提高冷凝液對(duì)流換熱系數(shù)的構(gòu)件及制冷系統(tǒng)、冷暖空調(diào)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及換熱器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高冷凝器冷凝液對(duì)流換熱系數(shù)的構(gòu)件及制冷系統(tǒng)、冷暖空調(diào)器。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)生產(chǎn)中，在冷凝器中凝結(jié)的冷凝液通常要進(jìn)行進(jìn)一步降溫即進(jìn)行“過(guò)冷”操作之后，才能進(jìn)行外排。冷凝液的“過(guò)冷”操作，是冷凝介質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程中的重要步驟。
[0003]而在獲得了更為廣泛應(yīng)用的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)(例如家用空調(diào)器、除濕機(jī)和商用空調(diào)器)中，冷凝器末端冷凝液(制冷液)的過(guò)冷度即冷凝溫度與節(jié)流裝置入口的冷凝液溫度的差值，對(duì)蒸發(fā)器制冷量有著明顯的影響；提高制冷系統(tǒng)冷凝器末端制冷劑液體的過(guò)冷度，是提高制冷量和制冷能效比的重要手段。
[0004]現(xiàn)以R134a制冷劑為例說(shuō)明之:
[0005]在由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置所組成的制冷劑閉路循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，制冷劑在蒸發(fā)器里連續(xù)不斷地重復(fù)著由氣液兩相流到氣相流的吸熱蒸發(fā)，在冷凝器里連續(xù)不斷地重復(fù)著由氣相流到液相流的放熱冷凝。但是，從制冷劑壓焓圖可以看出，單位質(zhì)量制冷劑的低壓蒸發(fā)吸熱“焓差”，大于高壓冷凝放熱的“焓差”。
[0006]查看制冷劑R134a飽和熱力性質(zhì)表，在10°C、60°C飽和溫度下的相變熱分別為190kJ/kg、140kJ/kg，相差 50kJ/kg。每 kg 制冷劑 R134a 在 10°C蒸發(fā)吸熱量 190kJ/kg，比在60°C冷凝放熱量140kJ/kg，多出50kJ/kg，這就打破了蒸發(fā)器冷凝器的吸放熱平衡。
[0007]要重建蒸發(fā)器冷凝器的吸放熱平衡，實(shí)際上主要是通過(guò)R134a在冷凝器末端降溫放熱實(shí)現(xiàn)低于冷凝溫度的“過(guò)冷”，并且在進(jìn)入蒸發(fā)器之前的毛細(xì)管(即節(jié)流裝置)里再發(fā)生少量液態(tài)R134a吸收多數(shù)液態(tài)R134a的顯熱“提前”汽化，來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器冷凝器的吸放熱平衡。
[0008]因此，提高冷凝器末端管路中的冷凝液對(duì)冷凝器管壁的對(duì)流換熱系數(shù)，提高冷凝液的“過(guò)冷”度，降低冷凝液在節(jié)流裝置中的汽化比例，從而提高了冷凝液在蒸發(fā)器里的蒸發(fā)吸熱能力的完整性和有效性，成為了提高家用空調(diào)器、除濕機(jī)與商用空調(diào)器制冷量和制冷能效比的重要技術(shù)路徑。
[0009]而在空調(diào)器、除濕機(jī)的冷凝器里，制冷劑氣體冷凝為液體后，體積流量大為降低，流速U大為降低，致使冷凝器末端冷凝液與管路內(nèi)壁的對(duì)流傳熱系數(shù)α嚴(yán)重偏低；冷凝器末端冷凝液與管路內(nèi)壁的對(duì)流傳熱系數(shù)α嚴(yán)重偏低，又嚴(yán)重影響冷凝液的過(guò)冷效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種提高冷凝液對(duì)流換熱系數(shù)的構(gòu)件，所述構(gòu)件設(shè)置在冷凝器末端管路內(nèi)，所述構(gòu)件包括一主桿，所述主桿外表面上設(shè)置有若干外槽，所述主桿外槽與所述管路內(nèi)表面之間形成若干供冷凝液流通的通道。
