CN1012524B - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热交换器。在热交换器的平板翅片上、上下相邻的传热管之间有成组的切口。每个切口有垂直于气流方向的两个开口和不平行于气流方向的两个侧壁。切口交错突起于翅片正面和背面。切口组包括形状相同的梯形切口组和由梯形切口组构成的菱形切口组，菱形切口组的对角线是上下相邻的两个传热管的中心连线及其垂直等分线，菱形切口组四周的每条边外有一个梯形切口组。采用这种结构可大大减少空气与翅片表面之间的热阻，并简化切口金属模具的维修。

Description

本发明是供空调器、电冰箱等使用的热交换器，适用于流体间的热传递。

传统类型的热交换器中，通常包括用铜或类似材料制成的传热管，传热管之间用U形弯管连接，此外还有用铝和类似材料制成的翅片，液体在传热管内流过，空气在翅片之间流过，这样进行热交换。

近几年来，急感需要一种小型的高性能热交换器，但为了减少噪声及其它原因，翅片间的气流速度被限制在一个低水平，因而接触空气的翅片表面的热阻大大高于传热管内表面的热阻。也曾采取过增大翅片表面积的措施，以减少翅片表面和传热管内表面间的热阻差，但增大翅片表面积是有一定限度的，因而翅片表面热阻仍然大大超过传热管内表面的热阻。

因此，近几年人们试图改进翅片表面，以减少空气与翅片间的热阻，在翅片的正面和反面交错地冲出突起的切口，在每个切口前缘再次形成薄的热附面层，这些热附面层产生的前缘效应使传热性能得到改善。

但是，对这种形状的翅片各部分传热能力进行仔细测试后证明，位于气流上游的切口具有较大的附面层前缘效应和较高的传热能力，而在气流上游的切口处预先换热的空气不与其它空气混合，即流向气流下游处的切口，由于下游切口位于上游切口产生的热附面层内，传热性能就较差。此外，在传热管下游对气流产生一个气流死区，空气不能流入这个区，所以这个区的传热性能很差，因此，这种热交换器的传热性能并未得到显著的改善。

在日本专利申请特开昭57-82690中，公开了一种热交换器，这种热交换器尽管有可能减少空气和翅片表面之间的热阻，但由于每个切口都具有不同的形状，因而切口金属模具的维修是很困难的。

本发明的目的是提供一种热交换器，它不仅可促进切口处的混合，显著地减少空气与翅片表面间的热阻。

而且使平板翅片的加工及加工用的切口金属模具维修方便。

为了达到上述目的，本发明提供了一种热交换器，该热交换器由多片平板翅片和多根传热管组成，翅片彼此平行，有一定间距，空气从翅片间流过，传热管法向穿过平板翅片，与其相垂直，相邻两排传热管的位置错开排列，液体从管内流过，在上下相邻的传热管之间的平板翅片表面上有成组的切口，该切口组中的每个切口有两个垂直于气流方向的开口以及一对与空气流方向不平行的侧壁，相邻切口交错地在所述平板翅片的正面和背面突起，本发明的特征在于：在平板翅片上下两个相邻的传热管之间有多个形状相同且相对于气流方向的取向交替变换的梯形切口组，其中有两个梯形切口组的长底边相对放置，构成一基本上呈菱形的切口组，该菱形切口组的对角成分别为上下两个相邻传热管的中心连线及其垂直平分线，该菱形切口组的每条边外有一梯形切口组。

下面结合附图和本发明的实施例对发明做一简要说明。

图1是传统热交换器的透视图。

图2a是改进的传统热交换器的端面视图。

图2b是图2a中的Ⅱb-Ⅱb剖面。

图3是本发明第一个实施例中热交换器翅片的端面视图。

图4a是图3中的Ⅸa-Ⅸa剖面。

图4b是图3中的Ⅸb-Ⅸb剖面。

图4c是图3中的Ⅸc-Ⅸc剖面。

图5是图3中的Ⅹ-Ⅹ剖面。

图6是本发明第二个实施例中热交换器翅片的端面视图。

图7a是图6中的Ⅻa-Ⅻa剖面。

图7b是图6中的Ⅻb-Ⅻb剖面。

图7c是图6中的Ⅻc-Ⅻc剖面。

图1所示为传统类型的热交换器，通常包括传热管2，传热管之间用U形弯管连接，此外还有用铝和类似材料制成的翅片1。液体在传热管2内流过，空气在翅片1间流过，这样进行热交换。

