CN1265463A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种热交换器,间隔地层叠着多个平板状翅片,在层叠方向穿通有通过制冷剂的传热管,使空气通过各翅片组之间,在空气通过方向配设多列传热管,并区分成在传热管内流动着制冷剂的气体和气相成分多的部分与液体和液相成分多的部分,传热管的各通路在用作冷凝器时,风下侧列是入口,刚上侧列为出口,至少将该通路一部分在空气通过方向作成在多列间重叠的对向流型,可提高热交换效率。

Description

热交换器

本发明涉及用于空调装置的热交换器。

近年来，地球环境保护的必要性越来越被人们所认识。作为推进对该地球环境保护的措施有面向防止地球变暖化的设备的节能化和不使臭氧层进一步破坏的制冷剂的替代化。尤其在家电商品群中，使电力消耗高的空调装置(空气调节器)高效率化和制冷剂替代化，从保护地球环境的观点来看，已成为最重要的课题了。

作为空调装置的高效率化的主要技术，是对热交换器的管子形状、翅片形状及通路形式等进行改进，以使效率提高。一般的横翅片管式热交换器，如图9所示，由将许多平板状翅片留有规定的间隔相互平行地排列成的翅片组1和相对该翅片组1大致呈正交状、即沿翅片的层叠方向穿通的传热管2(2i、2j、2k)构成。并且，这种热交换器的传热管2相对通过空气的气流方向(在图9中的横向)多列(在图9中为2列)配设。

但是，在将这种热交换器用作冷凝器的场合，在气体和气相成分多的热交换器的制冷剂入口侧并列配有2个通路的传热管2i、2j，并将液体和液相成分变多的配管部用1个通路的传热管2k配管构成。上述各通路的配管内的制冷剂，无论在哪一个传热管2内都向一定的方向(在图9中为从上向下的方向)流动，被称为2个通路正交流～1个通路正交流方式。另外，3c是使2个通路的传热管2i、2j与1个通路的传热管2k连通的接头构件。并且，图9中的箭头表示冷凝器工作时的制冷剂流动方向。

图10是模式地表示图9所示的在热交换器内流动的制冷剂、温度热交换器的入口和出口的空气温度与热交换器内的制冷剂状态的关系图。

在将该2个通路正交流～1个通路正交流方式的热交换器用作冷凝器的场合，制冷剂的温度在入口侧通过在过热气体与空气之间进行热交换而从过热温度T1变为饱和温度T2。而且，在该饱和温度T2的状态下进行热交换的同时、气体状的制冷剂冷凝而变成液体。另外，制冷剂的液相成分增加，当变为100％的液体时，从温度T2降低到温度T3。

通常，热交换量Q用Q＝C·q·ΔTm来表示。这里，C是空气比热、q是空气流量、ΔTm是热交换器的空气出口入口的平均温度差。当空气比热C和空气流量q为一定时，热交换量Q取决于空气出口入口的平均温度差ΔTm。

若将风上侧列的传热管内的制冷剂温度与其风下侧的热热管内的制冷剂温度进行比较，除入口处较短的部分以外整体上大致为同等的温度。因此，在利用该2个通路正交流～1个通路正交流方式的热交换器的热交换中，风下侧列的传热管内的制冷剂与空气气流的温度差与风上侧的传热管内的制冷剂与空气气流的温度差相比变小，其结果，热通过率降低而产生损失。并且，在使用作为制冷剂的一种氟里昂的HCFC-2的空调装置场合，一般，当使1个通路部分的传热管根数增加时，实际上由于伴随着因制冷剂流速提高引起的压力损失的增加，故还尤其存在可能导致蒸发器性能降低的问题。

本发明的目的在于，解决上述问题，提供可提高热交换效率的热交换器。

技术方案1的发明是一种热交换器，将许多平板状的翅片以规定的间隔层叠，沿层叠方向穿通有通过制冷剂的传热管，使空气通过各翅片组之间，在相对空气通过方向配设多列所述传热管，按在所述传热管的管内流动的制冷剂状态区分成气体和气液二相流的气相多的部分与液体和气液二相流的液相多的部分，在前者部分上配设2个通路结构的第1传热管，在后者部分上配设1个通路结构的第2传热管，通过接头构件将该第1与第2传热管互相连通，并且该第1传热管与第2传热管的各通路，在作为冷凝器起作用的场合，风下侧列是入口，风上侧列成为出口，至少将该通路的一部分在空气通过方向作成在多列间重叠的对向流型。

