CN1245599C - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热交换器，包括：上端盖；多个热交换管，该多个热交换管的上端与上端盖连接且多个热交换管沿垂直方向延伸；下端盖，所述下端盖具有致冷剂出口；和固定到上端盖的下表面上，并将水供给到热交换管的外表面以使水沿管的外表面流动的供水装置，供水装置包括：形成于供水装置一端的供水口；热交换管垂直穿过其中的通道体，供水装置的内部被具有多个压力调节孔的分隔板分隔成压力调节室和供水室，压力调节室用于接收从外部来的水，供水室用于将水供给到的热交换管并使水沿热交换管的外表面流动；和多个形成于供水装置下部的下孔，所述热交换管通过下孔垂直地穿过供水装置，每个下孔的尺寸都比每个热交换管的尺寸大。

Description

热交换器
技术领域
本发明总体上涉及一种用于冷却系统的热交换器，更具体地说，涉及一种该冷却系统中用于冷凝致冷剂的水冷却热交换器。
背景技术
众所周知，用于空调设备的冷却系统包括压缩机、致冷剂冷凝热交换器、致冷剂膨胀装置以及致冷剂蒸发热交换器，它们通过致冷剂管彼此顺序地连接在一起而形成致冷剂回路。当致冷剂回路中压缩机启动时，致冷剂通过致冷剂管产生循环并从环境中传递或吸收热量以不断地改变其状态。这样冷却系统实现冷却室内空气的操作。
在这种用于空调设备的冷却系统中，致冷剂冷凝热交换器包括将压缩机出口的致冷剂分配到多个热交换管的致冷剂分配盘，将收集到的致冷剂供给到致冷剂膨胀装置之前，收集从热交换管流出的冷凝致冷剂的致冷剂收集盘。具有薄板形式的多个热交换散热片与热交换管装配在一起从而加大了热交换面积，户外的空气就在此与热交换器相接触。在这种致冷剂冷凝热交换器工作过程中，由安装在临近热交换器的排风扇强力吹进的户外空气来冷却管和散热片，从而冷凝在管中流动的致冷剂。在致冷剂冷凝热交换器中的致冷剂状态因此也从气态转变成为液态。
当然，这种传统的用于冷却系统的致冷剂冷凝热交换器的问题在于热交换器只是通过风扇吹动空气冷却，所以热交换效率的提高受到了不应有的限制。此外，上述热交换器必须有多个热交换散热片以提高热交换效率，所以热交换器的尺寸也不必要地增大了以达到理想的热交换效率。热交换器尺寸的增大也不必要地增加了采用热交换器的冷却系统的尺寸。
发明内容
相应地，本发明的一个方面是提供一种用于冷却系统的热交换器，其具有较小尺寸并提高了热交换效率。
本发明的另外一方面和优点在下面的说明中部分地进行了阐明，部分体现在从说明书显而易见的领域或可以从本发明的实践可以理解的范围中。
本发明的上述和/或其它方面通过提供一种热交换器而得以实现，所述热交换器包括：上端盖，其具有致冷剂入口并对通过致冷剂入口导入到上端盖中的致冷剂进行分配；多个热交换管，其中所述多个热交换管的上端与所述上端盖连接且所述多个热交换管沿垂直方向延伸；连接到所述热交换管的下端并收集从热交换管流出的致冷剂的下端盖，所述的下端盖具有致冷剂出口；和固定到所述上端盖的下表面上，并将水供给到所述热交换管的外表面以使水沿所述管的外表面流动的供水装置，所述供水装置包括：形成于供水装置一端的供水口；热交换管垂直穿过其中的通道体，供水装置的内部被具有多个压力调节孔的分隔板分隔成压力调节室和供水室，所述压力调节室用于接收从外部来的水，所述供水室用于将水供给到所述的热交换管并使水沿所述热交换管的外表面流动；和多个形成于供水装置下部的下孔，所述热交换管通过下孔垂直地穿过供水装置，每个所述下孔的尺寸都比每个热交换管的尺寸大。
在热交换器中，分隔板将供水装置的内部分隔成作为压力调节室的上室和作为供水室的下室。
在本发明的一种实施方式中，每个所述热交换管都具有圆形横截面，并在每个热交换管的外表面形成有螺旋流动导向器，以引导水的流向。
在本发明的另外一种实施方式中，每个所述热交换管都具有圆形横截面，并在每个热交换管的外表面形成有多个轴向线性流动导向器，以导引水的流向。
热交换管是板式多通道管，多个分隔的致冷剂通道沿轴向形成于每个所述的热交换管中。
每个所述板式热交换管厚度为1.5-2.5mm，宽度为5-20mm，每个所述冷却剂通道的通水直径为1.27-1.52mm。
