一種換熱器的流路布置結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種換熱器的流路布置結構，其包括殼體結構以及設置在所述殼體結構內部、且沿所述殼體結構延伸方向平行設置的多個換熱管，在所述殼體結構延伸方向的垂直截面中、多個所述換熱管布置成多排的形式，且相鄰兩排的換熱管之間布置成交叉排列的布管方式。通過本實用新型的換熱器的流路布置結構能夠加強管外側風的擾動、加強空氣側的換熱效果，提高換熱器、尤其是冷庫冷風機的換熱效率。
【專利說明】
一種換熱器的流路布置結構
技術領域
[0001] 本實用新型屬于制冷及暖通技術領域，具體涉及一種換熱器的流路布置結構。
【背景技術】
[0002] 現有技術的冷庫蒸發器有兩種型式:排管和冷風機。其中冷風機具有充注量少、高 效、節能的優點，是冷庫的未來發展趨勢。當前冷風機生產廠家眾多，冷風機銅管直徑、布管 方式、分路方法各不相同，銅管外徑有Φ9.52、Φ 12.7兩種規格;布管有正三角形和正方形； 分路方式差別很大;這些差別導致產品性能相差很大。通過對外購廠家冷風機進行對比測 試，相同空氣側換熱面積的冷風機性能最高相差至20%。由于冷庫需要全天候連續運行，運 營費用比空調高很多，因此，開發一款具市場競爭力的節能型冷風機是有實用價值的。
[0003] 由于現有技術中的冷庫蒸發器存在換熱效率較低的技術問題，因此本實用新型研 究設計出一種換熱器的流路布置結構。 【實用新型內容】
[0004] 因此，本實用新型要解決的技術問題在于克服現有技術中的換熱器存在換熱效率 較低的缺陷，從而提供一種換熱器的流路布置結構。
[0005] 本實用新型提供一種換熱器的流路布置結構，其包括殼體結構以及設置在所述殼 體結構內部、且沿所述殼體結構延伸方向平行設置的多個換熱管，在所述殼體結構延伸方 向的垂直截面中、多個所述換熱管布置成多排的形式，且相鄰兩排的換熱管之間布置成交 叉排列的布管方式。
[0006] 優選地，多個所述換熱管為管徑均相等的圓管結構。
[0007] 優選地，多個所述換熱管均為外徑為Φ 12.7mm或Φ 9.52mm的圓管結構。
[0008]優選地，所述交叉排列的布管方式中，相鄰的3個所述換熱管之間成正三角形的結 構分布，相鄰兩所述換熱管之間的管間距均相等。
[0009] 優選地，相鄰所述換熱管彼此之間的管間距為31.75mm或25.4mm。
[0010] 優選地，多個所述換熱管的管長由所述冷風機中的風量、風速分布及冷風機中風 扇的風葉直徑而確定。
[0011]優選地，多個所述換熱管整體形成的流路布置結構包括多個分路數。
[0012]優選地，所述流路布置結構的多個所述分路數為7路、8路、14路或16路。
[0013]優選地，所述換熱器的流路布置結構的排數為4排。
[0014] 優選地，所述換熱器為冷庫冷風機。
[0015] 本實用新型提供的一種換熱器的流路布置結構具有如下有益效果：
[0016] 1.能夠加強管外側風的擾動、加強空氣側的換熱效果，提高冷庫冷風機的換熱效 率；
[0017] 2.能夠增大管內制冷劑質量的流速，從而增強換熱效果，提高冷庫冷風機的換熱 效率；
[0018] 3.提高換熱器、尤其是冷風機單位面積的換熱量，從而提高冷庫冷風機的換熱效 率。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實用新型的換熱器的第一種流路布置結構，其中管間距為31.75mm，分路 數為7路；
[0020] 圖2是本實用新型的換熱器的第二種流路布置結構，其中管間距為31.75mm，其中 分路數為14路；
[0021] 圖3是本實用新型的換熱器的第三種流路布置結構，其中管間距為25.4mm，其中分 路數為16路。