即，制冷剂的气体和气液二相流的气相多的部分，由配置成2个通路结构的对向流型的第1传热管构成，液体和气液二相流的液相多的部分由配置成1个通路结构的对向流型的第2传热管构成。这里，所谓对向流是指：在热交换器作为冷凝器的场合，气体多的制冷剂先通过风下侧列的传热管，其后，通过与该风下侧列的传热管大致在气流方向重叠的风上侧列的传热管；在热交换器作为蒸发器的场合，制冷剂先通过风上侧列的传热管，其后，通过风下侧列的传热管。

采用该结构，在热交换器作为冷凝器的场合，在入口侧过热气体制冷剂流向在2个通路结构的第1传热管的风下侧列，制冷剂温度因与空气热交换而稍许下降且气液二相流的气相多的制冷剂向第1传热管中的风上侧列流动并与空气进行热交换，气体制冷剂渐渐变为液体。接着，该液相成分多的制冷剂向1个通路结构的第2传热管中的风下侧列流动，在与空气热交换中温度进一步降低的制冷剂向第2传热管中风上侧流动并与空气进行热交换，制冷剂被进一步冷却。这样，风下侧列的第1和第2传热管内的制冷剂温度与分别对应的风上侧列的第1和第2传热管内的制冷剂温度相比，由于几乎在整个区域上温度较高，故制冷剂与空气的温度差变大，可提高热交换效率。

另外，在热交换器作为蒸发器的场合，上述制冷剂的流动成为相反，同样地，风下侧列的第1和第2传热管内的制冷剂温度与分别对应的风上侧列的第1和第2传热管内的制冷剂温度相比，由于在几乎整个区域上温度较高，故制冷剂与空气的温度差变大，可提高热交换效率。

技术方案2的本发明的热交换器是在技术方案1所述的热交换器中，使在第2传热管的通路中的风上侧列的出口位于该风上侧列的最下端。

采用该结构，在将热交换器用作冷凝器的场合，由于可将液态制冷剂温度最低的第2传热器的出口部配置在热交换器的下端，故可将风上和风下的第2传热管作成完全的对向流，可使冷凝性能进一步提高，并可防止变换器式的空调装置中的液封。

技术方案3所述的热交换器是在技术方案1或2所述的热交换器的基础上，将接头构件作成Y分支型(Y字形的分支型)的分流器。

采用该结构，在将热交换器用作蒸发器的场合，对于第1传热管的各列能均匀地分配制冷剂，可提高蒸发器性能，同时通过使用有通用性的Y分支型分流器，可大幅度降低成本。

技术方案4所述的热交换器是在技术方案1-3中任一所述的热交换器中，使第1传热管的一部分位于第2传热管的下方。

技术方案5所述的热交换器是在技术方案4所述的热交换器中，使第1传热管的1个通路的入口位于风下侧列的下端附近。

根据该技术方案4及技术方案5所述的热交换器的结构，在将热交换器作为热泵式空调装置的热源侧热交换器使用的场合，由于比第2传热管温度高的第1传热管位于热交换器的下部，若使该热交换器位于室外机的基板方向附近，可提高供暖除霜运转时的除霜性能和防止室外机基板冻结(结冰)。

技术方案6所述的热交换器是在技术方案1-5的任一项中所述的热交换器中，作为制冷剂使用HFC-32或含有HFC-32的混合制冷剂、或碳化氢制冷剂。

采用该结构，与一般所使用的一种氟利昂的HCFC-22相比，由于使用***内压力损失约低20-30％的替代氟里昂的一种HFC-32或含有HFC-32的混合制冷剂、或碳化氢制冷剂，故可提高冷凝器性能和防止蒸发器性能的损失。

