专利名称：一种可减小平均传热温差的高效空调器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风冷管翅式空调器，属于制冷设备制造的技术领域。
背景技术：
按照蒸汽压缩式制冷循环原理工作的制冷空调设备，包括家用空调、商用空调、中央空调和车辆空调等，也包括除湿机、热泵热水器，至少要包括压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四个基本部件。制冷空调设备的蒸发器是制冷剂从系统外吸热的热交换器。
一类风冷管翅式蒸发器，制冷剂在管内侧蒸发吸热，空气在风机的作用下从管外侧流过被冷却。为了增大传热面积，管外一般多装有翅片(套片或绕片)，并采用双排或多排排管的方式。双排或多排排管蒸发器管型和片型相同，其传热系数也大致相同。由于管外的迎风侧的传热温差较大，迎风侧的蒸发器前排管换热效率也较高。但空气通过蒸发器前排管后温度降低，与管内侧制冷剂传热温差减小，因而中间层和背风侧的蒸发器后排管换热效率很低。
考察这种双排或多排排管的风冷管翅式蒸发器，由于管径较大(通常为Φ4～12mm)，制冷剂在通过蒸发器时的压力损失也较小(通常为10～100kPa)，单一组分的制冷剂在整个蒸发器内的蒸发温度变化较小(通常为0.5～3℃)，可以近似认为管内侧制冷剂蒸发温度不变为TR。
管外侧的进风为温度较高的室温(T0)，与迎风侧的蒸发器前排管换热时管内外传热温差TF＝T0-TR，空气流经蒸发器前排管后温度降低为T1＜T0。再与背风侧的蒸发器后排管换热时，管内与管外的传热温差也降低为TB＝T1-TR＜TF。根据传热学公式Q＝KA T(式中Q为传热量，K为传热系数，A为传热面积，T为传热温差)可知，如果使用面积、结构相同的双排蒸发器，背风的蒸发器后排管换热能力将明显小于迎风的蒸发器前排管的换热能力。试验和计算机模拟结果均表明。按照制冷剂前排进后排出的单路布管方式，在GB/T7725所规定的标准工况下，蒸发器前排管的换热量约为总换热量的60～75％，而蒸发器后排管的换热量约为总换热量25～40％。同样，对于多排排管的蒸发器，蒸发器前排管换热效率最佳，中间蒸发器换热效率降低，蒸发器后排管换热效率最差，换热器总的换热能力较低。
通过非共沸混合工质制冷剂，或多级节流方式可以改变各排换热器管内蒸发温度，从而减小热交换的平均传热温差。但二者都要求蒸发器按自后而前的方式顺序布管，存在交叉布管时则不能有效解决这一问题。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种减小传热温差的高效空调器，使换热器的后排背风侧的传热系数或传热面积大于前排迎风侧的传热系数或传热面积，减小蒸发过程的不可逆损失，提高空调器的制冷效率。
按照强化传热中的场协同理论，通过组合不同的换热器形式，使换热器前排迎风侧的传热系数相对较小，后排背风侧的传热系数相对较大，或前排迎风侧的传热面积相对较小，后排背风侧的传热面积相对较大，则可以改善温差场的均匀性，减小换热器的平均传热温差，提高后排背风侧的换热量及其在总换热量中所占的比例，提高换热器的总换热能力。
本实用新型的技术方案为一种高效空调器，包括压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器，其特征在于所述蒸发器和/或冷凝器至少包括设于迎风侧的前排管和设于背风侧的后排管，所述后排管的传热系数大于前排管的传热系数，或者后排管的传热面积大于前排管的传热面积，或者后排管的传热系数和传热面积均大于前排管的传热系数和传热面积。也就是说，蒸发器和/或冷凝器，通过不同的铜管和翅片形式的组合，其后排背风侧的传热系数大于前排迎风侧的传热系数，或后排背风侧的传热面积大于前排迎风侧的传热面积，或采用二者的组合。
所述前排管及后排管为铜管，前排铜管的传热系数小于后排管铜管的传热系数。也就是说，它的蒸发器和/或冷凝器使用不同类型铜管的组合迎风侧的前排管使用传热系数较小的铜管，背风侧的后排管使用传热系数较大的铜管。如前排管使用光身铜管，后排管使用内螺纹管。
或者，所述前排管所设翅片的传热系数小于后排管所设的翅片传热系数。也就是说，它的蒸发器和/或冷凝器使用不同片形翅片的组合迎风侧的前排翅片使用传热系数较小的片型，背风侧的后排翅片使用传热系数较大的片型。如前排翅片使用平片，后排管使用后排翅片使用波纹片或冲缝片。
