ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2018 года по МПК F28F9/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[1] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к теплообменнику, снабженному вертикальным коллектором, имеющему улучшенные показатели работы по распределению холодильного агента.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] Теплообменник, который является устройством, обеспечивающим теплообмен холодильного агента с наружным воздухом, в общем включает в себя трубы с холодильным агентом, проходящим по ним, выполненные с возможностью теплообмена с наружным воздухом, теплообменные ребра, находящиеся в контакте трубами для увеличения площади теплоотдачи, и коллектор, обеспечивающий сообщение концов труб друг с другом для направления холодильного агента в трубы и выполненный с возможностью нести трубы.

[3] Теплообменники включают в себя теплообменник, относящийся к типу с оребренными трубами, который выполняют, вставляя трубу теплоотдачи, выполненную из меди, в тонкое теплообменное ребро, выполненное из алюминия, и теплообменник, относящийся к типу с параллельным потоком, который выполняют, устанавливая теплообменное ребро между трубами, имеющими многочисленные микроканалы и выполненными из алюминия, и располагая трубы так, что их несет пара коллекторов. Теплообменник с параллельным потоком относится к типу относительно недорогих и имеющих высокий кпд устройств.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

[4] В варианте, где теплообменник, относящийся к типу с параллельным потоком и с вертикальными коллекторами, применяетcя как испаритель расположенного на открытом воздухе блока, распределение холодильного агента из вертикальных коллекторов по трубам становится несбалансированным вследствие земной гравитации и изменения физических свойств холодильного агента в зависимости от физической фазы холодильного агента. При этом холодильный агент может распределяться только по некоторым трубам. По указанной причине теплообменник, относящийся к типу с параллельным потоком, часто применяют только в качестве конденсационного аппарата.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[5] Согласно одному аспекту настоящего изобретения теплообменник включает в себя множество труб, расположенных горизонтально, теплообменное ребро, входящее в контакт с трубами, первый коллектор, расположенный вертикально для сообщения с одним концом каждой из труб, второй коллектор, расположенный вертикально для сообщения с другим концом каждой из труб, по меньшей мере одну образующую проход потока перегородку, закрепленную по меньшей мере в одном коллекторе из первого коллектора и второго коллектора и выполненную с возможностью образовывать проход потока холодильного агента с помощью прерывания потока холодильного агента по меньшей мере в одном коллекторе в продольном направлении и разделять трубы на n (n≥2, где n целое число) групп, где каждая из групп имеет трубы, соседние друг к другу и обеспечивающие проход холодильного агента в одном направлении через них, и при этом число по меньшей мере одной образующей проход потока перегородки составляет n-1, и по меньшей мере одну распределяющую поток перегородку, закрепленную в соответствующем коллекторе из первого коллектора и второго коллектора и расположенную на впуске одной группы из n групп так, что распределяющая поток перегородка расположена между трубами, принадлежащими к одной группе, причем каждая из по меньшей мере одной распределяющей поток перегородки снабжена по меньшей мере одним распределительным отверстием, обеспечивающим проход холодильного агента через нее.

[6] Распределяющая поток перегородка может быть закреплена так, что распределяющая поток перегородка расположена между трубами, принадлежащими к последней группе из n групп, расположенных в направлении потока холодильного агента, когда теплообменник функционирует как испаритель.

[7] Распределительное отверстие может быть отнесено от внутренней боковой поверхности соответствующего коллектора на стороне противоположной трубам соответствующего коллектора так, что поток холодильного агента вдоль внутренней боковой поверхности на противоположной стороне прерывается.

[8] Сечение каждого из по меньшей мере одного распределительного отверстия может иметь одну из следующих форм: многоугольника, круга и других отличающихся замкнутых фигур.

[9] По меньшей мере одно распределительное отверстие может включать в себя отверстие, выполненное в распределяющей поток перегородке, и отверстие, выполненное между распределяющей поток перегородкой и внутренней боковой поверхностью соответствующего коллектора при закреплении распределяющей поток перегородки в соответствующем коллекторе.

[10] Общая площадь сечения по меньшей мере одного распределительное отверстия может составлять от 1% до 40% площади сечения, ограниченного внутренней поверхностью соответствующего коллектора.

[11] Каждая из групп может иметь от 2 до 15 труб.

[12] Здесь n=4, причем число образующих по меньшей мере один проход потока перегородок может составлять 3, и трубы могут быть разделены на четыре группы.

[13] Один коллектор из первого коллектора и второго коллектора может быть снабжен впускной трубой и выпускной трубой, и распределяющая поток перегородка может быть закреплена в другом коллекторе из первого коллектора и второго коллектора.

[14] Холодильный агент может проходить вверх в первом коллекторе и втором коллекторе, когда теплообменник функционирует как испаритель, и холодильный агент может проходить вниз в первом коллекторе и втором коллекторе, когда теплообменник функционирует как конденсационный аппарат.

[15] Теплообменник может дополнительно включать в себя по меньшей мере одну увеличивающую скорость потока перегородку, закрепленную в соответствующем коллекторе из первого коллектора и второго коллектора, расположенную на впуске одной группы из n групп так, что увеличивающая скорость потока перегородка установлена между одной группой и другой группой, установленной сразу впереди одной группы в направлении потока холодильного агента, когда теплообменник функционирует как испаритель, причем каждая из по меньшей мере одной увеличивающей скорость потока перегородки снабжена по меньшей мере одним ускоряющим отверстием, обеспечивающим проход холодильного агента через нее.