附图的简单说明：

图1是本发明第1实施例的热交换器主要部分的立体图。

图2是该实施例热交换器的侧视图。

图3是表示将该实施例的热交换器作为冷凝器时的制冷剂温度变化、热交换的空气温度与热交换器内的制冷剂的状态的模式图。

图4是本发明第2实施例的热交换器的侧视图。

图5是本发明第3实施例的热交换器的侧视图。

图6是本发明第4实施例的热交换器的侧视图。

图7是概略表示具有上述实施例的热交换器的空调装置中的制冷循环图。

图8是表示本发明第5实施例的热交换器的侧视图。

图9是以往的热交换器的侧视图。

图10是表示将以往的热交换器作为冷凝器时的制冷剂温度变化、热交换的空气温度与热交换器的制冷剂的状态的模式图。

实施例的说明：

以下，参考附图对本发明的实施形态进行说明。另外，与以往的热交换器具有同样功能的构件标上相同的标号并省略其说明。

图1是表示将本发明热交换器适用于冷凝器的第1实施例的主要部分立体图，图2是该热交换器的侧视图(表示制冷剂流动方向的箭头表示冷凝器工作时)。

如图1、图2所示，在该热交换器中，也以规定间隔层叠有许多平板状的翅片1a，并相对该翅片组1呈大致正交状地、即沿翅片的层叠方向穿通有制冷剂的传热管2，使空气在各翅片组1之间通过。并且，将传热管2区分为在管内流动的制冷剂的气体和气液二相流的气相多的部分与液体和气液二相流的液相多的部分，并在前者部分配设2个通路结构的第1传热管2a、2b，在后者部分配设1个通路结构的第2传热这2c，通过接头构件3使该第1传热管2a、2b与第2传热管2c连通。

然而，在该热交换器中，第1传热管2a、2b与第2传热管2c的各通路在作为冷凝器起作用的情况下，风下侧列是入口，风上侧列成为出口，至少使该通路的一部分在空气通过方向作成在多列间重叠的对向流型。

接着，对该热交换器的动作进行说明。图3是表示将该热交换器作为冷凝器时的、从制冷剂的入口至出口的温度变化、热交换的空气温度与热交换器内的制冷剂的状态的模式图。

在将该热交换器用作冷凝器的场合，过热气体制冷剂在入口侧流过在第1传热管2a、2b中的风下侧列，制冷剂温度因与空气热交换而从T1下降到T2。制冷剂在温度为T2的状态下向第1传热管2a、2b中的风上侧列流动并与空气进行热交换，气体制冷剂渐渐变为液体。接着，该液相成分多的制冷剂通过接头构件3向1个通路结构的第2传热管2c中的风下铡列流动，与空气进行热交换并使温度从T2下降至T3。还有，在温度为T3的状态下，则向第2传热管2c中的风上侧列流动，与空气进行热交换并使温度从T3下降至T4。

这样，由于配置成使制冷剂首先流向风下侧列，然后流向风上侧列，故如图3所示，风下侧列的传热管2a、2b、2c内的制冷剂温度与风上侧列的制冷剂温度相比，几乎在整个区域上的温度变高，制冷剂与空气的温度差变大。因此，热交换前后的平均空气温度差ΔTm变大，可大幅度提高热交换的效率，根据实验，其热交换量Q比以往的通路结构提高了5％。

虽然上述实施例是将热交换器用作冷凝器的情况，但在用作蒸发器的情况下，尽管制冷剂流方向相反，其作用可完全同样适用。即，在蒸发器的情况下，因节流装置而绝热膨胀的液体和液相多的制冷剂先向1个通路结构的第2传热管2c流动，由于通过接头构件3，在与热交换的同时气体和气相成分多的制冷剂流入2个通路结构的第1传热管2a、2b，故风上与风下的温度差与冷凝器(约5～50K)的情况相比，蒸发器较低(约1～2K)。但是，第1传热管2a、2b和第2传热管2c的各通路在作为蒸发器作用时，风上侧列是入口，风下侧列成为出口，由于至少该通路的一部分在空气通过方向作成在多列间重叠的对向流型，故制冷剂与空气的温度差变大，可提高热交换器效率。