图2a和2b是统热交换器改进的实例，图2a是平板式翅片的端面视图。图2b是图2a沿Ⅱb-Ⅱb线的剖面图，图中4是传热管，6是翅片。5是翅片上与传热管相配装的凸圈，7a-7h是切口，8是气流，切口7a-7h交错地突起在翅片6的正面或背面，位置在上下相邻的传热管4之间。

现对本发明的第一个实施例做以下说明，请参见图3至图5。

图3是本发明第一个实施例中热交换器翅片的端面视图。

图4a是图3中的Ⅸa-Ⅸa剖面。

图4b是图3中的Ⅸb-Ⅸb剖面。

图4c是图3中的Ⅸc-Ⅸc剖面。

图5是图3中的Ⅹ-Ⅹ剖面。

如图3所示，传热管37插在翅片管圈36内，管圈按预定的间距分布在翅片35上，用翻边方法成形。箭头38表示气流方向。

翅片35上有切口组39-44，分布在六个全等的等边三角形内，这六个三角形由七个线段分割而成，线段L1是上下相邻的两个传热管37的中心连接线。线段L2与线段L1平行，位于L1的上游，与L1的距离等于或小于两排传热管间距的一半。线段L3平行于L1，位于L1下游，至L1的距离与L2至L1的距离相等。线段L4与L5通过线段L1的垂直等分线与L2的交点，与线段L2形成夹角Q（但不垂直于L2）。线段L4靠近上面的传热管，线段L5靠近下面的传热管。线段L6与L7通过线段L1的垂直等分线与线段L3的交点，与线段L3形成夹角Q。线段L6靠近上面的传热管，线段L7靠近下面的传热管。也就是说，切口组39在由线段L1、L4和L5相交形成的三角形内。切口组40在由线段L1、L6和L7相交形成的三角形内。切口组41在由线段L2、L4和L6相交形成的三角形内。切口组42在由线段L2、L5和L7相交形成的三角形内。切口组43在由线段L3、L4和L6相交形成的三角形内。切口组44在由线段L3、L5和L7相交形成的三角形内。

切口组39-44布置如下：每个切口有两个平行于等边三角形两条边的侧壁和两个平行于等边三角形第三边的开口。相邻切口应交错地在翅片的正面和背面突起。切口组39包括一组切口39e，相邻的切口39e交错地在翅片的正面和背面突起。每个切口39e有两个侧壁，侧壁39a平行于线段L4，侧壁39b平行于线段L5。切口39e还有两个开口39c和39d。开口皆平行于线段L1。 同样，切口组40由一组切口40e组成。每个切口40e有两个侧壁40a、40b和开口40c、40d。切口41包括一组切口41e，每个切口41e有侧壁41a、41b和开口41c、41d。切口组42包括切口42e，每个切口42e有侧壁42a、42b和开口42c、42d。切口组43有一组切口43e，每个切口43e有侧壁43a、43b和开口43c、43d。切口组44包括切口44e，每个切口44e有侧壁44a、44b和开口44c、44d。每个切口组39-44都呈梯形。

上述布置可产生以下效果：

（1）由于切口的侧壁39a、39b、40a、40b、41a、41b、42a、42b、43a、43b、44a和44b与气流38的方向形成一定的角度。二次气流引射出一股包含涡流的气流。这股气流的效应是使在气流上游经过热交换的空气与新鲜空气混合，并在气流下游产生湍流。

（2）由切口侧壁41a、42b引射出的包含涡流的气流直接作用于翅片管圈，因而改善了这部分的传热性能。

（3）由于切口侧壁43a、44b引射出的包含涡流的气流缩小了传热管37下游产生的气流死区，翅片的有效传热面积增大了。

（4）由于切口组39、43和44的开口39c、43c和44c的宽度在下游方面较大，气流下游开口的一部分位于气流上游开口产生的热附面层外面，因而这部分的传热性能得到改善。

这些优点能够使空气与翅片表面间的热阻大大减少。

而且，由于切口组39-44用同样形状的模具成形、模具的维 修得以简化。

本发明第二个实施例的说明参看图6和7。

图6是本发明第二个实施例中热交换器翅片的端面视图。

图7a是图6中的Ⅻa-Ⅻa剖面。

图7b是图6中的Ⅻb-Ⅻb剖面。

图7c是图6中的Ⅻc-Ⅻc剖面。

如图6所示，传热管47插入翅片管圈46中。管圈46按预定间距分布在翅片45上，用翻边方法制成。气流方向如箭头48所示。

翅片45位于上下相邻的两个传热管47之间，它包括一个菱形切口组49和四个梯形切口组50-53，这四个梯形切口组分布在菱形切口组49四周，两个相邻的传热管47之间。50是气流上游上面的梯形切口组。51是气流上游下面的梯形切口组。52是气流下游上面的梯形切口组。53是气流下游下面的梯形切口组。

