專利名稱：熱交換器和安裝有熱交換器的一體化空調機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種側流型平行流(side-flow type parallel-flow)熱交換器和安裝有該熱交換器的一體化空調機。
背景技術：
在汽車空調機中和建筑物用空調機的室外單元中廣泛采用了如下的平行流型熱交換器:該熱交換器中，在多個總管(header pipe)之間布置有多個扁平管(flat tube),形成于所述扁平管中的多條制冷劑通道被連接至所述總管內部，并且該熱交換器中，在所述扁平管之間布置有諸如波紋狀散熱片(corrugated fin)等散熱片。
在圖6中示出了傳統的側流型平行流熱交換器的例子。熱交換器I包括兩個總管2和3以及布置于總管2和總管3之間的多個扁平管4。在圖6中，總管2和總管3在豎直方向上延伸，并且它們平行布置著且在水平方向上彼此間隔開，扁平管4在水平方向上延伸且在豎直方向上以預定間隔布置。但是，在很多情況下，在實際安裝到裝置中的情況下，可根據裝置的設計以各種角度來設置平行流熱交換器1，并且在這些情況下，不必多說的是，并非采用嚴格意義上的術語“豎直”和“水平”。
扁平管4是通過金屬的擠出成型(extrusion)而產生的伸長組件,且在其內部形成有用于使制冷劑流過的制冷劑通道5。扁平管4被布置為使得擠出成型方向(即扁平管4的縱長方向)是水平的，且因此制冷劑流過制冷劑通道5的方向也是水平的。在圖4的深度方向上排列有截面形狀及截面面積均相同的多個制冷劑通道5，因此，各扁平管4的豎直截面具有類似于口琴的形狀。每個制冷劑通道5均與總管2及總管3的內部相連。在每兩個相鄰的扁平管4之 間設置有散熱片6。盡管使用波紋狀散熱片(corrugated fin)作為散熱片6，但也可以使用板狀散熱片來代替。
總管2、總管3、扁平管4和散熱片6由諸如鋁等高導熱材料制成。通過銅焊(brazing)或焊接(welding)將扁平管4固定至總管2、3，并且以同樣的方式將波紋狀散熱片6固定至扁平管4。
在圖6中示出的熱交換器I中，僅在總管3中設置有制冷劑出入口 7和8。在總管3的內部，以在豎直方向上彼此間隔開的方式設有隔板9a和隔板9c ;而在總管2的內部設置有隔板9b,隔板9b位于隔板9a與隔板9c之間的聞度位置處。
在將熱交換器I用作蒸發器的情況下，如圖6中的實線箭頭所示，制冷劑通過下方的制冷劑出入口 7流入。從制冷劑出入口 7流入的制冷劑受隔板9a阻擋而經由一些扁平管4流向總管2。制冷劑的這一流動由向左的大箭頭(block arrow)表示。流入總管2中的制冷劑受隔板9b阻擋而經由另一些扁平管4流向總管3。制冷劑的這一流動由向右的大箭頭表示。然后，流入總管3中的制冷劑受隔板9c阻擋而經由另外一些扁平管4再次流向總管2。制冷劑的這一流動由另一向左的大箭頭表示。流入總管2中的制冷劑經由其它一些扁平管4再次向著總管3流回。制冷劑的這一流動由另一向右的大箭頭表示。接著，流入總管3中的制冷劑從制冷劑出入口 8流出。以這樣的方式，制冷劑沿著“之”字形路線從下向上流動。這里雖然說明了隔板數量為3的情況，但這僅是一個示例，根據需要，可以任意設定隔板數量以及所得到的制冷劑流動轉向的次數。
在將熱交換器I用作冷凝器的情況下，制冷劑在相反的方向上流動。具體地，制冷劑如圖6中的虛線箭頭所示從制冷劑出入口 8流入總管3中；然后受隔板9c阻擋并經由一些扁平管4流向總管2 ;接著在總管2中受隔板9b阻擋并經由另一些扁平管4流向總管3 ;然后在總管3中受隔板9a阻擋并經由另外一些扁平管4再次流向總管2 ;接著在總管2中流回并經由其它一些扁平管4再次流向總管3 ;于是，如虛線箭頭所示，從制冷劑出入口 7流出。即，制冷劑沿著“之”字形路線從上向下流動。
