一种用于热泵型空调系统末端的扁管换热器的制作方法

本实用新型属于空调设备技术领域，具体涉及一种用于热泵型空调系统末端的扁管换热器。

背景技术：

现有技术中，空调末端设备经常采用风机盘管，风机盘管主要由电机、风机、盘管等组成，风机将室内的空气或室内与室外的混合空气通过表冷器进行冷却或加热后送入室内，使室内气温降低或升高，以满足人们的舒适性要求。

但是风机盘管占据的体积较大，当吊顶空间不足时，导致空调末端盘管无法安装。此外，风机盘管的换热效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中风机盘管占据的体积较大以及换热效率低的问题，提出了一种用于热泵型空调系统末端的扁管换热器。

为实现以上技术目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于热泵型空调系统末端的扁管换热器，包括换热管，换热管位于壳体内，还包括与壳体连接的风机，换热管的形状为扁管，扁管截面由两条对称直边与两条对称半圆弧构成；换热管的起始段为进水干管，尾段为出水干管，进水干管与出水干管均为直管段且均横向放置；换热管的中间段为蜿蜒状的弯曲管，弯曲管沿进水干管的长度方向延伸，弯曲管、进水干管、出水干管均在同一平面；弯曲管包括数条与进水干管垂直的竖管。

进一步地，进水干管与出水干管均设有多组弹性膜片管，弹性膜片管为葫芦型的第一凸起，第一凸起包括尺寸较小的内腔与尺寸较大的内腔，尺寸较小内腔到尺寸较大内腔的方向为水流方向。

进一步地，进水干管与出水干管的拐角处均设有针齿型的第二凸起，第二凸起的内腔与管道内腔连通，第二凸起外表面与空气接触。

进一步地，每一竖管内部均设有变曲率的内螺纹，内螺纹朝壳体顶部方向倾斜的右旋螺纹。

进一步地，壳体内设有双金属片式防露装置；双金属片式防露装置包括双金属片与防露盒，双金属片覆盖于与防露盒的开口。

进一步地，所述风机为静音风机，风机设于壳体内壁；风机所在的壳体内壁与换热管所在平面之间的距离为5cm。

进一步地，风机所在的壳体内壁还设有消音层，消音层为填充有人造纤维材料做成的“锥形劈型”吸声体的内腔。

进一步地，消音层与壳体内壁之间还设有石墨烯涂层。

进一步地，壳体顶部设有温湿度检测控制仪与检测探头，底部设有集水槽。

进一步地，换热器的制冷工况进水温度为8-9℃，制热工况的进水温度为50～55℃。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果为：

(1)本实用新型通过将换热管设置为扁管状，与传统圆管相比，扁管横截面积减小，当量直径降低，在相同流量下速度得以提高，可以增强流体的湍动程度，起到强化对流换热的目的，且扁管的成本很低；同时，将一部分换热管设置为弯曲状，增大换热管换热面积，强化传热，大幅度提升换热效率，同时能够缩小换热器的体积，减少对室内吊顶安装空间的占用；

(2)本实用新型的弹性膜片管能够加强传热；

(3)本实用新型通过在横管的拐角设置针齿型的凸起，增加表面传热系数，并且使得空气中的水蒸气容易凝结成水珠；

(4)本实用新型的内螺纹使流体在运动的过程中不断改变方向，继而在内螺纹边界层上不断扰动强化换热；

(5)双金属片式防露装置能够及时吸收换热管上因结露而产生的液滴；

(6)本实用新型集制冷、采暖为一体，能够与热泵型空调系统相匹配，实现热泵空调系统高效节能与可靠运行。

附图说明

图1为本实施例一种用于热泵型空调系统末端的扁管换热器外观图；

图2为本实施例一种用于热泵型空调系统末端的扁管换热器内部结构图；

图3为换热管示意图；

图4为进水干管示意图；

图5为进水干管中的弹性膜片管截面图；

图6为弹性膜片管内的旋涡流体微团受力图；

图7为图3中的a区放大图；

图8为图7中的b区放大图；

图9为水珠受力图；

图10液滴到水珠变化图；

图11换热管截面图；

图12竖管内部结构图；

图13竖管内螺纹中流体微团受力分析图；

图14双金属片式防露装置示意图；

图15为本实施例一种用于热泵型空调系统末端的扁管换热器内部俯视结构图；

图16为吸声体结构图。

图中：1出气阀、2壳体、3风机、5进水干管、6出水干管、7集水槽、8防露盒、10竖管、11第二凸起、12弹性膜片管、13旋涡、14水蒸气、15水珠、18内螺纹、19双金属片式防露装置、20双金属片、21换热管、23温湿度检测控制仪、24检测探头、25消音层、26石墨烯涂层、27吸声体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步地描述，但本实用新型的保护范围并不仅仅限于此。

