阅读说明：本技术 一种新型的冬夏两用的集管型蓄热辐射板式室内换热器 (Novel dual-purpose header type heat storage radiation plate type indoor heat exchanger for winter and summer ) 是由 张欢 王菁 邵索拉 陶铭 郑万冬 于 2020-06-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新型的冬夏两用的集管型蓄热辐射板式室内换热器,包括多个辐射板式换热片；辐射板式换热片包括辐射板夹层,辐射板夹层内自上而下的设有n行换热管束,n＝3～20；所有换热管束中,奇数行位置的换热管束与水平方向的夹角为α,偶数行位置的换热管束与水平方向的夹角为-α,换热管束由2～4根并联的铜管构成；换热片夹层的左右两端分别设置有与换热管束相连通的制冷剂集分器,制冷剂集分器内自上而下地由隔板划分为多个制冷剂通道,制冷剂通道与相邻的两行换热管束的管端连通,从而使得n行换热管束连通形成一个整个的通道；在辐射板夹层与换热管束之间的空间内填充有蓄热介质。本发明制作工艺简单、系统能效高、成本低。(The invention discloses a novel dual-purpose heat collecting pipe type heat storage radiation plate type indoor heat exchanger for winter and summer, which comprises a plurality of radiation plate type heat exchange sheets; the radiant plate type heat exchange sheet comprises a radiant plate interlayer, wherein n rows of heat exchange tube bundles are arranged in the radiant plate interlayer from top to bottom, and n is 3-20; in all the heat exchange tube bundles, the included angle between the heat exchange tube bundles in the odd-numbered rows and the horizontal direction is alpha, the included angle between the heat exchange tube bundles in the even-numbered rows and the horizontal direction is-alpha, and the heat exchange tube bundles are formed by 2-4 copper tubes which are connected in parallel; the left end and the right end of the heat exchange sheet interlayer are respectively provided with a refrigerant collecting and distributing device communicated with the heat exchange tube bundles, the refrigerant collecting and distributing device is internally divided into a plurality of refrigerant channels by partition plates from top to bottom, and the refrigerant channels are communicated with the tube ends of two adjacent rows of heat exchange tube bundles, so that the n rows of heat exchange tube bundles are communicated to form a whole channel; and a heat storage medium is filled in a space between the radiation plate interlayer and the heat exchange tube bundle. The invention has simple manufacturing process, high system energy efficiency and low cost.)

一种新型的冬夏两用的集管型蓄热辐射板式室内换热器

技术领域

本发明涉及空气源热泵制冷和供暖系统，具体涉及一种可以与空气源热泵机组匹配的冬夏两用的集管型蓄热辐射板式室内换热器。

背景技术

当今世界,随着经济的高速发展，能源短缺、环境污染日益严重和经济可持续发展等问题也逐渐进入人们的视野。在我国，北方地区传统的供暖能源以煤炭为主，煤炭燃烧产生的巨大污染引起了国家的高度重视。自2016年开始,国家先后在京津冀及周边地区实施清洁供暖“煤改电”工程,力求推进北方地区冬季清洁供暖。在清洁供暖的诸多技术中，空气源热泵供暖作为一种清洁、高效、技术成熟的供暖技术，受到了广泛的认可。

空气源热泵是一种利用高位能(电能)使热量从低位热源(空气)流向高位热源的节能装置。传统空气源热泵使用吹风型空调室内机。冬季使用热风型室内机进行供暖，容易产生吹风感，影响热舒适性。另一种供热形式是采用热水型末端，但系统与水进行二次换热会导致一定的热量损失，且仅适用于冬季供暖，夏季制冷还需配置传统吹风型空调器。此外，冬季室外侧蒸发器表面结霜是空气源热泵运行过程中一个不可避免的问题，间歇性停机除霜容易影响室内温度的稳定，降低了热舒适性。