上面的說明論述了這樣的情況:當熱交換器I用作蒸發器時使制冷劑從下往上流動，當熱交換器I用作冷凝器時使制冷劑從上往下流動。然而，制冷劑被反向引導的設置方式也是可能的。
安裝有熱交換器的裝置的典型示例是空調機，而空調機的一個示例是一體化空調機。在無法放置由室外單元和室內單元構成的分體式空調機的地方，就使用一體化空調機，它由置于要被放置在室內的一個殼體中的冷凝器和蒸發器構成，使得熱量通過排氣管道排出到室外，且與此同時空氣在室內循環從而以此來調節室溫。下文列出的專利文獻I和2中披露了這樣的一體化空調機的示例。
在專利文獻I中披露的一體化空調機包括蒸發器和冷凝器，它們均被構建為翅管型(fin-and-tube type)熱交換器，該翅管型熱交換器中銅管貫穿很多個鋁散熱片。蒸發器和冷凝器是獨立的構件且彼此分開放置。在冷卻操作期間，熱量通過排氣管道從冷凝器中排出；排氣管道的一端連接至設置于空調機背面的下出口，排氣管道的另一端連接至例如窗口。
在專利文獻2中公開的一體化空調機包括殼體，該殼體被隔板分成上部和下部，它們分別為冷卻室和排熱室；蒸發器布置于冷卻室中，冷凝器布置于排熱室中。排熱室設置有進氣口和出氣口，并且排氣管道的一端連接于該出氣口，與此同時進氣管道的一端可拆卸地連接于該進氣口。排氣管道的另一端連接于例如窗口等開口。與排氣管道的另一端類似地，進氣管道的另一端能夠連接于例如窗口等開口，從而通過既使用排氣管道又使用進氣管道的雙管道法來實現進氣/排氣。
圖7示出了專利文獻2中披露的那種類型的一體化空調機。空調機10包括殼體11，殼體11被水平隔板12分 隔成 上部和下部，即分別為冷卻室13和排熱室14。在冷卻室13中，布置有蒸發器15，而在排熱室14中，布置有冷凝器16和壓縮機17。蒸發器15、冷凝器16和壓縮機17與減壓膨脹單元(未圖示)及四通閥(未圖示)一起形成作為制冷循環的熱泵循環。此外，吹風機(未圖示)設置于冷卻室13中以形成由虛線箭頭所示的室內空氣循環風道(room-air-circulation air path) 18。另一個吹風機(未圖示)設置于排熱室14中以形成由虛線箭頭所示的排熱風道19。排熱風道19被形成為用于將經過冷凝器16的空氣送入排氣管道(未圖示)。蒸發器15和冷凝器16均是翅管型熱交換器。
引證文件列表
專利文獻
專利文獻1:日本專利申請第2005-274077號公報
專利文獻2:日本專利申請第2010-54111號公報發明內容
技術問題
在專利文獻I和2中說明的一體化空調機均包括分別用作蒸發器和冷凝器的分離的熱交換器，這導致結構復雜，阻礙了緊湊和重量輕的一體化空調機的實現。
本發明是鑒于上述問題而做出的，本發明的目的是提供一種適用于一體化空調機的側流型平行流熱交換器和安裝有該熱交換器的一體化空調機。
解決技術問題的方案
根據本發明的側流型平行流熱交換器包括:以一定的間隔平行布置的多個總管；布置于所述多個總管之間的多個扁平管，所述扁平管每一者中都形成有與所述總管的內部連通的制冷劑通道；以及布置于所述多個扁平管中的相鄰的所述扁平管之間的散熱片。這里，所述多個扁平管被劃分為位于所述熱交換器的上部中的上組和位于所述熱交換器的下部中的下組。屬于所述上組的所述扁平管和所述多個總管的與屬于所述上組的所述扁平管相對應的部分構成上部熱交換部，并且屬于所述下組的所述扁平管和所述多個總管的與屬于所述下組的所述扁平管相對應的部分構成下部熱交換部。
在具有上述構造的所述熱交換器中，優選的是:所述上部熱交換部和所述下部熱交換部中的一者起到蒸發器作用，且所述上部熱交換部和所述下部熱交換部中的另一者起到冷凝器作用。
