmax时，还包括：

检测实际风速p；

当p＞pmax时，则增加制冷剂流路的数量；

当p＜pmin时，则减少制冷剂流路的数量，其中，pmax＞pmin。

进一步的，当pmin≤p≤pmax时，还包括：

分别获室内外温差、空调负荷、压缩机运行频率、压缩机启停频率中的任意一个或者多个，当满足室内外温差小于第一设定阈值、空调负荷小于第二设定阈值、压缩机运行频率小于第三设定阈值、以及压缩机启停频率大于第四设定阈值中的任一个时，关闭部分制冷剂流路。

进一步的，当关闭部分制冷剂流路时，还包括判断各制冷剂流路所处的风量区域，控制将位于中低风量区域的制冷剂流路关闭。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明的热交换装置，通过设置制冷剂基本流路，各制冷剂基本流路分别通过第一连接管和第二连接管与位于两侧的总管对应连接，且第一连接管中设置有第一阀，第二连接管中设置有第二阀，控制模块可控制第一阀和第二阀的开关状态，实现将部分制冷剂基本流路相串接组成制冷剂流路，制冷剂流路的数量以及各制冷剂流路所包含的制冷剂基本流路的数量可根据实际工况控制，以最大化提高整机性能。

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 是本发明提出的热交换装置的一种实施例的结构示意图；

图2 是本发明提出的热交换装置的再一种实施例的结构示意图；

图3是本发明提出的热交换装置的一种实施例中控制逻辑的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

热交换装置是空调系统的重要热交换器件，制冷剂通过热交换装置与外部环境中的空气或者水进行换热。本实施例提出了一种热交换装置，尤其适用于将制冷剂与外部空气进行换热的方案。

本实施例的热交换装置包括多个制冷剂基本流路、第一连接管、第二连接管、第一阀以及第二阀，其中，每一个制冷剂基本流路包括一根或者多根U形管，当包括多根U形管时，该多根U形管相串接。每一个制冷剂基本流路具有两个自由端口，该两个自由端口分别与位于两侧的总管对应连。

热交换装置还包括套设在U形管外的翅片，翅片的设置，增大了热交换装置与外界的接触面积，提高了热交换装置内制冷剂与外界空气的换热效率，进而提高了管翅式蒸发器的换热效果。

可以理解的，当制冷剂基本流路包括一根U形管时，该制冷剂基本流路的两个自由端口即为U形管的两个端口。当制冷剂基本流路包括多根U形管时，该多个U形管依次串联后，位于两端的U形管分别具有一个自由的端口，即为该制冷剂基本流路的自由端口。

第一连接管具有多根，第一连接管用于将自由端口与该自由端口所对应的总管连接。

第二连接管同样具有多根，用于将位于同一侧的相邻的两根第一连接管连接。是否位于同一侧是根据总管的布设位置而定，总管分别位于制冷剂基本流路的两侧。相应的，需要在两侧分别设置若干个第一连接管，分别连接两侧的总管。

第一阀设置在第一连接管中，其能够接受控制模块的控制开启或者关闭，进而能够将其所在的第一连接管路导通或者断开。

第二阀设置在第二连接管中，其能够接受控制模块的控制开启或者关闭，进而能够将其所在的第二连接管路导通或者断开。

控制模块，其用于控制第一阀和第二阀的开关状态，将制冷剂基本流路连接组成若干条制冷剂流路，位于同一条制冷剂流路中的制冷剂基本流路之间相串联。不同制冷剂流路并联连接在两个总管之间。控制模块通过控制第一阀和第二阀的开关状态，因此可以控制制冷剂流路的数量，以及各制冷剂流路所串入的制冷剂基本流路的数量，也即制冷剂流路的流程。进而可根据实际工况控制调节，以最大化提高整机性能。

具体地说，制冷工况时，室外机用作冷凝器，此时需要减少流路、增加流程，可以提高冷凝器能力，整机的能效也随之提高。

对于制热工况，室外机用作蒸发器，此时流路数多一点、流程短一点，蒸发器能力提高，整机性能也随之提高。本方案可以同时兼顾强化制冷和强化制热两种功能，充分发挥换热器潜力。

