CN2491796Y - 冷冻空调设备用热交换器机组 - Google Patents

Abstract

一种冷冻空调设备用热交换器机组。为提供一种减少无谓能耗、节省能源、提高效率的空气调节设备部件,提出本实用新型,它包括热交换器及给水系统;热交换器包括复数散热鳍片及横向穿设于散热鳍片间的冷媒管;冷媒管与散热鳍片间形成令由风扇产生的气流通过的空气通道;冷媒管形成复数层冷媒盘管;各层冷媒盘管的进口系以并联方式与以底端连接压缩机的冷媒导入管相连接;给水系统的冷却水以重力由上向下滴流于鳍片式热交换器上。

Description

冷冻空调设备用热交换器机组

技术领域

本实用新型属于空气调节设备部件，特别是一种冷冻空调设备用热交换器机组。

背景技术

处于环保意识高涨及全球石油能源危机的今日，开发新能源及节约能源已是重要的课题，尤其对位处亚热带的国家或地区而言，每年夏季由于气候炎热，冷冻空调设备被大量使用，往往造成电力供不应求的现象产生。以台湾为例，因其天然能源短缺，电力多仰赖核能发电，但核电却带来了核废料、幅射等环保问题，故除了努力寻找发展新能源外，如何有效降低设备的耗电量、提高能源效率更是到了刻不容缓的地步。

在空调冷冻设备中其主要是藉由液态冷媒先于蒸发器中与引入的室外空气进行热交换作用，冷却空气进行室内，而本身气化为气态冷媒，此气态冷媒需经热交换机组中的压缩机先压缩成高密度的气体，再经热交换器冷却成液态冷媒，如此往复循环作用。然，在整体冷却循环过程中其耗电量主要系来自于热交换机组本身，而若其中的热交换器冷却散热效率得以提高，亦即冷媒温度得以大大降低，则使用很低的临界压力就可使其凝结，故压缩机于系统中运转亦因轻载而得以增加冷冻效果，并可变更压缩机内部电机出力达到节约能源的目的。

如图1所示，习用的鳍片式热交换器冷冻空调设备，其热交换机组主要以鳍片并排，由冷媒管横向穿入涨管密接而构成，冷媒管并排直立一管到底迂回其中，经压缩机压缩的高压气体冷媒则由上方导入各排冷媒管使其由上而下顺流冷凝，冷凝过程中藉风扇电机带动风扇，引入外部空气子热交换器内部冷媒管间的空气通道间隙，使空气与冷媒管及鳍片进行热交换，吸收热交换器冷媒液化的排放热量后得以被快速带离。

然，此种气冷式热交换器具有以下缺失：

1、因采用单一管到底，高压气态冷媒由上灌入的方式，侍冷媒至盘管后段(约1/6或1/4)时几乎已经是液化的液体冷媒，无谓消耗冷却能量，且管子过长将使管壁摩擦力消耗的能量亦增加。

2、管子来回使用的弯头太多，其摩擦力消耗能量累积更多。

3、因单利用空气的对流产生冷却效果，当空气温度高以致冷媒冷凝压力提高时，由于冷凝温度亦提高，散热效果较差的缘故，增加其传热面积与风量是为必要，故体积较大，噪音高，耗用能源也最大。

长久以来业界根据前述原理更倾心努力开发多种水冷式及蒸发式冷凝器，其皆是加入水作为热交换的另一媒介，使之提升效能。然发展至今，E.E.R值仍多局限于2.3左右甚难突破。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种减少无谓能耗、节省能源、提高效率的冷冻空调设备用热交换器机组。

本实用新型包括热交换器及给水系统；热交换器包括复数散热鳍片及横向穿设于散热鳍片间的冷媒管；冷媒管与散热鳍片间形成令由风扇产生的气流通过的空气通道；冷媒管形成复数层冷媒盘管；各层冷媒盘管的进口系以并联方式与以底端连接压缩机的冷媒导入管相连接；给水系统的冷却水以重力由上向下滴流于鳍片式热交换器上。

其中：

给水系统设有位于鳍片式热交换器上端滴水箱；滴水箱一端与引入水源的水管连接；滴水箱底面穿设数排水孔，其中至少设置有一具有水孔的隔层，且隔层的水孔与底面水孔相互错开。

