CN103238038A - 微通道热交换器鳍片 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器，所述热交换器包括多个管（12）和一个或多个鳍片，每个管配置用于流体流过其中，所述一个或多个鳍片位于所述多个管的邻近管之间。所述一个或多个鳍片以鳍片间距（FP，18）间隔开，并且配置成改善所述多个管和环境空气之间的热能量传递。每个鳍片包括在所述邻近管之间延伸的鳍片面，连接至固定于一个或所述管的所述鳍片面的大体上平坦的鳍片帽（22），和鳍片半径（RC，26），所述鳍片半径将所述鳍片面连接至所述鳍片帽使得所述鳍片半径经减小以促进冷凝物从所述热交换器的移除。

Description

微通道热交换器鳍片
发明背景
本文所公开的主题涉及热交换器。更具体地，本主题涉及用于微通道热交换器的鳍片和管配置。
加热、通风、空气调节和冷冻(HVAC&R)系统包括热交换器以拒绝或接受在系统内循环的冷冻剂和环境之间的热。由于其紧凑性、结构刚性和优异性能已越来越受欢迎的一种类型的热交换器为微通道或微型通道热交换器(MCHX)，其包括冷却或加热流体(诸如冷冻剂或乙二醇溶液)循环通过其的两个或两个以上的容器形态，诸如管。管通常具有扁平的横截面和多个平行的通道。鳍片通常布置成在管之间延伸，以帮助冷却/加热流体和周围环境之间的热能量的传递。鳍片具有波纹模式，并入散热孔以提高热传递，并且通常通过铜焊接固定至管。然而，典型MCHX鳍片和管布置由于其高紧凑性和从而增加的表面张力而具有在鳍片和管结构范围内保留大量的湿气、水或冷凝物的缺点。累积的湿气会加快鳍片和管结构的腐蚀，这在管腐蚀成足以被穿孔从而释放冷却/加热流体时导致热水力性能或热交换器的效果的减小以及热交换器的最终故障。另外，随着湿气的保留，典型结构导致腐蚀物质的聚集，并且结构中的机械应力导致应力腐蚀，应力腐蚀进一步加速鳍片和管结构的劣化以及热交换器的最终故障。本领域将良好地接收鳍片和管结构，该结构减少热交换器矩阵中湿气的累积，从而减少热交换器的腐蚀。
发明概要
根据本发明的一个方面，一种热交换器包括多个管和一个或多个鳍片，每个管配置用于流体流过其中，鳍片位于多个管的邻近管之间。一个或多个鳍片以鳍片间距(FP)间隔开，并且配置成改善多个管和环境空气之间的热能量传递。每个鳍片包括延伸于邻近管之间的鳍片面，连接至固定至一个或所述管的鳍片面且大体上平坦的鳍片帽，和将鳍片面连接至鳍片帽使得鳍片半径(RC)最小化以促进冷凝物从热交换器的移除的鳍片半径。
根据本发明的另一个方面，一种热交换器包括多个管，每个管配置用于流体流动穿过其中。一个或多个鳍片位于多个管的邻近管之间。一个或多个鳍片以鳍片间距(FP)间隔开，并且配置成改善多个管和环境空气之间的热能量传递。每个鳍片包括延伸超出管宽度的鳍片延伸部。鳍片的延伸部分横向地张开并成形，以减少毛细管效应并增强排水。
根据结合附图考虑的下述实施方式，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。
附图简述
视为本发明的主题被特别地指出并且在说明书的结尾处的权利要求书中明确地要求。前述和其它特征以及本发明的优点根据结合附图考虑的下述具体实施方式是显而易见的，其中：
图1为热交换器的实施方案的横截面图；
图2是示出热交换器的鳍片面、鳍片帽、鳍片半径和散热孔的热交换器的实施方案的另一横截面图；
图3为示出鳍片延伸部的热交换器的实施方案的横截面图；
图4为包括多个热交换器管的热交换器的实施方案的横截面图；
图5为包括鳍片缺口的热交换器的实施方案的横截面图；
图6为包括鳍片缺口的热交换器的实施方案的透视图；
图7为槽式热交换器管的实施方案的透视图；和
图8为焊接槽式热交换器管的横截面图。
具体实施方式通过参考附图的实例的方式解释了本发明的实施方案，以及优点和特征。
具体实施方式