菱形切口组49与四个梯形切口组50-53布置如下：每个切口有两个开口，其方向与气流48方向垂直，以及两个侧壁，其方向不平行于气流48的方向，而与它成一定角度;相邻切口交错突起于翅片45的正面和背面。也就是说，菱形切口组49由一组切口49e组成，每个切口有一个上游开口49a和一个下游开口49b，皆与气流48方向垂直，还有一个上侧壁49c和下侧壁49d，皆不平行于气流48的方向，而与其形成一定角度。相邻切口交错突起在翅片45的正面和背面上。

同样，梯形切口组50由一组切口50e组成。每个切口50e 有开口50a、50b和侧壁50c、50d、梯形切口组51由切口51e组成，每个切口51e有开口51a、51b和侧壁51c51d。梯形切口组52由切口52e组成，每个切口52e有开口52a、52b和侧壁52c、52d。梯形切口组53由切口53e组成，每个切口53e有开口53a、53b和侧壁53c、53d。

上述布置可达到以下效果：

（1）由于切口侧壁49c、49d、50c、50d、51c、51d、52c、52d、53c和53d与气流48方向成一定角度，二次气流引射出一股包含涡流的气流。这股气流产生的效应可使在气流上游经过热交换的空气与新鲜空气混合，并在下游产生湍流。

（2）由切口侧壁50c、50d引射出的包含涡流的那股气流直接作用于翅片管圈46，改善了这部分的传热性能。

（3）由切口侧壁52、53d引射出的包含涡流的气流可缩小传热管47下游产生的气流死区，所以翅片有效传热面积能够增大。

（4）由于菱形切口组49和梯形切口组52和53的上游部分的开口49a、52a和53a的宽度愈向下游愈大，气流下游切口的一部分位于气流上游切口产生的热附面层之外，所以这部分的传热性能得到改善。

这些优点使空气与翅片表面之间的热阻大大减少。

而且，由于切口组49-53可用同样形状的模具成形，模具维修可以简化。

本发明中切口分布于翅片上两个相邻传热管之间，开口正对气流 方向，侧壁与气流方向成一定角度。因而在相邻翅片之间引射出一股包含涡流的气流，然后成为湍流。通过利用气流混合效应、湍流增进效应、气流死区缩减效应和附面层前缘效应，使空气与翅片表面间的热阻大大减少。这样就能大大改善热交换器的热性能，并制成体积小、性能高的热交换器。

此外，由于本发明的切口组可用同样形状的模具成形，可以简化模具的维修。

Claims (2)

1、一种热交换器，该热交换器由多片平板翅片和多根传热管组成，翅片彼此平行，有一定间距，空气从翅片间流过，传热管法向穿过平板翅片，与其相垂直，相邻两排传热管的位置错开排列，液体从管内流过，在上下相邻的传热管之间的平板翅片表面上有成组的切口，该切口组中的每个切口有两个垂直于气流方向的开口以及一对与空气流方向不平行的侧壁，相邻切口交错地在所述平板翅片的正面和背面突起，其特征在于：在平板翅片上下两个相邻的传热管之间有多个形状相同且相对于气流方向的取向交替变换的梯形切口组；其中有两个梯形切口组的长底边相对放置，构成一菱形切口组，该菱形切口组的对角线分别为上下两个相邻传热管的中心连线及其垂直平分线，该菱形切口组的每条边外有一梯形切口组。

2、一种热交换器，它由多片平板翅片和多根传热管组成，翅片彼此平行，有一定间距，空气从翅片间流过，传热管法向穿过平板翅片，与其相垂直，相邻两排传热管的位置错开排列，液体从管内流过，在上下相邻的传热管之间的平板翅片表面上有成组的切口，该切口组中的每个切口有两个垂直于气流方向的开口及一对与空气流方向不平行的侧壁，相邻切口交错地在所述平板翅片的正面和背面上突起，其特征在于：所述的切口组包括形状相同且相对于气流方向的取向交替变换的梯形切口组和由梯形切口组构成的菱形切口组，菱形切口组的对角线是上下相邻的两个传热管的中心连线及其垂直等分线，菱形切口组四周的每条边外有一个梯形切口组。

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