[16] По меньшей мере одна увеличивающая скорость потока перегородка может быть установлена между последней группой из n групп, расположенных в направлении потока холодильного агента, и другой группой, расположенной сразу впереди последней группы, когда теплообменник функционирует как испаритель.

[17] Сечение каждого из по меньшей мере одного ускоряющего отверстия может иметь одну из следующих форм: многоугольника, круга и другой из отличающихся замкнутых фигур.

[18] Общая площадь сечения по меньшей мере одного ускоряющего отверстия может составлять от 5% до 70% площади сечения внутреннего пространства соответствующего коллектора.

[19] Общая площадь сечения по меньшей мере одного ускоряющего отверстия может быть больше общей площади сечения по меньшей мере одного распределительного отверстия.

[20] Согласно другому аспекту настоящего изобретения теплообменник включает в себя множество труб, расположенных горизонтально, теплообменное ребро, входящее в контакт с трубами, первый коллектор, расположенный вертикально для сообщения с одним концом каждой из труб, второй коллектор, расположенный вертикально для сообщения с другим концом каждой из труб, по меньшей мере одну образующую проход потока перегородку, закрепленную по меньшей мере в одном коллекторе из первого коллектора и второго коллектора и выполненную с возможностью образовывать проход потока холодильного агента с помощью прерывания потока холодильного агента по меньшей мере в одном коллекторе в продольном направлении и разделять трубы на n (n≥2, где n целое число) групп, где каждая из групп имеет трубы, соседние друг к другу и обеспечивающие проход холодильного агента в одном направлении через них, и число образующих по меньшей мере один проход потока перегородок составляет n-1, и по меньшей мере одна увеличивающая скорость потока перегородка, закрепленная в соответствующем коллекторе из первого коллектора и второго коллектора, расположена на впуске одной группы из n групп так, что увеличивающая скорость потока перегородка установлена между одной группой и другой группой установленной сразу впереди одной группы в направлении потока холодильного агента, когда теплообменник функционирует как испаритель, причем каждая из по меньшей мере одной увеличивающей скорость потока перегородки снабжена по меньшей мере одним ускоряющим отверстием, обеспечивающим проход холодильного агента через нее.

[21] По меньшей мере одна увеличивающая скорость потока перегородка может быть установлена между последней группой из n групп, расположенных в направлении потока холодильного агента, и другой группой, расположенной сразу впереди последней группы, когда теплообменник функционирует как испаритель.

[22] Сечение каждого из по меньшей мере одного ускоряющего отверстия может иметь форму одного из следующего: многоугольника, круга и другой из отличающихся замкнутых фигур.

[23] Общая площадь сечения по меньшей мере одного ускоряющего отверстия может составлять от 5% до 70% площади сечения внутреннего пространства соответствующего коллектора.

[24] Согласно другому аспекту настоящего изобретения теплообменник включает в себя множество труб, расположенных горизонтально, теплообменное ребро, входящее в контакт с трубами, первый коллектор, расположенный вертикально для сообщения с одним концом каждой из труб и снабженный впускной трубой и выпускной трубой, второй коллектор, расположенный вертикально для сообщения с другим концом каждой из труб, по меньшей мере одну образующую проход потока перегородку, закрепленную по меньшей мере в одном коллекторе из первого коллектора и второго коллектора и выполненную с возможностью образовывать проход потока холодильного агента с помощью прерывания потока холодильного агента по меньшей мере в одном коллекторе в продольном направлении и разделять трубы на множество групп, причем каждая из групп имеет трубы, соседние друг к другу и обеспечивающие проход холодильного агента в одном направлении через них, и по меньшей мере одну распределяющую поток перегородку, закрепленную во втором коллекторе так, что секция подачи второго коллектора для подачи холодильного агента в трубы, принадлежащие к одной из групп, установленных на самой верхней стороне, разделена на верхнюю секцию, сообщающуюся с одним участком труб, и нижнюю секцию, сообщающуюся с другим участком труб, причем каждая из по меньшей мере одной распределяющей поток перегородки снабжена по меньшей мере одним распределительным отверстием, обеспечивающим проход холодильного агента через него, при этом одна часть холодильного агента, направленная из нижней секции в верхнюю секцию, распределяется на один участок труб, сообщающийся с верхней секцией через по меньшей мере распределительное отверстие, и другая часть холодильного агента не может проходить через по меньшей мере одно распределительное отверстие и распределяется на другой участок труб, сообщающийся с нижней секцией.

[25] Теплообменник может дополнительно включать в себя увеличивающую скорость потока перегородку, закрепленную во втором коллекторе, подлежащую установке между секцией подачи и секцией ввода второго коллектора и снабженную по меньшей мере одним ускоряющим отверстием, обеспечивающим проход холодильного агента через нее, причем секция ввода установлена сразу под секцией подачи для приема холодильного агента из труб другой одной из групп, установленной сразу под группой, установленной на самой верхней стороне, при этом скорость потока холодильного агента, проходящего из секции ввода в секцию подачи через по меньшей мере одно ускоряющее отверстие, увеличивается с помощью подпорного давления в секции ввода.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[26] Теплообменник, относящийся к типу с параллельным потоком, с вертикальными коллекторами согласно варианту осуществления настоящего изобретения может обеспечивать сбалансированное распределение холодильного агента, проходящего из коллекторов в трубы, даже когда теплообменник функционирует как испаритель расположенного на открытом воздухе блока. При этом снижение показателей теплообмена может не возникать.

