專利名稱：一種可減小平均傳熱溫差的高效空調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種風(fēng)冷管翅式空調(diào)器，屬于制冷設(shè)備制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
按照蒸汽壓縮式制冷循環(huán)原理工作的制冷空調(diào)設(shè)備，包括家用空調(diào)、商用空調(diào)、中央空調(diào)和車輛空調(diào)等，也包括除濕機、熱泵熱水器，至少要包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器四個基本部件。制冷空調(diào)設(shè)備的蒸發(fā)器是制冷劑從系統(tǒng)外吸熱的熱交換器。
一類風(fēng)冷管翅式蒸發(fā)器，制冷劑在管內(nèi)側(cè)蒸發(fā)吸熱，空氣在風(fēng)機的作用下從管外側(cè)流過被冷卻。為了增大傳熱面積，管外一般多裝有翅片(套片或繞片)，并采用雙排或多排排管的方式。雙排或多排排管蒸發(fā)器管型和片型相同，其傳熱系數(shù)也大致相同。由于管外的迎風(fēng)側(cè)的傳熱溫差較大，迎風(fēng)側(cè)的蒸發(fā)器前排管換熱效率也較高。但空氣通過蒸發(fā)器前排管后溫度降低，與管內(nèi)側(cè)制冷劑傳熱溫差減小，因而中間層和背風(fēng)側(cè)的蒸發(fā)器后排管換熱效率很低。
考察這種雙排或多排排管的風(fēng)冷管翅式蒸發(fā)器，由于管徑較大(通常為Φ4～12mm)，制冷劑在通過蒸發(fā)器時的壓力損失也較小(通常為10～100kPa)，單一組分的制冷劑在整個蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)溫度變化較小(通常為0.5～3℃)，可以近似認為管內(nèi)側(cè)制冷劑蒸發(fā)溫度不變?yōu)門R。
管外側(cè)的進風(fēng)為溫度較高的室溫(T0)，與迎風(fēng)側(cè)的蒸發(fā)器前排管換熱時管內(nèi)外傳熱溫差TF＝T0-TR，空氣流經(jīng)蒸發(fā)器前排管后溫度降低為T1＜T0。再與背風(fēng)側(cè)的蒸發(fā)器后排管換熱時，管內(nèi)與管外的傳熱溫差也降低為TB＝T1-TR＜TF。根據(jù)傳熱學(xué)公式Q＝KA T(式中Q為傳熱量，K為傳熱系數(shù)，A為傳熱面積，T為傳熱溫差)可知，如果使用面積、結(jié)構(gòu)相同的雙排蒸發(fā)器，背風(fēng)的蒸發(fā)器后排管換熱能力將明顯小于迎風(fēng)的蒸發(fā)器前排管的換熱能力。試驗和計算機模擬結(jié)果均表明。按照制冷劑前排進后排出的單路布管方式，在GB/T7725所規(guī)定的標準工況下，蒸發(fā)器前排管的換熱量約為總換熱量的60～75％，而蒸發(fā)器后排管的換熱量約為總換熱量25～40％。同樣，對于多排排管的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器前排管換熱效率最佳，中間蒸發(fā)器換熱效率降低，蒸發(fā)器后排管換熱效率最差，換熱器總的換熱能力較低。
通過非共沸混合工質(zhì)制冷劑，或多級節(jié)流方式可以改變各排換熱器管內(nèi)蒸發(fā)溫度，從而減小熱交換的平均傳熱溫差。但二者都要求蒸發(fā)器按自后而前的方式順序布管，存在交叉布管時則不能有效解決這一問題。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種減小傳熱溫差的高效空調(diào)器，使換熱器的后排背風(fēng)側(cè)的傳熱系數(shù)或傳熱面積大于前排迎風(fēng)側(cè)的傳熱系數(shù)或傳熱面積，減小蒸發(fā)過程的不可逆損失，提高空調(diào)器的制冷效率。
按照強化傳熱中的場協(xié)同理論，通過組合不同的換熱器形式，使換熱器前排迎風(fēng)側(cè)的傳熱系數(shù)相對較小，后排背風(fēng)側(cè)的傳熱系數(shù)相對較大，或前排迎風(fēng)側(cè)的傳熱面積相對較小，后排背風(fēng)側(cè)的傳熱面積相對較大，則可以改善溫差場的均勻性，減小換熱器的平均傳熱溫差，提高后排背風(fēng)側(cè)的換熱量及其在總換熱量中所占的比例，提高換熱器的總換熱能力。