在具有上述構造的所述熱交換器中，優選的是:在所述上部熱交換部和所述下部熱交換部中的起到所述冷凝器作用的一者中，制冷劑以從上方的一個扁平管流向下方的一個扁平管的方式流過所述扁平管。
在具有上述構造的所述熱交換器中，優選的是:在所述上部熱交換部與所述下部熱交換部之間設置有隔熱部。
在具有上述構造的所述熱交換器中，優選的是:在所述多個總管內設置有隔熱隔板，并且所述隔熱隔板用作所述隔熱部的一部分。
根據本發明的一體化空調機包括殼體和任一種上述熱交換器，并且所述殼體包括室內空氣循環風道和排熱風道。這里，所述熱交換器的上部熱交換部布置于所述室內空氣循環風道中，且所述熱交換器的下部熱交換部布置于所述排熱風道中。
在具有上述構造的所述空調機中，優選的是:所述上部熱交換部起到蒸發器作用，且所述下部熱交換部起到冷凝器作用。
本發明的有益效·果
根據本發明，布置于總管之間的扁平管被分為上組和下組，所述上組的扁平管和所述多個總管的與所述上組的所述扁平管相對應的部分形成上部熱交換部，且所述下組的扁平管和所述多個總管的與屬于所述下組的所述扁平管相對應的部分形成下部熱交換部。這樣的構造使得能夠實現將蒸發器和冷凝器組合在一起的緊湊的且重量輕的側流型平行流熱交換器。相應地，這使得能夠實現安裝有這樣的熱交換器的緊湊的且重量輕的一體化空調機。
圖1是示出了根據本發明第一實施例的側流型平行流熱交換器的示意性結構的垂直截面圖2是示出了根據本發明的安裝有熱交換器的一體化空調機的示意性結構的側視圖3是示出了根據本發明第二實施例的側流型平行流熱交換器的示意性結構的垂直截面圖4是示出了根據本發明第三實施例的側流型平行流熱交換器的示意性結構的垂直截面圖5是示出了根據本發明第四實施例的側流型平行流熱交換器的示意性結構的垂直截面圖6是示出了傳統的側流型平行流熱交換器的示意性結構的垂直截面圖；和
圖7是示出了傳統的一體化空調機的示意性結構的側視圖。
具體實施方式
下文將參照圖1對本發明第一實施例的側流型平行流熱交換器進行說明。
平行流熱交換器20的結構基本上與圖6中所示的傳統結構相同。具體地，在水平方向上延伸的多個扁平管23布置在兩個豎直延伸的總管21和總管22之間。這里，術語“水平”和“豎直”的使用與上文給出的對傳統結構的說明中的意義相同。
扁平管23、扁平管23內部的制冷劑通道24、散熱片25分別與傳統結構中的扁平管4、制冷劑通道5、散熱·片6具有同樣的構造且以同樣的方式固定。在置于豎直行中的多個扁平管23中的最外側扁平管23的外扁平面上，布置有散熱片25和側板26的組合。
多個扁平管23被劃分為布置于上部的上組27和布置于下部的下組28。在上組27與下組28之間設置有空間29。空間29起到防止上組27和下組28中的一者對另一者的熱影響的隔熱部HI的作用。在總管21和總管22的內部在位于上組27和下組28之間的位置處分別設置有隔板30和隔板31。因此，上組27和下組28彼此被完全分隔開。
總管21和總管22的位于隔板30和隔板31上方的部分以及屬于上組27的扁平管23形成上部熱交換部40。總管21和總管22的位于隔板30和隔板31下方的部分以及屬于下組28的扁平管23形成下部熱交換部41。
在上部熱交換部40中，在總管22中形成有上制冷劑出入口 32和下制冷劑出入口33。在總管22的內部，在位于上制冷劑出入口 32與下制冷劑出入口 33之間的高度位置處設置有隔板34。
在上部熱交換部40中，位于隔板34上方的扁平管23的數量和位于隔板34下方的扁平管23的數量被設置為相同。然而，在某些情況下，考慮到由蒸發導致的壓力損失，可以將位于冷卻操作中的后段的流動路徑設計為包括更多數量的扁平管23。
