專利名稱：一種高效風冷管翅式換熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風冷管翅式換熱器，屬于熱交換設備制造的技術領域。
背景技術：
目前市場上的翅片式換熱器有多種形式，如管翅式、間壁式、雙面蜂窩式、回轉式，其中管翅式翅片換熱器是空調(diào)制冷設備中最常用的換熱器結構形式。風冷管翅式換熱器，氣相或液相冷(熱)流體在管內(nèi)側流動，空氣在風機的作用下從管外側自然或強制流動被冷卻(散熱)。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。管翅式翅片換熱器的熱阻分布規(guī)律為管內(nèi)熱阻、換熱器翅片的接觸熱阻及管外空氣側的熱阻之比大約為2∶1∶7。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。
冷熱兩種流體沿傳熱面進行換熱，其溫度沿流向不斷變化，其傳熱溫差ΔT也不斷變化。從空氣流動方向(而不是管路沿程)看，管外空氣側溫度沿流向變化較大，管內(nèi)側流體溫度沿流向變化較小。因此，換熱器迎風側的傳熱溫差較大，迎風側的前排換熱器換熱效率也較高。空氣通過前排換熱器后與管內(nèi)側流體傳熱溫差減小，因而中間層和背風側的后排換熱器的換熱效率很低。
以空調(diào)制冷設備中的雙排或多排排管的風冷管翅式蒸發(fā)器為例，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)側制冷劑蒸發(fā)溫度不變?yōu)門R。
管外側的進風為溫度較高的室溫(T0)，與迎風側的蒸發(fā)器前排管換熱時管內(nèi)外傳熱溫差ΔTF＝T0-TR，空氣流經(jīng)蒸發(fā)器前排管后溫度降低為T1＜T0。再與背風側的蒸發(fā)器后排管換熱時，管內(nèi)與管外的傳熱溫差也降低為ΔTB＝T1-TR＜ΔTF。根據(jù)傳熱學公式Q＝KAΔT(式中Q為傳熱量，K為傳熱系數(shù)，A為傳熱面積，ΔT為傳熱溫差)可知，如果使用面積、結構相同的雙排蒸發(fā)器，背風的蒸發(fā)器后排管換熱能力將明顯小于迎風的蒸發(fā)器前排管的換熱能力。試驗和計算機模擬結果均表明。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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種減小傳熱溫差的高效風冷管翅式換熱器，使換熱器的后排背風側的傳熱系數(shù)或傳熱面積大于前排迎風側的傳熱系數(shù)或傳熱面積，改善溫差場的均勻性，提高換熱器的總換熱效率。
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，使換熱器前排迎風側的傳熱系數(shù)相對較小，后排背風側的傳熱系數(shù)相對較大，或前排迎風側的傳熱面積相對較小，后排背風側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，提高后排背風側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。
本發(fā)明的技術方案為一種風冷管翅式換熱器，至少包括設于換熱器迎風側的前排管和設于換熱器背風側的后排管，其特征在于所述后排管的傳熱系數(shù)大于前排管的傳熱系數(shù)，和/或后排管的傳熱面積大于前排管的傳熱面積。也就是說，該換熱器通過不同的銅管和翅片形式的組合，其后排背風側的傳熱系數(shù)大于前排迎風側的傳熱系數(shù)，或后排背風側的傳熱面積大于前排迎風側的傳熱面積，或采用二者的組合。
所述前排管及后排管為銅管，前排銅管傳熱系數(shù)小于后排銅管的傳熱系數(shù)。也就是說，該換熱器使用不同類型銅管的組合迎風側的前排管使用傳熱系數(shù)較小的銅管，背風側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，所述前排管所設翅片的傳熱系數(shù)小于后排管所設翅片的傳熱系數(shù)。也就是說，該換熱器使用不同片形翅片的組合迎風側的前排翅片使用傳熱系數(shù)較小的片型，背風側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，所述前排管所設翅片的間距大于后排管所設翅片的間距。也就是說，該換熱器使用不同片距的組合迎風側的前排翅片使用較大的片間距，其傳熱面積較??；背風側的后排翅片使用較小的片間距，其傳熱面積較大。
或者，該換熱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。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所提供的高效風冷管翅式換熱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，提高換熱器的換熱效率。特別說明的是，本發(fā)明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，迎風側稱為前排，背風側成為后排，而不是物理意義上的前后。


下面結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明的換熱器作進一步的說明附圖1為應用本發(fā)明的分體壁掛式空調(diào)器室內(nèi)機的側視圖；附圖2為應用本發(fā)明用于窗式空調(diào)器的側視圖；附圖3為圖2的俯視圖。