[0011]較佳地，所述構(gòu)件為螺旋桿，所述外槽螺旋式設(shè)置在所述主桿的外表面上。
[0012]較佳地，所述構(gòu)件為直槽桿，所述外槽平行于主桿軸向設(shè)置在所述主桿外表面上。
[0013]較佳地，所述構(gòu)件外側(cè)與所述管路內(nèi)表面之間形成的通道的截面呈扇形或梯形或三角形。
[0014]本發(fā)明還提供了一種制冷系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置和冷凝器，所述壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置和冷凝器順序連接形成一供制冷劑流通的循環(huán)通道；所述冷凝器末端管路內(nèi)設(shè)置有如上所述的構(gòu)件。
[0015]較佳地，所述冷凝器末端管路外側(cè)對(duì)應(yīng)的翅片與所述冷凝器外側(cè)其余翅片在物理上斷開(kāi)。
[0016]本發(fā)明還提供了一種冷暖空調(diào)器，包括壓縮機(jī)、第一換熱器、節(jié)流裝置和第二換熱器，所述壓縮機(jī)、第一換熱器、節(jié)流裝置和第二換熱器順序連接形成一供制冷劑流通的循環(huán)通道；所述壓縮機(jī)通過(guò)四通閥連接所述第一換熱器和第二換熱器，所述第一換熱器或第二換熱器作為冷凝器；所述第一換熱器和第二換熱器靠近所述節(jié)流裝置一側(cè)的末端管路內(nèi)設(shè)置有如上所述的構(gòu)件。
[0017]較佳地，所述第一換熱器和第二換熱器靠近所述節(jié)流裝置一側(cè)的末端管路外側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置的翅片與外側(cè)其余翅片在物理上斷開(kāi)。
[0018]本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0019]本發(fā)明一種提高冷凝器冷凝液對(duì)流換熱系數(shù)的構(gòu)件及包含該構(gòu)件的制冷系統(tǒng)、冷暖空調(diào)器，通過(guò)在冷凝器末端管路內(nèi)植入一構(gòu)件；該構(gòu)件與管路內(nèi)表面緊密配合，且該構(gòu)件與管路內(nèi)表面之間形成若干個(gè)供冷凝液流通通道；該構(gòu)件既為與該構(gòu)件直接接觸的冷凝液向管路內(nèi)表面輸送熱量提供了新的熱橋通道，又大幅度減少了現(xiàn)有冷凝器末端管路中的冷凝液的流通截面積，大幅提高了冷凝液的流速，從而大幅度提高了冷凝器末端管路內(nèi)側(cè)冷凝液的雷諾數(shù)和冷凝液對(duì)管路內(nèi)壁的對(duì)流傳熱系數(shù)；
[0020]本發(fā)明還將冷凝器末端管路外側(cè)對(duì)應(yīng)的翅片與冷凝器外側(cè)其余翅片(冷凝器中部、前端管路的翅片)切斷，以實(shí)現(xiàn)在物理上斷開(kāi)；以切斷翅片之間的熱橋聯(lián)系，即切斷冷凝器中前部高溫區(qū)域管路的熱量通過(guò)翅片向處于低溫區(qū)的冷凝器末端管路內(nèi)冷凝液傳遞，以防止對(duì)冷凝器末端管路冷凝液的“深度過(guò)冷”產(chǎn)生不利影響。
【附圖說(shuō)明】
[0021]結(jié)合附圖，通過(guò)下文的詳細(xì)說(shuō)明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0022]圖1為冷凝器末端冷凝液過(guò)冷不足的制冷循環(huán)的示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明冷凝器末端管路及管路中嵌入的螺旋桿的示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明冷凝器末端管路及管路中嵌入的螺旋桿的截面圖；
[0025]圖4為實(shí)施例二中冷凝器邊板與彎頭連接關(guān)系示意圖；
[0026]圖5為實(shí)施例二中冷凝器管路截面圖；
[0027]圖6為實(shí)施例二中冷凝器末端制冷劑深度過(guò)冷后的制冷循環(huán)的示意圖；
[0028]圖7為現(xiàn)有技術(shù)中除濕機(jī)的原理不意圖；
[0029]圖8為實(shí)施例二中除濕機(jī)的原理示意圖；