[0022]圖中附圖標記表示為：
[0023] ! 一殼體結構，2-換熱管。
【具體實施方式】
[0024] 如圖1-3所示，本實用新型提供一種換熱器的流路布置結構，其包括殼體結構1以 及設置在所述殼體結構1內部、且沿所述殼體結構1延伸方向（垂直于紙面方向）平行設置的 多個換熱管2,在所述殼體結構1延伸方向的垂直截面中、多個所述換熱管2布置成多排（圖 中位于換熱器長邊方向即豎直方向的換熱管組成一排）的形式，且相鄰兩排的換熱管2之間 布置成交叉排列的布管方式。
[0025] 換熱器(優選冷風機）的換熱系數由空氣側的換熱系數、制冷劑側的換熱系數、管 壁熱阻共同決定。空氣側的換熱系數由風量，、換熱器的流路布置決定；制冷劑側的換熱系 數由換熱管長度、換熱器的流路布置決定。因此流路的布置是影響換熱效率的最主要的因 素。通過將換熱管相鄰兩排之間的布管方式采用交叉排列的方式能夠有效加強換熱管外側 風的擾動，加強空氣側的換熱效果，提高換熱器、尤其是冷庫冷風機的換熱效率。
[0026] 優選地，多個所述換熱管2為管徑均相等的圓管結構。將多個所述換熱管旋轉均為 圓管形狀且管徑均相等的圓管結構，能夠使得每個的換熱管與外界空氣的換熱面積均相 等、每個換熱管的各個位置的換熱面積、換熱速率均相等，減小換熱不均帶來的波動，提高 換熱效率。
[0027] 多個所述換熱管2在垂直于其軸線（軸線為垂直于紙面方向）的垂直截面中，相鄰 兩換熱管1之間的管間距均相等、且多個所述換熱管1之間布置成正三角形交叉排列的布管 方式(正三角形布管都是交叉排列，正方形布管為順排排列），并且多個所述換熱管1整體形 成的流路布置結構包括多個分路數(圖中用虛線將換熱管串聯成的部分為一分路）。
[0028]將多個換熱管設置為平行、均為圓管形狀且管徑和管間距均相等的形式能夠使得 各自的換熱管與外界空氣的換熱面積相等、每個換熱管的各個位置的換熱面積、換熱速率 均相等，使得多個換熱管與空氣之間均勻地進行熱交換的作用，減小換熱不均帶來的波動， 提高換熱效率;常用的布管方式有兩種:正方形順排排列及正三角形叉排排列。
[0029]每個所述換熱管的管徑均相等多個所述換熱管本身或彼此之間或整體包括如下 的布置方式:盡可能小的換熱管管徑，正方形順排排列或正三角形的布管方式，盡可能小的 換熱管彼此間的管心距、多個分路數和多個排數中的至少一個，以實現換熱面積與制冷劑 流量的合理匹配。
[0030] 優選地，多個所述換熱管2均為外徑為Φ 12.7mm或Φ 9.52mm的圓管結構。這是圓管 形結構換熱管的優選管徑數值，通過采用上述較小的管徑使得管內制冷劑質量流速(質量 流速定義為流體在單位時間內流過單位流通截面積的質量，也即單位流通截面積所承擔的 質量流量，通常用G表示，單位為Kg/(m2*s))得到高，換熱效果得到增強。進一步優選地，多 個所述圓管形狀的換熱管2的外徑均為Φ 9.52mm。管徑越小，管內制冷劑質量流速越高，換 熱效果越好，因此選用外徑為Φ9.52mm的較小管徑來提高換熱效率。
[0031] 進一步優選地，多個所述換熱管2均為銅管。由于銅的導熱性能相對于其他金屬而 言較高（導熱系數:銅401W/mK，錯237W/mK，鐵80W/mK)，因此選用銅管能夠有效地增強冷風 機的換熱性能、提高換熱效果。
[0032] 優選地，所述交叉排列的布管方式中，相鄰的3個所述換熱管2兩兩之間的管間距 (或稱管心距）均相等，共同形成正三角形的結構分布。通過形成管間距均相等的正三角形 的交叉排列的布管結構，能夠使得多個換熱管與空氣之間均勻地進行熱交換的作用，減小 換熱不均帶來的波動，提高換熱效率。
