CN101619938A

CN101619938A - 热交换器

Info

Publication number: CN101619938A
Application number: CN200910158409A
Authority: CN
Inventors: 李尚烈; 李汉春; 金东辉; 金周赫; 金洪成; 史容澈
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2029-07-06
Also published as: EP2141430A2; CN101619938B; KR101520484B1; EP2141430A3; KR20100004724A; US20100000726A1

Abstract

本发明提供一种热交换器。该热交换器包括：至少一个翅片，设有多个狭缝；以及多个制冷剂管，穿过所述翅片。所述制冷剂管相对于流体流动方向包括至少一个前排管和与所述前排管直径不同的至少一个后排管。所述狭缝相对于流体流动方向包括至少一个前排狭缝和与所述前排狭缝宽度不同的至少一个后排狭缝。

Description

热交换器

技术领域

本公开内容涉及一种热交换器。

背景技术

通常，将热交换器设计成使内部制冷剂与外部流体进行热交换。热交换器可以划分为翅片管式热交换器和微通道管式(micro channel tube type)热交换器。

翅片管式热交换器包括多个翅片以及多个穿过这些翅片的制冷剂管。外部流体(例如：空气)在这些翅片之间流动，在流动过程中，外部流体与沿着管流动的制冷剂进行热交换。

这些制冷剂管可包括多个前排管和多个后排管，以扩大外部流体的流动区域。这些前排管和后排管被设置成“之”字形图案。

发明内容

本公开内容提供了一种能够提高热交换性能的热交换器。

在一实施例中，热交换器包括：至少一个翅片，设有多个狭缝；以及多个制冷剂管，穿过翅片；其中，制冷剂管相对于流体流动方向包括至少一个前排管和与前排管直径不同的至少一个后排管，并且狭缝相对于流体流动方向包括至少一个前排狭缝和与前排狭缝宽度不同的至少一个后排狭缝。

在另一实施例中，热交换器包括：多个制冷剂管，制冷剂沿着制冷剂管流动；至少一个翅片，制冷剂管穿过翅片；其中，制冷剂管相对于流体流动方向包括多个前排管和多个后排管；前排管的直径小于后排管的直径；并且前排管和后排管穿过一个翅片。

在又一实施例中，热交换器包括：多个制冷剂管，制冷剂沿着制冷剂管流动；以及至少一个翅片，制冷剂管穿过翅片；其中，制冷剂管相对于流体流动方向包括前排管和后排管；所述翅片包括：至少一个前排翅片，前排管穿过所述前排翅片；和至少一个后排翅片，后排管穿过后排翅片，前排管与后排管分开地形成；并且前排管的直径小于后排管的直径。

在所附的附图以及下面的说明中阐述一个或多个实施例的详细情况。其他特征将从说明书和附图以及权利要求书中显而易见。

附图说明

图1是根据第一实施例的热交换器的立体图；

图2是图1中的热交换器的截面图；

图3是示出相关技术的热交换器与图1的热交换器中的翅片效率的曲线图；

图4和图5是示出根据翅片宽度的传热性能以及压力损失的曲线图；

图6是根据第二实施例的热交换器的立体图；

图7是图6中的热交换器的截面图；

图8是根据第三实施例的热交换器的截面图；

图9是示出根据最后一排中的后排狭缝与翅片后端之间的距离的压力损失的曲线图；

图10是示出根据后排管的中心与相邻的后排狭缝之间的距离的压力损失的曲线图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，本发明的实例示于后附的附图中。

在下面对优选实施例的详细描述中，将参考构成优选实施例的一部分的后附的附图，并且通过可以执行本发明的示意性特定优选实施例示出附图。这些实施例被充分详细地描述，以使本领域技术人员能够实现本发明；应当理解，也可以采用其他实施例，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以进行逻辑结构的、机械的、电的以及化学的变化。为了避开对本领域技术人员而言的实现本发明不必要的细节，本说明书可以省略对于本领域技术人员而言公知的某些信息。因此，下面的详细说明不应当理解为具有限定意义，并且本发明的范围仅由所附的权利要求书限定。