图1中所示为热交换器10的管和鳍片布置的实施方案。热交换器10包括多个管12。所示的实施方案中的每个管12包括冷却流体循环穿过其的多个通道14。在图1的实施方案中，每个管包括十六个通道14，但应理解的是，可以利用任何数量的通道14。多个鳍片16在管12之间延伸，以帮助增加管12和周围空气之间的热传递。在一些实施方案中，鳍片16通过例如铜焊接或其它适当手段(诸如，例如焊接或粘接)固定至管12，并且在一些实施方案中，鳍片16可具有约50和约100微米之间的鳍片厚度(FTH)。应理解的是，鳍片厚度仅为示例性的，并且在本公开的范围内可利用所描述范围之外的其它鳍片厚度。图1的热交换器10通常是例如空气调节冷凝器应用所使用类型的水平管热交换器。应理解，其它管方向是可行的，并且在本发明的范围内。
现参照图2，鳍片16沿着管12布置，并且彼此以鳍片间距(FP)18间隔开。一些实施方案的鳍片16是折叠的或波纹鳍片16。鳍片16包括鳍片面20和鳍片帽22，鳍片面20以一定鳍片角度74在管12之间延伸，该鳍片角度74在一些实施方案中并非垂直于管12，鳍片帽22设置于管12处的鳍片面20的每一端并且沿着管12延伸。鳍片16在鳍片帽22处固定于管12。鳍片帽22为大体上是平坦的，并且在一些实施方案中，鳍片面20也大体上是平坦的。
每个鳍片面20包括多个通孔，例如，沿着鳍片16的横向范围排列的散热孔24。散热孔24改善热传递，并且通过提供用于湿气、水和/或冷凝物的备用通道也协助减少水保留以对热交换器10进行排水。每个鳍片帽22和鳍片面20之间的过渡是鳍片半径(RC)26。希望减小鳍片半径26以便散热孔高度(LH)28相对于鳍片高度(FH)30增加，从而增加在鳍片16内开放的散热孔24的整体尺寸。在一些实施方案中，散热孔高度28与鳍片高度30的比率(LH/FH)介于约0.8和约0.95之间，并且优选范围介于约0.85和约0.92之间。另外，鳍片半径26关联鳍片间距18使得鳍片半径26与鳍片间距18的比率(RC/FP)介于约0.1和约0.4之间。RC/FP的优选范围介于约0.2和约0.3之间。
现参照图3，在一些实施方案中，鳍片宽度(FW)32在至少一个管侧38延伸超出管宽度34，并且在一些实施方案中，在两个管侧38延伸超出管宽度34。在一些实施方案中，延伸部36横向地延伸远离管侧38，以及横切地至少部分跨越管厚度40。从而延伸部36在水平管12、热交换器10中向上或向下延伸，并且在外形上可为大体上线性的或平坦的，或在其它实施方案中可为大体上弧形的、线性或弧形的组合或其它外形。如图3所示，延伸部36可包括两个平坦延伸部分74，并且另外，延伸部36可具有大体上方形的横截面。然而，应理解，方形的横截面仅为示例性的，并且其它横截面形状在本公开的范围内为预期的。延伸部36向上或向下延伸减小了表面张力效应，并且利用重力来促使冷凝物42流动远离管12，从而减小管12的腐蚀。为实现所需的排水，延伸部宽度(EW)44无需相对于整体鳍片宽度(FW)32过大。在一些实施方案中，延伸部宽度44与鳍片宽度32的比率(EW/FW)介于约0.02和约0.1之间，然而优选的EW/FW范围介于约0.02和约0.04之间，以增强所需的排水效果同时最小化鳍片16所利用的空间的量。类似地，延伸部36的横向组件(ET)48并不需要相对于管厚度(TT)40明显过大的，来产生所需的效果。横向组件48与管厚度40的比率(ET/TT)介于约0.05和约0.4之间，然而，优选的ET/TT范围介于约0.05和约0.15之间。然而，期望当相比于鳍片厚度(FT)50(图2所示)时，横向组件48是相对大的。例如，在一些实施方案中，横向组件48和鳍片厚度50之间的比率(ET/FT)介于约1和约3之间，然而，优选的ET/FT范围介于约1.75和约2.5之间。另外，横向组件48相关于鳍片半径26，使得横向组件48与鳍片半径的比率(ET/RC)介于约0.2和约2之间。
现参照图4，在一些实施方案中，每个鳍片16横跨两个或两个以上的管12，管12以邻近管12之间的间隙(TG)52位于每个鳍片帽22。如图5和6所示，一些实施方案包括大体上与管间隙52对准的鳍片缺口54。管间距(TP)56和鳍片缺口54的缺口高度(NH)58之间存在一种关系，管间距(TP)56为位于相对鳍片帽22处的管12之间的距离。缺口高度58与管间距56的比率(NH/(TP-TT))为约0.15至约0.3。在一些实施方案中，NH/(TP-TT)为约0.1至约0.2，以促使湿气朝向延伸部36向外流动。如图6清楚地所示，每个鳍片缺口54具有在沿着管12的长度的方向上延伸的缺口宽度(NW)60。缺口宽度60相对于鳍片间距18、鳍片高度30和管间距56定尺寸，以最大化所需的重力效应和表面张力减小。关系表示如下：