[27] Поэтому когда теплообменник, относящийся к типу с параллельным потоком, с вертикальными коллекторами применяетcя в расположенном на открытом воздухе блоке системы нагрева и охлаждения по типу теплового насоса, он может демонстрировать неизменные показатели работы как в охлаждении, так и в нагреве.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[28] Данные и/или другие аспекты изобретения должны стать лучше ясны и понятны из следующего описания вариантов осуществления с прилагаемыми чертежами, на которых показано следующее.

[29] На фиг. 1 показан внешний вид теплообменника согласно являющемуся примером варианту осуществления настоящего изобретения.

[30] На фиг. 2 показан вид разобранного на части второго коллектора теплообменника, показанного на фиг. 1.

[31] На фиг. 3 показан вид разобранного на части первого коллектора теплообменника, показанного на фиг. 1.

[32] На фиг. 4 показан вид спереди теплообменника фиг. 1.

[33] На фиг. 5 показаны основные части теплообменника фиг. 1.

[34] На фиг. 6 показано сечение по линии I-I фиг. 1.

[35] На фиг. 7 - 11 показаны сечения направляющих перегородок распределения потока согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения.

[36] На фиг. 12 показано сечение увеличивающей скорость потока направляющей перегородки теплообменника фиг. 1.

[37] На фиг. 13 показано сечение коллектора и направляющей перегородки распределения потока согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

[38] На фиг. 14 показан весь поток холодильного агента в отопительно-охладительной системе согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

[39] На фиг. 15 показан поток холодильного агента, когда теплообменник фиг. 1 функционирует как конденсационный аппарат.

[40] На фиг. 16 показан поток холодильного агента, когда теплообменник фиг. 1 функционирует как испаритель.

РЕЖИМ ДЛЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[41] Ниже подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения, примеры которых показаны на прилагаемых чертежах, при этом ссылочные позиции для аналогичных элементов являются одинаковыми по всему описанию.

[42] На фиг. 1 показан внешний вид теплообменника согласно являющемуся примером варианту осуществления настоящего изобретения, на фиг. 2 показан вид разобранного на части второго коллектора теплообменника фиг. 1, и на фиг. 3 показан вид разобранного на части первого коллектора теплообменника фиг. 1.

[43] Показанный на фиг. 1-3 теплообменник 10 является теплообменником, относящимся к типу с параллельным потоком и вертикальным коллектором. Теплообменник 10 включает в себя множество труб 60 с холодильным агентом, проходящим по ним, расположенных горизонтально для теплообмена с наружным воздухом, пару коллекторов 20 и 30, расположенных вертикально для направления холодильного агента в трубы 60 и сообщения с трубами 60, и теплообменное ребро 50 для контакта с трубами 60.

[44] Трубы 60 могут быть выполнены из алюминия, имеют плоскую форму и снабжены внутри микроканалами 61, обеспечивающими сквозной проход холодильного агента. Трубы 60 расположены горизонтально и отнесены на некоторое расстояние друг от друга.

[45] Теплообменное ребро 50 может принимать различные формы, которые увеличивают площадь теплопередачи и содействуют дренажу конденсированной воды, и может быть выполнено из алюминия. Теплообменное ребро 50 можно располагать между трубами 60 и соединять с трубами 60 пайкой высокотемпературным припоем.

[46] Коллекторы 20 и 30 могут быть расположены вертикально и отнесены на заданное расстояние друг от друга, при этом трубы 60 располагают между ними. Ниже в данном документе, для упрощения иллюстраций, коллектор 20, расположенный на правой стороне труб 60, как показано на фиг. 1, называют первым коллектором 20, и коллектор 30, расположенный на левой стороне труб 60, называют вторым коллектором 30.

[47] Первый коллектор 20 и второй коллектор 30 могут иметь приблизительно цилиндрическую форму с внутренним пространством. Соответственно, сечения первого коллектор 20 и второго коллектора 30 являются приблизительно круглыми. Вместе с тем, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены указанным. Сечения могут иметь приблизительно "D"-образную форму или другие формы.

[48] Первый коллектор 20 и второй коллектор 30 можно соответственно выполнить, соединяя цилиндрические корпусы 21 и 31 с внутренними пространствами 22 и 32 и противоположными концами, открытыми к верхним крышкам 25 и 35 и нижним крышкам 26 и 36, закрывающим открытые противоположные концы корпусов 21 и 31. Корпусы 21 и 31, верхние крышки 25 и 35 и нижние крышки 26 и 36 могут все быть выполнены из алюминия и соединены пайкой высокотемпературным припоем.

[49] Отверстия 23 и 33 под трубы, обеспечивающие вставление в них труб 60, выполнены с одной боковой стороны каждого из корпусов 21 и 31. Противоположные концы каждой из труб 60 могут вставляться в отверстия 23 и 33 под трубы и соединяться с ними пайкой высокотемпературным припоем. При этом микроканалы 61 труб 60 могут сообщаться с внутренним пространством 22 и 32 первого коллектора 20 и второго коллектора 30, и холодильный агент может проходить между коллекторами 20 и 30 и трубами 60.

