CN211084458U - 一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，包含制冷剂侧流道和水侧流道。所述制冷剂侧流道包括制冷剂进气管、制冷剂出液管、第一集流管、第二集流管和连接于第一集流管和第二集流管之间的若干微通道扁管；在所述若干组微通道扁管外设置有外围保温层；所述水侧流道包括冷水进口管、热水出口管、内外两个圆柱形金属薄壁、上下两个圆环端盖和布置在外圆柱形金属薄壁上的内肋片。整个换热器最外层包裹有保温材料，避免热量损失。本实用新型加工工艺简单，易于推广使用；铝制微通道扁管承压能力优于圆管，减少了制冷剂充注量，降低了成本；环形通道增大了水侧流速，内肋片增强了流体扰动，有效地提高了换热效率。

Description

一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，更具体地说涉及一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器。

背景技术

热泵热水器由于充分利用了空气中的热能，具有明显的节能环保优势，成为继锅炉、电热水器、燃气热水器和太阳能热水器之后的新一代热水制取设备。传统的热泵热水器由压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器、水箱以及连接管路和控制系统组成。其中冷凝器大多采用圆铜管，一种是将铜管呈螺旋状盘绕在水箱外侧，另一种是将螺旋形绕管内置于水箱之中。水箱中的水不断吸收制冷剂在铜管内释放的冷凝热，最终达到设定温度。

然而，上述两种结构形式均有不足之处：第一种形式中的铜管和水箱外侧的接触为圆弧面与平面的接触，接触面积小，水箱中的水只能依靠圆铜管与水箱平面的线接触来吸收热量，换热效果较差；为了满足换热量，单根铜管缠绕密度高，冷凝器系统长，导致制冷剂侧流动阻力大，流速较低，换热效率进一步降低。

第二种形式中的铜管和水箱中的水直接接触，含有某些离子和杂质的水对铜管有一定的腐蚀作用，长期运行后，铜管表面可能产生积垢、锈蚀以及因微生物不断繁殖而造成的生物粘泥等问题，缩短了热泵使用寿命；现阶段市场上内盘式结构所占比例很小，内盘铜管结构形式逐渐被淘汰，虽然有些产品采用内盘钛合金圆管，但是成本较高。

经改进，一种由铝制微通道扁管构成的换热器因换热效率高、节约成本、质量轻等优点，受到了市场的普遍欢迎，可替代螺旋形外盘式铜管。这种扁管可与圆柱形水箱外侧紧密贴合，从而实现面接触，接触面积增大，换热效果较好；在扁管微型通道中的传热传质和流动有特殊的“尺寸效应”，可使对流换热系数显著增大，换热效率提高；同时采用铝制微通道扁管结构形式，能减少系统制冷剂充注量，提高换热器承压能力，降低成本，减轻整体重量。

然而，现有技术中的微通道扁管包覆在陶瓷水箱外侧，陶瓷导热系数低，增大了制冷剂和水之间的热阻，换热效率降低；水箱中的水为静态式加热，水侧通过自然对流吸收冷凝热，换热系数低，进一步降低了换热效率；另外，许多建筑需要不间断供应热水，如游泳馆、宾馆、学校等，冷水需要被不断补充循环加热成热水，因此无法采用静态加热方式。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，能解决现有热泵热水器换热效率低、耗功功率大、应用范围受限等问题，其能使水侧流通面积减小，流速增大，换热增强；水流方向与制冷剂在微通道扁管内往复迂回的流动方向相互垂直交叉，有利于加强对流换热，从而增强了微通道扁管内部与水流动通道之间的热量交换。

按照本实用新型提供的技术方案，一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，所述微通道冷凝器由制冷剂侧流道、水侧流道及外围保温层构成；

所述制冷剂侧流道包括第一集流管、第二集流管、隔板、制冷剂进气管、制冷剂出液管和微通道扁管，所述制冷剂进气管及制冷剂出液管分别连接在第一集流管上，在所述第一集流管和第二集流管内部至少设有一块隔板，若干组微通道扁管连接于第一集流管和第二集流管之间，在所述若干组微通道扁管外设置有外围保温层；所述制冷剂进气管和制冷剂出液管与热泵对应管路连接构成制冷剂闭路循环通道；制冷剂由第一集流管流经第一组微通道扁管至第二集流管，再由第二集流管流经下一组微通道扁管至第一集流管，往复迂回流动，直至最终经所述制冷剂出液管流出。