Nw/(FP-Sqrt(FH 2-(TP-TT)2)
在一些实施方案中，关系等于约0.3至约0.9，然而关系的优选范围为约0.4至约0.7。
图7中示出了另一个实施方案。图7的实施方案示出了包括延伸穿过其的管槽62的管12。管槽62界定了自热交换器10的湿气、冷凝物和/或水的额外出口位置。槽62具有槽宽度(SW)66。槽宽度66与管宽度(TW)68的比率(SW/TW)介于约0.05和约0.2之间，以提供湿气出口同时不显著地减少流体的量，管12能够传送和影响热交换器10的热传递和压力降特性。槽62具有沿着管12的管长度(TL)72延伸的槽长度(SL)70。期望槽长度70为管长度72所给定的尽可能大的，以将其效果展开于整个管长度72上。因此，槽长度70与管长度72的比率(SL/TL)介于约0.8和约0.95之间。如所示，槽式管12可包括一个或多个冷冻剂歧管74和一个或多个冷冻剂出口76，并且可连接至管长度72的任一端的一个或多个冷却剂歧管78。槽式管12可形成为包括槽式管12的挤出部的多种方式之一。槽62可通过例如穿孔以二次操作方式形成。参照图8，槽式管12可通过将内部片80和外部片82焊接成波纹片84而形成，波纹片84形成邻近冷却剂通道86之间的分配器。
尽管本发明已仅结合有限数量的实施方案进行描述，但是应容易地理解，本发明并非限于此类公开的实施方案。确切地说，本发明可进行修改以并入前文未描述的任何数量的变化、变更、替代或等效布置，但是它们是与本发明的精神和范围相称的。此外，尽管本发明的各种实施方案已进行描述，但是应理解，本发明的方面可仅包括一些所描述的实施方案。因此，本发明不应视为受前述描述限定，而是仅由所附权利要求的范围所限制。

Claims (36)

1.一种热交换器，所述热交换器包括：
多个管，每个管配置用于流体流过其中；
一个或多个鳍片，所述一个或多个鳍片设置于所述多个管的邻近管之间，所述一个或多个鳍片通过鳍片间距(FP)间隔开并且配置成改善所述多个管和环境空气之间的热能量传递，每个鳍片包括：
鳍片面，其在所述邻近管之间延伸；
大体上平坦的鳍片帽，其连接至固定至一个或所述管的所述鳍片面；和
鳍片半径(RC)，其将所述鳍片面连接至所述鳍片帽，此类RC被减小以促进冷凝物从所述热交换器的流动。
2.根据权利要求1所述的热交换器，使得所述鳍片半径与所述鳍片间距的比率RC/FP介于约0.1和约0.4之间。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其中所述鳍片半径与所述鳍片间距的所述比率RC/FP介于约0.2和约0.3之间。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其中每个鳍片面包括一个或多个散热孔。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其中散热孔高度(LH)与鳍片高度(FH)的比率LH/FH介于约0.8和约0.95之间。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其中LII/FII介于约0.85和约0.92之间。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中每个鳍片包括延伸超出管宽度的鳍片延伸部。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其中所述鳍片延伸部横向地延伸超出所述管宽度并且横切地至少部分跨越管厚度。
9.根据权利要求7所述热交换器，其中所述鳍片延伸部被配置成将在所述鳍片结构中累积的湿气引导远离所述管。