本實用新型的技術(shù)方案為一種高效空調(diào)器，包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流部件、蒸發(fā)器，其特征在于所述蒸發(fā)器和/或冷凝器至少包括設(shè)于迎風(fēng)側(cè)的前排管和設(shè)于背風(fēng)側(cè)的后排管，所述后排管的傳熱系數(shù)大于前排管的傳熱系數(shù)，或者后排管的傳熱面積大于前排管的傳熱面積，或者后排管的傳熱系數(shù)和傳熱面積均大于前排管的傳熱系數(shù)和傳熱面積。也就是說，蒸發(fā)器和/或冷凝器，通過不同的銅管和翅片形式的組合，其后排背風(fēng)側(cè)的傳熱系數(shù)大于前排迎風(fēng)側(cè)的傳熱系數(shù)，或后排背風(fēng)側(cè)的傳熱面積大于前排迎風(fēng)側(cè)的傳熱面積，或采用二者的組合。
所述前排管及后排管為銅管，前排銅管的傳熱系數(shù)小于后排管銅管的傳熱系數(shù)。也就是說，它的蒸發(fā)器和/或冷凝器使用不同類型銅管的組合迎風(fēng)側(cè)的前排管使用傳熱系數(shù)較小的銅管，背風(fēng)側(cè)的后排管使用傳熱系數(shù)較大的銅管。如前排管使用光身銅管，后排管使用內(nèi)螺紋管。
或者，所述前排管所設(shè)翅片的傳熱系數(shù)小于后排管所設(shè)的翅片傳熱系數(shù)。也就是說，它的蒸發(fā)器和/或冷凝器使用不同片形翅片的組合迎風(fēng)側(cè)的前排翅片使用傳熱系數(shù)較小的片型，背風(fēng)側(cè)的后排翅片使用傳熱系數(shù)較大的片型。如前排翅片使用平片，后排管使用后排翅片使用波紋片或沖縫片。
或者，所述前排管所設(shè)翅片的間距大于后排管所設(shè)翅片的間距。也就是說，它的蒸發(fā)器和/或冷凝器使用不同片距的組合迎風(fēng)側(cè)的前排翅片使用較大的片間距，其傳熱面積較?。槐筹L(fēng)側(cè)的后排翅片使用較小的片間距，其傳熱面積較大。
或者，它的蒸發(fā)器和/或冷凝器也可以同時采用上述銅管或翅片的兩種或多種實現(xiàn)方式的組合。
顯而易見，本實用新型所提供的可減小傳熱溫差的高效空調(diào)器，也可以在它的制冷系統(tǒng)中設(shè)置四通換向閥，從而使本實用新型應(yīng)用于冷暖空調(diào)器。本實用新型還可以應(yīng)用于其它使用風(fēng)冷管翅式換熱器的制冷空調(diào)設(shè)備，包括家用空調(diào)、商用空調(diào)、中央空調(diào)和車輛空調(diào)等，也包括除濕機、熱泵熱水器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所提供的可減小平均傳熱溫差的高效空調(diào)器中的前、后排換熱器的傳熱系數(shù)或傳熱面積不同，可以改善溫差場的均勻性，減小換熱器的平均傳熱溫差，減小了制冷循環(huán)的不可逆損失，提高了空調(diào)器的制冷效率。特別說明的是，本實用新型所述換熱器的前后排，是相對空氣通過換熱器的流向而言的，迎風(fēng)側(cè)稱為前排，背風(fēng)側(cè)成為后排，而不是物理意義上的前后。
以下結(jié)合附圖及具體實施方式
對本實用新型的換熱器作進一步的說明附


圖1為應(yīng)用本實用新型的分體壁掛式空調(diào)器室內(nèi)機的側(cè)視圖；附圖2為應(yīng)用本實用新型用于窗式空調(diào)器的側(cè)視圖；附圖3為圖2的俯視圖。
具體實施方式
實施例一如附
圖1所示，應(yīng)用本實用新型的空調(diào)器中包括由壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發(fā)器組成封閉的制冷回路，其中壓縮機、冷凝器與毛細管安裝在空調(diào)器室外機中(圖中未示出)。室內(nèi)空氣經(jīng)外罩109、面板110上的柵格進入室內(nèi)機與蒸發(fā)器進行熱交換。蒸發(fā)器前排管103、104位于蒸發(fā)器后排管105、106的外側(cè)迎風(fēng)面。蒸發(fā)器前排管103、104和蒸發(fā)器后排管105、106都是風(fēng)冷管翅式換熱器，安裝在室內(nèi)機底座111上，并配有室內(nèi)電機112、貫流風(fēng)扇113。制冷劑經(jīng)毛細管節(jié)流后進入室內(nèi)側(cè)高壓進液管101，由三通管102分為上下兩路進入位于外側(cè)迎風(fēng)層的蒸發(fā)器前排管103和104，然后進入位于內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)器后排管105和106，最后兩路制冷劑經(jīng)三通107合為一路由低壓回氣管108返回室外機的壓縮機回氣口。