图1是根据第一实施例的热交换器的立体图；图2是图1中的热交换器的截面图。

参考图1和图2，第一实施例的热交换器包括：多个制冷剂管10，流体沿着这些制冷剂管流动；以及多个翅片20，这些翅片穿过制冷剂管10。

更详细地说，制冷剂管10包括：多个前排管11，这些前排管相对于流体流动方向位于前侧；以及多个后排管12，这些后排管相对于流体流动方向位于后侧。

前排管11沿着与流体流动方向垂直的方向以预定的间隔相互隔开。后排管12同样沿着与流体流动方向垂直的方向(图2中的上下方向)以预定的间隔相互隔开。

前排管11和后排管12被相对于彼此设置成“之”字状。也就是，每个前排管11位于两个后排管12之间。

翅片20以预定的间隔相互隔开。前排管11和后排管12穿过每个翅片20。

同时，前排管11的直径D1小于后排管12的直径D2，以使流体可以有效地穿过热交换器1。

更详细地说，从前排管11的前侧引入这些翅片20之间的空间内的一部分流体在前排管11周围穿过，随后排放到后排管12的后侧。一部分流体停留在与前排管11相邻的后侧。

在此，流体所停留的前排管11的后侧的区域被称为尾流区域(weak area)W。随着停留在尾流区域W内的流体量的增大或尾流区域W的增大，流体不能够有效地流动。

因此，在本实施例中，前排管11设计成使其直径小于后排管12的直径，由此能够降低停留在尾流区域W的流体量或减小尾流区域W，从而使流体能够有效地流动。

当气流可被如上所述地有效实现时，流体和制冷剂之间的热交换就可被有效地实现，从而提高热交换器的热交换性能。

在这点上，前排管11的直径D1与后排管12的直径D2之间的比被设定为满足下列关系：

1∶1.1～1.5

在此，当前排管11的直径D1与后排管12的直径D2之间的比小于1.1(即，当前排管11的直径D1与后排管12的直径D2之间的比几乎相同)时，难以实现尾流区域W的流体量的降低。当前排管11的直径D1与后排管12的直径D2之间的比大于1.5时，沿着前排管11流动的制冷剂量显著地小于在后排管12周围流动的流体量，因而热交换性能显著地降低。

同时，当从翅片20的相对于流体流动方向初始接触流体的前端20a到前排管11的中心的距离表示为L1，从翅片20的后端20b到后排管12的中心的距离表示为L2，并且从前排管11的中心到后排管12的中心的水平距离表示为R时，则R和L1被设定为满足下列关系：

R/L1＝2.0～2.5

另外，R和L2被设定为满足下列关系：

R/L2＝1.7～2.2

而且，为了减小热交换器1的总尺寸，L1被设定为小于L2并且L1和L2被设定为满足下列关系：

L2/L1＝1.1～1.5

另外，R、L1和L2被设定为满足下列关系：

R＝L1+L2

因此，考虑到翅片20的总体结构，前翅片的宽度可以为2L1，后翅片的宽度可以为2L2。

同时，前排管11的直径D1以及从翅片20的前端到前排管11的中心的距离L1被设定为满足下列关系：

2L1-D1＜4.5mm

而且，前排管11的直径D1可以设定在4.5-5.5mm的范围内。例如，当前排管11的直径D1为5mm时，2L1可以小于9.5mm。

另外，后排管12的直径D2与从翅片20的后端到后排管的中心的距离L2被设定为满足下列关系：

2L2-D2＜4.5mm

另外，后排管12的直径D2可以形成在6.5-7.5mm的范围内。例如，当直径D2为7mm时，2L2可以被设定为小于11.5mm。

根据上述实施例，由于前排管11的直径D1被设定为小于后排管12的直径D2，所以降低了由前排管11产生的流体流动阻力，并且减小了前排管11后部的尾流区域。而且，随着流体流动阻力的降低，流体量增大并且流体流动噪音可被减小。

而且，由于从翅片20的前端到前排管11的中心的距离小于从翅片20的后端到后排管12的中心的距离，因此翅片的总宽度减小，由此可以按更加紧凑的设计形成热交换器。

图3是示出相关技术的热交换器与图1的热交换器中的翅片效率的曲线图；图4和图5是示出根据翅片宽度的传热性能及压力损失的曲线图。

图4是示出当前排管的直径D1例如为5mm时的情况下的曲线图；图5是示出当后排管的直径D2例如为7mm的情况下的曲线图。

首先参考图3，横轴表示流体速度并且纵轴表示翅片效率。曲线A示出使用这样的热交换器(总翅片的宽度为20mm)的测试结果，该热交换器的前排管的直径为5mm、后排管的直径为7mm、前排翅片的宽度2L1为9mm以及后排翅片的宽度2L2为11mm。

曲线B示出了使用这样的热交换器(总翅片的宽度为22mm)的测试结果；该热交换器的前排管的直径为7mm，后排管的直径为7mm，前排翅片的宽度2L1为11mm，以及后排翅片的宽度2L2为11mm。

