CN103791661B - 翅片管热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高热交换性能的翅片管热交换器。该翅片管热交换器包括：相互隔开间隔层叠的多个翅片（1）、和在层叠方向贯通多个翅片（1），与流过多个翅片（1）之间的气流进行热交换的流体流过其内部的多个传热管（2），翅片（1）形成在气流（3）的流动方向山部（6a、6b）与谷部（7）交替出现的波纹状，并且在气流（3）的流动方向，比翅片（1）的中央部更位于下风侧且在铅垂方向上相邻的传热管（2）之间的山部（6b）的棱线（10）上具有气窗（9）。

Description

翅片管热交换器

技术领域

本发明涉及一种用于制冷剂的热交换的翅片管热交换器。

背景技术

一直以来，这种翅片管热交换器如图8所示包括：相互隔开间隔层叠的多个翅片101；和以在层叠方向贯通多个翅片101的方式而设置的多个传热管102。

在该翅片管热交换器中，被送风机（未图示）送风的空气等气流103流过相互相邻的翅片101间，由此，与在传热管102的内部流动的流体进行热交换。

作为具有这种结构的翅片管热交换器，例如，公开在专利文献1（日本特开2001－091101号公报）中。

图9A是现有的翅片管热交换器所具有的翅片的部分平面图。图9B是图9A的A0－A0线截面图。图9C是表示图9B所示的翅片的层叠状态的截面图。

在现有的翅片管热交换器所具备的翅片111中，在铅垂方向上设置有多个用来贯通并扩管紧固传热管112的圆筒状的翅片套环（fin collar）114。另外，向着图9A的箭头所示的热交换用的气流113，在以翅片111的宽度方向的中央部为界的上风侧（windwardside）的部分，如图9B所示，设置有以出现山部的方式而折弯的折弯部115。而且，在在气流113以翅片111的宽度方向的中央部为界的下风侧（leeward side）且相互相邻的传热管112之间的部分，如图9B所示，设置有切开成形槽部（slit）116。现有的翅片管热交换器如图9C所示，具有层叠多个采用上述方式构成的翅片111的结构。

在将前述现有的翅片管热交换器例如用于空调机的室外机的情况下，特别是在外界空气为低温时的制暖运转过程中，容易在翅片111的上风侧的部分发生结霜。根据现有的翅片管热交换器，在该翅片111的上风侧的部分仅设置有折弯部115，所以，在相互相邻的翅片111之间形成大体等间隔的气流113的流路。由此，如图9C所示，即使在翅片111的前缘部（上风侧的端部）111a形成霜层117，也能抑制相互相邻的翅片111之间因该霜层117被堵塞。另外，在发生结霜的可能性低的翅片111的下风侧的部分设置有切开成形槽部116，所以，能够提高向113的传热，从而能够提高热交换性能。

专利文献1：日本特开2001－091101号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，如果采用前述现有的结构，则在设置有折弯槽部116的翅片111的下风侧的部分，未设置折弯部115，且形成平板状。因此，气流113与翅片111的接触面积（传热面积）变小。即，在前述现有的结构中，结霜的发生得以抑制，但另一方面，常规运转时的传热性能就会下降。其结果是，热交换器整体的热交换性能下降。

另外，在前述现有的结构中，在翅片111的上风侧的部分难以完全除去气流113的湿气，因此，在切开成形槽部116的前缘部116a形成霜层118，相互相邻的翅片111之间有可能被该霜层118堵塞。在此情况下，气流113的流动受到阻挡，热交换性能下降。

本发明的目的在于，解决前述现有的课题，提供一种能够提高热交换性能的翅片管热交换器。

用于解决课题的方法

为了解决前述现有的课题，本发明的翅片管热交换器，其特征在于，包括：相互隔开间隔层叠的多个翅片；和多个传热管，其在层叠方向贯通所述多个翅片，在该多个传热管的内部流通有与流过所述多个翅片间的气流进行热交换的流体，

所述翅片形成为在所述气流的流动方向山部与谷部交替出现的波纹形状，并且在所述气流的流动方向，在比所述翅片的中央部更位于下风侧且在铅垂方向上相邻的传热管之间的所述山部的棱线上具有气窗（louver）。