发明内容

针对上述现有技术，为解决现有空气源热泵制冷与供暖技术存在的问题，并提高系统能效，本发明提出一种新型的冬夏两用的集管型蓄热辐射板式室内换热器，适用于空气源热泵空调系统，且具有冬夏两用性，且带有蓄热介质。其中的辐射板可根据已有建筑条件灵活安装，结合空气源热泵制冷剂直通式蓄热辐射供暖技术，在墙壁侧安装蓄热集管型辐射板。冬季时，室内机作为冷凝器，从压缩机排出的高温制冷剂气体将直接通入辐射板中的铜制加热管，利用制冷剂的冷凝放热向室内供暖。夏季时，室内机则转变为蒸发器，制冷剂液体在室内辐射板中蒸发吸热实现制冷的目的。该装置既具有传统辐射供暖在节能及热舒适性等方面的优点，又可以降低冬季供暖的冷凝温度，提高了空气源热泵的能效，促进了节能减排技术的发展。同时，该装置通过在结构中填充蓄热材料解决除霜带来的室内温度波动的问题，利用蓄热材料中储存的热量来除霜，维持室内温度恒定，避免吹风感，冬季除霜时可维持室内温度稳定，保证室内热舒适性。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种新型的冬夏两用的集管型蓄热辐射板式室内换热器，包括多个前后并列布置的辐射板式换热片；所述辐射板式换热片包括由前后两片镀锌钢板构成的辐射板夹层，所述辐射板夹层内自上而下的设有n行换热管束，n＝3～20；所有换热管束中，奇数行位置的换热管束与水平方向的夹角为α，偶数行位置的换热管束与水平方向的夹角为-α；所述换热管束由m根并联的铜管构成，m＝2～4；所述换热片夹层的左右两端分别设置有与换热管束相连通的制冷剂集分器，所述制冷剂集分器内自上而下地由隔板划分为多个制冷剂通道，多个制冷剂通道包括2个制冷剂通道A，位于所述第1行换热管束的高位置端和第n行换热管束的低位置端处是分别与一个制冷剂通道A连通，其余的制冷剂通道记为制冷剂通道B,每个制冷剂通道B自上而下依次与相邻的两行换热管束的管端连通，从而使得n行换热管束连通形成一个整个的通道；所述制冷剂通道A设有接口；在所述辐射板夹层与换热管束之间的空间内填充有蓄热介质。

进一步讲，本发明所述的集管型蓄热辐射板式室内换热器，冬季使用时，位于所述第1行换热管束的高位置端的制冷剂通道A的接口为制冷剂的进口，位于所述第n行换热管束的位置低端的制冷剂通道A的接口为制冷剂的出口；夏季使用时，位于所述第n行换热管束的位置低端的制冷剂通道A的接口为制冷剂的进口，位于所述第1行换热管束的高位置端的制冷剂通道A的接口为制冷剂的出口。

本发明所述的集管型蓄热辐射板式室内换热器，其中，α＝0.5～10°。

所述换热管束的两端与辐射板夹层之间设有定位爪。

所述辐射板式换热片的前后两侧分别设有肋片，所述肋片具有纵向导流面。或是位于最前排的辐射板式换热片的后侧设有肋片，其他位置的辐射板式换热片的前后两侧分别设有肋片，所述肋片具有纵向导流面。

多个辐射板式换热片的底部设有一个集水托盘。所述集水托盘设有排水软管。

所述蓄热介质选择下述材料中的一种：癸酸、月桂酸、十二醇、十四醇和十六醇。

所述辐射板式换热片的外表面涂覆有辐射涂料层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用集管型结构辐射换热，换热管束为多管并联的形式，可以避免制冷剂管路过长、管内制冷剂流速过快，造成管内制冷剂较大的沿程损失。温度分布相较于一管到底的长单管更加均匀。换热器所用的铜管均为直管，没有弯头等结构，制作工艺更简单；且节省了铜管使用量，降低了材料投资成本。制冷剂直接进入辐射板中的换热管束，无二次换热，减少系统能量损失与运输能耗，通过辐射与对流的方式调节室温，还可以降低冬季工况的冷凝温度，提高系统能效。