给水系统设有连接于与滴水箱引入水源的水管连接的蓄水箱；蓄水箱设有集结经热交换器后剩余冷却及引入外部补充水的集水口及进水管。

给水系统还包括位于散热鳍片上段的对给水先行预冷降温的第一散热区；第一散热区系由贯穿散热鳍片上段的水管构成。

给水系统还包括对热交换后剩余的水冷却降温的第二散热区。

第二散热区位于散热鳍片下段；第二散热区由穿设定位于散热鳍片下段并作支撑作的金属管构成；并引入由风扇产生的气流。

鳍片式热交换器为两组以上串联的鳍片式热交换器；串联的各鳍片式热交换器的各层冷媒盘管同时连接冷媒导入管及冷媒导出管。

由于本实用新型包括热交换器及给水系统；热交换器包括复数散热鳍片及横向穿设于散热鳍片间的冷媒管；冷媒管与散热鳍片间形成令由风扇产生的气流通过的空气通道；冷媒管形成复数层冷媒盘管；各层冷媒盘管的进口系以并联方式与以底端连接压缩机的冷媒导入管相连接；给水系统的冷却水以重力由上向下滴流于鳍片式热交换器上。使用时，压缩机推动的高压高温冷媒由下推入导入管而至各层并联方式与导入管连接的冷媒盘管，使得各层冷媒盘管冷媒管中的冷媒同时冷凝，增加单位时间的冷凝量，从而不须提高压力便可提高冷凝速度，即增加单位时间内的冷凝量来节省能源；高压冷媒系由下往上进入各层分布管，并配合由上而下给水方式的设计，使每组并联的冷媒盘管的冷媒得到同样的冷凝效果，亦即不分先后的同时冷凝，从而不需提高压力，这也是节省能源的关键之一以重力滴落于鳍片式热交换器，增加水分在散热鳍片逗留的时间，更能有效吸收散热鳍片及冷媒管的热量，大大降低冷媒的温度，增加冷凝效果，不仅减少无谓能耗、节省能源，而且提高效率，从而达到本实用新型的目的。

附图说明

图1、为习知鳍片式热交换器结构示意正视图。

图2、为本实用新型的系统示意图。

图3、为本实用新型的热交换器组结构示意立体图。

图4、为本实用新型单层冷媒盘管结构示意立体图。

图5、为本实用新型结构示意正视图。

图6、为本实用新型滴水箱分解结构示意立体图。

图7、为本实用新型结构示意立体图。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型包括热交换器10及给水系统20。

热交换器10包括复数散热鳍片110及复数层横向穿设于散热鳍片110间的冷媒盘管120；冷媒盘管120与散热鳍片110间形成空气通道。

热交换器10接收压缩机40推入的高压冷媒以进行冷媒液化的工作，配合利用给水系统20供应给水以加速提升其液化效能，并藉风扇34电机32带动风扇34于热交换器10的空气走道间气流，一方面进行热交换带走冷媒热量，另一方面将经热交换而蒸发的蒸气带离。

如图3所示，为本实用新型的主体的热交换器10系为鳍片式结构，由冷媒管122穿入纵向排列的散热鳍片110间涨管密接而构成。散热鳍片110组的上、下两端分别向外延伸在冷媒盘管120区以外形成两个额外第一、二散热区230、240，以增加散热面积，提高冷却效果。如图4所示，其中，冷媒管122主要系经横向串接的方式形成各层冷媒盘管120。各层冷媒盘管120的进口系以并联方式与以底端连接压缩机40的冷媒导入管124相连接，压缩机40推动的高压高温冷媒由下推入此导入管124而至各层冷媒盘管120，亦就是，冷媒盘管120系以并联方式取代传统的单一到底的设计，使得各层冷媒盘管120的诸冷媒管122中的冷媒同时冷凝，增加单位时间的冷凝量，亦即增加冷凝速度，而又不需提高压力。此种以提高冷凝速度，即以提高单位时间内的冷凝量来节省能源。

如图4所示，本实用新型冷媒盘管120系以三排散热鳍片110为例，(孔、排数可依实际状态而调整)，因局限于排数较少，为使有适当且足够长度进行冷媒液化。本实用新型中系先将上下两冷媒管122连接后再横向与邻排冷媒管122连接，如此经三次绕设而完成各层冷媒盘管120。此绕设手法可随热交换器孔排数不同而变化。例如，当排数增加时，当可改采用直接横向串接各排同层冷媒管而形成，其主要系依据各冷媒盘管所需长度而决定。

如图2所示，给水系统20系搭配为进一步提高热交换器的冷凝效率。

如图5所示，给水系统20包括滴水箱210、蓄水箱220及位于散热鳍片110上、下段的第一、二散热区230、240。藉由滴水箱210将冷却水滴入鳍片式热交换器10中。蓄水箱210主要以经鳍片式热交换器10后剩余冷却水并佐以引入外部供水以补充消耗的水量来作为冷却水的来源。热交换剩余的冷却水系藉第二散热区240先行降温，而导入至滴水箱210的冷却水再先以第一散热区230来预冷，藉这样的设计以解决并防止经往复循环利用的冷却水因吸收冷媒的热量而累积升温的现象，确保冷却散热效果的稳定性。