下面将以一具体的实施例详细说明本热交换装置的结构和工作原理。

如图1所示，为截取热交换装置的部分结构示意图，该热交换装置包括多个制冷剂基本流路，分别为B1、B2、B3、B4、B5…。

本实施例中每一个制冷剂基本流路包括两根U形管，该两根U形管相串接，且对外留有两根自由端口，分别为自由端口12和自由端口13，分别与位于两侧的总管对应连接。

第一连接管11具有多根，分别位于制冷剂基本流路的两侧，左侧的第一连接管11连接在自由端口12与位于左侧的总管之间，右侧的第一连接管11连接在自由端口13与位于右侧的总管之间。

总管包括集气管14和集液管15。

第二连接管16同样具有多根，用于将位于同一侧的相邻的两根第一连接管11连接。是否位于同一侧是根据总管的布设位置而定，由于集气管14和集液管15分别位于制冷剂基本流路的两侧。相应的，需要在两侧分别设置若干个第二连接管，分别连接位于同一侧的相邻的两根第一连接管11。

第一阀C1、C2、C3…分别设置在相对应的第一连接管11中，其能够接受控制模块的控制开启或者关闭，进而能够将其所在的第一连接管11导通或者断开。

当第一阀开启时，其用于将所连接的制冷剂基本流路与集气管或者集液管连通。

第二阀A1、A2、A3…分别设置在相应的第二连接管16中，其能够接受控制模块的控制开启或者关闭，进而能够将其所在的第二连接管路导通或者断开。第二阀开启时，其用于将所连接的两个第一连接管11连通。

制冷工况时，室外机的热交换装置用作冷凝器，制冷剂从集气管14进入，然后依次流经制冷剂流路的各制冷剂基本流路，流经过程中向外部空气放热，相变为液态制冷剂，然后流入集液管15，流出室外机的热交换装置。

制热工况时，室外机的热交换装置用作蒸发器，制冷剂从集液管15进入，然后依次流经制冷剂流路的各制冷剂基本流路，流经过程中从外部空气吸热，相变为气态制冷剂，然后流入集气管14，流出室外机的热交换装置。

例如，当关闭第二阀A1、A6，关闭第一阀C2、C3、C6、C7,开启第二阀A2、A5，开启第一阀C1和C8，此时制冷剂基本流路B1、B2、B3串接成一个制冷剂流路C1-B1—A5—B2—A2—B3-C8，从集气管14到达集液管15。奇数个制冷剂基本流路相连均可采用该方式。图1所示通过控制第一阀和第二阀进而控制制冷剂基本流路合并和分割。

第二阀A1、A2、A3…也可通过类似于中间管中隔板的开闭来控制，主要目的是通过各种方式，实现多个制冷剂基本流路的串联和并联。

U形管包括位于端部的弯管和由弯管连接的两个直管，本实施例中U形管的两个直管在水平方向延伸。如图1所示，自由端口12和自由端口13的轴心方向即为直管的延伸方向。

图1所示的为制冷剂基本流路包括两根U形管的实施例，在该实施例中，同一根U形管的两个直管位于同一竖直面上，如自由端口12与端口12’为同一根U形管的两个直管的端口，可知，该U形管的的两个直管位于同一竖直平面上。位于同一制冷剂基本流路的两根U形管在竖直方向错位设置。如图1所示，也即，位于同一制冷剂基本流路的所有直管不位于同一水平面上。本实施例中通过如此错位布设，方便外部气体流通经过该热交换装置，进热提高换热效率。

位于同一制冷剂基本流路的两根U形管可通过U形弯管相连接。

当控制精度不高，或者U形管的长度较短时，可采用本实施例的连接方式，也即一个制冷剂基本流路包括多个U形管。该种设置方式使得流路控制更加快捷。

实施例二

如图2所示，为另外一种结构形式的热交换装置。

本实施例中热交换装置包括多个制冷剂基本流路，分别为B1、B2、B3、B4、B5…。

本实施例中每一个制冷剂基本流路包括一根U形管，该U形管的两个端口即为制冷剂基本流路的两个自由端口12和自由端口13，分别与位于两侧的总管对应连接。

第一连接管11具有多根，分别位于制冷剂基本流路的两侧，左侧的第一连接管11连接在自由端口12与位于左侧的总管之间，右侧的第一连接管11连接在自由端口13与位于右侧的总管之间。

总管包括集气管14和集液管15。

第二连接管16同样具有多根，用于将位于同一侧的相邻的两根第一连接管11连接。是否位于同一侧是根据总管的布设位置而定，由于集气管14和集液管15分别位于制冷剂基本流路的两侧。相应的，需要在两侧分别设置若干个第二连接管，分别连接位于同一侧的相邻的两根第一连接管11。