在下部熱交換部41中，在總管22中形成有上制冷劑出入口 35和下制冷劑出入口36。在總管22的內部，在位于上制冷劑出入口 35與下制冷劑出入口 36之間的位置處設置有隔板37和隔板38。在總管21的內部,在隔板37與隔板38之間的聞度位置處設置有隔板39。
在下部熱交換部41中，布置于隔板38下方的扁平管23的數量與布置于隔板38的高度和隔板39的高度之間的扁平管23的數量相等，布置于隔板39的高度和隔板37的高度之間的扁平管23的數量比布置于隔板38下方的扁平管23的數量或布置于隔板38的高度和隔板39的高度之間的扁平管23的數量少，另外，布置于隔板37上方的扁平管23的數量比布置于隔板39的高度和隔板37的高度之間的扁平管23的數量少。
上部熱交換部40的下制冷劑出入口 33與下部熱交換部41的上制冷劑出入口 35通過制冷劑管42彼此連接起來。制冷劑管42設置有減壓膨脹單元43。
在冷卻操作期間，上部熱交換部40起到蒸發器的作用，并且下部熱交換部41起到冷凝器的作用。即，從壓縮機(未圖示)中排出的高溫高壓制冷劑流經下制冷劑出入口 36進入下部熱交換部41。流入下部熱交換部41的制冷劑在位于隔板38下方的扁平管23中流向總管21。流入總管21的制冷劑隨后在位于隔板38與隔板39之間的扁平管23中向著總管22流回。流入總管22中的制冷劑在位于隔板39與隔板37之間的扁平管23中再次向著總管21流回。流入總管21中的制冷劑接著在位于隔板37上方的扁平管23中再次向著總管22流回，并且隨后通過上制冷劑出入口 35流出。
通過下制冷劑出入口 36流入下部熱交換部41的高溫高壓制冷劑在下部熱交換部41的內部從下往上呈之字形流動的同時，向經過下部熱交換部41的空氣散熱，且制冷劑冷凝。從下部熱交換部41的上制冷劑出入口 35中流出的制冷劑流經減壓膨脹單元43，然后經由下制冷劑出入口 33流入上部熱交換部40。
通過下制冷劑出入口 33流入上部熱交換部40中的制冷劑經由位于隔板34下方的扁平管23流向總管21。流入總管21中的制冷劑經由位于隔板34上方的扁平管23向著總管22流回。流入總管22中的制冷劑通過上制冷劑出入口 32流出。這樣，制冷劑在上部熱交換部40內呈之字形流動的同時膨脹，制冷劑從經過上部熱交換部40的空氣中吸收熱量。然后，制冷劑經由上制冷劑出入口 32流出并回到壓縮機(未圖示)。以這樣的方式，在起到蒸發器作用的上部熱交換部40中，制冷劑從下方的扁平管23流向上方的扁平管23。可代替地，在起到蒸發器作用的上部熱交換部40中，制冷劑可以從上方的扁平管23流向下方的扁平管23。
在上部熱交換部40與下部熱交換部41之間設置隔熱部HI有助于減少上部熱交換部40和下部熱交換部41中的一者對另一者的熱影響。這使得上部熱交換部40能夠充分起到蒸發器的作用，并且下部熱交換部41充分起 到冷凝器的作用。
在加熱操作期間，切換四通閥(未圖示)以反轉制冷劑的流動方向。也即是說，從壓縮機(未圖示)中排出的高溫高壓制冷劑通過上制冷劑出入口 32進入上部熱交換部40，并且在上部熱交換部40中，制冷劑向經過上部熱交換部40的空氣散熱，且制冷劑冷凝。經由下制冷劑出入口 33流出上部熱交換部40的制冷劑流經減壓膨脹單元43，并且經由上制冷劑出入口 35流入下部熱交換部41。制冷劑從經過下部熱交換部41的空氣中吸收熱量并且在下部熱交換部41中膨脹，然后經由下制冷劑出入口 36流回至壓縮機(未圖示)。
側流型平行流熱交換器20被構造為使得上部熱交換部40和下部熱交換部41共用總管21和總管22，這兩個熱交換部中的一者用作蒸發器而另一者用作冷凝器。與被設置成一者專門用作蒸發器和另一者專門用作冷凝器的分體式側流型平行流熱交換器的構造相比，該構造是緊湊的。