(2)本发明中的换热管束根据制冷剂的流动方向设置了坡度，减少了摩擦阻力。冬夏两用，切换运行，兼顾夏季供冷与冬季供热需求。冬季，管道沿制冷剂流动方向下降，制冷剂气体在下降坡度的换热管束冷凝换热更充分，冷凝成制冷剂液体后，下降坡度便于制冷剂液体的排出，降低了流动阻力，制冷剂在两相区和过冷区的温度更加稳定。夏季，管道沿制冷剂流动方向上升，制冷剂液体在上升坡度的换热管束中蒸发换热更充分，制冷剂蒸发成气体后，上升坡度的铜管更利于气体的排出。此结构可以提高冬季供热和夏季制冷的换热效率。

(3)本发明中，换热器两侧制冷剂集分器均为镀锌钢板围成的长方体空间，内通制冷剂，制冷剂与镀锌钢板壳体直接接触，相比于现有的制冷剂盘管型换热器，热阻更小。

(4)本发明中将肋片设计有纵向结构，强化了冬季供热时换热器与室内空气的对流传热，还有助于夏季制冷时，将换热器表面的产生的凝结水汇聚到底部的集水托盘中。

(5)换热器内置的蓄热介质，辐射换热板温度分布更均匀；且蓄热材料通过相变在用电量低谷时段存储热量，在用电高峰期释放热量，可起到削峰填谷作用；同时无需添加其他热源或除霜装置，蓄热层为冬季室外机除霜提供热量，有利于维持室内温度的稳定，保证室内热舒适性，解决空气源热泵冬季除霜引起的室内温度波动的问题。通过辐射与对流的方式调节室温，避免了吹风感，提高了热舒适性。

(6)本发明中的辐射板式换热片可以模块化生产，可以根据需要多板并联，根据室内负荷需求进行选型及现场拼接安装，可根据已有建筑和设施条件进行灵活改造，减少工程量，降低施工难度和成本。

附图说明

图1为本发明的集管型蓄热辐射板式室内换热器的结构示意简图；

图2为图1中所示A-A剖切位置的剖面图；

图3为图1中所示B-B剖切位置的剖面图；

图4为图1中所示C-C剖切位置的剖面图；

图5为图1中所示D-D剖切位置的剖面图；

图6为图1中所示E处局部结构示意面；

图7为本发明的集管型蓄热辐射板式室内换热器的应用示意图。

图中：

1-辐射板式换热片,2-镀锌钢板,3-辐射板夹层,4-换热管束,5-制冷剂集分器,51-隔板,52-制冷剂通道A，53-制冷剂通道B，6-蓄热介质，7-定位爪，8-肋片，9-集水托盘，10-排水软管，11-辐射涂料层，12-制冷剂气管，13-制冷剂液管，14-温度压力传感器，15-控制调节阀。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

本发明提出的一种新型的冬夏两用的集管型蓄热辐射板式室内换热器，包括多个前后并列布置的辐射板式换热片1，如图2至图5所示，

如图1所示，所述辐射板式换热片1包括由前后两片镀锌钢板2构成的辐射板夹层3，所述辐射板夹层3内自上而下的设有n行换热管束4，n＝3～20；所有换热管束中，奇数行位置的换热管束与水平方向的夹角为α，偶数行位置的换热管束与水平方向的夹角为-α，α＝0.5～10°；所述换热管束4由m根并联的铜管构成，m＝2～4；本发明实施例中，n＝6，m＝2，α＝0.6°。