第一阀C1、C2、C3…分别设置在相对应的第一连接管11中，其能够接受控制模块的控制开启或者关闭，进而能够将其所在的第一连接管11导通或者断开。

当第一阀开启时，其用于将所连接的制冷剂基本流路与集气管或者集液管连通。

U形管的两个直管不位于同一竖直面上，也即如图2所示的U形管斜插的设置方式。当控制精度较高，或者U形管长度较长时，单路流程流经U形管数目有限时，优选采用本实施例的设置方式，如此可以提高流路的控制精度。

本实施例中热交换装置的其他结构及连接方式可参见实施例一中记载，在此不做赘述。

实施例三

本实施例提出了热交换装置的流路控制方式。

判断流路数的主要依据有目标能力、风场、单路换热量等。针对运行工况需要，判断所需流路数，控制阀门开启，将基本流路串联，减小流路数，增大流程。精密空调运行中，部分半负荷工况时，为避免间歇性关机，可直接关停部分流路，从而保证运行持续、稳定。

本实施例中所采用的热交换装置可参见图1、图2所示，包括多个制冷剂基本流路、第一连接管、第二连接管、第一阀以及第二阀，其中，每一个制冷剂基本流路包括一根或者多根U形管，当包括多根U形管时，该多根U形管相串接。每一个制冷剂基本流路具有两个自由端口，该两个自由端口分别与位于两侧的总管对应连。

热交换装置还包括套设在U形管外的翅片，翅片的设置，增大了热交换装置与外界的接触面积，提高了热交换装置内制冷剂与外界空气的换热效率，进而提高了管翅式蒸发器的换热效果。

热交换装置的具体结构可参加实施例一、二中记载，在此不做赘述。

本实施例中，如图3所示，控制模块获取单条制冷剂流路的能力，并根据单条制冷剂流路的能力确定制冷剂流路的数量。

5mm、7mm、9.52mm等不同管径的U形管，单条制冷剂流路的最佳换热能力段和单路最佳流程长度不同，也提前存储于空调系统中。

通过获取单条制冷剂流路的能力，并控制第一阀和第二阀，以实现达到最优的制冷剂流路的数量以及流程，使得换热能力达到最优。

作为一个优选的实施例，制冷剂流路的数量的确定方法为：

获取目标能力Q；

获取当前制冷剂流路的数量M；

计算单条制冷剂流路的能力：q=Q/M;

判断q是否位于最佳能力段（qmin，qmax）的范围；

当q＞qmax时，则增加制冷剂流路的数量，直到q处于所述最佳能力段的范围。

增加制冷剂流路的数量的方式具体计算可以为但不限于：

Mnew=M + (q- qmax)*M/[ (qmax -qmin)/2]。

直到单路能力基本处于最佳能力段，或允许一定的偏差，类似于上下限外10%偏差。

当q＜qmin时，则减少制冷剂流路的数量，直到q处于所述最佳能力段的范围。

减少制冷剂流路的数量的方式可以为但不限于：

Mnew=M -( qmin -q)*M/[ (qmax -qmin)/2]。

若以当前制冷剂流路的数量M得到的单条制冷剂流路的能力高于最佳能力段的最大值，则需增加制冷剂流路数，以减小单路能力。若以当前制冷剂流路的数量M得到的单条制冷剂流路的能力低于最佳能力段的最小值，则需要减小制冷剂流路数，以增大单路性能。

对于特定空间，根据气候条件、室内设施、额定人员数等因素制定相应额定冷/热负荷Q。该部分可通过现有技术获取，在此不做赘述。

当前制冷剂流路的数量M可以是系统默认，也可以是最大流路的数量，也即每个制冷剂流路只包含一个制冷剂基本流路的数量，等于制冷剂基本流路的数量，该数量同样预先存储于空调系统中。

若制冷剂流路的数量M得到的单条制冷剂流路的能力处于相应管径发卡管的最佳能力段时，则进行下一步实际风场判别。

也即，当qmin≤q≤qmax时，还包括：

检测实际风速p；

当p＞pmax时，则增加制冷剂流路的数量；

当p＜pmin时，则减少制冷剂流路的数量，其中，pmax＞pmin。

换热器上的风速传感器，检测实际风速，对于风速过低区域（例如可设置为1m/s以下，或其他更精确的数值），外机冬季易结霜，需通过减小相应区域流路数，来增大单路流程，从而防止结霜。