所述水侧流道包括内圆柱形金属薄壁、外圆柱形金属薄壁、上圆环端盖和下圆环端盖，所述内圆柱形金属薄壁设置在外圆柱形金属薄壁内，其上端设置有上圆环端盖，下端设置有下圆环端盖，所述内圆柱形金属薄壁、外圆柱形金属薄壁、上圆环端盖和下圆环端盖构成环形水循环流动通道。

优选地，所述外圆柱形金属薄壁上布置有内肋片，在所述外圆柱形金属薄壁上端设置有冷水进口管，在所述外圆柱形金属薄壁下端设置有热水出口管，水从上端冷水进口管进入环形水循环流动通道，吸收冷凝热后从热水出口管流出。

优选地， 所述外围保温层的保温材料为聚酯氨保温材料或橡塑保温棉。

优选地， 所述内圆柱形金属薄壁内面、上圆环端盖和下圆环端盖外围均包覆保温材料；所述保温材料为聚酯氨保温材料或橡塑保温棉。

优选地，所述内肋片材料为不锈钢制成，内肋片形状采用圆环状横肋、直肋或螺旋肋；在外圆柱形金属薄壁高度方向上呈等间距分布设置。

优选地，所述微通道扁管材料为铝合金制成；横截面呈矩形结构，由多个微型孔构成，每个微型孔的当量直径为0.5mm~1.2mm；每根扁管厚度为1.3mm~2mm，宽度为12mm~36mm。

优选地，所述微通道扁管长度与外圆柱形金属薄壁的周长相匹配，所述微通道扁管成形为圆弧形，每根微通道扁管包覆在所述外圆柱形金属薄壁上，实现热量交换。

优选地，所述内圆柱形金属薄壁设置在外圆柱形金属薄壁内，两者设置的径向距离为1cm~4cm。

优选地，所述内圆柱形金属薄壁及外圆柱形金属薄壁的薄壁厚度分别为1.5mm~2mm。

优选地，所述内圆柱形金属薄壁、外圆柱形金属薄壁、上圆环端盖和下圆环端盖材料分别为不锈钢制成。

本实用新型的有益效果：从上述方案可以看出，本实用新型是一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，其主要的结构为制冷剂侧微通道扁管、水侧环形流道以及内肋片。对于铝制微通道扁管而言，其与水侧流道表面紧密贴合，增大了接触面积，缩短了加热时间；由于微型通道中的“尺寸效应”，对流换热系数显著增大，提高了换热效率；同时减少了系统制冷剂充注量，提高了换热器承压能力，降低了成本。对于水侧环形流道而言，其使水侧流通面积减小，流速增大，换热增强；水流方向与制冷剂在微通道扁管内往复迂回的流动方向相互垂直交叉，有利于加强对流换热，从而增强了微通道扁管内部与水流动通道之间的热量交换。对于内肋片而言，其一方面增大了水侧换热面积；另一方面增强了流体扰动，提高了水侧换热系数。除此之外，本实用新型结构简单，加工方便，易于推广及使用。

附图说明

图1是本实用新型的外观立体结构示意图；

图2是本实用新型的制冷剂侧流道展开结构示意图；

图3是本实用新型的制冷剂侧流道使用状态结构示意图；

图4是本实用新型的水侧流道结构示意图；

图5是本实用新型的内肋片结构示意图；

图6是本实用新型的微通道扁管结构示意图。

附图标记说明：1、第一集流管；2、第二集流管；3、隔板；4、制冷剂进气管；5、制冷剂出液管；6、微通道扁管；7、热水出口管；8、冷水进口管；9、内圆柱形金属薄壁；10、外圆柱形金属薄壁；11、上圆环端盖；12、下圆环端盖；13、内肋片。