[50] Другие боковые стороны корпуса 21 и 31 снабжены отверстиями 24 и 34 под направляющие перегородки, обеспечивающими вставление в них направляющих перегородок 70, 80, 90 и 100. Образующие проход потока направляющие перегородки 70 могут вставляться в отверстия 24 под направляющие перегородки первого коллектора 20. Образующая проход потока направляющая перегородка 70, увеличивающая скорость потока направляющая перегородка 100 и распределяющие поток направляющие перегородки 80 и 90 могут вставляться в отверстия 34 под направляющие перегородки второго коллектора 30.

[51] Конфигурации и функции образующей проход потока направляющей перегородки 70, увеличивающей скорость потока направляющей перегородки 100 и распределяющих поток направляющих перегородок 80 и 90 описаны подробно ниже. Направляющие перегородки 70, 80, 90 и 100 могут вставляться в отверстия 24 под направляющие перегородки первого коллектора 20 или второго коллектора 30 в направление внутрь от наружной поверхности теплообменника 10.

[52] Направляющие перегородки 70, 80, 90 и 100 можно все выполнять из алюминия и соединять с отверстиями 24 под направляющие перегородки пайкой высокотемпературным припоем после вставления в отверстия 24 под направляющие перегородки.

[53] При этом первый коллектор 20 может быть снабжен впускной трубой 27 и выпускной трубой 28, через которые холодильный агент приходит в первый коллектор 20 и выходит из него. Впускная труба 27 может быть оборудована в нижней части первого коллектора 20, и выпускная труба 28 может быть оборудована в верхней части первого коллектора 20.

[54] Когда теплообменник 10 функционирует как испаритель расположенного на открытом воздухе блока в данном варианте осуществления, холодильный агент в жидком состоянии или газообразном состоянии может вводиться через впускную трубу 27. Введенный холодильный агент может превращаться в пар после поглощения тепла из наружного воздуха при прохождении через трубы 60. Затем хладагент может выводиться через выпускную трубу 28 в газообразном состоянии.

[55] Когда теплообменник 10 функционирует как конденсационный аппарат расположенного на открытом воздухе блока в данном варианте осуществления, холодильный агент в газообразном состоянии может вводиться через выпускную трубу 28. Введенный холодильный агент может отдавать тепло в наружный воздух при проходе через трубы 60. Затем холодильный агент может конденсироватьcя в жидкое состояние и выводиться через впускную трубу 27.

[56] Теплообменник 10, который может функционировать как испаритель и конденсационный аппарат расположенного на открытом воздухе блока с вертикальными коллекторами 20 и 30, как описано выше, является теплообменником, относящимся к типу с параллельным потоком. В частности, когда теплообменник 10 функционирует как испаритель расположенного на открытом воздухе блока, распределяющие поток направляющие перегородки 80 и 90 и увеличивающая скорость потока направляющая перегородка 100, оборудованные во втором коллекторе 30, могут обеспечивать равномерное распределение холодильного агента, при этом улучшая кпд теплообмена.

[57] Ниже в данном документе приведено подробное описание конфигураций и функций образующей проход потока направляющей перегородки 70, распределяющих поток направляющих перегородок 80 и 90 и увеличивающей скорость потока направляющей перегородки 100.

[58] На фиг. 4 показан вид спереди теплообменника фиг. 1, на фиг. 5 показаны основные части теплообменника фиг. 1, и на фиг. 6 показано сечение по линии I-I фиг. 1. На фиг. 7-11 показаны сечения распределяющих поток направляющих перегородок согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 12 показано сечение увеличивающей скорость потока направляющей перегородки теплообменника фиг. 1. На фиг. 13 показано сечение коллектора и распределяющей поток направляющей перегородки согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

[59] Стрелками на фиг. 4 и 5 указан поток холодильного агента, когда теплообменник 10 функционирует как испаритель расположенного на открытом воздухе блока.

[60] На фиг. 4-6 показаны две образующие проход потока направляющие перегородки 70, закрепленные в первом коллекторе 20, и одна образующая проход потока направляющая перегородка 70, закрепленная во втором коллекторе 30. Таким образом, теплообменник 10 снабжен тремя образующими проход потока направляющими перегородками 70, которые установлены на разных вертикальных отметках.

[61] Три образующие проход потока направляющие перегородки 70 прерывают поток холодильного агента в коллекторах 20 и 30 в продольном направлении коллекторов 20 и 30. Соответственно, холодильный агент, введенный в первый коллектор 20 через впускную трубу 27, оборудованную в нижней части первого коллектора 20, поднимается зигзагообразно, постоянно проходя через первый коллектор 20, трубы 60 и второй коллектор 30, как указано стрелками на фиг. 4.

[62] Таким образом, образующие проход потока направляющие перегородки 70 образуют проход потока холодильного агента. На данном этапе трубы 60 классифицированы в множество групп A, B, C и D. Трубы, классифицированные в одну группу, прилегают друг к другу и обеспечивают сквозной проход холодильного агента в одном направлении.