如图1-16所示，本实施例一种用于热泵型空调系统末端的扁管换热器，包括换热管21，换热管21位于壳体2内，还包括与壳体2连接的风机3。壳体2的形状可设计为正方形，也可根据需要设计成其他形状。换热管21的形状为扁管，是由相同周长的圆管压制而成，扁管截面由两条对称直边与两条对称半圆弧构成，直边侧平壁相当于板式换热器的板壁，其管束的传热特性更接近板束传热。圆管被压制成扁管后，与传统圆管相比，横截面积减小，当量直径降低，在相同流量下速度得以提高，传热特性较强，可以增强流体的湍动程度，起到强化对流换热的目的，且扁管的成本很低。扁管高效传热是遵循空间、时间尺度细微情况下的传热学规律，可以增强流体的湍动程度，强化传热，大幅度提升换热的效能。换热管21的起始段为进水干管5，尾段为出水干管6，进水干管5与出水干管6均为直管段且均横向放置。换热管21的中间段为蜿蜒状的弯曲管，弯曲管沿进水干管5的长度方向延伸，弯曲管、进水干管5、出水干管6均在同一平面。弯曲管包括数条与进水干管5垂直的竖管10。一部分换热管21采用横竖交替的弯曲状布置，流体在运动的过程中不断地改变方向，有利于在横截面上引起二次环流而强化换热，大幅度提升换热效率，同时扁管的弯曲设置能够缩小换热器体积，减少了对室内吊顶安装空间的占用。

进水干管5设有进水口，出水干管6设有出水口，热泵型空调系统的冷热水由进水干管5的进水口进入换热管21，换热管21内流体经过横向流动、横竖交替的弯曲流动完成换热。换热完成后，流体从出水干管6的出水口返回热泵型空调系统。风机3同时工作，强化换热管21外的空气与换热管21内的冷热水进行热量交换。

进水干管5与出水干管6均设有多组弹性膜片管12，弹性膜片管12为葫芦型的第一凸起，第一凸起包括尺寸较小的内腔与尺寸较大的内腔，尺寸较小内腔到尺寸较大内腔的方向为水流方向。与室内空气换热的冷热水流经弹性膜片管12时，在管径突扩处，因流量不变、流速减小，促使流动状态变为湍流，易且出现旋涡13；在第二个截面突扩处产生二次旋涡，引起流体边界层扰动、强化换热。换热的冷热水流经弹性膜片管12时，涡旋波的发展过程、其剪切力较大，且流速减速阶段，旋涡尺寸逐步增大，主流将旋涡由壁面区域带至中心区域后减弱，扰动壁面处的流体边界层，加速了管道中心域的流体和壁面附近的流体对流掺混。随着葫芦状的膜片的曲率半径增大,膜片的表面积增大，液体与管外的空气换热面积增大，且流体在剪切力的作用下，扰流加强，减薄了层流底层的厚度，从而增强换热，在弹性膜片管12出口处又连接到下一个弹性膜片管12的进口，循环往复、增强换热。图6为弹性膜片管12内的旋涡流体微团受力图，t为粘性力、r为剪切力、g为质量力、f合为流体微团的合力、f为流体的推动力，合力f合倾斜向下，即旋涡在合力f合的作用下向管道中心移动，随着剪切力的增大，旋涡尺寸逐步增大，随后，壁面的旋涡在主流的推动力f的带动下移至中心区域后减弱。

如图7所示，进水干管5与出水干管6的拐角处均设有针齿型的第二凸起11，第二凸起11内腔与管道内腔连通，第二凸起11外表面与空气接触。在拐角处液膜的表面张力使得边界层减薄，水流流经拐角处的膜状凝结会被破坏，表面传热系数增加。换热过程中，空气中的水蒸气14遇到拐角处冷的针齿型凸起表面，易凝结成水珠15形成珠状冷凝水，冷凝水滴入集水槽7或被双金属片式防露装置19吸湿处理。图9为拐角处水珠15的受力图，其中g为水珠15所受质量力，fn为针齿型斜面对水珠15的支持力，f为其合力，在合力f的作用下，水珠15沿针齿型斜面不断向下滚落，针齿型斜面上的液滴不断发展成水珠15，受合力f的作用，液滴“长大”到一定尺寸后就沿壁面滚下，并在滚下的过程中，一方面会和相遇的滚珠合并成更大的液滴，另一方面也清扫沿途的液珠，最后滚落在集水槽7中或被双金属片式防露装置19吸湿处理。