如图1和图2所示，所述换热片夹层4的左右两端分别设置有与换热管束4相连通的制冷剂集分器5，所述制冷剂集分器5内自上而下地由隔板51划分为多个制冷剂通道，多个制冷剂通道包括2个制冷剂通道A，位于所述第1行换热管束的高位置端和第n行换热管束的低位置端处是分别与一个制冷剂通道A连通，其余的制冷剂通道记为制冷剂通道B,每个制冷剂通道B自上而下依次与相邻的两行换热管束的管端连通，从而使得n行换热管束串联起来连通形成一个整个的通道，所述换热管束4的两端与辐射板夹层3之间设有定位爪7，如图3所示。所述制冷剂通道A设有接口；所述换热管束4内为制冷剂，在所述辐射板夹层3与换热管束4之间的空间内形成了蓄热层，该蓄热层内填充有蓄热介质6，蓄热介质6从换热管束4吸收热量后传递给外层的镀锌钢板2，如图1所示。

如图2所示，冬季使用时，位于所述第1行换热管束的高位置端的制冷剂通道A 52的接口为制冷剂的进口，即该接口与制冷剂气管12连接，制冷剂气体由此处进入换热管束4中。位于所述第n行换热管束的位置低端的制冷剂通道A 52的接口为制冷剂的出口，即该接口与制冷剂液管13连接，换热管束4中冷凝后的制冷剂液体由此处离开换热器。夏季使用时，位于所述第n行换热管束的位置低端的制冷剂通道A 52的接口为制冷剂的进口，即该接口与制冷剂液管13连接，制冷剂液体由此处进入换热管束4中。位于所述第1行换热管束的高位置端的制冷剂通道A 52的接口为制冷剂的出口，即该接口与制冷剂气管12连接，换热管束4中蒸发后的制冷剂气体由此处离开换热器。

所述辐射板式换热片1的外表面涂覆有辐射涂料层11，如图1所示。所述辐射板式换热片1的前后两侧分别设有肋片8，所述肋片8具有纵向导流面。或是位于最前排的辐射板式换热片1的后侧设有肋片8，其他位置的辐射板式换热片1的前后两侧分别设有肋片8，所述肋片8具有纵向导流面，如图2至图5所示。

多个辐射板式换热片1的底部设有一个集水托盘9，所述集水托盘9设有排水软管10。如图1、图2至图5所示。

本发明中，所述蓄热介质6选择下述材料中的一种：癸酸、月桂酸、十二醇、十四醇和十六醇，根据实际工程效果选用，但不局限于上述的选择。

如图1所示，本发明换热器连接的制冷剂管路包括制冷剂气管12，制冷剂液管13和设置在辐射板夹层3内换热管束4，制冷剂气管12和制冷剂液管13分别与起始侧最上层和最下层的制冷剂通道A 52相连接，多根并联的换热管束4与左右侧的制冷剂通道相连，形成制冷剂在辐射板夹层内流动的完整通路。制冷剂通道内设置的隔板51来实现两片镀锌钢板2内换热管束4的串并联关系(参见图6)，换热管束4根据气液流动方向设置微小坡度(参见图1)，便于流动。所述制冷剂气管12和制冷剂液管13上均分别设有温度压力传感器14和控制调节阀15。制冷剂冬季工况在辐射板夹层内直接冷凝放热，夏季工况蒸发吸热。

考虑到辐射板夏季的结露问题，在换热器的底部设置冷凝水的集水托盘9，收集肋片8板面汇聚的冷凝水，并连接一根排水软管10将冷凝水排出，如图1和图3所示。冬夏季运行通过四通换向阀切换控制，如图7所示，

如图1和图7所示，本发明换热器的工作原理：空气源热泵与辐射板式室内换热器相连接后，制冷剂通入制冷剂通道A 52进入并联的换热管束4，将热量传递给蓄热层内的蓄热介质6，再由蓄热层传递到换热器表面的镀锌钢板2，通过辐射与对流的方式与室内空气换热。

冬季时，室内换热器作为冷凝器，从压缩机排出的高温制冷剂气体经由制冷剂气管12直接通入辐射板式换热片最上层的制冷剂通道A 52，再进入板内的换热管束4，制冷剂在此冷凝放热向室内供暖，放热后制冷剂液体汇入最下层制冷剂混合通道A 52，从制冷剂液管13送出。在此过程中，换热管束4周围的蓄热介质储存热量，用于提供除霜过程中所需的热量。