[0033]優選地，相鄰所述換熱管2彼此之間的管間距(或稱管心距)為31.75mm或25.4mm。 這是管間距的優選數值，根據換熱器高度核算出兩種不同管心距換熱器的換熱量，通過采 用上述較小的管間距使得單位面積換熱量越高，換熱效率也得到有效提高。進一步優選地， 相鄰所述換熱管2彼此之間的管間距(或稱管心距)為25.4mm。可以表明，管心距越小，單位 面積換熱量越高，因此選用25.4的管心距能夠有效增大單位面積換熱量，提高換熱效率。
[0034] 優選地，多個所述換熱管2的管長由所述換熱器中的風量、風速分布、和/或換熱器 中風扇的風葉直徑而確定。這樣能夠有效地根據所能夠提供的風量、風速、風葉直徑，獲得 其能提供給的風冷冷量，進而再根據其設計得出換熱管的管長，以使得換熱管既能進行充 分的熱交換，又能不至于管長過長而導致設計的浪費，以達到滿足實際需求的目的和作用。
[0035] 優選地，多個所述換熱管2整體形成的流路布置結構包括多個分路數。通過包括多 個分路數的方式是為了合理控制每路制冷劑的制冷劑流量，提高換熱系數。
[0036] 優選地，所述流路布置的分路數為7路、8路、14路或16路。這是流路布置的優選分 路數，由于分路數越少，每路制冷劑質量流速越高，但壓降也隨之增大，反之也成立，因此不 可能將分路數降得很小，并且分路數越多其換熱面積和換熱效率相應地也會有提升，因此 選用上述幾種優選的分路數能夠使得壓降既能夠較小，進而使得能量損失較小，又還能增 大換熱面積、提高換熱效率。進一步優選地，采用分路數為16路的換熱管流路布置方式。8路 流路走向類似于圖1，16路走向如圖3所示。分路數越少，每路制冷劑質量流速越高，但壓降 也隨之增大，能量損失也就越大，反之也成立(質量流速越大，制冷劑在管內蒸發時的換熱 系數越高，傳熱性能也越高。但制冷劑在管內阻力也增大，導致制冷劑與載冷劑之間的對數 平均溫差減小，反之也成立）。因此存在一個最佳的分路方式。根據仿真計算結果表明（見表 1)，16路的方式為該工況的最佳方式，其熱流密度越大（熱流密度(Heat Flux，Thermal Flux)，也稱熱通量，一般用q表示，定義為:單位時間內，通過物體單位橫截面積上的熱量。 按照國際單位制，時間為s，面積為m 2,熱量取單位為焦耳（J)，相應地熱流密度單位為J/ (m2 · s)。熱流密度是考察器件或設備散熱性能的重要指標。），換熱性能越好。
[0037] 優選地，所述換熱器的流路布置結構的排數為4排。這是冷風機的流路布置結構的 優選排數，設置多個排數是為了加大換熱面積。
[0038]優選地，所述換熱器為冷庫冷風機。這是換熱器的一種優選種類和結構形式，通過 選擇換熱器為冷庫冷風機能夠尤其是對于冷庫冷風機的換熱面積進行增大，提高換熱效 率。
[0039]本實用新型采用圖3所示的：16路，4排，正三角形排列。制冷劑由左側經分液頭毛 細管分配到每條流路，與管外空氣進行熱交換后吸熱蒸發進入集氣管，管外空氣被冷卻。
[0040] 改變換熱管(優選為銅管）內徑、布管及分路數、分路方式，對熱流密度進行比較。 計算結果如下表所示：
[0041] 表1
[0042]
[0043]因此最優方案為采用9.52(管徑)/25.4(管間距）、正三角形叉排、16路分路數的布 置方式，其熱流密度最高。
[0044] 下面介紹一下本實用新型的優選實施例
[0045] 影響換熱器(優選冷庫冷風機)性能的關鍵因素有2條：1是風速分布與制冷劑流量 的匹配，2是制冷劑流量與換熱面積的匹配。其中風速分布取決于流道、風機與換熱器的空 間相對位置，可改進的余地很小;制冷劑流量可通過分液器、分液毛細管長度、集氣管調整， 工藝麻煩，易出錯，生產效率低;換熱面積可通過流路布置來調整，易實現。本實用新型通過 合理的流路布置，實現換熱面積與制冷劑流量的合理匹配，實施方法如下：
[0046] 1、布管方式:布管方式有兩種:正方形順排排列及正三角形叉排排列。叉排排列方 式可以加強管外側風的擾動，加強空氣側的換熱效果，因此采用叉排正三角形排列。