蒸發(fā)器前排管103、104所用的銅管為光管，其傳熱系數(shù)較??；蒸發(fā)器后排管105、106所用的銅管為內(nèi)螺紋管，其傳熱系數(shù)較大。蒸發(fā)器前排管103、104和蒸發(fā)器后排管105、106可以是由一體的兩排蒸發(fā)器組成，也可以是由兩個獨立的蒸發(fā)器組成，或者是由二者的組合組成。需要說明的是，前蒸發(fā)器后排管的位置并不必然對應(yīng)制冷劑的流向，為了充分利用蒸發(fā)器的換熱能力，在整個蒸發(fā)器流路中可以存在分流和匯流的存在。不同的分流方式，可以是分別在蒸發(fā)器前排管103、104或蒸發(fā)器后排管105、106內(nèi)的分流，也可以是在蒸發(fā)器前排管103、104與蒸發(fā)器后排管105、106之間的分流，即在兩級蒸發(fā)器之間存在流路交叉。但無論制冷劑流路如何布置，處于前排迎風(fēng)面的銅管與空氣側(cè)的傳熱溫差TF較大，而光管的傳熱系數(shù)KF較??；處于后排迎風(fēng)面的銅管與空氣側(cè)的傳熱溫差TB較小，而內(nèi)螺紋管的傳熱系數(shù)KB較大。與前后排采用相同傳熱系數(shù)的銅管相比，此時前后排的銅管的傳熱能力相對均衡，整個換熱器的溫差場相對較為均勻。
試驗結(jié)果表明，蒸發(fā)器后排管105、106使用一種低齒型內(nèi)螺紋銅管，與前蒸發(fā)器后排管都使用光管相比，本實施例中前后排分別使用光管和內(nèi)螺紋管后，空調(diào)器的制冷量增大了13.2％；與前蒸發(fā)器后排管都使用內(nèi)螺紋相比，本實施例中前后排分別使用光管和內(nèi)螺紋管后，空調(diào)器的制冷量增大了3.9％。
實施例二如附圖2、圖3所示，應(yīng)用本實用新型的窗式空調(diào)器包括由壓縮機201的排氣口、冷凝器前排管202、冷凝器后排管203、毛細管204、蒸發(fā)器前排管205、蒸發(fā)器后排管206和壓縮機201的吸氣口依次連通形成封閉的制冷回路。
蒸發(fā)器前排管、后排管和冷凝器前、后排管都是相對與流經(jīng)蒸發(fā)器和冷凝器的空氣流動方向而言的，與其物理位置并不必然對應(yīng)。冷凝器前排管202位于冷凝器后排管203的迎風(fēng)側(cè)，冷凝器前排管202和冷凝器后排管203都是風(fēng)冷管翅式換熱器，并配有后風(fēng)道210和軸流風(fēng)扇211。蒸發(fā)器前排管205位于蒸發(fā)器后排管206的迎風(fēng)側(cè)，蒸發(fā)器前排管205和蒸發(fā)器后排管206都是風(fēng)冷管翅式換熱器，并配有前風(fēng)道208與離心風(fēng)扇209?？照{(diào)器箱體207用于安裝上述制冷系統(tǒng)的部件和用于控制空調(diào)器運行的電器系統(tǒng)212。
蒸發(fā)器前排管205所用的銅管為光管，其傳熱系數(shù)較??；蒸發(fā)器后排管206所用的銅管為一種低齒型內(nèi)螺紋管，其傳熱系數(shù)較大。蒸發(fā)器前排管205和蒸發(fā)器后排管206可以是由一體的兩排蒸發(fā)器組成，也可以是由兩個獨立的蒸發(fā)器組成，或者是由二者的組合組成。處于前排迎風(fēng)面的銅管與空氣側(cè)的傳熱溫差TF較大，而光管的傳熱系數(shù)KF較小；處于后排迎風(fēng)面的銅管與空氣側(cè)的傳熱溫差TB較小，而內(nèi)螺紋管的傳熱系數(shù)KB較大。與前后排采用相同傳熱系數(shù)的銅管相比，此時前后排的銅管的傳熱能力相對均衡，整個換熱器的溫差場相對較為均勻。
冷凝器前排管202所用的翅片為平片，其傳熱系數(shù)較小，片間距為1.8毫米，傳熱面積也較小；冷凝器后排管203所用的翅片為單橋沖鋒片，其傳熱系數(shù)較大，片間距為1.5毫米，傳熱面積也較大。由于冷凝器前排管202和冷凝器后排管203使用不同的片型和片距，制造時是由兩個獨立的冷凝器組成的。類似的，由于改變了冷凝器前、后排管的傳熱系數(shù)與傳熱面積，與前后排采用相同結(jié)構(gòu)的冷凝器相比，此時前后排的銅管的傳熱能力相對均衡，整個換熱器的溫差場相對較為均勻。