发明效果

根据本发明的翅片管热交换器，具有前述结构，由此能够提高热交换性能。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的翅片管热交换器的立体图。

图2是图1所示的翅片管热交换器所具备的翅片的部分立体图。

图3A是图2所示的翅片的部分平面图。

图3B是图3A的A1－A1线截面图。

图4是图2所示的翅片的放大平面图。

图5是用来说明图2所示的翅片所具备的翅片套环与气窗的优选的位置关系的部分平面图。

图6是表示缩短图2所示的翅片的气窗长度的变形例的部分立体图。

图7是表示图2所示的翅片的气窗的立起面将气流向死水区域（dead waterregion）引导的情况的部分平面图。

图8是是现有的翅片管热交换器的概略立体图。

图9A是现有的翅片管热交换器所具备的翅片的部分平面图。

图9B是图9A的A0－A0线截面图。

图9C是表示图9A所示的翅片的层叠状态的截面图。

具体实施方式

本发明的翅片管热交换器，其特征在于，包括：相互隔开间隔层叠的多个翅片；和多个传热管，其在层叠方向贯通所述多个翅片，在该多个传热管的内部流通有与流过所述多个翅片间的气流进行热交换的流体，

所述翅片形成为在所述气流的流动方向山部与谷部交替出现的波纹形状，并且在所述气流的流动方向，在比所述翅片的中央部更位于下风侧且在铅垂方向上相邻的传热管之间的所述山部的棱线上具有气窗。

根据该结构，由于翅片形成波纹形状，所以，能够增大翅片与气流的接触面积（传热面积）。另外，流过层叠的翅片之间的气流因交替出现的山部与谷部变成曲流（meandering flow），所以，能够促进湍流。

另外，根据所述结构，在气流的流动方向，在比翅片的中央部更位于下风侧的部分设置气窗，所以，能够抑制结霜的发生。

另外，根据所述结构，在山部的棱线上设置气窗，所以，沿着波纹形状流过层叠的翅片之间的气流、与通过气窗的开口部的气流碰撞，由此能够进一步促进湍流。而且，使气流接触通过设置气窗而形成的前缘部，由此，根据所谓的前缘效果（anterior bordereffect）能够促进传热。另外，流过前缘部的气流以再形成温度边界层的方式流动。即，有效地利用因波纹形状而出现的山部与谷部的形状来形成气窗，所以，能够增大翅片的传热面积，使流过层叠的翅片之间的气流碰撞，能够进一步促进湍流。

因此，根据前述结构，能够实现抑制结霜的发生、传热面积的增大、促进湍流、前缘效果、温度边界层的再形成，所以，能够提高翅片管热交换器的热交换性能。

另外，优选所述气窗按照在所述气流的流动方向仅在下风侧形成开口部的方式，将比所述山部的棱线更位于下风侧的翅片的一部分切开成形而形成。

根据该结构，通过设置气窗而形成的前缘部比气窗更位于下风侧的位置，所以，能够抑制在该前缘部发生结霜。

另外，优选形成于所述气窗的所述铅垂方向的一端部的立起面按照使所述气流的流动方向向着位于最接近所述立起面的传热管的下风侧的死水区域的方式形成。

根据该结构，能够将与形成于气窗的端部的立起面接触的气流向位于传热管的下风侧的死水区域引导，能够进一步提高热交换性能。

另外，优选形成于所述气窗的所述铅垂方向的上端部的立起面相对于水平方向倾斜。

根据该结构，能够抑制在翅片的表面产生的冷凝水滞留在立起面，并且能够抑制因该冷凝水导致通风阻力增加。其结果是，能够提高热交换性能。

另外，优选与所述气窗相邻的两个传热管的最短距离为一方的传热管与所述气窗的最短距离和另一方的传热管与所述气窗的最短距离的合计距离以上。

根据该结构，即使在气窗的开口部因结霜而堵塞的情况下，也能抑制对于流过层叠的翅片之间的气流的通风阻力的过度增加。其结果是，能够提高热交换性能。

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。此外，本发明并不限于该实施方式。

（实施方式）

图1是本发明的实施方式所涉及的翅片管热交换器的立体图。图2是图1所示的翅片管热交换器所具备的翅片的部分立体图。图3A是图2所示的翅片的部分平面图。图3B是图3A的A1－A1线截面图。本实施方式所涉及的翅片管热交换器例如搭载于空调机、热泵热水器、热泵热水制暖器等的室外机中。