在曲线B中，当假定流体速度为1m/s并且翅片效率为100％时，应注意到的是，2L1比2L2减小更多。另外，在曲线A中，当前排管的直径比后排管的直径减小更多时，应注意到的是翅片效率增大35％。

参考图4，假定在前排翅片的宽度W1为9mm时压力损失和传热性能为100％，随着前排翅片的宽度从9mm逐渐地进一步减小传热性能以及压力损失降低。另外，随着前排翅片的宽度从9mm逐渐地进一步增大，传热性能的变化非常小而压力损失增大。

因此，当前排管的直径为5mm并且前排翅片的宽度大约为9mm时，可在保持传热性能的同时防止压力损失的增大。

参考图5，假定在后排翅片的宽度W2为11mm时压力损失和传热性能为100％，随着后排翅片的宽度W2从11mm逐渐地进一步减小传热性能以及压力损失降低；随着后排翅片的宽度从11mm逐渐地进一步增大，传热性能的变化非常小而压力损失增大。

因此，当后排管的直径为7mm并且后排翅片的宽度大约为11mm时，可在保持传热性能的同时防止压力损失的增大同时。

总之，当前排管的直径设计成小于后排管的直径时，可以减小前排管后部的尾流区域。另外，当前排翅片设计成其宽度大于后排翅片的宽度时，可以保持传热性能。因此，可以降低热交换器的总尺寸，同时提高了热交换器的传热性能。

图6是根据第二实施例的热交换器的立体图；图7是图6中的热交换器的截面图。

参考图6和图7，第二实施例的热交换器包括：多个前排管11；多个后排管12；多个前排翅片30，前排管11穿过这些前排翅片；以及多个后排翅片40，后排管12穿过这些后排翅片。

更详细地说，前排翅片30和后排翅片40相互隔开。即，前排管11和后排管12穿过不同的翅片。

而且，前排管11的直径D1被设定为小于后排管12的直径D2。直径D1与直径D2之间的比被设定为满足下列关系：

1∶1.1～1.5

由于与在第一实施例中已经描述的原因相同，所以对于将前排管11的直径被设定为小于后排管12的直径的原因将不再进行阐述。

而且，前排翅片30的沿着与流体流动方向平行的方向的宽度W1被设定为小于后排翅片40的宽度W2。

而且，宽度W1与宽度W2的比被设定为满足下列关系：

1∶1.1～1.5

如上所述，由于前排管11的直径被设定为小于后排管12的直径并且前排翅片30的宽度被设定为小于后排翅片40的宽度，所以热交换器可以更加紧凑。

同时，前排管11的直径D1与前排翅片30的宽度W1被设定为满足下列关系：

1.6＜W1/D1＜2.2

后排管12的直径D2与后排翅片40的宽度W2被设定为满足下列关系：

1.4＜W2/D2＜2.0

而且，前排管11的直径D1与前排翅片30的宽度W1被设定为满足下列关系：

W1-D1＜4.5mm

而且，前排管11的直径D1可以设定在4.5-5.5mm的范围内。例如，当前排管11的直径D1为5mm时，前排翅片30的宽度将为9.5mm。

另外，后排管12的直径D2与后排翅片40的宽度W2被设定为满足下列关系：

W2-D2＜4.5mm

而且，后排管12的直径D2可以设定在6.5-7.5mm的范围内。例如，当后排管12的直径D2为7mm时，后排翅片40的宽度将小于11.5mm。

图8是根据第三实施例的热交换器的截面图。

除了在翅片上形成多个狭缝之外，第三实施例与第一实施例相同。因此，在下文中仅描述第三实施例的下列特征。

参考图8，本实施例的热交换器包括：多个前排管11；多个后排管12；以及多个翅片50，前排管11和后排管12穿过这些翅片50。

翅片50包括：前排狭缝部，相对于翅片50的长度方向(流体流动方向的垂直方向)形成于这些前排管11之间；以及后排狭缝部，形成于这些后排管12之间。

更详细地说，前排狭缝部包括多个前排狭缝51，这些前排狭缝沿着与流体流动方向平行的方向连续地设置。这些前排狭缝51可以形成两排或两排以上。例如，在图8中狭缝51被设置成四排。

后排狭缝部包括多个后排狭缝52，这些后排狭缝沿着平行于流体流动方向的方向连续地设置。这些后排狭缝52可被设置成三排或三排以上。在图8中，后排狭缝51被设置成例如四排。