10.根据权利要求7所述的热交换器，其中延伸部宽度(EW)与鳍片宽度(FW)的比率EW/FW介于约0.02和约0.1之间。
11.根据权利要求10所述的热交换器，其中EW/FW介于约0.02和约0.04之间。
12.根据权利要求7所述的热交换器，其中所述鳍片延伸部的横向组件(ET)与管厚度(TT)的比率ET/TT介于约0.05和约0.4之间。
13.根据权利要求12所述的热交换器，其中ET/TT介于约0.05和约0.15之间。
14.根据权利要求7所述的热交换器，其中所述鳍片延伸部的横向组件(ET)与鳍片厚度(FT)的比率ET/FT介于约1和约3之间。
15.根据权利要求14所述的热交换器，其中ET/FT介于约1.75和约2.5之间。
16.根据权利要求7所述的热交换器，其中所述鳍片延伸部的横向组件(ET)与所述鳍片半径的比率ET/RC介于约0.2和约2之间。
17.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述一个或多个鳍片的每个鳍片沿着鳍片宽度横跨两个或两个以上的管。
18.根据权利要求17所述的热交换器，其中每个鳍片包括所述鳍片面中的鳍片缺口，所述鳍片缺口设置成与所述两个或两个以上的管的两个管之间的管间隙大体上对准。
19.根据权利要求18所述的热交换器，其中缺口高度(NH)与管间距(TP)的比率NH/TP介于约0.15和约0.3之间。
20.根据权利要求19所述的热交换器，其中NH/TP介于约0.1和约0.2之间。
21.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述多个管的每个管包括沿着所述管的长度延伸的通槽。
22.根据权利要求21所述的热交换器，其中槽宽度(SW)与管宽度(TW)的比率SW/TW介于约0.05和约0.2之间。
23.根据权利要求21所述的热交换器，其中槽长度(SL)与管长度(TL)的比率SL/TL介于约0.8和约0.95之间。
24.一种热交换器，所述热交换器包括：
多个管，每个管配置用于流体流过其中；
一个或多个鳍片，所述一个或多个鳍片设置于所述多个管的邻近管之间，所述一个或多个鳍片通过鳍片间距(FP)间隔开并且配置成改善所述多个管和环境空气之间的热能量传递，每个鳍片包括延伸超出管宽度的鳍片延伸部。
25.根据权利要求24所述的热交换器，其中所述鳍片延伸部配置成将在所述鳍片结构中累积的湿气引导远离所述管。
26.根据权利要求24所述的热交换器，其中延伸部宽度(EW)与鳍片宽度(FW)的比率EW/FW介于约0.02和约0.1之间。
27.根据权利要求26所述的热交换器，其中EW/FW介于约0.02和约0.04之间。
28.根据权利要求24所述的热交换器，其中所述鳍片延伸部的横向组件(ET)与管厚度(TT)的比率ET/TT介于约0.05和约0.4之间。
29.根据权利要求28所述的热交换器，其中ET/TT介于约0.05和约0.15之间。
30.根据权利要求24所述的热交换器，其中所述鳍片延伸部的横向组件(ET)与鳍片厚度(FT)的比率ET/FT介于约1和约3之间。
31.根据权利要求30所述的热交换器，其中ET/FT介于约1.75和约2.5之间。
32.根据权利要求24所述的热交换器，其中每个鳍片包括：
鳍片面，其在所述邻近管之间延伸；和
大体上平坦的鳍片帽，其连接至固定至一个或所述管的所述鳍片面；和
鳍片半径(RC)，其将所述鳍片面连接至所述鳍片帽使得所述鳍片半径与所述鳍片间距的比率RC/FP介于约0.1和约0.4之间。
33.根据权利要求32所述的热交换器，其中所述鳍片半径与所述鳍片间距的比率RC/FP介于约0.2和约0.3之间。
34.根据权利要求32所述的热交换器，其中每个鳍片面包括一个或多个散热孔。
35.根据权利要求34所述的热交换器，其中散热孔高度(LH)与鳍片高度(FH)的比率LH/FH介于约0.8和约0.95之间。
36.根据权利要求35所述热交换器，其中LH/FH介于约0.85和约0.92之间。
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