接着，结合图4对本发明的第2实施例进行说明。图4是表示将本发明的热交换器适用于冷凝器的第2实施例的侧视图(表示制冷剂流动方向的箭头表示冷凝器工作时的情况)。与第1实施例的不同点在于，将第2传热管2c的通路中的风上侧列的出口构成位于该风上侧列的最下端。

现说明该第2实施例的热交换器的作用。一般地说，热交换器的最下端风速部分较低。作为第2实施例的热交换器特点的第2传热管2c中的风上侧传热管的出口部2f，在作为冷凝器作用时，由于温度变为最低，故通过将所述出口部2f置于最下端而使以1个通路作成对向流结构的第2传热管2c的热交换器能力与第1实施例的热交换器能力相比变大，可见能提高热交换器性能。还有，若采用该第2实施例的热交换器，出口部2f不采取第1实施例的热交换器那样的凹型通路结构，出口部2f附近的通路不是从下向上地上升，故尤其在变频式空调装置中的低速、即制冷剂流速慢的场合，也可防止所产生的液封。

接着，结合图5对第3实施例的热交换器进行说明。图5是表示将本发明的热交换器适用于蒸发器的第3实施例的侧视图(表示制冷剂流动方向的箭头表示蒸发器工作时)。与上述第2实施例的热交换器的不同点在于，将连接第1与第2传热管2a、2b、2c的接头构件3作成Y分支型分流器3a。

在将该热交换器作为蒸发器工作的场合，在使来自第2传热管2c的气流二相流的制冷剂5c与第1传热管2a、2b分流时，通过采用作为接头构件3的Y分支型分流器3a设置成水平或垂直，能将流入第1传热管2a、2b的制冷剂5a、5b大致均匀地进行分配，能大幅度提高蒸发器性能。还有，由于使用有通用性的Y分支型分流器3a，与使用没有通用性零件的情况相比可降低成本。

接着，结合图6对第4实施例进行说明。图6是表示将本发明的热交换器适用于冷凝器的第4实施例的侧视图(表示制冷剂流动方向的箭头表示冷凝器工作时)。与上述第3实施例的不同点在于，将2个通路结构的第1传热管2a、2b中一方的传热管2b配置在另一方的第1传热管2a和第2传热管2c的下方。

用图6和图7来对该第4实施例的热交换器的作用进行说明。图7是表示热泵式空调装置的一般的制冷循环的图，该制冷循环是将压缩机11、四通阀12、利用侧热交换器13、热源侧热交换器(室外机)14、节流装置15分别环状地配管连接而构成。热交换器14在使用第4实施例的热交换器的场合中，在制冷运转时作为冷凝器工作，在供暖运转时作为蒸发器工作。这里，在低温(例如室外气温2℃/湿球温度1℃)的状态下进行供暖时，由于热源侧热交换器14作为蒸发器起作用，故翅片结霜，当继续连续运转时，为了恢复供暖能力就需要除霜。在除霜中，以制冷循环进行运转，热源侧热交换器14作为冷凝器进行工作，霜溶化并从热交换器的上部向下部流落。

因此，在图5所示的第3实施例的热交换器的场合，由于热交换器的下部具有与温度最低的冷凝器的出口部分相当的传热管，故积存在设在室外机上的基板上的水结成冰，往往会降低供暖能力和会有随着连续运转而在基板上产生结冰变大的情况。

与此相反，在第4实施例的热交换器的场合，如图6所示，通过将2个通路结构中的一方的第1传热管2b配置在另一方的第1传热管2a和第2传热管2c的下方，在除霜运转时，可将流向第1传热管2b的较高温的制冷剂配置在最靠近热源侧热交换器(室外机)14的基板6的位置。因此，可使基板6的温度比第3实施例的热交换器升得高，可防止在除霜运转后在基板5上结冰并使该结冰变大的情况。还有，由于第1传热管2a、2b与第2传热管2c分别保持2个通路对向流～1个通路对向流的形式，故可获得直到与第3实施例的热交换器效率相等同的性能。