而且，为了形成设计紧凑的热交换器，前排狭缝51的宽度w1被设定为等于或小于后排狭缝52的宽度w2。而且，前排狭缝51的宽度w1形成在0.8-1.1mm的范围内。

另外，前排狭缝51的宽度w1与后排狭缝52的宽度w2被设定为满足下列关系：

0.65≤w1/w2≤1.0

另外，为了形成设计紧凑的热交换器，前排狭缝51之间的距离d1等于或小于后排狭缝52之间的距离d2。

而且，前排狭缝51之间的距离d1等于或大于前排狭缝51的宽度w1。后排狭缝52之间的距离d2等于或大于后排狭缝52的宽度w2。

另外，前排狭缝51的宽度w1与前排狭缝51之间的距离d1被设定为满足下列关系：

0.7≤w1/d1≤1.0

而且，后排狭缝52之间的距离d2与后排狭缝52的宽度w2被设定为满足下列关系：

0.5≤w2/d2≤1.0

而且，为了提高热交换效率，从翅片50的前端到前排狭缝部的第一排中的前排狭缝51a的距离A1被设定为满足下列关系：

0.6≤A1≤1.2mm

当考虑穿过热交换器的流体(空气)的温度时，与翅片50的前端接触的流体的温度相对低。因此，为了在翅片50的前端有效地实现热交换，第一排中的前排狭缝51a形成为与翅片51的前端相邻，以增大与低温流体进行热交换的区域。

在这点上，当A1小于0.6mm时，难以处理第一排中的前排狭缝，并且难以实现随着狭缝而变化的边界层破坏效应。另一方面，当A1大于1.2mm时，流体(空气)的边界层没有被破坏并且流体流动距离增大。因此，与A1小于1.2mm的情况相比，热交换性能降低。

而且，为了使在流体穿过热交换器的过程中产生的冷凝水被有效地排放，从翅片50的后端到后排狭缝部的最后一排中的后排狭缝52a的距离形成于0.8-1.4mm的范围内。

另外，A1和A2被设定为满足下列关系：

0.5≤A1/A2≤0.9

而且，为了使热交换过程中产生的冷凝水被有效地排放，从使前排管11的中心C1互连的虚线或使后排管12的中心C2互连的虚线到与该虚线相邻的狭缝的距离CW被设定为大于0.5mm。

即，在图8中，第二排中的前排狭缝与第三排中的前排狭缝之间的距离形成为等于或大于1mm，并且第二排中的后排狭缝与第三排中的后排狭缝之间的距离形成为等于或大于1mm。

图9是示出根据最后一排中的后排狭缝与翅片后端之间的距离的压力损失的曲线图。

在图9中，横轴表示最后一排的后排狭缝与翅片的后端之间的距离A2(mm)，纵轴表示压力损失。另外，其他的测试条件与图4的曲线相同。

在此，冷凝水排放性能随着压力损失量而变化。即，当冷凝水没有被有效地排放时，压力损失增大。当冷凝水被有效地排放时，压力损失减小。

参考图9，当A2为0.8mm时，压力损失为100％，当距离A2小于0.8mm时压力损失增大。另外，当距离A2大于0.8mm时，压力损失减小，在此过程中，当距离A2等于或大于1.4mm时，压力损失被恒定地保持。

因此，为了减小热交换器的尺寸并且有效地排放冷凝水，A2可以形成在0.8-1.4mm的范围内。

在图10中，横轴表示后排管的中心与相邻的后排狭缝之间的距离的两倍2CW(mm)，并且纵轴表示压力损失。其他测试条件与图9相同。

参考图10，假定在2CW为1.0mm时压力损失为100％，则当2CW小于1.0mm时压力损失增大。另外，当2CW大于1.0mm时，压力损失减小，在此过程中，当2CW等于或大于1.8mm时，压力损失被恒定地保持。

因此，为了降低热交换器的尺寸并且有效地排放冷凝水，2CW可以形成在1.0-1.8mm的范围内。

尽管参考多个示意性实施例描述了本发明的实施例，但是应当理解的是本领域技术人员可以构思落入本公开内容的精神和原理范围内的许多其它的变型以及实施例。更具体地，在本公开内容、附图以及所附的权利要求的范围内可以对构成部件和/或主题组合设置进行各种变化和修改。除了对构成部件和/或设置进行变化和修改，各种替代的用途对于本领域技术人员而言也将会是显而易见的。

Claims

1.一种热交换器，包括：

至少一个翅片，设有多个狭缝；以及

多个制冷剂管，穿过所述翅片；

其中，所述制冷剂管相对于流体流动方向包括至少一个前排管和与所述前排管直径不同的至少一个后排管；并且

所述狭缝相对于流体流动方向包括至少一个前排狭缝和与所述前排狭缝宽度不同的至少一个后排狭缝。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述前排管的直径小于所述后排管的直径；并且