在所述板式多通道管式热交换管中，进一步包括多个线性流动导向器，其沿轴向形成于每个所述热交换管的外表面，以引导水的流向。
上端盖、下端盖和供水装置分别包括多个上端盖、下端盖和供水装置，其均紧密地平行排列布置，热交换管排列在上端盖和下端盖之间并形成热交换器模块组。
热交换器还包括：致冷剂入口管，其具有分流支管并在分流支管处连接到所述上端盖的致冷剂入口以将致冷剂分配到上端盖中；致冷剂出口管，其具有收集支管并在收集支管处连接到所述下端盖的致冷剂出口以收集来自下端盖的致冷剂；和供水管，其具有水分流支管并与所述供水装置的供水口连接以将水分配到供水装置的供水室中。
加强件装配到所述热交换管外表面并位于上、下端盖之间，以固定热交换管。
附图说明
参考相应的附图对下述实施方式进行详细地说明，本发明的这些和其它目的和优点将得到更加清晰地理解。
图1是显示根据本发明一种实施方式的热交换器结构的透视图；
图2是显示根据图1所示实施方式的热交换器的剖视图；
图3是显示图2中“III”部分结构的放大剖视图；
图4是显示图2中沿IV-IV′线的剖视图；
图5是显示根据图1所示的实施方式的热交换器中的热交换管结构的透视图；
图6是对应于图5，显示根据图1所示实施方式的变更方式的热交换管结构的视图；
图7是显示图2中沿VII-VII′线的剖视图；
图8是显示根据本发明另一实施方式的热交换器结构的透视图；
图9是显示图8中沿IX-IX′线的剖视图；
图10是显示图8中沿X-X′线的剖视图；
图11是显示根据图8所示实施方式的热交换器中的热交换管的结构的透视图；以及
图12是对应于图11而显示图8所示实施方式的变更方式的热交换管结构的视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式的热交换器包括分配压缩机(图中未示出)出口致冷剂的通道上端盖10、多个致冷剂流经其中并同时把热传递给热交换管40外部使致冷剂冷凝的热交换管40和收集从热交换管40流出的冷凝致冷剂的通道下端盖20。热交换器还包括供水装置30，其固定在上端盖10的下表面并给热交换管40供水，以使水沿管40的外表面流下。
每个上端盖和下端盖10、20都包括通道体，其具有矩形横截面，致冷剂通道形成于通道体中。每个上端盖和下端盖10、20的通道体的两端形成封闭结构。多个致冷剂入口11形成于上端盖10的上壁面并将致冷剂引入到上端盖10的内部。与上端盖10的致冷剂入口11连接的是从压缩机致冷剂出口延伸过来的致冷剂入口管50。
热交换管40具有圆形横截面并在垂直的方向上延伸，以具有能够使致冷剂流过管40时将热量传递到管40周围的水和空气中的长度。上述热交换管40在其上端处与上端盖10的下部连接，并在其下端处与下端盖20的上部连接。在这种情况下，热交换管的上端和下端分别与上端盖和下端盖10、20的内部相连通。因此，致冷剂通过上端盖10分配到热交换管40中，并当流过管40时将热量传递到管40周围的水和空气中，从而在被收集到下端盖20前得到冷凝。多个致冷剂出口21在下端盖20的下壁面处形成，并将从下端盖20收集到的致冷剂输送到传统制冷系统的致冷剂膨胀装置(未示出)中。与下端盖20的致冷剂出口21连接的是延伸到致冷剂膨胀装置的致冷剂出口管60。
固定到上端盖10下表面的供水装置30包括具有中空矩形横截面的通道体并形成水通道。供水口34形成于供水装置30的一端。与供水口34连接的是将水供给供水装置30的供水管80。形成水通道的供水装置30的内部被在供水装置30内部水平延伸的隔板35水平地分隔成上、下两个室。供水装置30的上室作为压力调节室37，而下室作为供水室38。连接到供水管80的供水口34形成于压力调节室37的一端，以使来自供水管80的水进入到压力调节室37中。如图3所示，多个压力调节孔36形成于分隔板35上，以使具有控制压力和控制流型的水从压力调节室37流进供水室38中。因此，即使当高压下的水从供水管80进入到压力调节室37时，水的压力也能适当地降低，同时从压力调节室37通过分隔板35的压力调节孔36流进供水室38中。压力调节孔36也能使水均匀地分配到供水室38的整个区域内。