[0047] 2、管徑:管徑越小，管內制冷劑質量流速越高，換熱效果越好，采用外徑為Φ 9.52 的銅管。
[0048] 3、管長：由風量、風葉直徑及風速分布確定。
[0049] 4、管心距及分路數、排數:風葉直徑確定了換熱器的高度。根據換熱器高度核算出 兩種不同管心距換熱器的換熱量，可以表明，管心距越小，單位面積換熱量越高。因此選用 25.4的管心距。分路可以分為8路也可分16路，也可分8路。8路流路走向類似于圖1，16路走 向如圖3所示。分路數越少，每路制冷劑質量流速越高，但壓降也隨之增大，反之也成立。因 此存在一個最佳的分路方式。根據仿真計算結果表明，16路的方式為該工況的最佳方式。
[0050] 本實用新型采用圖3所示的：16路，4排，正三角形排列。制冷劑由左側經分液頭毛 細管分配到每條流路，與管外空氣進行熱交換后吸熱蒸發進入集氣管，管外空氣被冷卻。試 驗結果表明，單位空氣側面積換熱量比外廠家換熱效率提高30%。
[0051] 本領域的技術人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各有利方式可以自由 地組合、疊加。
[0052]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護范圍之內。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的 普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型， 這些改進和變型也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 一種換熱器的流路布置結構，其特征在于:包括殼體結構（I)以及設置在所述殼體結 構（1)內部、且沿所述殼體結構（1)延伸方向平行設置的多個換熱管（2)，在所述殼體結構 (1) 延伸方向的垂直截面中、多個所述換熱管(2)布置成多排的形式，且相鄰兩排的換熱管 (2) 之間布置成交叉排列的布管方式，在所述交叉排列的布管方式中，相鄰的3個所述換熱 管(2)兩兩之間的管間距均相等，形成正三角形的結構分布。2. 根據權利要求1所述的換熱器的流路布置結構，其特征在于：多個所述換熱管（2)為 管徑均相等的圓管結構。3. 根據權利要求2所述的換熱器的流路布置結構，其特征在于：多個所述換熱管（2)均 為外徑為Φ 12.7mm或Φ9.52mm的圓管結構。4. 根據權利要求1-3之一所述的換熱器的流路布置結構，其特征在于:相鄰所述換熱管 (2)彼此之間的管間距為31.75mm或25.4mm。5. 根據權利要求1-3之一所述的換熱器的流路布置結構，其特征在于：多個所述換熱管 (2)的管長由所述換熱器中的風量、風速分布、和/或換熱器中風扇的風葉直徑而確定。6. 根據權利要求1-3之一所述的換熱器的流路布置結構，其特征在于：多個所述換熱管 (2)整體形成的流路布置結構包括多個分路數。7. 根據權利要求6所述的換熱器的流路布置結構，其特征在于:所述流路布置結構的多 個所述分路數為7路、8路、14路或16路。8. 根據權利要求1-3之一所述的換熱器的流路布置結構，其特征在于:所述換熱器的流 路布置結構的排數為4排。9. 根據權利要求1-3之一所述的換熱器的流路布置結構，其特征在于:所述換熱器為冷 庫冷風機。
【文檔編號】F28D7/16GK205505806SQ201620203318
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月16日
【發明人】周巍, 胡雄, 李慶
【申請人】珠海格力電器股份有限公司