或者，所述前排管所设翅片的间距大于后排管所设翅片的间距。也就是说，它的蒸发器和/或冷凝器使用不同片距的组合迎风侧的前排翅片使用较大的片间距，其传热面积较小；背风侧的后排翅片使用较小的片间距，其传热面积较大。
或者，它的蒸发器和/或冷凝器也可以同时采用上述铜管或翅片的两种或多种实现方式的组合。
显而易见，本实用新型所提供的可减小传热温差的高效空调器，也可以在它的制冷系统中设置四通换向阀，从而使本实用新型应用于冷暖空调器。本实用新型还可以应用于其它使用风冷管翅式换热器的制冷空调设备，包括家用空调、商用空调、中央空调和车辆空调等，也包括除湿机、热泵热水器。
与现有技术相比，本实用新型所提供的可减小平均传热温差的高效空调器中的前、后排换热器的传热系数或传热面积不同，可以改善温差场的均匀性，减小换热器的平均传热温差，减小了制冷循环的不可逆损失，提高了空调器的制冷效率。特别说明的是，本实用新型所述换热器的前后排，是相对空气通过换热器的流向而言的，迎风侧称为前排，背风侧成为后排，而不是物理意义上的前后。
以下结合附图及具体实施方式
对本实用新型的换热器作进一步的说明附
图1为应用本实用新型的分体壁挂式空调器室内机的侧视图；附图2为应用本实用新型用于窗式空调器的侧视图；附图3为图2的俯视图。
具体实施方式
实施例一如附
图1所示，应用本实用新型的空调器中包括由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器组成封闭的制冷回路，其中压缩机、冷凝器与毛细管安装在空调器室外机中(图中未示出)。室内空气经外罩109、面板110上的栅格进入室内机与蒸发器进行热交换。蒸发器前排管103、104位于蒸发器后排管105、106的外侧迎风面。蒸发器前排管103、104和蒸发器后排管105、106都是风冷管翅式换热器，安装在室内机底座111上，并配有室内电机112、贯流风扇113。制冷剂经毛细管节流后进入室内侧高压进液管101，由三通管102分为上下两路进入位于外侧迎风层的蒸发器前排管103和104，然后进入位于内侧的蒸发器后排管105和106，最后两路制冷剂经三通107合为一路由低压回气管108返回室外机的压缩机回气口。
蒸发器前排管103、104所用的铜管为光管，其传热系数较小；蒸发器后排管105、106所用的铜管为内螺纹管，其传热系数较大。蒸发器前排管103、104和蒸发器后排管105、106可以是由一体的两排蒸发器组成，也可以是由两个独立的蒸发器组成，或者是由二者的组合组成。需要说明的是，前蒸发器后排管的位置并不必然对应制冷剂的流向，为了充分利用蒸发器的换热能力，在整个蒸发器流路中可以存在分流和汇流的存在。不同的分流方式，可以是分别在蒸发器前排管103、104或蒸发器后排管105、106内的分流，也可以是在蒸发器前排管103、104与蒸发器后排管105、106之间的分流，即在两级蒸发器之间存在流路交叉。但无论制冷剂流路如何布置，处于前排迎风面的铜管与空气侧的传热温差TF较大，而光管的传热系数KF较小；处于后排迎风面的铜管与空气侧的传热温差TB较小，而内螺纹管的传热系数KB较大。与前后排采用相同传热系数的铜管相比，此时前后排的铜管的传热能力相对均衡，整个换热器的温差场相对较为均匀。
试验结果表明，蒸发器后排管105、106使用一种低齿型内螺纹铜管，与前蒸发器后排管都使用光管相比，本实施例中前后排分别使用光管和内螺纹管后，空调器的制冷量增大了13.2％；与前蒸发器后排管都使用内螺纹相比，本实施例中前后排分别使用光管和内螺纹管后，空调器的制冷量增大了3.9％。
实施例二如附图2、图3所示，应用本实用新型的窗式空调器包括由压缩机201的排气口、冷凝器前排管202、冷凝器后排管203、毛细管204、蒸发器前排管205、蒸发器后排管206和压缩机201的吸气口依次连通形成封闭的制冷回路。
蒸发器前排管、后排管和冷凝器前、后排管都是相对与流经蒸发器和冷凝器的空气流动方向而言的，与其物理位置并不必然对应。冷凝器前排管202位于冷凝器后排管203的迎风侧，冷凝器前排管202和冷凝器后排管203都是风冷管翅式换热器，并配有后风道210和轴流风扇211。蒸发器前排管205位于蒸发器后排管206的迎风侧，蒸发器前排管205和蒸发器后排管206都是风冷管翅式换热器，并配有前风道208与离心风扇209。空调器箱体207用于安装上述制冷系统的部件和用于控制空调器运行的电器系统212。