接着，结合图8对第5实施例的热交换器进行说明。图8是表示将本发明的热交换器应用于冷凝器的第5实施例的侧视图(表示制冷剂流动方向的箭头表示冷凝器工作时的情况)。与上述第4实施例的不同点在于，将位于第2传热管2c下部的所述第1传热管2b的入口传热管部2h置于从热交换器下层至2根传热管之间、并放置在配设着热源侧热交换器14的室外机的基板6的附近。

在将该热交换器用于与第4实施例同样的制冷循环的场合，由于在除霜运转时可将通向温度最高的冷凝器的入口传热管部2h配置在最靠近室外机的基板6的位置处，故可使基板6的温度比第4实施形态的热交换器上升得更高，就可防止除霜运转后基板6的结冰变大。该结构尤其对使用除霜性能弱的定速的压缩机的热泵式空调装置有效。还有，由于第1传热管2a、2b与第2传热管2c分别保持2个通路对向流～1个通路对向流的形式，故能获得达到与第4实施例的热交换器效率同等的性能。

作为使用于以上各实施例的热交换器的制冷剂，可使用氟里昂的一种HCFC-22，作为取代品也可使用替代氟里昂的一种HFC-32或含有HFC-32的混全制冷剂、或碳化氢制冷剂。

在使用一种氟里昂的HCFC-22的热泵式室内空调的场合，如前所述，通路数的减少和阀类的追加，在实用上因随着流速增加和阀类追加的压力损失增加而一般对于性能降低的影响较大，这里，下述的“表1”表示相对使用HCFC-22的制冷循环***的各制冷剂的压力损失减轻的比例。

                              [表1]

制冷剂的种类	***内压力损失比例(相对地将HCFC-22作为100％的情况)
		HCFC-22	100％
HFC-407C	100～103％
		HFC-407A	70～80％
HC-290	70～80％

在[表1]中的HFC-407C、HFC-410A是分别含有替代氟里昂的一种HFC-32的混合制冷剂，HC-290是碳化氢制冷剂。我们知道HFC-32或含有HFC-32的混合制冷剂的一部分(HFC-410A)、或碳化氢制冷剂(HC-290)相对一种氟里昂制冷剂HCFC-22来说，压力损失减轻约20-30％。因此，在上述各实施例的热交换器中，通过使用所述的HFC-32或含有HFC-32的混合制冷剂或碳化氢制冷剂，可大幅度地减轻蒸发器的压力损失，与使用以往的HCFC-22时相比，还可在蒸发器·冷凝器双方提高热交换器效率。

另外，虽然在上述实施形态中描述了相对于任意的空气通过方向将传热管2a、2b、2c配设成2列的热交换器的情况，但不限于此，当然，即使对于相对于空气通过方向将传热管2配设成3列以上的热交换器也能适用。

Claims (6)

1.一种热交换器，将多个平板状翅片以规定的间隔层叠，沿层叠方向穿通有通过制冷剂的传热管，使空气通过各翅片组之间，在相对空气通过方向配设多列所述传热管，其特征在于，按在所述传热管的管内流动的制冷剂状态区分成气体和气流二相流的气相多的部分与液体和气液二相流的液相多的部分，在前者部分上配设2个通路结构的第1传热管，在后者部分上配设1个通路结构的第2传热管，通过接头构件将所述第1与第2传热管互相连通，并且所述第1与第2传热管的各通路在作为冷凝器起作用的场合，风下侧列是入口，风上侧列成为出口，并至少将所述通路的一部分在空气通过方向作成在多列间重叠的对向流型。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，使在所述2传热管的通路上的风上侧列的出口位于所述风上侧列的最下端。

3.如权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，将所述接头构件作成Y分支型分流器。

4.如权利要求1～3中任一项所述的热交换器，其特征在于，使所述第1传热管的一部分位于所述2传热管的下方。

5.如权利要求4所述的热交换器，其特征在于，使所述第1传热管的1个通路的入口位于所述风下侧列的下端附近。

6.如权利要求1～5中任一项所述的热交换器，其特征在于，作为制冷剂，使用HFC-32或含有HFC-32的混合制冷剂、或碳化氢制冷剂。

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