夏季时，室内换热器则转变为蒸发器，制冷剂液体在辐射板式换热片中蒸发吸热实现制冷的目的，低温低压制冷剂液体从制冷剂液管13进入下方的制冷剂通道A 52，流经换热管束4，蒸发后的气体由最上层制冷剂通道A52汇入制冷剂气管12送出。

考虑到辐射板的承压能力，本发明中的辐射板夹层和制冷剂通道的壳体均选用镀锌钢板。如图1所示，本发明中，换热管束4分别与制冷剂集分器5中的各个制冷剂通道A、B通过圆孔连接，在制冷剂通道A52与制冷剂气管12和制冷剂液管13侧连接处开孔以分别与气、液管相连接，连接方式均使用焊接，从而保证制冷剂通路的气密性。

如图2所示，在整个换热器的背面焊接肋片8，以加强与空气的对流换热效果。根据实际使用需要可以如图3或图4所示的双换热板或三换热板并联使用，此时后面的辐射板式换热片1的两面均设置肋片8。对于单换热板结构的辐射板式换热片，其正面是平面，通过辐射及对流的形式，与室内壁面和空气换热，其背面焊接肋片8，增强自然对流换热的效果。对于多板并联的结构，后面的辐射板式换热片的正背面均设置肋片8，增强对流换热。在换热板最外层表面涂刷辐射涂料层11，加强室内辐射换热。

本发明中，辐射板式换热片的内部除制冷剂通路(换热管束4和制冷剂通道)之外的空间，设置有填充有蓄热介质6的蓄热层，蓄热介质6与换热管束4外表面及镀锌钢板2内壁紧密接触。蓄热介质6吸收换热管束4的热量后，通过在用电低谷期储存热量，在用电高峰期释放热量，可以有效的实现削峰填谷的作用。在供暖工况下，由换热管束4释放的热量，部分传递给镀锌钢板2，辐射板式换热片表面以对流、热辐射的形式供给室内，另一部分则通过导热传递给蓄热介质6进行蓄热。蓄热介质6减缓了换热管束4与镀锌钢板2相接触的部位形成的热线造成的温度不均，从而获得更高的温度分布均匀性，能更好的满足人体热舒适性要求。蓄热介质6在供暖时吸收的热量，可以为空气源热泵系统在冬季逆循环除霜时提供所需热量，在除霜工况下，使用蓄热介质6储蓄的热量，避免机组直接从室内吸热，从而保证了室内温度的稳定，缓解除霜期室内温度降低问题，故在供暖时无需添加其他热源或除霜装置。该蓄热集管型冷凝式辐射板装置在镀锌钢板2外表面涂刷有辐射材料11，加强室内辐射换热。对于辐射换热板外表面，如考虑导热系数等性能，还可以选用铝合金型材代替镀锌钢板。

如图5所示，为方便制冷剂液体的排出(冬季工况)，划分制冷剂通道的隔板与换热管束4中最底层换热管底端平齐相切。同时与制冷剂液管13相连接的换热管束4也与镀锌钢板底部相切。如图6所示换热管束穿过镀锌钢板上开设的圆孔与制冷剂通道相连。

如图7所示，具有本发明换热器的空气源热泵系统中通过四通换向阀来控制冬夏季模式的切换。图中显示的是冬季制热模式，四通换向阀的a通道与b通道相连，c通道与d通道相连。切换到夏季制冷模式时，则a通道与d通道相连，b通道与c通道相连，完成功能的转换。用于夏季制冷时，室内空气遇到冷的辐射板壁面会发生结露现象，在换热板底设计了集水托盘9，单侧开孔与排水软管10相连接，收集冷凝水并排出。

本发明中的提出的辐射板式换热片1可以实现模块化生产，可以多板并联组合使用。可根据室内负荷需求，在现场直接进行拼接安装，或在已有设施的基础上进行改造，降低施工及检修难度，更易于推广实施。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。