[63] В данном варианте осуществления трубы 60 разделены на трубы одной группы (ниже в данном документе группа A), расположенные смежно друг с другом на самой нижней позиции и обеспечивающие прохождение холодильного агента из первого коллектора 20 во второй коллектор 30 через них, трубы другой группы (ниже в данном документе, группа B), расположенные смежно друг с другом на трубах группы A и обеспечивающие прохождение холодильного агента из второго коллектора 30 в первый коллектор 20 через них, трубы другой группы (ниже в данном документе, группа C), расположенные смежно друг с другом на трубах группы B и обеспечивающие прохождение холодильного агента из первого коллектора 20 во второй коллектор 30 через них, и трубы другой группы (ниже в данном документе, группа D), расположенные смежно друг с другом на трубах группы C и обеспечивающие прохождение холодильного агента из второго коллектора 30 в первый коллектор 20 через них. В данном документе каждая из групп может включать в себя 2-15 труб.

[64] Как описано выше, теплообменник 10 данного варианта осуществления снабжен тремя образующими проход потока направляющими перегородками 70, и трубы 60 разделены на четыре группы тремя образующими проход потока направляющими перегородками 70.

[65] В данном документе первый коллектор 20 пары коллекторов 20 и 30 снабжен как впускной трубой 27, так и выпускной трубой 28. В данном контексте, когда число образующих проход потока направляющих перегородок 70 составляет n-1, где n число групп труб, где n является целым числом больше 2.

[66] Варианты осуществления настоящего изобретения ограничены в отношении числа образующих проход потока направляющих перегородок 70 и числа групп труб. В зависимости от технических требований число образующих проход потока направляющих перегородок 70 может быть больше или меньше 3, и число групп труб может также быть больше или меньше числа, показанного на фиг. 4.

[67] Вкратце, теплообменник согласно варианту осуществления настоящего изобретения может иметь n-1 образующих проход потока направляющих перегородок, которые делят трубы 60 на n (n≥2, где n целое число) групп, каждая из которых имеет трубы, прилегающие друг к другу и обеспечивающие проход холодильного агента в одном направлении.

[68] При этом распределяющие поток направляющие перегородки 80 и 90 оборудованы для обеспечения равномерного распределения холодильного агента в коллекторе 30 по трубам 60. В данном варианте осуществления две распределяющие поток направляющие перегородки 80 и 90 установлены в верхней части второго коллектора 30.

[69] Число распределяющих поток направляющих перегородок не ограничено. В зависимости от различные факторов, например числа и длины труб 60 и давления холодильного агента, можно оборудовать одну распределяющую поток направляющую перегородку или три, или больше направляющих перегородок.

[70] Две распределяющие поток направляющие перегородки 80 и 90 данного варианта осуществления, по существу, имеют одинаковую форму и функцию, и поэтому ниже описана только распределяющая поток направляющая перегородка 80, расположенная нижней из двух распределяющих поток направляющих перегородок 80 и 90.

[71] Форма распределяющей поток направляющей перегородки 80 должна быть рассмотрена первой. Как показано на фиг. 6, распределяющая поток направляющая перегородка 80 может включать в себя прерывающую стенку 89, расположенную перпендикулярно продольному направлению коллектора для прерывания потока холодильного агента в коллекторе в продольном направлении коллектора, распределительное отверстие 81, выполненное в прерывающей стенке 89 для обеспечения прохода холодильного агента в коллекторе в продольном направлении коллектора, и стопор 88, выступающий от противоположных сторон прерывающей стенки 89 для ограничения глубины вставления распределяющей поток направляющей перегородки 80.

[72] Прерывающая стенка 89 может находиться в контакте с внутренней боковой поверхностью коллектора для прерывания потока холодильного агента, и таким образом холодильному агенту, направленному на распределяющую поток направляющую перегородку 80, можно обеспечить проход через распределяющую поток направляющую перегородку 80 только с прохождением через распределительное отверстие 81.

[73] В частности, распределительное отверстие 81 требует отнесения на заданное расстояние G от внутренней боковой поверхности 37 на стороне, противоположной стороне, обращенной к трубам в коллекторе, при этом поток жидкого холодильного агента вдоль внутренней боковой поверхности 37 на стороне, противоположной стороне, обращенной к трубам, прерывается.

[74] Распределительное отверстие 81 может быть выполнено любой формы. В дополнение, число распределительных отверстий не ограничено. Распределительное отверстие, показанное на фиг. 6, имеет прямоугольное сечение. Однако варианты осуществления настоящего изобретения этим не ограничены. Например, распределяющая поток направляющая перегородка 82 может иметь распределительное отверстие 82a с круглым сечением, как показано на фиг. 7. Альтернативно, распределяющая поток направляющая перегородка 83 может иметь распределительное отверстие 83a, в сечении которого образовано несколько щелей, как показано на фиг. 8. Альтернативно, распределяющая поток направляющая перегородка 84 может иметь распределительное отверстие 84a с сечением в форме замкнутой фигуры, отличающейся от круга и прямоугольника, как показано на фиг. 9. Альтернативно, распределяющая поток направляющая перегородка 85 может иметь ячеистое распределительное отверстие 85a, как показано на фиг. 10.

[75] Распределительное отверстие распределяющей поток направляющей перегородки 82 включает в себя не только отверстие, выполненное в распределяющей поток направляющей перегородке 82, но также отверстие, образованное между распределяющей поток направляющей перегородкой 82 и коллектором при закреплении распределяющей поток направляющей перегородки 82 в коллекторе.