如图1所示，本实施方式的翅片管热交换器包括：用于形成气流3的流路而相互隔开间隔Fp层叠的多个翅片1；和在层叠方向贯通多个翅片1的多个传热管2。

在传热管2的内部，与由送风机（未图示）向多个翅片1之间送出的空气等气流3进行热交换的流体流过其中。再者，如图1所示，多个传热管2也可以相互连结形成一根传热管。流过传热管2的内部的流体一般是液相与气相的两相状态，通过与气流3的热交换液相蒸发变成过热气体，向翅片管热交换器的外部流出。

作为流过传热管2的内部的流体，可以使用HFC制冷剂、HFO制冷剂、HC制冷剂、CO₂制冷剂、或者这些的混合制冷剂。通过使用这些制冷剂，能够抑制臭氧层的破坏。另外，在使用HC制冷剂和CO₂制冷剂的情况下，全球变暖潜能值（global warming potential）小，所以，能够实现环保型的空调机和冷冻机。

如图2所示，翅片1形成在气流3的流动方向山部6a、谷部7、山部6b交替出现的波纹形状（也称作华夫饼形状等）。在本实施方式中，翅片1形成倒W字状。由此，翅片1包括：前缘部（上风侧端部）1a与山部6a之间的倾斜面11a、山部6a与谷部7之间的倾斜面11b、谷部7与山部6b之间的倾斜面11c、以及山部6b与翅片1的后缘部（下风侧端部）1b之间的倾斜面11d。

在翅片1设置有插入传热管2的多个翅片套环4。传热管2被插入翅片套环4内后，进行从内部扩大传热管2的直径的扩管作业，由此，与翅片套环4紧贴。

在本实施方式中，多个翅片套环4在铅垂方向上按照规定间隔配置。另外，各翅片套环4形成圆筒形状。在各翅片套环4的周围设置有引导气流3的平坦的座部8。在气流3的流动方向，在翅片1的下风侧的山部6b的棱线10上设置有气窗9。

在本实施方式中，气窗9是通过在比山部6b的棱线10更位于下风侧的部分切开切口，以山部6b的棱线10（图3A的虚线所示的部分）为支点将该部分向离开倾斜面11d的方向立起而形成的。

因此，气窗9的端部9a位于在气流3的流动方向比山部6b的棱线10更位于下风侧的位置。另外，如图3B所示，气窗9的纵长面12（在铅垂方向延伸的面）按照从比气窗9更位于上风侧的谷部7至气窗9的端部9a成一直线状的方式形成。即，气窗9是通过从谷部7向着山部6b的倾斜面11c在比山部6b的棱线10更位于下风侧延伸设置而形成的。

在气窗9的铅垂方向（图3A的上下方向）的两端部，形成与翅片1的倾斜面11d连接的立起面9c。立起面9c如图4所示，按照使气流3的流动方向向着位于最接近立起面9c的翅片套环4的下风侧的死水区域E1的方式形成。另外，立起面9c按照相对于水平方向h1倾斜规定的角度θ的方式形成。

另外，如图5所示，在本实施方式中，与气窗9相邻的两个翅片套环4的最短距离L2被设定为：一方的翅片套环4与气窗9的最短距离L1a、和另一方的翅片套环4与气窗9的最短距离L1b的合计距离以上（L1a＋L1b≧L2）。

根据本实施方式，翅片1形成在气流3的流动方向，山部6a、谷部7、山部6b交替出现的波纹形状，所以，能够增大翅片1与气流3的接触面积（传热面积）。另外，流过层叠的翅片1之间的气流3因交替出现的山部6a、谷部7、山部6b而变成曲流，所以，能够促进湍流。

另外，根据本实施方式，如图3B所示，沿着波纹形状流过层叠的翅片1之间的气流31、与通过气窗9的开口部9d的气流32碰撞，由此，能够进一步促进湍流。

另外，根据本实施方式，通过设置气窗9，如图3B所示，在翅片1的倾斜面11d形成前缘部9b。通过使气流3接触该前缘部9b，根据所谓的前缘效果能够促进传热。另外，通过前缘部9b的气流以再形成温度边界层的方式流动。

