一种微通道换热器、应用其的空调器及空调器的换热方法

1.本发明涉及空调换热设备领域，特别是涉及一种微通道换热器、应用其的空调器及空调器的换热方法。


背景技术：

2.微通道换热器被广泛应用于空调系统中，它通常由若干并排布置的扁管、连接在扁管之间用于增大传热面积的翅片以及与扁管两端相连的气、液集流管组成，任一扁管中包含若干条并排布置的微通道，与传统的管式换热器相比，微通道换热器具有结构紧凑、换热效率高等优点。
3.以扁管微通道内工质的流动方向划分，微通道换热器有水平流及垂直流两种，而对于水平流微通道换热器又存在集流管水平及垂直布置两种。当微通道换热器作为蒸发器时，其工作原理如下：制冷剂由一端的液态集流管注入各个扁管，在扁管中不断吸热导致液态制冷剂逐渐气化，并在扁管末段全部转化为饱和蒸气；进一步吸热，制冷剂形成过热蒸气，随后汇聚在扁管末端的气态集流管，进入压缩机。
4.例如申请号为“201510974414.9”，名称为“微通道换热器及其扁管”的发明专利、申请号为“201711064567.5”，名称为“换热扁管和微通道换热器”的发明专利均公开了换热扁管的结构，但是当其扁管应用在水平流、集流管水平布置的微通道换热器中时，任一扁管中的微通道上下排布，由于液态制冷剂吸热转变为过热蒸气，在扁管出口不同高度处的压力几乎相等；但当液态制冷剂进入扁管时，由于液体重力的存在，扁管入口处的压力自上而下不断增大，因此扁管内各微小通道的进、出口压差也将自上而下不断增大，从而导致扁管顶部微通道的制冷剂质量流量及流速较底部微通道小，这种质量流量的分布不均导致扁管顶部微通道内液态制冷剂过早完成全部气化，形成过长的过热蒸气段，由于气体的换热能力远小于液体或气-液两相流，扁管顶部微通道的换热量将明显低于底部微通道，从而影响微通道换热器的整体换热效果。
5.因此人们亟需一种换热效果好的微通道换热器。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种微通道换热器、应用其的空调器及空调器的换热方法，以解决上述现有技术存在的问题，换热扁管内从上到下依次设置有若干个截面积依次递减的流通通道，提高顶部流通通道中的换热介质的质量流量和流速，缩短过热蒸气段，提高微通道换热器的换热效果。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种微通道换热器，包括用于流通液态换热介质的第一集流管、用于流通气态换热介质的第二集流管以及若干个间隔设置的换热扁管，所述换热扁管一端与所述第一集流管连通，另一端与所述第二集流管连通，若干个所述换热扁管位于同一水平面上，所述换热扁管内从上到下依次设置有若干个截面积依次递减的流通通道。
8.优选的，所述换热扁管呈倒梯形，若干个所述流通通道的侧壁厚相同。
9.优选的，所述第一集流管与所述第二集流管的内腔均呈圆柱形。
10.优选的，若干个所述流通通道连通分别通过转接件与所述第一集流管相连通，所述转接件内设置有竖向流液道，所述竖向流液道顶端与所述第一集流管连通，且底端封闭，所述竖向流液道侧端通过连通孔与同一所述换热扁管内的若干个所述流通通道相连通。
11.优选的，所述竖向流液道呈圆柱形。
12.优选的，所述第一集流管的顶部均匀设置有若干个用于进出换热介质的液孔。
13.本发明还提供一种应用上述微通道换热器的空调器，包括换热介质循环系统以及所述微通道换热器，所述换热介质循环系统包括冷凝/蒸发换热器、四通阀、用于压缩换热介质并通过所述四通阀排向所述微通道换热器的压缩机以及用于对工作后换热介质进行处理的气液分离器，所述四通阀分别与所述第二集流管、所述冷凝/蒸发换热器、所述压缩机以及所述气液分离器连通，所述气液分离器与所述压缩机相连通，所述冷凝/蒸发换热器与所述第一集流管相连通。