[76] То есть, отверстие 86a, образованное между одной поверхностью 86b распределяющей поток направляющей перегородки 82 и внутренней боковой поверхностью 38 коллектора 31 при закреплении распределяющей поток направляющей перегородки 86 в коллекторе 31, также создается как распределительное отверстие 86a распределяющей поток направляющей перегородки 86, как показано на фиг. 11.

[77] При этом распределяющая поток направляющая перегородка 80 является применимой не только в коллекторе, имеющем круглое сечение, но также в коллекторе, имеющем сечение с формой, отличающейся от круга.

[78] То есть, даже в варианте, где сечение коллектора 39 выполнено приблизительно "D"-образным, как показано на фиг. 13, распределяющая поток направляющая перегородка 87 с распределительным отверстием 87a может быть закреплена в коллекторе 39.

[79] Сумма площади сечения распределительного отверстия 81 в распределяющей поток направляющей перегородке 80 может составлять от 1 до 40% площади сечения внутреннего пространства коллектора.

[80] Положение закрепления и функция распределяющей поток направляющей перегородки 80 описаны ниже в данном документе со ссылкой на фиг. 5.

[81] Для простоты иллюстрации участок внутреннего пространства второго коллектора 30, который подает холодильный агент в трубы группы D, определен как секция 40 подачи. При этом нижний конец секции 40 подачи во втором коллекторе ограничен увеличивающей скорость потока направляющей перегородкой 100 и ее верхний конец ограничен верхней крышкой 35.

[82] В секции 40 подачи холодильный агент в общем быстро проходит вверх. В частности, жидкий холодильный агент быстро поднимается вдоль внутренней боковой поверхности второго коллектора 30, обращенной к трубам 60. Соответственно, холодильный агент неравномерно распределен по трубам группы D в секции 40 подачи. То есть, холодильный агент большей частью распределен по некоторым из труб группы D, которые установлены на верхней стороне, и малая часть холодильного агента распределена по другим трубам группы D, установленным на нижней стороне.

[83] Распределяющая поток направляющая перегородка 80 согласно одному варианту осуществления установлена в секции 40 подачи для обеспечения равномерного распределения холодильного агента секции 40 подачи по всем трубам группы D.

[84] Конкретно, распределяющая поток направляющая перегородка 80 закреплена во втором коллекторе 30 так, что расположена между трубами группы D. В данном документе позиционирование распределяющей поток направляющей перегородки 80 между трубами группы D означает, что по меньшей мере одна из труб группы D установлена над распределяющей поток направляющей перегородкой 80, и по меньшей мере одна из труб группы D установлена под распределяющей поток направляющей перегородкой 80.

[85] Секция 40 подачи разделена на два пространства распределяющей поток направляющей перегородкой 80. Для простоты иллюстрации одно из двух пространств, установленное над распределяющей поток направляющей перегородкой 80, определено как верхняя секция 41, и другое пространство, установленное под распределяющей поток направляющей перегородкой 80, определено как нижняя секция 42.

[86] Поток холодильного агента направлен вверх в секции 40 подачи, и таким образом холодильный агент проходит из нижней секции 42 в верхнюю секцию 41. На данном этапе холодильный агент, проходящий из нижней секции 42 в верхнюю секцию 41, прерывается распределяющей поток направляющей перегородкой 80, поскольку распределяющая поток направляющая перегородка 80 установлена между нижней секцией 42 и верхней секцией 41. При этом только часть холодильного агента проходит в верхнюю секцию 41 через распределительное отверстие 81, другая часть холодильного агента не может пройти через распределительное отверстие 81 и вынуждена проходить горизонтально в трубы, связанные с нижней секцией 42.

[87] В частности, жидкому холодильному агенту, быстро поднимающемуся вдоль внутренней боковой поверхности коллектора, обращенной к трубам, оказывает сопротивление распределяющая поток направляющая перегородка 80, смешивание холодильного агента может проходить в нижней секции 42.

[88] Через посредство описанной выше конструктивной конфигурации распределяющая поток направляющая перегородка 80 может улучшать распределение холодильного агента в трубах 60 в коллекторе 30.

[89] Хотя распределяющая поток направляющая перегородка 80 данного варианта осуществления показана как установленная в верхней части второго коллектора, сообщающегося с трубами группы D, варианты осуществления настоящего изобретения этим не ограничены. Распределяющая поток направляющая перегородка может быть установлена в любом участке второго коллектора, где быстрый поток обуславливает неравномерное распределение холодильного агента, согласно техническим характеристикам холодильного агента теплообменника.

[90] При этом оборудована увеличивающая скорость потока направляющая перегородка 100 для увеличения скорости потока холодильного агента в коллекторе 30 для улучшения распределения холодильного агента. В данном варианте осуществления одна увеличивающая скорость потока направляющая перегородка 100 закреплена в средней части второго коллектора 30.

[91] Число увеличивающих скорость потока направляющих перегородок 100 этим не ограничено. В зависимости от технических характеристик теплообменника можно оборудовать две или больше увеличивающих скорость потока направляющих перегородки. Если нет необходимости, их можно не оборудовать.

[92] В отношении конфигурации увеличивающей скорость потока направляющей перегородки 100, увеличивающая скорость потока направляющая перегородка 100 имеет по меньшей мере одно ускоряющее отверстие 101, обеспечивающее холодильному агенту проход через нее, как показано на фиг. 12. Увеличивающая скорость потока направляющая перегородка 100 имеет форму, почти одинаковую с распределяющей поток направляющей перегородкой 80.