圖2示出了平行流熱交換器20安裝在一體化空調機中的情形。在圖2中示出的一體化空調機10基本上遵循了圖7中示出的一體化空調機的結構。用相同的附圖標記表示與圖7中的組件相應的組件，并且將不再對它們的進行說明。
在安裝于殼體11內的平行流熱交換器20中，上部熱交換部40布置于室內空氣循環風道18中并且下部熱交換部41布置于排熱風道19中。
由于安裝有構造緊湊的平行流熱交換器20，一體化空調10本身也能夠是緊湊的和重量輕的。此外，與分離地安裝蒸發器和冷凝器的情形相比，能夠通過更容易的操作在更短的時間段內完成安裝。
在冷卻操作中，空氣中含有的濕氣在起到蒸發器作用的上部熱交換部40的外表面上冷凝為凝結水。該凝結水因重力而滴落或流下來，從而把起到冷凝器作用的下部熱交換部41弄濕。這還增強了下部熱交換部41的冷凝效果。
圖3中示出了第二實施例的平行流熱交換器20。第二實施例與第一實施例的不同之處在于用隔熱隔板30HI和31HI分別替換了在第一實施例的總管21和22內的隔板30和31。隔熱隔板30HI和31HI參與形成隔熱部HI，實現更可靠的熱分離。
在圖3中，隔熱隔板30HI和隔熱隔板31HI各自都是由彼此分隔布置的兩個隔板構成的。隔熱隔板30HI和隔熱隔板31HI由鋁制成，因此，如果它們分別是由單個板形成的，那么將很可能發生熱傳遞；然而，通過以彼此分隔布置的兩個板來形成它們，能夠賦予它們足夠的隔熱特性。在這兩個板之間的空間中可以密封有某種氣體，或者該空間可以是真空空間。
隔熱隔板30HI和隔熱隔板31HI可以由上述方法之外的其它方法形成。例如，隔熱隔板30HI和隔熱隔板31HI都可以用厚板或用由隔熱材料制成的板形成。
圖4中示出了第三實施例的平行流熱交換器20。在第三實施例中，下部熱交換部41的下制冷劑出入口 36 通過制冷劑管42與上部熱交換部40的下制冷劑出入口 33相連。
在根據第三實施例的平行流熱交換器20中，在下部熱交換部41中，布置于隔板37上方的扁平管23的數量與布置于隔板37的高度和隔板39的高度之間的扁平管23的數量相等，布置于隔板39的高度與隔板38的高度之間的扁平管23的數量比布置于隔板37上方的扁平管23的數量或布置于隔板37的高度與隔板39的高度之間的扁平管23的數量要少，并且布置于隔板38下方的扁平管23的數量比布置于隔板39的高度與隔板38的高度之間的扁平管23的數量要少。
在冷卻操作期間，從壓縮機(未圖示)中排出的高溫高壓制冷劑通過上制冷劑出入口 35進入下部熱交換部41。流入下部熱交換部41的制冷劑在位于隔板37上方的扁平管23中流向總管21。隨后，流入總管21的制冷劑在位于隔板37與隔板39之間的扁平管23中向著總管22流回。隨后，流入總管22的制冷劑在位于隔板39與隔板38之間的扁平管23中再次向著總管21流回。隨后，流入總管21的制冷劑在位于隔板38下方的扁平管23中再次向著總管22流回，然后通過下制冷劑出入口 36流出。
通過上制冷劑出入口 35流入下部熱交換部41中的高溫高壓制冷劑在下部熱交換部41內從上往下呈之字形流動的同時，向經過下部熱交換部41的空氣散熱，并且制冷劑冷凝。從下部熱交換部41的下制冷劑出入口 36流出的制冷劑流經減壓膨脹單元43，并且通過下制冷劑出入口 33流入上部熱交換部40。制冷劑從經過上部熱交換部40的空氣中吸收熱量并且在上部熱交換部40中膨脹。然后，制冷劑通過上制冷劑出入口 32流出并回到壓縮機(未圖示)。
在起到冷凝器作用的下部熱交換部41中，制冷劑從上方的扁平管23向下方的扁平管23流動。對于作為液體的制冷劑而言，從上往下的運動是自然的，因此該實施例能夠實現高效的熱交換。
圖5中示出了第四實施例的平行流熱交換器20。在第四實施例中，下部熱交換部41的下制冷劑出入口 36通過制冷劑管42與上部熱交換部40的上制冷劑出入口 32相連。