具體實施例方式
實施例一如附圖1所示，采用本發(fā)明的空調(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的外側迎風面。蒸發(fā)器前排管103、104和蒸發(fā)器后排管105、106都是風冷管翅式換熱器，安裝在室內(nèi)機底座111上，并配有室內(nèi)電機112、貫流風扇113。制冷劑經(jīng)毛細管節(jié)流后進入室內(nèi)側高壓進液管101，由三通管102分為上下兩路進入位于外側迎風層的蒸發(fā)器前排管103、104，然后進入位于內(nèi)側的蒸發(fā)器后排管105、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?。徽舭l(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，蒸發(fā)器前排管、后排管的位置并不必然對應制冷劑的流向，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，處于前排迎風面的銅管與空氣側的傳熱溫差ΔTF較大，而光管的傳熱系數(shù)KF較?。惶幱诤笈庞L面的銅管與空氣側的傳熱溫差ΔTB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，與蒸發(fā)器前排管、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％；與蒸發(fā)器前排管、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，應用本發(fā)明的窗式空調(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、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。冷凝器前排管202位于冷凝器后排管203的迎風側，冷凝器前排管202和冷凝器后排管203都是風冷管翅式換熱器，并配有后風道210和軸流風扇211。蒸發(fā)器前排管205位于蒸發(fā)器后排管206的迎風側，蒸發(fā)器前排管205和蒸發(fā)器后排管206都是風冷管翅式換熱器，并配有前風道208與離心風扇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)較小；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。處于前排迎風面的銅管與空氣側的傳熱溫差ΔTF較大，而光管的傳熱系數(shù)KF較小；處于后排迎風面的銅管與空氣側的傳熱溫差ΔTB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?。焕淠髑芭殴?03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，由于改變了前冷凝器后排管的傳熱系數(shù)與傳熱面積，與前后排采用相同結構的冷凝器相比，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方案的空調(diào)器的制冷量增大了6.3％。
權利要求
1.一種風冷管翅式換熱器，至少包括設于換熱器迎風側的前排管和設于換熱器背風側的后排管，其特征在于所述后排管的傳熱系數(shù)大于前排管的傳熱系數(shù)，和/或后排管的傳熱面積大于前排管的傳熱面積。
2.根據(jù)權利要求1所述的風冷管翅式換熱器，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)權利要求2所述的風冷管翅式換熱器，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)權利要求1至3任一項所述的風冷管翅式換熱器，其特征在于所述前排管所設翅片的傳熱系數(shù)小于后排管所設翅片的傳熱系數(shù)。
5.根據(jù)權利要求4所述的風冷管翅式換熱器，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)權利要求1至3任一項所述的風冷管翅式換熱器，其特征在于所述前排管所設翅片的間距大于后排管所設翅片的間距。
7.根據(jù)權利要求4所述的風冷管翅式換熱器，其特征在于所述前排管所設翅片的間距大于后排管所設翅片的間距。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效風冷管翅式換熱器，它采用不同的換熱器形式組合迎風側的前排管使用光管，背風側的后排管使用內(nèi)螺紋管；或迎風側的前排翅片使用平片，背風側的后排翅片使用波紋片或沖縫片；或迎風側的前排翅片使用較大的片間距，背風側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。這樣的結構，使得其換熱器前排迎風側的傳熱系數(shù)或傳熱面積相對較小，后排背風側的傳熱系數(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，提高了換熱器的換熱效率。
文檔編號F28F1/12GK1991284SQ200510121470
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權日2005年12月31日
發(fā)明者黃曉峰 申請人:廣東科龍電器股份有限公司