[0030]圖9為實(shí)施例三中冷暖空調(diào)器的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]參見(jiàn)示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是為了達(dá)成充分及完整公開(kāi)，并且使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附圖中，為清楚起見(jiàn)，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對(duì)尺寸。
[0032]以R134a制冷劑為例，制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中，要重建蒸發(fā)器冷凝器的吸放熱平衡，實(shí)際上主要是通過(guò)R134a在冷凝器末端降溫放熱實(shí)現(xiàn)低于冷凝溫度的“過(guò)冷”，并且在進(jìn)入蒸發(fā)器之前的毛細(xì)管(即節(jié)流裝置)里再發(fā)生少量液態(tài)R134a吸收多數(shù)液態(tài)R134a的顯熱“提前”汽化，來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0033]具體的，如圖1所示，冷凝器末端的冷凝液，進(jìn)入節(jié)流裝置后，其壓力降低到節(jié)流線與制冷劑飽和液線的交點(diǎn)之后，陸續(xù)有少量液態(tài)制冷劑在節(jié)流裝置中汽化，而大部分沒(méi)有汽化的冷凝液通過(guò)降溫放出自己的顯熱為少部分液態(tài)制冷劑的汽化提供所需要的汽化熱；到了節(jié)流裝置的出口，通常有20%左右的制冷液汽化，制冷劑的“干度”達(dá)到0.2，形成20%氣體和80%液體混合而成的氣液兩相流，進(jìn)入蒸發(fā)器。在冷凝壓力高、冷凝器末端冷凝液“過(guò)冷”操作不足的情況下，甚至有高達(dá)30%的制冷液在節(jié)流裝置中汽化，剛剛流出節(jié)流裝置制冷劑的“干度”就已經(jīng)達(dá)到0.3，導(dǎo)致進(jìn)入蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑比例只有70%，液態(tài)制冷劑供應(yīng)量不足，造成蒸發(fā)器制冷量下降。
[0034]所以，提高冷凝器末端冷凝液的“過(guò)冷”度，就降低了冷凝液在節(jié)流裝置中的汽化比例，從而提高了冷凝液在蒸發(fā)器里的蒸發(fā)吸熱能力的完整性和有效性。
[0035]在冷凝器末端，從管路內(nèi)向管路外看，冷凝液放熱“過(guò)冷”，在熱流自管路內(nèi)“冷凝液一管路內(nèi)表面”、“管路內(nèi)表面一管路外表面”、“管路外表面一翅片一空氣”的三段式熱傳遞中，“冷凝液一管路內(nèi)表面”已經(jīng)沒(méi)有制冷劑氣體冷凝的相變發(fā)生，三段式熱傳遞的總熱阻主要集中在“管路內(nèi)冷凝液一管路內(nèi)表面”這一階段。
[0036]由總傳熱系數(shù)K的計(jì)算公式1/K = 1/α Ab/λ+Ι/α 2可知，a ^b/λ、a 2中相對(duì)較小者，反而對(duì)總傳熱系數(shù)K有著較大的影響。在冷凝器末端“管路內(nèi)冷凝液一管路內(nèi)表面”這一階段的a i較小，成為了提高冷凝器末端總傳熱系數(shù)K的關(guān)鍵所在。
[0037]在上述冷凝器末端的熱流自管路內(nèi)“冷凝液一管路內(nèi)表面”、“管路內(nèi)表面一管路夕卜表面”、“管路外表面一翅片一空氣”的三段式熱傳遞中，管路內(nèi)“冷凝液一管路內(nèi)表面”的熱阻較大的主要原因是:冷凝液的流速偏低。因?yàn)槔淠髦欣淠旱拿芏仁窍嗤瑝毫ο轮评鋭怏w密度的10倍左右，所有單管串聯(lián)的冷凝器末端冷凝液的流速只有冷凝器進(jìn)口制冷劑氣體流速的1/10左右。
[0038]而且，制冷劑的流速，對(duì)于制冷劑的雷諾數(shù)Re和對(duì)流傳熱系數(shù)α，有著重要影響；在一般家用空調(diào)器和除濕機(jī)的冷凝器管路末端，冷凝液的雷諾數(shù):Re = d*u*P / μ，Re在20000左右，(式中，d管路內(nèi)經(jīng)，u制冷劑流速，P 制冷劑密度