一种蒸发器与环路热管可切换的换热单元

摘要

本发明涉及一种蒸发器与环路热管可切换的换热单元，包括主换热器、预冷换热器和再热换热器，所述预冷换热器、主换热器和再热换热器的换热流体通道依次串联，所述预冷换热器、主换热器和再热换热器的制冷剂换热通道通过制冷剂连接管联通，并通过制冷剂管路切换形成独立蒸发器模式或蒸发器加环路热管组合模式。与现有技术相比，本发明可以通过四个三通阀来实现不同情况下独立蒸发器模式及蒸发器加环路热管组合模式的转换，从而减少系统不必要的能量损失。

说明书

技术领域

本发明涉及一种换热单元，具体涉及一种蒸发器与环路热管可切换的换热单元。

背景技术

热管是一种新型的传热元件，主要原理是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程(即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热)，使热量快速传导，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。环路热管是一种高效的相变传热装置，它由蒸发器、冷凝器组成，通过气液传输管路连接成回路，利用工质的蒸发和冷凝来传递热量，能够在小温差，长距离的情况下传递大量的热量。环路热管目前已成为航空热控制系统的首选传热元件，在地面电子设备的冷却系统中也正发挥着越来越重要的作用。

在蒸汽压缩制冷装置中，蒸发器利用制冷剂低压蒸发，形成低温，实现对换热流体降温。蒸发器面积越大，制冷系统的蒸发压力越高，制冷循环的效率越高。当使用蒸发器对空气进行热湿处理时，不仅可以实现空气降温，当蒸发器表面温度低于露点温度时还可以使空气中的水分凝结，实现除湿功能，且蒸发温度越低，凝水效果越显著。

在实际应用过程中，某些情况下需要将所有换热面积都作为蒸发器，尽可能提高蒸发温度，提高循环效率；在除湿再热的条件下，又需要利用低蒸发温度增加凝水效率，通过再热实现热回收。例如，在热泵干衣机的热泵循环中，为了使除湿效果更好，蒸发温度一般较低，而且空气先经过降温除湿然再进行加热，带来不必要的能量损失。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以在独立蒸发器和蒸发器加环路热管组合之间相互转换的换热单元。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种蒸发器与环路热管可切换的换热单元，该换热单元包括主换热器、预冷换热器和再热换热器，所述预冷换热器、主换热器和再热换热器的换热流体通道依次串联，所述预冷换热器、主换热器和再热换热器的制冷剂换热通道通过制冷剂连接管联通，并通过制冷剂管路切换形成独立蒸发器模式或蒸发器加环路热管组合模式。

优选的，所述的换热流体通道的进口设置在预冷换热器上，换热流体通道的出口设置在再热换热器上。

所述的换热流体通道中流动的流体为空气，通过风机将空气从换热流体通道的进口输送至换热流体通道的出口。

所述制冷剂换热通道连接顺序如下：一号三通阀的三号口与主换热器的制冷剂通道的a端连接；一号三通阀的二号口分别与预冷换热器的制冷剂通道的a端及三号三通阀的三号口连接；预冷换热器的制冷剂通道的b端与二号三通阀的一号口连接，所述二号三通阀的二号口与主换热器的制冷剂通道的a端连接，所述主换热器的制冷剂通道的b端分别与三号三通阀的一号口及四号三通阀的三号口连接，所述三号三通阀的二号口与再热换热器的制冷剂通道的a端连接，所述再热换热器的制冷剂通道的b端分别与二号三通阀的三号口及四号三通阀的一号进口连接。

所述再热换热器的制冷剂通道的b端与二号三通阀的三号口的连接管路上设有制冷剂泵。

独立蒸发器模式下，所述一号三通阀的三号口、二号三通阀的三号口、三号三通阀的三号口及四号三通阀的三号口关闭。

蒸发器加环路热管组合模式下，所述一号三通阀的二号口、二号三通阀的二号口、三号三通阀的一号口及四号三通阀的一号口关闭。

所述制冷剂换热通道的进口与一号三通阀一号口连接，制冷剂换热通道的出口与四号三通阀的二号口连接，此种连接方式下，制冷剂换热通道中的流体流动与换热流体通道中的空气流动呈顺流。

所述制冷剂换热通道的进口与四号三通阀的二号口连接，制冷剂换热通道的出口与一号三通阀一号口连接。此种连接方式下，制冷剂换热通道中的流体流动与换热流体通道中的空气流动呈逆流。

所述预冷换热器、主换热器和再热换热器的类型包括翅片管换热器，微通道换热器，板式换热器，管壳式换热器，降膜式换热器，套管式换热器。

该换热单元有以下两种工作模式：

1.独立蒸发器模式：换热单元进口，预冷换热器、主换热器和再热换热器的制冷剂通道，换热单元出口通过连接管和三通阀顺序连接在一起，组成独立蒸发器。换热流体依次经过预冷换热器、主换热器和再热换热器。

2.蒸发器加环路热管组合模式：主换热器单独作为蒸发器，其制冷剂通道通过连接管和三通阀与换热单元的进出口相连；预冷换热器、再热换热器和制冷剂泵通过连接管和三通阀直接相连组成环路热管，制冷剂在预冷换热器内蒸发进入再热换热器，在再热换热器中冷凝为液态，通过制冷剂泵将液态制冷剂再输送到预冷换热器。换热流体依次经过预冷换热器、主换热器和再热换热器。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