多个上、中和下孔31、32和33分别形成于供水装置30的上壁面、分隔板和下壁面上，以使热交换管40通过上、中和下孔31、32和33的通道垂直地穿过供水装置30。分别形成于供水装置30的上壁面和分隔板上的上孔和中孔31、32的横截面设计成使热交换管40紧密地穿过上孔和中孔31、32，从而实现上孔和中孔31、32与管40的外表面之间连接处的密封效果。如图3和图4所示，每个下孔33的横截面积都比每个热交换管40的横截面积大，从而使供水室38中的水沿热交换管40的外表面流下。
根据本发明的这种实施方式，在制造热交换器的过程中，优选设计热交换管40的尺寸和排列是：内径大约是0.7-2.5mm、厚度大约是0.3-1mm，相邻管40之间的间距大约是2-6mm。
如图5和图6所示，每个热交换管40的外表面可以形成螺旋流动导向器41或线性流动导向器42。热交换管40的螺旋或线性流动导向器41或42能使水平稳地沿热交换管40的外表面流下，并增大了管40的热交换表面，从而提高了管40的热交换效率。在本发明的实施方式中，图5中的螺旋流动导向器41优选通过在每个热交换管40的外表面形成螺旋凹槽和螺旋脊来实现。图6中的线性流动导向器42可以通过形成多个沿每个热交换管40的外表面轴向延伸的线性凹槽或线性脊来实现。作为替代，其也能够设置成能够用在热交换管40中以获得本发明之目的任何其它形状。
为了防止热交换管40由于外部振动引起不必要变形，如图1和图2所示，将多个加强件70在上、下端盖10、20之间的位置与热交换管装配在一起。每个加强件70都是平板，并在板上形成有多个管道通孔71，以便穿过热交换管40。加强件70的管道通孔71的尺寸比管40的外径大。具体地说，加强件70的管道通孔71设计成图7所示的矩形，以便每个管道通孔71的四个角都与相应的热交换管40的外表面有一段间距，而管道通孔71的边又与管40的外表面在四个位置接触。因此加强件70的管道通孔71可以稳定地支撑热交换管40而管40不会出现不必要的移动，还可以让水通过管道通孔71的角和热交换管40的外表面之间的空隙流动，从而水可以沿热交换管40的外表面平稳地流下。
如图1所示，根据本发明实施方式的热交换器包括多个具有同样结构并平行排列的上端盖10、10A和10B、多个具有同样结构并平行排列的下端盖20、20A和20B，以及多个具有同样结构并平行排列的供水装置30、30A和30B。多个热交换管40平行排列在上端盖10、10A和10B及下端盖20、20A和20B之间，并与上、下端盖连接从而形成一个热交换模块组。多个分流管从致冷剂入口管50进行分支，从而形成分流支管。致冷剂入口管50的分流管与上端盖10、10A和10B的致冷剂入口11连接，并分配压缩机出口的致冷剂到多个上端盖10、10A和10B。同样的方式，多个收集管从致冷剂出口管60分支，从而形成收集支管。致冷剂出口管60的收集管与下端盖20、20A和20B的致冷剂出口21连接，并收集来自于多个下端盖20、20A和20B的冷凝致冷剂。供水管80也有水分流支管，并与多个供水装置30、30A和30B的供水口34连接并将水分配给供水装置30、30A和30B。
图8是显示根据本发明另一种实施方式的热交换器结构的透视图。根据这种实施方式，热交换器包括多个由板式多通道管组成的热交换管140，以及多个由具有椭圆形横截面的通道体组成的上、下端盖110和120。参考图9至图11所示，热交换管140是纵向平板的形状，并有预定厚度“t”和预定宽度“w”。多个分隔的致冷剂通道141沿轴向形成于每个管140上，以使致冷剂流过通道141。
供水装置130固定在每个上端盖110的下表面。同先前说明的实施方式一样，形成供水通道的供水装置130的内部被具有多个压力调节孔136的分隔板135水平地分隔成作为压力调节室137的上室和作为供水室138的下室。如图10所示，穿过热交换管140的供水装置130的下孔133设计成每个下孔133的宽度比热交换管140的厚度“t”大。因此，供水装置130中的水就从装置130中漏出并沿热交换管140的外表面流下，从而平稳地分配到外表面的整个区域。如图12所示，优选在每个热交换管140的外表面形成线性流动导向器143。热交换管140的线性流动导向器143可以使通过下孔133从供水装置130排出的水平稳地沿热交换管140的外表面流下，并加大了管140的热交换表面，增加了管140的热交换效率。线性流动导向器143可以包括多个沿每个热交换管140的外表面轴向延伸的线性凹槽或线性脊。