对于风速过高的区域（例如可设置为3m/s以上，或其他更精确的数值），可通过增加流路数，来提升整机性能。风速处于适宜的区间（1,3）（或设置其他更精确的数值，本数值仅供参考），则进入下一步判别。

也即，当pmin≤p≤pmax时，还包括：

分别获室内外温差、空调负荷、压缩机运行频率、压缩机启停频率中的任意一个或者多个，当满足室内外温差小于第一设定阈值、空调负荷小于第二设定阈值、压缩机运行频率小于第三设定阈值、以及压缩机启停频率大于第四设定阈值中的任一个时，关闭部分制冷剂流路。

也即，当空调处于半负荷工况，或者低温制冷等低频运转工况时，空调出现间歇性启停，影响舒适性；或者系统运行能效不高。此时可以控制关闭部分流路，从而保证系统持续运行，或者说高能效运行。

当关闭部分制冷剂流路时，还包括判断各制冷剂流路所处的风量区域，控制将位于中低风量区域的制冷剂流路关闭。

当空调室内外温差不大，空调负荷较低，或者根据空调功能书，压机需要低频运转、或间歇性启停时，容易影响空调舒适性，且导致系统运行能效不高。此时可以控制关闭部分中低风量区域流路，从而保证系统持续运行，或者说高能效运行。

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 (7)

1.一种热交换装置，其特征在于，包括：

制冷剂基本流路，其具有多个，每一个制冷剂基本流路包括至少一根U形管，当包括多根U形管时，该多根U形管相串接，每一个制冷剂基本流路具有两个自由端口，该两个自由端口分别与位于两侧的总管对应连接；

第一连接管，其具有多根，所述第一连接管用于将所述自由端口与其所对应的总管连接；

第二连接管，其具有多根，用于将位于同一侧的相邻的两根第一连接管连接；

第一阀，其设置在所述第一连接管中；

第二阀，其设置在所述第二连接管中；

控制模块，其用于控制所述第一阀和第二阀的开关状态，将所述制冷剂基本流路连接组成若干条制冷剂流路，同一条制冷剂流路中的制冷剂基本流路之间相串联；

所述控制模块获取单条制冷剂流路的能力，并根据单条制冷剂流路的能力确定制冷剂流路的数量；

制冷剂流路的数量的确定方法为：

获取目标能力Q；

获取当前制冷剂流路的数量M；

计算单条制冷剂流路的能力：q=Q/M;

判断q是否位于最佳能力段（qmin，qmax）的范围；

当q＞qmax时，则增加制冷剂流路的数量，直到q处于所述最佳能力段的范围；

当q＜qmin时，则减少制冷剂流路的数量，直到q处于所述最佳能力段的范围；

当qmin≤q≤qmax时，还包括：

检测实际风速p；

当p＞pmax时，则增加制冷剂流路的数量；

当p＜pmin时，则减少制冷剂流路的数量，其中，pmax＞pmin。

2.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，所述总管包括集气管和集液管，所述制冷剂基本流路的其中一个自由端口与所述集气管连接，另外一个自由端口与所述集液管连接。

3.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，所述U形管的两个直管在水平方向延伸。

4.根据权利要求3所述的热交换装置，其特征在于，所述制冷剂基本流路包括两根U形管，同一根U形管的两个直管位于同一竖直面上，且该两根U形管在竖直方向错位设置。

5.根据权利要求3所述的热交换装置，其特征在于，所述制冷剂基本流路包括一根U形管，且所述U形管的两个直管不位于同一竖直面上。

6.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，当pmin≤p≤pmax时，还包括：

分别获室内外温差、空调负荷、压缩机运行频率、压缩机启停频率中的任意一个或者多个，当满足室内外温差小于第一设定阈值、空调负荷小于第二设定阈值、压缩机运行频率小于第三设定阈值、以及压缩机启停频率大于第四设定阈值中的任一个时，关闭部分制冷剂流路。

7.根据权利要求6所述的热交换装置，其特征在于，当关闭部分制冷剂流路时，还包括判断各制冷剂流路所处的风量区域，控制将位于中低风量区域的制冷剂流路关闭。