通过制冷剂管路切换来实现独立蒸发器和蒸发器加环路热管两种模式的转换。其中，独立蒸发器模式的作用在于可以将所有换热面积都作为蒸发器，尽可能提高蒸发温度，提高循环效率；蒸发器加环路热管组合模式的作用在于在除湿再热的条件下，利用低蒸发温度增加凝水效率，通过环路热管组合实现蒸发器前后的预冷和再热，从而减少系统不必要的能量损失。

附图说明

图1为实施例1的连接示意图；

图2为实施例1中独立蒸发器模式的原理示意图；

图3为实施例1中蒸发器加环路热管组合模式的原理示意图；

图4为实施例2的连接示意图。

其中，1为预冷换热器，11为预冷换热器的制冷剂通道的a端；12为预冷换热器的制冷剂通道的b端；2为主换热器，21为主换热器的制冷剂通道的a端，22为主换热器的制冷剂通道的b端，3为再热换热器，31为再热热器的制冷剂通道的a端，32为再热换热器的制冷剂通道的b端，4为一号三通阀，41为一号三通阀的一号口，42为一号三通阀的二号口，43为一号三通阀的三号口，5为二号三通阀，51为二号三通阀的一号口，52为二号三通阀的二号口，53为二号三通阀的三号口，6为三号三通阀，61为三号三通阀的一号口，62为三号三通阀的二号口，63为三号三通阀的三号口，7为四号三通阀，71为四号三通阀的一号口，72为四号三通阀的二号口，73为四号三通阀的三号口，8为换热流体通道，81为风机，9为制冷剂泵，101为制冷剂换热通道的进口，102为制冷剂换热通道的出口。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种蒸发器与环路热管可切换的换热单元，其结构如图1所示，包括主换热器2、预冷换热器1和再热换热器3，预冷换热器1、主换热器2和再热换热器3的换热流体通道8依次连接，预冷换热器1、主换热器2和再热换热器3的制冷剂换热通道形成独立蒸发器模式或蒸发器加环路热管组合模式，其中，预冷换热器1、主换热器2和再热换热器3的类型为翅片管换热器。

换热流体通道8的进口设置在预冷换热器1上，换热流体通道8的出口设置在再热换热器3上。换热流体通道8中流动的流体为空气，通过风机81将空气从换热流体通道8的进口输送至换热流体通道8的出口。

制冷剂换热通道连接顺序如下：制冷剂换热通道的进口101与一号三通阀的一号口41连接，制冷剂换热通道的出口102与四号三通阀的二号口72连接，此种连接方式下，制冷剂换热通道中的流体流动与换热流体通道8中的空气流动呈顺流。一号三通阀的三号口43与主换热器的制冷剂通道的a端21连接；一号三通阀的二号口42分别与预冷换热器的制冷剂通道的a端11及三号三通阀的三号口63连接；预冷换热器的制冷剂通道的b端12与二号三通阀的一号口51连接，二号三通阀的二号口52与主换热器的制冷剂通道的a端21连接，主换热器的制冷剂通道的b端22分别与三号三通阀的一号口61及四号三通阀的三号口73连接，三号三通阀的二号口62与再热换热器的制冷剂通道的a端31连接，再热换热器的制冷剂通道的b端32分别与二号三通阀的三号口53及四号三通阀7的一号进口连接。再热换热器的制冷剂通道的b端32与二号三通阀的三号口53的连接管路上设有制冷剂泵9。

本实施例的独立蒸发器模式原理如图2所示，其中，一号三通阀的三号口43、二号三通阀的三号口53、三号三通阀的三号口63及四号三通阀的三号口73关闭。此时，换热流体依次经过预冷换热器1、主换热器2和再热换热器3，换热面积大，可以尽可能提高蒸发温度，提高循环效率。

本实施例的蒸发器加环路热管组合模式原理如图3所示，一号三通阀的二号口42、二号三通阀的二号口52、三号三通阀的一号口61及四号三通阀的一号口71关闭。一号三通阀4使制冷剂换热通道的进口101只与主换热器的制冷剂通道的a端21相连，二号三通阀5使预冷换热器的制冷剂通道的b端12通过制冷剂泵9只与再热换热器的制冷剂通道的b端32连通，三号三通阀6使再热换热器的制冷剂通道的a端31只与预冷换热器的制冷剂通道的a端11连通，四号三通阀7使制冷剂换热通道的出口102只与主换热器的制冷剂通道的b端22连通。制冷剂从冷剂换热通道的进口101进入换热单元，经过一号三通阀4后直接进入主换热器10，然后经过四号三通阀7直接从制冷剂换热通道的出口102流出该换热单元。此时，主换热器单独作为系统的蒸发器使用。与此同时，预冷换热器1和再热换热器3通过连接管和二号三通阀5和三号三通阀6直接相连组成环路热管。预冷换热器1作为环路热管的蒸发端，再热换热器3作为环路热管的冷凝端，液态的换热流体在预冷换热器1吸热变为气态，在热扩散的动力下进入再热换热器3，冷凝释放出热量，液态的换热流体再经制冷剂泵9输送回预冷换热器1，完成环路热管的循环。此时，换热流体先经过预冷换热器1，实现蒸发器前的预冷，再经过主换热器2，实现进一步的降温除湿，最后经过再热换热器3实现再热，从而减少系统不必要的能量损失。

实施例2

才用于实施例1相同的连接方式，不同点在于：制冷剂换热通道的进口101与四号三通阀的二号口72连接，制冷剂换热通道的出口102与一号三通阀的一号口连接，具体如图4所示。

与实施例1相比，仅预冷换热器1，主换热器2，再热换热器3的制冷剂通道连接顺序发生了变化，功能不变。