14.优选的，所述冷凝/蒸发换热器与所述第一集流管之间设置有节流器，所述四通阀与所述第二集流管之间设置有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器、所述压力传感器以及所述节流器均与控制系统电连接。
15.本发明还提供一种上述空调器的换热方法，包括以下步骤：
16.s1：微通道换热器作为冷凝器使用时，压缩机通过四通阀向第二集流管内供入气相高温高压换热介质，在流通通道内冷凝放热，再由第一集流管收集后进入冷凝/蒸发换热器内蒸发吸热，形成过热蒸汽经四通阀流入气液分离器，再回到压缩机，完成循环；
17.s2：微通道换热器作为蒸发器使用时，压缩机通过四通阀向冷凝/蒸发换热器供入高温高压换热介质，换热介质在冷凝/蒸发换热器内冷凝放热后通过第一集流管进入到流通通道内，由于同一换热扁管内的若干个流通通道截面积从上到下依次递减，提高上方流通通道内换热介质的流速以及质量流量，减小上方流通通道内过热蒸气段的长度，提高换热效果，换热形成气态换热介质依次通过第二集流管、四通阀以及气液分离器后，回到压缩机内。
18.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.1、本发明中同一换热扁管内的若干个流通通道截面积从上到下依次递减，通过增大上方流通通道的截面积，从而平衡由于上方流通通道入口处压力小于下方流通通道造成的上、下通道间制冷剂质量流量分布不均的现象，受重力影响，流通通道进液口的压力始终呈上方小、下方大的状态，在上方流通通道截面积增大的基础上，根据达西公式，流通通道进、出口压力差与流速的二次方成正比，与流通通道截面水力直径成反比，可以得出上方流通通道内换热介质的流速及质量流量均增大；在上方流通通道内质量流量和流速增大的基础上，可有效缩短上方流通通道内的过热蒸气段，使上方流通通道具有长时间进行良好换热的能力，提高了整体微通道换热器的换热效果。
20.2、本发明中换热扁管呈倒梯形，若干个流通通道的侧壁厚相同，进一步提高微通道换热器的换热效果。
21.3、本发明中若第一集流管与第二集流管的内腔均呈圆柱形，减少棱角的存在，避免棱角对气液流态造成的影响，保证换热介质以较平稳的流态进入到流通通道内。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明微通道换热器的结构示意图；
24.图2为本发明换热扁管的截面图；
25.图3为本发明空调器的结构示意图；
26.其中，1、第一集流管；2、第二集流管；3、换热扁管；4、流通通道；5、转接件；6、冷凝/蒸发换热器；7、四通阀；8、压缩机；9、气液分离器；10、节流器；11、温度传感器；12、压力传感器；13、分流器；14、控制系统。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明的目的是提供一种微通道换热器、应用其的空调器及空调器的换热方法，以解决现有技术存在的问题，换热扁管内从上到下依次设置有若干个截面积依次递减的流通通道，提高顶部流通通道中的换热介质的质量流量以及流速，缩短过热蒸气段，提高微通道换热器的换热效果。
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
30.请参考如图1～3所示，提供一种微通道换热器，包括第一集流管1、第二集流管2以及若干个间隔设置的换热扁管3，第一集流管1用于流通液态换热介质，第二集流管2用于流通气态换热介质，换热扁管3一端与第一集流管1连通，另一端与第二集流管2连通，若干个换热扁管3位于同一水平面上，换热扁管3内从上到下依次设置有若干个截面积依次递减的流通通道4，同一换热扁管3内的若干个流通通道4截面积从上到下依次递减，通过增大上方流通通道4的截面积，从而平衡由于上方流通通道4入口处压力小于下方流通通道4造成的上、下通道间制冷剂质量流量分布不均的现象，受重力影响，流通通道4进液口的压力始终呈上方小、下方大的状态，在上方流通通道4截面积增大的基础上，根据达西公式，流通通道4进、出口压力差与流速的二次方成正比，与流通通道4截面水力直径成反比，可以得出上方流通通道4内换热介质的流速及质量流量均增大；在上方流通通道4内质量流量和流速增大的基础上，可有效缩短上方流通通道4内的过热蒸气段，使上方流通通道4具有长时间进行良好换热的能力，提高了整体微通道换热器的换热效果。