計算機模擬結(jié)果表明，蒸發(fā)器后排管206使用一種低齒型內(nèi)螺紋銅管，按照相同的換熱器分流布管方式，在GB/T7725所規(guī)定的標準工況下，蒸發(fā)器前排管的換熱量達到總換熱量的56％，而蒸發(fā)器后排管的換熱量達到總換熱量44％。蒸發(fā)器前、后排管都使用光管時，蒸發(fā)器前排管的換熱量占總換熱量69％，蒸發(fā)器后排管的換熱量只占31％。試驗表明，與蒸發(fā)器前、后排管都使用光管、冷凝器前、后排管都使用片距1.8毫米的平片相比，采用本實施例所述技術(shù)方案的空調(diào)器的制冷量增大了18.7％；與蒸發(fā)器前后排管都使用內(nèi)螺紋管、冷凝器前后排管都片距1.5毫米的單橋沖鋒片相比，采用本實施例所述技術(shù)方案的空調(diào)器的制冷量增大了6.3％。
權(quán)利要求1.一種高效空調(diào)器，包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流部件、蒸發(fā)器，其特征在于所述蒸發(fā)器和/或冷凝器至少包括設(shè)于迎風(fēng)側(cè)的前排管和設(shè)于背風(fēng)側(cè)的后排管，所述后排管的傳熱系數(shù)大于前排管的傳熱系數(shù)，或者后排管的傳熱面積大于前排管的傳熱面積，或者后排管的傳熱系數(shù)和傳熱面積均大于前排管的傳熱系數(shù)和傳熱面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效空調(diào)器，其特征在于所述前排管及后排管為銅管，前排銅管的傳熱系數(shù)小于后排銅管的傳熱系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效空調(diào)器，其特征在于所述前排管為光身銅管，后排管為內(nèi)螺紋管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的高效空調(diào)器，其特征在于所述前排管所設(shè)翅片的傳熱系數(shù)小于后排管所設(shè)翅片的傳熱系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效空調(diào)器，其特征在于所述前排翅片為平片，后排翅片為波紋片或沖縫片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的高效空調(diào)器，其特征在于所述前排管所設(shè)翅片的間距大于后排管所設(shè)翅片的間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效空調(diào)器，其特征在于所述前排管所設(shè)翅片的間距大于后排管所設(shè)翅片的間距。
專利摘要本實用新型公開了一種可減小平均傳熱溫差的高效空調(diào)器，采用不同的蒸發(fā)器形式組合迎風(fēng)側(cè)的前排管使用光管，背風(fēng)側(cè)的后排管使用內(nèi)螺紋管；或迎風(fēng)側(cè)的前排翅片使用平片，背風(fēng)側(cè)的后排翅片使用波紋片；或迎風(fēng)側(cè)的前排翅片使用較大的片間距，背風(fēng)側(cè)的后排翅片使用較小的片間距?？偟膩碚f，后排管的傳熱系數(shù)大于前排管的傳熱系數(shù)，或者后排管的傳熱面積大于前排管的傳熱面積，或者后排管的傳熱系數(shù)和傳熱面積均大于前排管的傳熱系數(shù)和傳熱面積。這樣使得其蒸發(fā)器迎風(fēng)側(cè)的傳熱系數(shù)或傳熱面積相對較小，背風(fēng)側(cè)的傳熱系數(shù)或傳熱面積相對較大，能改善溫差場的均勻性，減小換熱器的平均傳熱溫差，減少制冷循環(huán)的不可逆損失，提高換熱器的制冷效率。
文檔編號F28D1/04GK2916450SQ200620053269
公開日2007年6月27日 申請日期2006年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月5日
發(fā)明者黃曉峰 申請人:廣東科龍電器股份有限公司