滴水箱210系位于鳍片式热交换器10上端，使冷却水得以由上而下流入。冷凝过程中藉风扇34电机32带动风扇34，以向鳍片式热交换器10内部空气通道间隙注入外部空气，藉空气将进行热交换而蒸发的水分快速带离。本实用新型压缩机40推入的冷媒由下往上进入各层冷媒盘管120的导入管124。依巴斯卡原理，在纯无摩擦力情况下，各层冷媒盘管120进口冷媒压力P1＝P2＝……＝Pn，但由于管壁存在摩擦力，故实际为P1＞P2＞……＞Pn，差异虽然不会太大，但在节省能源的考虑下必须锱铢必较。再加上配合滴水箱210的冷却水是由上向下滴流，上排的冷却水温度必略低于下排的冷却水，由于温度愈低液化所需的临界压愈低，温度略高则所需的临界压也略高。于是此种冷媒进入分布管由下而上的设计正是配合冷却水是由上向下滴的冷却效果，使每组并联的冷媒盘管120冷媒得以同样的冷凝效果，亦即不分先后的同时冷凝，从而不需提高压力。

如图6所示，滴水箱210一端与引入水源的水管234连接；滴水箱210底面穿设数排水孔212，其中设置有具有水孔216的隔层214，且隔层214的水孔216与底面水孔212相互错开，藉此层层相错的水孔212、216的设计，降低引入水的压力及冲击力再缓慢滴入至散热鳍片110及冷媒管122上，使水供至散热鳍片110顶端时完全在无压力或低压力状态的近距下滴，从而使水在散热鳍片110上仅有重力超过表面摩擦力时才会顺流而下，增加水分在散热鳍片110逗留的时间，使之有足够的时间在风力吹过下作充分的常温蒸发，因而更能有效吸收散热鳍片110及冷媒管122的热量。当然，亦可因实际状况增加隔层214的数量，各隔层214的水孔216亦可互相错开，使引入水的压力及冲击力得以再降低。

另外，在较佳的实施例中，散热鳍片110的间距为13片/，以使水滴可同时与两片散热鳍片110接触而顺流滴下，如此一来，水滴可同时与两侧散热鳍片110进行热交换，从而再一次提高冷凝效果。

如图5所示，给水系统20的第一散热区230及第二散热区240利用加长散热鳍片110上下段而构成。其中第一散热区230位于散热鳍片110上段部，为贯穿散热鳍片110的串接水管232，利用与散热鳍片110进行热交换同时藉由风扇34的气流将热量带走以达到冷却水预冷降温的目的。各排水管232贯穿第一散热区230的方式可为并联方式，亦可为一管到底的串联方式。第二散热区240可由保留加长散热鳍片110长度的下段部分形成，即为利用保留末端两排孔部分形成第二散热区240，其间穿设固定支撑用金属管242。经热交换后剩余的水分流至散热鳍片110下方所预设的第二散热区240，同样藉风扇34引出的外部空气与之进行热交换，以使剩余水得以稍稍冷却降温。

经初步冷却后的剩余水再导入蓄水箱220，导入方式可由底部直接与蓄水箱220承接，亦可利用集水盘222集结后再导入蓄水箱220中。蓄水箱220的一端与进水管221连接，用以自外部引水以补充水量。蓄水箱220藉由水泵226将水引入第一散热区230中。蓄水箱220内可安装检测液面高度为浮球开关的液面检测开关224及水温检测器228。首先，因蓄水箱220的冷却水会在鳍片式热交换器10中蒸发而减少，当液面水位通过液面检测开关224检测达到设定的下限值，即启动进水动作，经由进水管221引水直到补足至液面检测开关224检测到液面高度为预设值。当液面达到预设值时，启动水泵226将蓄水箱220的冷却水抽出至第一散热区230。另外，可藉由水温检测器228侦测水温值以了解鳍式热交换器10的冷却程度。当水温降于达到代表要求的冷却程度预设值时，即关闭水泵226的抽水动作。

如图7所示，本实用新型于实际应用时可藉由分别设第一、二鳍片式热交换器10、10’，压缩机40将高压气态冷媒推入第一鳍片式热交换器10，经其冷凝后的冷媒再倒入第二鳍片式热交换器10’持续冷凝液化。