具体实施方式

下面结合附图和一个适用于热泵热水器的微通道冷凝器的具体实施例对本实用新型做进一步描述。

实施例：

如图1至图6所示，图1是本实施例适用于热泵热水器的微通道冷凝器的外观立体结构示意图，由制冷剂侧流道A、水侧流道B及外围保温层C构成。

如图2和图3所示，图2和图3分别是所述制冷剂侧流道展开结构示意图和使用状态结构示意图，所述制冷剂侧流道包括第一集流管1、第二集流管2、隔板3、制冷剂进气管4、制冷剂出液管5和微通道扁管6，所述制冷剂进气管4及制冷剂出液管5分别连接在第一集流管1上，在所述第一集流管1和第二集流管2内部至少设有一块隔板3，若干组微通道扁管6连接于第一集流管1和第二集流管2之间，在所述若干组微通道扁管6外设置有外围保温层C；所述外围保温层的保温材料为聚酯氨保温材料或橡塑保温棉。所述制冷剂进气管4和制冷剂出液管5与热泵对应管路（图中未示出）连接，构成制冷剂闭路循环通道。在所述隔板3的阻挡作用下，制冷剂由第一集流管1流经第一组微通道扁管至第二集流管2，再由第二集流管2流经下一组微通道扁管至第一集流管1，往复迂回流动，直至最终经所述制冷剂出液管5流出。

如图4所示，所述水侧流道结构示意图，所述水侧流道包括热水出口管7、冷水进口管8、内圆柱形金属薄壁9、外圆柱形金属薄壁10、上圆环端盖11和下圆环端盖12，所述内圆柱形金属薄壁9设置在外圆柱形金属薄壁10内，其上端设置有上圆环端盖11，下端设置有下圆环端盖12，所述内圆柱形金属薄壁9、外圆柱形金属薄壁10、上圆环端盖11和下圆环端盖12构成环形水循环流动通道，在所述外圆柱形金属薄壁10上布置有内肋片13。在所述外圆柱形金属薄壁10上端设置有冷水进口管8，在所述外圆柱形金属薄壁10下端设置有热水出口管7。水流方向与制冷剂在微通道扁管6内往复迂回的流动方向相互垂直交叉，增强了水侧和制冷剂侧的热量交换。

如图5所示，图5是图4水侧流道中内肋片13的结构示意图，所述内肋片13材料为不锈钢，肋片采用圆环状横肋结构形式，在外圆柱形金属薄壁10高度方向上呈等间距分布，既增大了水侧换热面积，又增强了流体扰动，从而提高了换热效率。

如图6所示，图6是所述微通道扁管6的结构示意图，其截面形状近似于矩形，由多个微型孔构成，微型通道中的“尺寸效应”使制冷剂侧对流换热系数显著增大，提高了换热效率。另外，其长度与外圆柱形金属薄壁10的周长相匹配，并与外圆柱形金属薄壁10表面紧密贴合，增大了接触面积；材料为铝合金，降低了成本；同时减少了系统制冷剂充注量，承压能力优于圆管，使系统在高压下工作更加可靠。

所述内圆柱形金属薄壁9里面、上圆环端盖11和下圆环端盖12外围均包覆保温材料，避免热量损失。所述保温材料为聚酯氨保温材料或橡塑保温棉。

实施例中，所述微通道扁管材料为铝合金；横截面呈矩形结构，由多个微型孔构成，每个微型孔的当量直径为0.5mm~1.2mm；每根扁管厚度为2mm，宽度为25mm。所述微通道扁管6共30根，间距均为10mm；包括18个当量直径为1.1mm的微型通道。

所述微通道扁管长度与外圆柱形金属薄壁10的周长相匹配，成形为圆弧形，每根微通道扁管皆紧紧贴附在外圆柱形金属薄壁上。

实施例中，所述水侧流道的内圆柱形金属薄壁9、外圆柱形金属薄壁10、上圆环端盖11和下圆环端盖12各个组成部分的材料均为不锈钢。

实施例中， 所述内圆柱形金属薄壁9设置在外圆柱形金属薄壁10内，两者设置的径向距离为1cm~4cm；所述内圆柱形金属薄壁9、外圆柱形金属薄壁10的薄壁厚度分别为1.5mm，两者构成的环形水循环流动通道外径为390mm，内径为310mm，径向距离为40mm，水从上端冷水进口管8进入40mm的圆环流道，吸收冷凝热后从热水出口管7流出。