在冷卻操作期間，制冷劑通過上制冷劑出入口 32進入上部熱交換部40，并且在上部熱交換部40中，制冷劑在從上方的扁平管23流向下方的扁平管23且從經過上部熱交換部40的空氣中吸收熱量的同時發生膨脹。然后，制冷劑通過下制冷劑出入口 33流出并回到壓縮機(未圖示)。
在第三實施例和第四實施例中，通過用隔熱隔板30HI和隔熱隔板31HI分別替換隔板30和隔板31，也能夠實現更可靠的熱分離。
應當理解的是，上文中詳細說明的實施例并非是為了限制本發明，并且在本發明的精神之內能夠進行各種改變和變形。
工業實用性
本發明適用于側流型平行流熱交換器和安裝有該熱交換器的一體化空調機。
附圖標記列表
10 一體化空調機
11 殼體
12 隔板
13冷卻室
14排熱室
17壓縮機
18室內空氣循環風道
19排熱風道
20平行流熱交換器
21、22 總管
23扁平管
24制冷劑通道`
25散熱片
27 上組
28 下組
30、31 隔板
30H1.31HI 隔熱隔板
32、35上制冷劑出入口
33,36下制冷劑出入口 40上部熱交換部41下部熱交換部HI隔熱部
權利要求
1.一種側流型平行流熱交換器，其包括: 多個總管，它們以一定的間隔平行布置； 多個扁平管，所述扁平管布置于所述多個總管之間，所述扁平管中分別形成有與所述總管的內部連通的制冷劑通道；以及 散熱片，所述散熱片布置于所述多個扁平管中的相鄰的所述扁平管之間， 其中，所述多個扁平管被劃分為位于所述熱交換器的上部中的上組和位于所述熱交換器的下部中的下組， 屬于所述上組的所述扁平管以及所述多個總管的與屬于所述上組的所述扁平管相對應的部分構成上部熱交換部，并且 屬于所述下組的所述扁平管以及所述多個總管的與屬于所述下組的所述扁平管相對應的部分構成下部熱交換部。
2.如權利要求1所述的熱交換器，其中， 所述上部熱交換部和所述下部熱交換部中的一者起到蒸發器作用，并且 所述上部熱交換部和所述下部熱交換部中的另一者起到冷凝器作用。
3.如權利要求2所述的熱交換器，其中，在所述上部熱交換部和所述下部熱交換部中的起到所述冷凝器作用的一者中，制冷劑以從上方的所述扁平管到下方的所述扁平管的方式流經所述扁平管。
4.如權利要求1所述的熱交換器，其中，在所述上部熱交換部與所述下部熱交換部之間設置有隔熱部。
5.如權利要求4所述的熱交換器，其中， 在所述多個總管內設置有隔熱隔板，并且 所述隔熱隔板用作所述隔熱部的一部分。
6.—體化空調機,其包括: 權利要求1至5中任一項所述的熱交換器；和 殼體，所述殼體包括室內空氣循環風道和排熱風道， 其中，所述熱交換器的所述上部熱交換部布置于所述室內空氣循環風道中，并且 所述熱交換器的所述下部熱交換部布置于所述排熱風道中。
7.如權利要求6所述的空調機，其中，所述上部熱交換部起到蒸發器作用，并且所述下部熱交換部起到冷凝器作用。
全文摘要
一種熱交換器(20)，其設置有以一定的間隔彼此平行布置的兩個總管(21，22)；布置于所述兩個總管之間的多個扁平管(23)，設置于所述扁平管中的制冷劑通道(24)與所述總管的內部連通；以及布置于所述扁平管之間的散熱片(25)。所述多個扁平管被劃分為如下兩部分位于上部中的上組(27)；以及位于下部中的下組(28)。所述上組的所述扁平管以及所述總管的與所述上組的所述扁平管相對應的部分構成上部熱交換部(40)，且所述下組的所述扁平管以及所述總管的與所述下組的所述扁平管相對應的部分構成下部熱交換部(41)。
文檔編號F28F9/26GK103238037SQ20118005790
公開日2013年8月7日 申請日期2011年11月17日 優先權日2010年12月1日
發明者三代一壽, 吉田健司 申請人:夏普株式會社