本实用新型的鳍片式热交换器10的各层冷媒盘管120冷媒导出的方式，可如第一鳍片式热交换器10，各层冷媒盘管120出口同时并联于冷媒导出管126用以集结导出各层经冷凝液化的冷媒；亦可如第二鳍片式热交换器10’，各层冷媒盘管120’系分群组，各群组的冷媒盘管120出口各自先并联至群组冷媒导出管126’，各群组的冷媒导出管126’再集结导出。

综上所述，本实用新型具有下列特点：

1、以并联的数组冷媒盘管取代单一盘管，使各层冷媒盘管中的冷媒同时冷凝，增加单位时间的冷凝量，亦即增加冷凝速度，从而又不须提高压力便可提高冷凝速度，即增加单位时间内的冷凝量来节省能源，不同于习知的榜以降低压缩机压力节省能源，完全是一种新颖的提高E.E.R的新方法。

2、高压冷媒系由下往上进入各层分布管，并配合由上而下给水方式的设计，使每组并联的冷媒盘管的冷媒得到同样的冷凝效果，亦即不分先后的同时冷凝，从而不需提高压力，这也是节省能源的关键之一。

3、散热鳍片组向上、下延伸至冷媒管区以外，形成上、下两个额外散热区，增加散热面积，提高冷却效果。

4、滴水箱中分层以密孔逐层向下补给，使水供至散热鳍片顶端时完全在无压力或低压力状态的近距下滴，从而使水在散热鳍片上仅有重力超过表面摩擦力时才会顺流而下，增加水分在散热鳍片逗留的时间，使有较足够的时间在风力吹过下作常温蒸发，因而，更能有效吸收散热鳍片及冷媒管的热量，大大降低冷媒的温度，增加冷凝效果。

5、冷却蒸发水系先进行预冷降温及剩余回水的预冷设计，不同于传统直接给水方式。本实用新型藉由第二散热区先行将剩余回水降温，并且在进入鳍片式热交换器之前再一次利用第一散热区降温，使得本实用新型利用较低且稳定温度的冷却水与散热鳍片及冷媒管进行热交换，且解决冷却蒸发水在往复循环利用后回累积升温的问题，具有稳定整个热交换器冷凝的效果。

本实用新型经试作样机后委由环能科技股份有限公司关至财团法人工业技术研究院能源与资源研究所热流技术组空调研究室测试，测试结构E.E.R值高达3.311kcal/h.w(COP3.850)，报告编号：600D400-RI-9013(请参附件)，远远超过目前市售产品及中国国家标准规范。

Claims (7)

1、一种冷冻空调设备用热交换器机组，它包括热交换器及给水系统；热交换器包括复数散热鳍片及横向穿设于散热鳍片间的冷媒管；冷媒管与散热鳍片间形成令由风扇产生的气流通过的空气通道；其特征在于所述的冷媒管形成复数层冷媒盘管；各层冷媒盘管的进口系以并联方式与以底端连接压缩机的冷媒导入管相连接；给水系统的冷却水以重力由上向下滴流于鳍片式热交换器上。

2、根据权利要求1所述的冷冻空调设备用热交换器机组，其特征在于所述的给水系统设有位于鳍片式热交换器上端滴水箱；滴水箱一端与引入水源的水管连接；滴水箱底面穿设数排水孔，其中至少设置有一具有水孔的隔层，且隔层的水孔与底面水孔相互错开。

3、根据权利要求1或2所述的冷冻空调设备用热交换器机组，其特征在于所述的给水系统设有连接于与滴水箱引入水源的水管连接的蓄水箱；蓄水箱设有集结经热交换器后剩余冷却及引入外部补充水的集水口及进水管。

4、根据权利要求1所述的冷冻空调设备用热交换器机组，其特征在于所述的给水系统还包括位于散热鳍片上段的对给水先行预冷降温的第一散热区；第一散热区系由贯穿散热鳍片上段的水管构成。

5、根据权利要求1所述的冷冻空调设备用热交换器机组，其特征在于所述的给水系统还包括对热交换后剩余的水冷却降温的第二散热区。

6、根据权利要求5所述的冷冻空调设备用热交换器机组，其特征在于所述的第二散热区位于散热鳍片下段；第二散热区由穿设定位于散热鳍片下段并作支撑作的金属管构成；并引入由风扇产生的气流。

7、根据权利要求1所述的冷冻空调设备用热交换器机组，其特征在于所述的鳍片式热交换器为两组以上串联的鳍片式热交换器；串联的各鳍片式热交换器的各层冷媒盘管同时连接冷媒导入管及冷媒导出管。

Images