一種複合式風冷管翅式換熱器結構的製作方法

2023-05-25 04:03:21 4

本發明涉及空調製冷技術領域，特別是複合式風冷管翅式換熱器結構。

背景技術：

隨著城市化進程的發展和人民生活水平的提升，供暖需求在數量和質量上日益增長。而傳統採用鍋爐作為熱源的供暖方式存在能效低，汙染重，調控難等問題，清潔節能的空氣源熱泵機組近年來逐漸受到關注和青睞。

空氣源熱泵機組相比傳統的鍋爐，不僅清潔節能，無汙染物直接排放，能效高，而且冷暖兩用，可節約初投資。此外，還具有安裝、使用方便，分戶靈活控制等優點。

現有技術中，空氣源熱泵的風換熱器一般採用銅管套整體翅片式結構，管型、翅片類型、排數等均可根據具體需求調整。對於同一種換熱器，只採用一種管型和翅片類型。參看圖1，為目前製冷熱泵領域常見的翅片換熱器，主體由一定的管型和整體式翅片構成，兩側有端板，上下有頂板和底板，構成框架1予以固定。為了保證製冷劑分配，利用集管2將製冷劑分為若干支路，每個支路採用完全相同的布管形式。

上述現有結構風換熱器的設計存在如下幾個問題，導致其性能無法進一步提高：

1）風換熱器採用風機強制對流換熱，根據風機安裝位置一般可分為上出風和側出風兩種類型。風機的安裝位置無法保證風換熱器表面的風速均勻。特別對於上出風設計，風換熱器下部的迎面風速往往低於上部，造成下部換熱能力較差，相當於換熱面積無法有效利用。

2）製冷劑在風換熱器的銅管4內部流動將隨換熱的進行發生相變，比容隨之變化，由於製冷劑通道的管徑不變，因此在相變前後，管內流速變化較大，可達20倍左右。風換熱器的設計往往很難達到流阻和傳熱強度的平衡。

3）小管徑風換熱器因其節省材料和充注量，換熱效率高等特點逐漸擴大應用，但由於小管徑風換熱器的翅片間距也往往較小，造成換熱器阻力變大，使得制熱狀態的除霜更加頻繁，影響制熱性能。

4）由於每片翅片均一體成型，因此空氣流道的翅片連續，空氣流經翅片時氣流相對平順，擾動不劇烈，阻礙了換熱係數的增大。

技術實現要素：

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種複合式風冷管翅式換熱器結構。它能有效克服風速不均勻、管內製冷劑流速變化大以及小管徑風換阻力大等問題，顯著提高風換熱器的綜合性能，從而優化空氣源熱泵的性能。

為了達到上述發明目的，本發明的技術方案以如下方式實現：

一種複合式風冷管翅式換熱器結構，它包括外部的矩形框架和集管。其結構特點是，它還包括由兩種或兩種以上的子風換熱器經串聯、並聯或者串並聯混合拼接而成的換熱器組。各子風換熱器中的銅管和翅片相互獨立，且各子風換熱器中銅管的管徑不相同。串聯結構的換熱器組中各子風換熱器根據銅管管徑大小依次排列，並聯結構的換熱器組中各子風換熱器根據其空氣側阻力大小依次排列。並聯結構換熱器組中各冷媒流道只在同一子風換熱器中經過，串聯或者串並聯混合結構的換熱器組中各冷媒流道依次經過各子風換熱器。

在上述複合式風冷管翅式換熱器結構中，所述各子風換熱器的翅片類型、翅片間距為相同或者不同；各子風換熱器的高度為相同或者不同；各子風換熱器中銅管的排數為相同或者不同。

本發明由於採用了上述結構，各子風換熱器採用不同的管徑，不僅具備小管徑風換熱器減小耗材和尺寸、重量，增大傳熱係數的優點，也兼具了大管徑風換熱器翅片間距大，風側阻力小，結霜速率低的優點。本發明的串聯結構中，冷媒通道的管徑不一致，與冷媒的相變過程適配，有利於實現冷媒傳熱和流阻的平衡；同時不同子風換的翅片獨立，而非傳統的整體式翅片結構，空氣流動時有利於破換邊界層，提高換熱效率。本發明的並聯結構中，換熱器垂直方向上風側流動阻力不一致，能夠與風側不均勻的風速相匹配，有利於實現總體換熱效率的提升。而串並聯混合結構則兼具串聯和並聯結構的優點。同現有技術相比，本發明更易於實現換熱器成本和傳熱性能的平衡，從風側和冷媒側兩個方面改善換熱效果，從而提高風換熱器的整體換熱效率。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明。