根据本发明的这种实施方式，在制造热交换器的过程中，优选设计热交换管140的尺寸是：厚度大约1.5-2.5mm，宽度大约5-20mm，每个致冷剂通道141的通水直径大约1.27-1.52mm。
下面将对本发明中的热交换器的操作和效果进行说明。
在热交换器操作过程中，通过致冷剂入口管50从压缩机中流出的高压、高温气态致冷剂通过上端盖10、110分配到热交换管40、140。分配的致冷剂因此通过管40、140流到下端盖20、120，并将热传递到管40、140周围的水和空气中，因此被冷凝并从气态变为液态。从热交换管40、140来的液态致冷剂在通过致冷剂出口管60送到传统冷却系统的致冷剂膨胀装置(未示出)之前被收集到下端盖20、120中。
在热交换器操作过程中，通过供水管80将水供给到供水装置30、130。在这种情况下，在预定压力以下的水首先进入到位于供水装置30、130上部的压力调节室37、137。然后水再通过分隔板35、135上的压力调节孔36、136从压力调节室37、137流到位于供水装置30、130下部的供水室38、138中。在这种情况下，由于流到供水室38、138的水通过了分隔板35、135上的压力调节孔36、136，因此水平稳地分配到供水室38、138的整个区域内。在压力以下的水通过供水装置30、130的下孔33、133从供水室38、138中排出，然后缓慢地沿热交换管40、140的外表面流下。当致冷剂沿热交换管40、140的外表面流下时，水就吸收了致冷剂中的热量。此外，热交换器周围的空气被排风机(未示出)强力吹过热交换管40、140之间的空隙，并吸收管40、140的热量。因此，穿过热交换管40、140之间空隙的强力空气使沿管40、140的外表面流下的水蒸发，由于水蒸发的潜热作用，管40、140被迅速冷却。因此根据本发明实施方式热交换器的热交换效率与传统的热交换器相比得到改善。
如上所述，本发明提供了一种在冷却系统中冷凝致冷剂的水冷却热交换器。在根据本发明实施方式的热交换器中，水沿多个热交换管的外表面流下，所以当致冷剂流过管时传递出的热量被沿管外表面流过的水和穿过管之间空隙的空气吸收。在这种情况下，在热交换管中流动的致冷剂由于沿管外表面流动水蒸发的潜热作用得到冷却，所以根据本发明的实施方式，热交换器的热交换效率与传统的空气冷却热交换器相比得到明显的提高。
另外，由于提高了热交换效率，就可能减小热交换器的尺寸，从而减少使用热交换器的冷却系统的尺寸。
虽然通过上述实施方式对本发明进行了显示和说明，但应当理解，本领域技术人员在不脱离本发明的原则和精神的情况下可以对这些实施方式进行改变，本发明的保护范围由权利要求书和其等同物来确定。

Claims (20)

1.一种热交换器，包括：
上端盖，其具有致冷剂入口并对通过致冷剂入口导入到上端盖中的致冷剂进行分配；
多个热交换管，其中所述多个热交换管的上端与所述上端盖连接且所述多个热交换管沿垂直方向延伸；
连接到所述热交换管的下端并收集从热交换管流出的致冷剂的下端盖，所述下端盖具有致冷剂出口；和
固定到所述上端盖的下表面上，并将水供给到所述热交换管的外表面以使水沿所述管的外表面流动的供水装置，所述供水装置包括：
形成于供水装置一端的供水口；
热交换管垂直穿过其中的通道体，供水装置的内部被具有多个压力调节孔的分隔板分隔成压力调节室和供水室，所述压力调节室用于接收从外部来的水，所述供水室用于将水供给到所述热交换管并使水沿所述热交换管的外表面流动；和
多个形成于供水装置下部的下孔，所述热交换管通过下孔垂直地穿过供水装置，每个所述下孔的尺寸都比每个热交换管的尺寸大。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：