31.为了进一步提高微通道换热器的换热效果，设置换热扁管3呈倒梯形，若干个流通通道4的侧壁厚相同。
32.设置第一集流管1与第二集流管2的内腔均呈圆柱形，减少棱角的存在，避免棱角对气液流态造成的影响，保证换热介质以较平稳的流态进入到流通通道4内，避免紊乱的流
体对流通通道4壁的冲击作用，提高流通通道4的使用寿命，即提高微通道换热器的使用寿命。
33.为了提高每个扁管内流通的换热介质的均匀性，若干个流通通道4连通分别通过转接件5与第一集流管1相连通，转接件5内设置有竖向流液道，竖向流液道顶端与第一集流管1连通，且底端封闭，竖向流液道侧端通过连通孔与同一换热扁管3内的若干个流通通道4相连通。
34.竖向流液道呈圆柱形，同样是为了避免棱角对气液流态造成的影响，提高微通道换热器的使用寿命。
35.第一集流管1的顶部均匀设置有若干个用于进出换热介质的液孔，通过提高进入到第一集流管1内流体的均匀性，配合转接件5，进一步提高每个扁管内流通的换热介质的均匀性。
36.可在第二集流管2上设置若干个气态换热介质进出口，提高气态换热介质进出的通口面积，提高气态换热介质流动的顺畅性，当设置若干个气态换热介质进出口时，若干个气态换热介质进出口均通过一个分流器13与输送气态换热介质的管道连接。
37.本发明还提供一种应用上述微通道换热器的空调器，包括换热介质循环系统以及微通道换热器，换热介质循环系统包括冷凝/蒸发换热器6、四通阀7、用于压缩换热介质并通过四通阀7排向微通道换热器的压缩机8以及用于对工作后换热介质进行处理的气液分离器9，四通阀7分别与第二集流管2、冷凝/蒸发换热器6、压缩机8以及气液分离器9连通，气液分离器9与压缩机8相连通，冷凝/蒸发换热器6与第一集流管1相连通。
38.冷凝/蒸发换热器6与第一集流管1之间设置有节流器10，四通阀7与第二集流管2之间设置有温度传感器11和压力传感器12，温度传感器11、压力传感器12以及节流器10均与控制系统14电连接，温度传感器11和压力传感器12将采集的温度压力信息传递至控制系统14，控制系统14根据该信息控制节流器10的通道大小。
39.本发明还提供一种上述空调器的换热方法，包括以下步骤：
40.s1：微通道换热器作为冷凝器使用时，压缩机8通过四通阀7向第二集流管2内供入气相高温高压换热介质，在流通通道4内冷凝放热，再由第一集流管1收集后进入冷凝/蒸发换热器6内蒸发吸热，形成过热蒸汽经四通阀7流入气液分离器9，再回到压缩机8，完成循环；
41.s2：微通道换热器作为蒸发器使用时，压缩机8通过四通阀7向冷凝/蒸发换热器6供入高温高压换热介质，换热介质在冷凝/蒸发换热器6内冷凝放热后通过第一集流管1进入到流通通道4内，由于同一换热扁管3内的若干个流通通道4截面积从上到下依次递减，提高上方流通通道4内换热介质的流速以及质量流量，减小上方流通通道4内过热蒸气段的长度，提高换热效果，换热后形成气态换热介质依次通过第二集流管2、四通阀7以及气液分离器9后，回到压缩机8内。
42.根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
43.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义
和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
44.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。