附圖說明

圖1為現有技術中風換熱器的結構示意圖；

圖2為圖1的側視圖；

圖3為本發明實施例一的製冷工況示意圖；

圖4為本發明實施例一的制熱工況示意圖；

圖5為本發明實施例二的示意圖；

圖6為本發明實施例三的示意圖；

圖7為本發明實施例四的示意圖。

具體實施方式

本發明複合式風冷管翅式換熱器結構包括外部的矩形框架1和集管2。它還包括由兩種或兩種以上的子風換熱器3經串聯、並聯或者串並聯混合拼接而成的換熱器組。各子風換熱器3中的銅管4和翅片相互獨立，且各子風換熱器3中銅管4的管徑不相同。串聯結構的換熱器組中各子風換熱器3根據銅管4管徑大小依次排列，並聯結構的換熱器組中各子風換熱器3根據其空氣側阻力大小依次排列。並聯結構換熱器組中各冷媒流道5隻在同一子風換熱器3中經過，串聯或者串並聯混合結構的換熱器組中各冷媒流道5依次經過各子風換熱器3。各子風換熱器3的翅片類型、翅片間距為相同或者不同；各子風換熱器3的高度為相同或者不同；各子風換熱器3中銅管4的排數為相同或者不同。

實施方式一

參看圖3和圖4，為兩種子風換熱器3串聯的示意圖，子風換熱器3中銅管4的排數都是兩排。冷媒通道依次經過大、小兩種管徑的銅管4。

製冷工況下，冷媒從集管2流出，先經過大管徑的通道，冷媒呈氣態，在大管徑下流速有所降低。隨著冷凝的進行，冷媒的比容減小。到後半程，冷媒進入小管徑的通道，此時由於通道內截面積減小，冷媒的流速不至於大幅度減小，從而保證了管內一定的流速，使得換熱效果得以保證。

在制熱工況下，冷媒流向反向，兩相狀態的冷媒先經過小管徑的通道，由於此時管徑減小，而冷媒的比容也較小，冷媒的流速保持在一定的水平，有利於提高換熱效率。在後半程，進入大管徑的通道，此時冷媒的比容大幅度增大，而通道截面積也增大，保證了管內冷媒流速不至於過高，從而降低流阻。

對於本發明中採用串聯結構的換熱器組綜合了大、小兩種管徑風換熱器的優點，不僅總體消耗材料減小，充注量，尺寸和重量略有下降，風換熱器的空氣側阻力也較小，有利於換熱效果的增強和結霜強度的減弱。此外，由於各子風換熱器的翅片獨立，在空氣通道上翅片不連續。因此空氣流經子風換熱器的交界處時，空氣的擾動劇烈，有利於破換邊界層，提高空氣側的換熱係數，從而提高整體換熱效果。

實施方式二

參看圖5，為兩種子風換熱器3並聯的示意圖，各子風換熱器3中銅管4的排數也不同。下方的子風換熱器3採用大管徑，兩排結構，子風換熱器3的空氣側阻力較小。風機6位於上部，為上出風形式。

對於上出風的形式，由於傳統換熱器上下結構一致，因此換熱器上部和下部的風速差別較大，下部的風速低於上部，特別是對於V型結構的風換熱器。從而造成下部換熱面積未充分利用，影響整體換熱效果。而本發明並聯結構的組合風換熱器，下部可採用排數較少，翅片間距較大的大管徑風換熱器，從而減小該部分風側的流動阻力。因此該處的迎面風速有所提高，使得風換熱器上部和下部的風速更為均勻，換熱面積利用更充分，換熱效率更高。

除了解決風速不均勻問題之外，與串聯風換熱器類似，本發明並聯結構也兼具了大管徑換熱器空氣側阻力小，結霜速率慢以及小管徑換熱器減少耗材，充注量的優點。

實施方式三

參看圖6，為三種子風換熱器3串聯的示意圖，子風換熱器3的排數都是1排，且不同子風換熱器3的高度不一致。冷媒通道依次經過大、中、小三種管徑的銅管4。

相比實施方式一，該結構的子風換熱器3更多，冷媒通道中的管徑變化更多，冷媒流速變化與冷媒比容變化的一致性更好，因此冷媒的阻力與傳熱的平衡效果更優。而且由於翅片的間斷更多，空氣的流動擾動更大，有利於提高空氣側換熱效果。與實施方式一不同的是，該結構的三種子風換熱器3的高度不一致，從上部到下部，風換熱器的實際排數呈階梯狀減小，因此空氣側阻力也逐漸減小。對於上出風的換熱器，這種結構同實施方式二相似，能夠減小風換垂直方向的風速不均勻性，提高整體換熱效果。

實施方式四

參看圖7，為三種子風換熱器3串並聯混合的示意圖。

串並聯混合結構兼具了上述串聯和並聯兩種結構的特點。利用串聯結構使得冷媒通道變徑，增大冷媒側綜合傳熱性能，在空氣通道上，翅片不連續，增大空氣擾動，破換邊界層，提高空氣側的換熱係數。利用並聯結構形成垂直方向上的風側阻力梯度，從而緩解因空氣側風速差導致的換熱效率下降的問題。同時本結構也兼具了大管徑換熱器空氣側阻力小，結霜速率慢以及小管徑換熱器減少耗材，充注量的優點。