所述分隔板将供水装置的内部分隔成作为压力调节室的上室和作为供水室的下室。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：
每个所述热交换管都具有圆形横截面，并在每个热交换管的外表面形成有螺旋流动导向器，以引导水的流向。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：
每个所述热交换管都具有圆形横截面，并在每个热交换管的外表面形成有多个轴向线性流动导向器，以导引水的流向。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：
所述热交换管是板式多通道管，多个分隔的致冷剂通道沿轴向形成于每个所述热交换管中。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于：
每个所述热交换管厚度为1.5-2.5mm，宽度为5-20mm，每个所述冷却剂通道的通水直径为1.27-1.52mm。
7.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于还包括多个线性流动导向器，其沿轴向形成于每个所述热交换管的外表面，以引导水的流向。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：
所述上端盖、下端盖和供水装置分别包括多个上端盖、下端盖和供水装置，其均紧密地平行排列布置，热交换管排列在上端盖和下端盖之间并形成热交换器模块组。
9.根据权利要求8所述的热交换器，还包括：
致冷剂入口管，其具有分流支管并在分流支管处连接到所述上端盖的致冷剂入口以将致冷剂分配到上端盖中；
致冷剂出口管，其具有收集支管并在收集支管处连接到所述下端盖的致冷剂出口以收集来自下端盖的致冷剂；和
供水管，其具有水分流支管并与所述供水装置的供水口连接以将水分配到供水装置的供水室中。
10.根据权利要求1所述的热交换器，还包括装配到所述热交换管外表面、位于上、下端盖之间用于固定热交换管的加强件。
11.根据权利要求10所述的热交换器，其特征在于：
所述加强件是带有多个管道通孔的平板，所述管道通孔形成于所述板上以容纳热交换管，每个所述管道通孔的尺寸大于每个热交换管横截面的尺寸。
12.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于通道体具有形成水通道的中空矩形横截面。
13.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于供水装置还包括：
在其中形成有多个上孔的上壁面；
在其中形成有多个下孔的下壁面；和
多个形成于分隔板上的中孔，
其中热交换管通过上、中和下孔的通道垂直地穿过供水装置。
14.根据权利要求13所述的热交换器，其特征在于：
上孔和中孔的横截面设计成热交换管紧密地穿过上孔和中孔，以保证在上孔和中孔与管外表面之间连接处的密封效果。
15.根据权利要求14所述的热交换器，其特征在于：
所述热交换管具有圆形横截面，且所述热交换管的内径大约是0.7-2.5mm、厚度大约是0.3-1.0mm，相邻管之间的间距大约是2-6mm。
16.根据权利要求1所述的热交换器，还包括：
将水供给到供水装置的供水管。
17.根据权利要求1所述的热交换器，还包括位于上、下端盖之间、与热交换管装配在一起的多个加强件。
18.根据权利要求17所述的热交换器，其特征在于：
每个加强件都是带有多个管道通孔的平板，所述管道通孔形成于所述板上以容纳热交换管。
19.根据权利要求18所述的热交换器，其特征在于：
所述热交换器管具有圆形横截面，加强件的管道通孔的尺寸比热交换管的外径大。
20.根据权利要求19所述的热交换器，其特征在于加强件的管道通孔具有矩形形状，这样管道通孔的四个角就与相应的热交换管的外表面间隔开一段间距，而每个管道通孔的四个边与相应热交换管的外表面相接触。
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