蒸发器前排管205所用的铜管为光管，其传热系数较小；蒸发器后排管206所用的铜管为一种低齿型内螺纹管，其传热系数较大。蒸发器前排管205和蒸发器后排管206可以是由一体的两排蒸发器组成，也可以是由两个独立的蒸发器组成，或者是由二者的组合组成。处于前排迎风面的铜管与空气侧的传热温差TF较大，而光管的传热系数KF较小；处于后排迎风面的铜管与空气侧的传热温差TB较小，而内螺纹管的传热系数KB较大。与前后排采用相同传热系数的铜管相比，此时前后排的铜管的传热能力相对均衡，整个换热器的温差场相对较为均匀。
冷凝器前排管202所用的翅片为平片，其传热系数较小，片间距为1.8毫米，传热面积也较小；冷凝器后排管203所用的翅片为单桥冲锋片，其传热系数较大，片间距为1.5毫米，传热面积也较大。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，制造时是由两个独立的冷凝器组成的。类似的，由于改变了冷凝器前、后排管的传热系数与传热面积，与前后排采用相同结构的冷凝器相比，此时前后排的铜管的传热能力相对均衡，整个换热器的温差场相对较为均匀。
计算机模拟结果表明，蒸发器后排管206使用一种低齿型内螺纹铜管，按照相同的换热器分流布管方式，在GB/T7725所规定的标准工况下，蒸发器前排管的换热量达到总换热量的56％，而蒸发器后排管的换热量达到总换热量44％。蒸发器前、后排管都使用光管时，蒸发器前排管的换热量占总换热量69％，蒸发器后排管的换热量只占31％。试验表明，与蒸发器前、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，采用本实施例所述技术方案的空调器的制冷量增大了18.7％；与蒸发器前后排管都使用内螺纹管、冷凝器前后排管都片距1.5毫米的单桥冲锋片相比，采用本实施例所述技术方案的空调器的制冷量增大了6.3％。
权利要求1.一种高效空调器，包括压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器，其特征在于所述蒸发器和/或冷凝器至少包括设于迎风侧的前排管和设于背风侧的后排管，所述后排管的传热系数大于前排管的传热系数，或者后排管的传热面积大于前排管的传热面积，或者后排管的传热系数和传热面积均大于前排管的传热系数和传热面积。
2.根据权利要求1所述的高效空调器，其特征在于所述前排管及后排管为铜管，前排铜管的传热系数小于后排铜管的传热系数。
3.根据权利要求2所述的高效空调器，其特征在于所述前排管为光身铜管，后排管为内螺纹管。
4.根据权利要求1至3任一项所述的高效空调器，其特征在于所述前排管所设翅片的传热系数小于后排管所设翅片的传热系数。
5.根据权利要求4所述的高效空调器，其特征在于所述前排翅片为平片，后排翅片为波纹片或冲缝片。
6.根据权利要求1至3任一项所述的高效空调器，其特征在于所述前排管所设翅片的间距大于后排管所设翅片的间距。
7.根据权利要求4所述的高效空调器，其特征在于所述前排管所设翅片的间距大于后排管所设翅片的间距。
专利摘要本实用新型公开了一种可减小平均传热温差的高效空调器，采用不同的蒸发器形式组合迎风侧的前排管使用光管，背风侧的后排管使用内螺纹管；或迎风侧的前排翅片使用平片，背风侧的后排翅片使用波纹片；或迎风侧的前排翅片使用较大的片间距，背风侧的后排翅片使用较小的片间距。总的来说，后排管的传热系数大于前排管的传热系数，或者后排管的传热面积大于前排管的传热面积，或者后排管的传热系数和传热面积均大于前排管的传热系数和传热面积。这样使得其蒸发器迎风侧的传热系数或传热面积相对较小，背风侧的传热系数或传热面积相对较大，能改善温差场的均匀性，减小换热器的平均传热温差，减少制冷循环的不可逆损失，提高换热器的制冷效率。
文档编号F28D1/04GK2916450SQ200620053269
公开日2007年6月27日 申请日期2006年1月5日 优先权日2006年1月5日
发明者黄晓峰 申请人:广东科龙电器股份有限公司