所述前排狭缝的宽度小于所述后排狭缝的宽度。

3.根据权利要求2所述的热交换器，其中所述前排狭缝与所述后排狭缝被沿着与所述流体流动方向平行的方向设置成多排。

4.根据权利要求3所述的热交换器，其中所述翅片与所述狭缝被设置成满足如下关系：

0.5≤A1/A2≤0.9

0.6≤A1≤1.2mm

其中，A1是相对于所述流体流动方向从所述翅片的前端到第一排中的前排狭缝的距离，并且

A2是从所述翅片的后端到最后一排中的后排狭缝的距离。

5.根据权利要求3所述的热交换器，其中所述前排狭缝之间的距离小于所述后排狭缝之间的距离。

6.根据权利要求3所述的热交换器，其中所述前排狭缝之间的距离等于或大于所述前排狭缝的宽度；并且

所述后排狭缝之间的距离等于或大于所述后排狭缝的宽度。

7.根据权利要求6所述的热交换器，其中所述前排狭缝的宽度和所述后排狭缝的宽度被设定为满足下列关系：

0.8mm≤w1≤1.1mm

0.65≤w1/w2≤1.0

在此，w1为所述前排狭缝的宽度，且w2为所述后排狭缝的宽度。

8.根据权利要求6所述的热交换器，其中所述前排管的直径、所述后排管的直径、所述前排狭缝的宽度以及所述后排狭缝的宽度被设定为满足下列关系：

0.7≤w1/d1≤1.0

0.5≤w2/d2≤1.0

在此，d1为所述前排管的直径，d2为所述后排管的直径，w1为所述前排狭缝的宽度，w2为所述后排狭缝的宽度。

9.根据权利要求1所述的热交换器，其中从使所述前排管的中心互连的虚线或从使所述后排管的中心互连的虚线到与所述虚线相邻的狭缝的距离(CW)等于或大于0.5mm。

10.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述前排狭缝被设置成两排或两排以上，并且所述后排狭缝被设置成三排或三排以上。

11.一种热交换器，包括：

多个制冷剂管，制冷剂沿着所述制冷剂管流动；

至少一个翅片，所述制冷剂管穿过所述翅片；

其中，所述制冷剂管相对于流体流动方向包括多个前排管和多个后排管；

所述前排管的直径小于所述后排管的直径；并且

所述前排管和所述后排管穿过一个翅片。

12.根据权利要求11所述的热交换器，其中所述前排管的直径与所述后排管的直径的比为1∶1.1～1.5。

13.根据权利要求12所述的热交换器，其中当从所述翅片的前端到所述前排管的中心的水平距离为L1，从所述翅片的后端到所述后排管的中心的水平距离为L2，以及从所述前排管的中心到所述后排管的中心的水平距离为R时；L1与R之间的比为1∶2.0～2.5，L2与R之间的比为1∶1.7～2.2。

14.根据权利要求12所述的热交换器，其中从所述翅片的后端到所述后排管的中心的水平长度大于从所述翅片的前端到所述前排管的中心的水平距离。

15.根据权利要求12所述的热交换器，其中当从所述翅片的前端到所述前排管的中心的水平距离为L1并且从所述翅片的后端到所述后排管的中心的水平距离为L2时，所述翅片与所述前排管以及所述后排管设为满足下列关系：

2L1-D1＜4.5mm

2L2-D2＜4.5mm。

16.一种热交换器，包括：

多个制冷剂管，制冷剂沿着所述制冷剂管流动；

至少一个翅片，所述制冷剂管穿过所述翅片；

所述翅片包括：至少一个前排翅片，所述前排管穿过所述前排翅片；和至少一个后排翅片，所述后排管穿过所述后排翅片，所述前排管与所述后排管分开地形成；并且

所述前排管的直径小于所述后排管的直径。

17.根据权利要求16所述的热交换器，其中所述前排管的直径与所述后排管的直径之间的比为1∶1.1～1.5。

18.根据权利要求17所述的热交换器，其中所述前排管与所述后排管设计成满足下列关系：

1.6＜W1/D1＜2.2

1.4＜W2/D2＜2.0

其中，D1是所述前排管的直径，D2是所述后排管的直径，W1是所述前排翅片的宽度，W2是所述后排翅片的宽度。

19.根据权利要求17所述的热交换器，其中所述前排翅片的宽度小于所述后排翅片的宽度。

20.根据权利要求17所述的热交换器，其中所述前排翅片的宽度与所述后排翅片的宽度的比为1∶1.1～1.5。