[93] Сумма площади сечения по меньшей мере одного ускоряющего отверстия 101 в увеличивающей скорость потока направляющей перегородке 100 может составлять от 5% до 70% площади сечения внутреннего пространства коллектора. Соответственно, сумма площади сечения по меньшей мере одного ускоряющего отверстия 101 в увеличивающей скорость потока направляющей перегородке 100 в общем больше суммарной площади сечения по меньшей мере одного распределительного отверстия 81 в распределяющей поток направляющей перегородке 80.

[94] Форма ускоряющего отверстия 101 в увеличивающей скорость потока направляющей перегородке 100 ничем не ограничена. В отличие от распределительного отверстия 81 в распределяющей поток направляющей перегородке 80 ускоряющее отверстие 101 в увеличивающей скорость потока направляющей перегородке 100 не обязательно отнесено от внутренней боковой поверхности коллектора, обращенной к трубам.

[95] Ниже в данном документе описано положение закрепления и функция увеличивающей скорость потока направляющей перегородки 100 со ссылкой на фиг. 5.

[96] Для простоты иллюстрации участок внутреннего пространства второго коллектора 30, установленный под секцией 40 подачи для приема холодильного агента из труб группы C, должен быть определен как секции 43 ввода.

[97] Увеличивающая скорость потока направляющая перегородка 100 закреплена во втором коллекторе 30 так, что установлена между секцией 40 подачи и секцией 43 ввода. То есть, увеличивающая скорость потока направляющая перегородка 100 закреплена во втором коллекторе 30 так, что она расположена между трубами группы D и трубами группы C.

[98] В секции 43 ввода обеспечен проход холодильного агента вверх в секцию 40 с помощью холодильного агента введенного из труб группы C. На данном этапе холодильный агент, проходящий из секции 43 ввода в секцию 40 подачи, прерывается, поскольку увеличивающая скорость потока направляющая перегородка 100 установлена между секцией 40 подачи и секцией 43 ввода. При этом давление холодильного агента в секции 43 ввода увеличивается.

[99] Соответственно, скорость потока холодильного агента, проходящего из секции 43 ввода в секцию 40 подачи, увеличивается, когда холодильный агент проходит через ускоряющее отверстие 101 в увеличивающей скорость потока направляющей перегородке 100.

[100] При этом в варианте, где холодильный агент проходит в коллекторе 30 с малой скоростью и, значит, имеется его недостаточная подача в верхний конец коллектора 30 и концентрация на нижнем участке коллектора, скорость потока можно увеличить, установив увеличивающую скорость потока направляющую перегородку. В варианте, где достаточный объем холодильного агента подается на верхний конец, увеличивающая скорость потока направляющая перегородка может не требоваться.

[101] На фиг. 14 показан весь поток холодильного агента в отопительно-охладительной системе согласно варианту осуществления настоящего изобретения, на фиг. 15 показан поток холодильного агента, когда теплообменник фиг. 1 функционирует как конденсационный аппарат, и на фиг. 16 показан поток холодильного агента, когда теплообменник фиг. 1 функционирует как испаритель.

[102] Ниже в данном документе описана работа отопительно-охладительной системы с теплообменником согласно варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 14-1.

[103] Являющаяся тепловым насосом двустороннего действия отопительно-охладительная система может включать в себя расположенный на открытом воздухе блок 1 и расположенный в помещении блок 2. Расположенный на открытом воздухе блок 1 может включать в себя первый теплообменник 10 согласно одному варианту осуществления, компрессор 3 для сжатия холодильного агента и блок 4 расширения для расширения холодильного агента и переключающий клапан 5 для переключения пути потока холодильного агента, и расположенный в помещении блок 5 может включать в себя второй теплообменник 5.

[104] В режиме охлаждения холодильный агент проходит последовательно через компрессор 3, первый теплообменник 10, блок 4 расширения и второй теплообменник 5 вдоль сплошных стрелок. Соответственно, первый теплообменник 10 функционирует как конденсационный аппарат и второй теплообменник 5 функционирует как испаритель.

[105] Как показано на фиг. 15, в режиме охлаждения газообразный холодильный агент, превращенный в холодильный агент с высокой температурой и под высоким давлением сжатием в компрессоре 3, вводится в выпускную трубу 28 первого теплообменника 10. Введенный холодильный агент конденсируется, отдавая тепло в наружный воздух при прохождении вниз по зигзагообразному пути. Конденсированный холодильный агент выпускается через впускную трубу 27.

[106] В режиме нагрева холодильный агент проходит последовательно через компрессор 3, второй теплообменник 5, блок 4 расширения и первый теплообменник 10 вдоль пунктирных стрелок. Соответственно, первый теплообменник 10 функционирует как испаритель и второй теплообменник 5 функционирует как конденсационный аппарат.

[107] Как показано на фиг. 16, в режиме нагрева жидкость или газообразный холодильный агент, преобразованный в холодильный агент с низкой температурой и под низким давлением при расширении в блоке 4 расширения, вводится во впускную трубу 27 первого теплообменника 10. Введенный холодильный агент превращается в пар благодаря поглощению тепла, когда проходит вверх по зигзагообразному пути. Превращенный в пар холодильный агент выпускается через выпускную трубу 28.