每一竖管10内部均设有变曲率的内螺纹18，内螺纹18为朝壳体2顶部方向倾斜的右旋螺纹，即内螺纹18左低右高，倾斜向上设置。内螺纹18使流体在竖管10运动的过程中不断地改变方向，在横截面上会引起二次环流而强化换热，湍流时层流底层很薄，扰动流体强化传热。图13为扁管内螺纹18中流体微团受力分析图，其中，p为表面力、t为粘性力、r为剪切力、g为质量力、f合为流体微团的合力，流体微团的f合随着内螺纹18的位置不同而不停的变化，因此，流体也在流动中不断地改变方向，继而在内螺纹18的边界层上不断扰动强化换热。

如图14所示，壳体2内设有双金属片式防露装置19，双金属片式防露装置19包括双金属片20与防露盒8，双金属片20覆盖于与防露盒8的开口。当换热房间周围空气温度高时，双金属片20因为受热而变形弯曲。双金属片20的两组金属片的热膨胀系数不同，温度变化时，主动层的形变要大于被动层的形变，其整体就会向被动层一侧弯曲、产生形变，其中间会因形变、产生一道缝隙，缝隙使防露盒8的开口裸露，防露盒8中的烷基硫酸钠盐发挥吸湿的作用，将换热管21上因结露而产生的液滴吸收，以达到防结露的效果，且温度越高，金属片变形越明显，缝隙也越大，盒中的吸湿性物质与空气接触面积也就越大，吸湿效果越好。当周围空气温度恢复正常后，金属片因为温度的逐渐降低，金属片也缓慢恢复到原状态，防露盒8的开口被关闭。

壳体2内壁设有三个风机3，风机3为静音风机，对应的风扇尺寸200×200×30mm；噪音19db-a；风速700r.p.m.；功率为3.6w；气体流量3.08m³/min；风压0.595mmh2o，强化空气对流换热。风机3所在的壳体2内壁与换热管21所在平面之间的距离为5cm，便于散热。风机3所在的壳体2内壁还设有消音层25，消音层为填充有人造纤维材料做成的“锥形劈型”吸声体27的内腔。风机3设于换热管21的后侧，具体为风机3设于壳体的后侧内壁并紧贴吸声体27。消音层25与壳体2内壁之间还设有石墨烯涂层26。当从风扇端传出的声波从锥形劈尖端入射时，由于吸声体27的逐渐过渡性质，材料的声阻抗和空气的声阻抗能较好的匹配，使声波传入吸声体27，被高效的吸收，达到静音、消声的效果。而从风扇端到达壳体2内壁的热量，因壳体2的石墨烯涂层26较好的导热性能以进行快速、高效的散热。

壳体2顶部设有温湿度检测控制仪23与检测探头24，底部设有集水槽7。通过温湿度检测控制仪23监测换热管21表面的温度与湿度，通过检测探头24进行实时监控换热效果。集水槽7平铺一层烷基硫酸钠盐，在换热管21的外侧遇冷而形成液膜时，可以起到吸湿的作用，使液膜得到快速消除。当换热管21外侧遇冷产生水滴时，水滴沿换热管21滴入集水槽7中，此时烷基硫酸钠盐会吸收水滴，而不会使水滴直接滴在壳体腐蚀壳体。壳体2顶端还设有出气阀1，及时排出箱体内的水蒸气。

本实施例因其结构设计，采用强化对流、辐射换热而使得流体换热较强，具有高效、节能特点。换热器的制冷工况进水温度为8-9℃，满足房间制冷需求。制热工况的进水温度为50～55℃，满足房间制热需求。本实施例集制冷、采暖为一体，能够与热泵型空调系统相匹配，实现热泵空调系统高效节能与可靠运行，同时节能减排、噪音小，风机吹出的风经换热管后吹出壳体，迎面风感柔和、热舒适性好，实现了从源头上真正意义的节能。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本实用新型提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本实用新型的保护范围。