实施例中，所述内圆柱形金属薄壁9和外圆柱形金属薄壁10的高度为1150mm。

实施例中，在外圆柱形金属薄壁10高度方向上等间距布置15个内肋片13，间距为70mm；所述内肋片13采用圆环状横肋结构形式，其外径为390mm，内径为370mm，厚度为2mm。内肋片13形状也可采用直肋或螺旋肋结构形式。

另外，需要说明的是，本具体实施方式中隔板3的数量和布置位置，可根据具体情况设定，因此本具体实施例对其不作具体限定。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化，例如改变肋片结构形式、结构参数和布置方式。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，其特征在于，所述微通道冷凝器由制冷剂侧流道、水侧流道及外围保温层构成；

所述制冷剂侧流道包括第一集流管（1）、第二集流管（2）、隔板（3）、制冷剂进气管（4）、制冷剂出液管（5）和微通道扁管（6），所述制冷剂进气管（4）及制冷剂出液管（5）分别连接在第一集流管（1）上，在所述第一集流管（1）和第二集流管（2）内部至少设有一块隔板（3），若干组微通道扁管（6）连接于第一集流管（1）和第二集流管（2）之间，在所述若干组微通道扁管（6）外设置有外围保温层；所述制冷剂进气管（4）和制冷剂出液管（5）与热泵对应管路连接构成制冷剂闭路循环通道；制冷剂由第一集流管（1）流经第一组微通道扁管至第二集流管（2），再由第二集流管（2）流经下一组微通道扁管至第一集流管（1），往复迂回流动，最终经所述制冷剂出液管流出；

所述水侧流道包括内圆柱形金属薄壁（9）、外圆柱形金属薄壁（10）、上圆环端盖（11）和下圆环端盖（12），所述内圆柱形金属薄壁（9）设置在外圆柱形金属薄壁（10）内，其上端设置有上圆环端盖（11），下端设置有下圆环端盖（12），所述内圆柱形金属薄壁（9）、外圆柱形金属薄壁（10）、上圆环端盖（11）和下圆环端盖（12）构成环形水循环流动通道。

2.如权利要求1所述的一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，其特征在于，

所述外圆柱形金属薄壁（10）上布置有内肋片（13），在所述外圆柱形金属薄壁（10）上端设置有冷水进口管（8），在所述外圆柱形金属薄壁（10）下端设置有热水出口管（7），水从上端冷水进口管（8）进入环形水循环流动通道，吸收冷凝热后从热水出口管（7）流出。

3.如权利要求1所述的一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，其特征在于，所述外围保温层的保温材料为聚酯氨保温材料或橡塑保温棉。

4.如权利要求1所述的一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，其特征在于，所述内圆柱形金属薄壁（9）内面、上圆环端盖（11）和下圆环端盖（12）外围均包覆保温材料，所述保温材料为聚酯氨保温材料或橡塑保温棉。

5.如权利要求2所述的一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，其特征在于，所述内肋片（13）材料为不锈钢制成，内肋片形状采用圆环状横肋、直肋或螺旋肋；所述内肋片（13）在外圆柱形金属薄壁（10）高度方向上呈等间距分布设置。

6.如权利要求1所述的一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，其特征在于，所述微通道扁管（6）材料为铝合金制成；横截面呈矩形结构，由多个微型孔构成，每个微型孔的当量直径为0.5mm~1.2mm；每根扁管厚度为1.3mm~2mm，宽度为12mm~36mm。

7.如权利要求1所述的一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，其特征在于，所述微通道扁管长度与外圆柱形金属薄壁（10）的周长相匹配，所述微通道扁管成形为圆弧形，每根微通道扁管包覆在所述外圆柱形金属薄壁上，实现热量交换。

8.如权利要求1所述的一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，其特征在于，所述内圆柱形金属薄壁（9）及外圆柱形金属薄壁（10）的薄壁厚度分别为1.5mm~2mm。

9.如权利要求1所述的一种适用于热泵热水器的微通道冷凝器，其特征在于，所述内圆柱形金属薄壁（9）、外圆柱形金属薄壁（10）、上圆环端盖（11）和下圆环端盖（12）材料分别为不锈钢制成。

Images