[108] Когда первый теплообменник 10, относящийся к типу с параллельным потоком, имеющий вертикальные коллекторы, функционирует как испаритель, распределение холодильного агента может стать несбалансированным вследствие физических свойств жидкого холодильного агента и земной гравитации.

[109] В частности, скорость потока холодильного агента, поднимающегося вверх во втором коллекторе 30, может быть высокой, и таким образом, холодильный агент может проявлять тенденцию к концентрации на верхнем конце второго коллектора 30. Для предотвращения данного несбалансированного потока по меньшей мере одна распределяющая поток направляющая перегородка 80, 90 может быть закреплена во втором коллекторе 30 первого теплообменника 10.

[110] В дополнение, скорость потока холодильного агента, поднимающегося вверх во втором коллекторе 30, может быть низкой, и таким образом подача холодильного агента может быть недостаточной на верхнем конце второго коллектора 30. Для предотвращения данного несбалансированного прохождения потока, по меньшей мере одна увеличивающая скорость потока направляющая перегородка 100 может быть закреплена во втором коллекторе 30 первого теплообменника 10.

[111] При этом даже когда первый теплообменник 10 функционирует как испаритель расположенного на открытом воздухе блока, холодильный агент распределяется равномерно. Проблему несбалансированной работы теплонасосной отопительно-охладительной системы в режиме охлаждения и режиме нагрева можно разрешить.

В данном документе раскрыт теплообменник, включающий в себя множество труб, расположенных горизонтально, пару вертикальных коллекторов и по меньшей мере одну распределяющую поток направляющую перегородку, закрепленную в одном коллекторе на впуске одной группы из групп коллекторов так, что распределяющая поток направляющая перегородка установлена между трубами одной группы, причем каждая из по меньшей мере одной распределяющей поток направляющей перегородки снабжена по меньшей мере одним распределительным отверстием, обеспечивающим проход холодильного агента через нее. Теплообменник предотвращает несбалансированное распределение холодильного агента, когда функционирует как испаритель расположенного на открытом воздухе блока. 7 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Теплообменник, содержащий:

множество труб, расположенных горизонтально;

теплообменное ребро для контактирования с трубами;

первый коллектор, расположенный вертикально для сообщения с одним концом каждой из труб;

второй коллектор, расположенный вертикально для сообщения с другим концом каждой из труб;

по меньшей мере одну образующую проход потока перегородку, установленную в по меньшей мере одном коллекторе из первого коллектора и второго коллектора и выполненную с возможностью образования прохода потока холодильного агента с помощью прерывания потока холодильного агента в по меньшей мере одном коллекторе в продольном направлении и разделения трубы на n (n≥2, где n целое число) групп, причем каждая из групп имеет трубы, соседние друг к другу и обеспечивающие проход холодильного агента в одном направлении через них, и число упомянутой по меньшей одной образующей проход потока перегородки составляет n-1;

по меньшей мере одну распределяющую поток перегородку, установленную в по меньшей мере одном коллекторе из первого коллектора и второго коллектора так, что распределяющая поток перегородка установлена между трубами, принадлежащими к одной группе, причем каждая из по меньшей мере одной распределяющей поток перегородки снабжена по меньшей мере одним распределительным отверстием, обеспечивающим проход холодильного агента через него, и

по меньшей мере одну увеличивающую скорость потока перегородку, установленную в по меньшей мере одном коллекторе из первого коллектора и второго коллектора сразу перед одной из n групп, в которой холодильный агент движется в одном параллельном направлении, и сразу после соседней группы, в которой холодильный агент движется в противоположном направлении, причем каждая из по меньшей мере одной увеличивающей скорость потока перегородки снабжена по меньшей мере одним увеличивающим скорость отверстием.

2. Теплообменник по п. 1, в котором распределяющая поток перегородка установлена так, что распределяющая поток перегородка установлена между трубами, принадлежащими к последней группе из n групп, расположенных в направлении потока холодильного агента, когда теплообменник функционирует как испаритель.

3. Теплообменник по п. 1, в котором распределительное отверстие разнесено от внутренней боковой поверхности соответствующего коллектора на стороне, противоположной трубам соответствующего коллектора так, что поток холодильного агента вдоль внутренней боковой поверхности на противоположной стороне прерывается.

4. Теплообменник по п. 1, в котором сечение каждого из по меньшей мере одного распределительного отверстия имеет одну из следующих форм: многоугольника, круга и других отличающихся замкнутых фигур.

5. Теплообменник по п. 1, в котором по меньшей мере одно распределительное отверстие представляет собой отверстие, выполненное в распределяющей поток перегородке.

6. Теплообменник по п. 1, в котором:

один коллектор из первого коллектора и второго коллектора снабжен впускной трубой и выпускной трубой; и

распределяющая поток перегородка установлена в другом коллекторе из первого коллектора и второго коллектора.

7. Теплообменник по п. 1, в котором по меньшей мере одна увеличивающая скорость потока перегородка установлена между последней группой из n групп, расположенных в направлении потока холодильного агента, и другой группой, расположенной сразу впереди последней группы, когда теплообменник функционирует как испаритель.

8. Теплообменник по п. 1, в котором сечение каждого из по меньшей мере одного ускоряющего отверстия имеет одну из следующих форм: многоугольника, круга и других отличающихся замкнутых фигур.