另外，根据本实施方式，前端部9b比山部6b的棱线10更位于下风侧的位置。由此，在通常发生结霜的运转条件下，在沿着波纹形状的翅片1流动的气流3到达前缘部9b的时刻，气流3与前端部9b的温差变小，所以，能够抑制在前端部9b发生结霜。其结果是，能够抑制传热性能的下降。

另外，根据本实施方式，与气窗9相邻的两个翅片套环4的最短距离L2被设定为：其中一方的翅片套环4与气窗9的最短距离L1a、和另一方的翅片套环4与气窗9的最短距离L1b的合计距离以上。由此，即使在气窗9的开口部9d因结霜而堵塞的情况下，也能抑制对于流过层叠的翅片1之间的气流3的通风阻力的过度增加。

再者，只要满足L1a＋L1b≧L2的关系即可，气窗9的铅垂方向的长度并无特别限定。例如，为了进一步抑制外部空气温度低时的结霜的发生以及通风阻力的增加，如图6所示，只要缩短气窗9的铅垂方向的长度即可。

另外，根据本实施方式，如图7所示，气窗9的立起面9c按照将流3的流动方向向着位于最接近立起面9c的翅片套环4的下风侧的死水区域E1的方式形成，所以，能够将与立起面9c接触的气流3向死水区域E1引导，并且能够提高热交换性能。

另外，根据本实施方式，如图4所示，形成于气窗9的铅垂方向的上端部的立起面9c相对于水平方向倾斜，所以，能够在翅片1的表面抑制冷凝水滞留在立起面9c上，并且能够抑制因该冷凝水通风阻力增加。其结果是，能够提高热交换性能。

如以上那样，根据本实施方式，能够实现抑制结霜的发生、传热面积的增大、促进湍流、前缘效果、温度边界层的再形成，所以，能够提高翅片管热交换器的热交换性能。

再者，本发明并不限于前述实施方式，能够采用其他各种方式来实施。例如，在前述说明中，翅片套环4以及传热管2的形状采用圆筒形，但翅片套环4以及传热管2的形状也可以是筒状。例如，传热管2也可以是扁平管。

另外，在前述说明中，以翅片套环4为基准设定了最短距离L1a、L1b、L2，但是，也可以以传热管2为基准来设定最短距离L1a、L1b、L2。即，与气窗9相邻的两个传热管2的最短距离L2也可以设定为：其中一方的传热管2与气窗9的最短距离L1a、和另一方的传热管2与气窗9的最短距离L1b的合计距离以上。在此情况下，也能获得与前述相同的效果。

另外，在前述说明中，以翅片套环4为基准规定了死水区域E1，当然，也可以以插入该翅片套环4中的传热管2为基准来规定死水区域E1。

另外，在前述说明中，按照将气窗9的两端部的立起面9c向着死水区域E1的方式来形成，但也可以按照将任意一方的立起面9c向着死水区域E1的方式形成。在此情况下，与过去相比，能够获得提高热交换性能的效果。

产业上的利用可能性

本发明所涉及的翅片管热交换器能够提高热交换性能，所以，作为在空调装置、热水装置、制暖装置等中所使用的各种冷冻循环装置的热交换器有用。

符号说明

1 翅片

2 传热管

3、31、32 气流

4 翅片套环

6a、6b 山部

7 谷部

8 座部

9 气窗

9a 端部

9b 前缘端部

9c 立起面

9d 开口部

10 棱线

11a、11b、11c、11d 倾斜面

12 纵长面

L1a、L1b、 气窗与翅片套环的最短距离

L2 翅片套环之间的最短距离

E1 死水区域

h1 水平方向

Claims (6)

1.一种翅片管热交换器，其特征在于，包括：

相互隔开间隔层叠的多个翅片；和

多个传热管，其在层叠方向贯通所述多个翅片，在该多个传热管的内部流通有与流过所述多个翅片间的气流进行热交换的流体，

所述翅片形成为在所述气流的流动方向山部与谷部交替出现的波纹形状，并且在所述气流的流动方向，在比所述翅片的中央部更位于下风侧且在铅垂方向上相邻的传热管之间的所述山部的棱线上具有气窗。

2.如权利要求1所述的翅片管热交换器，其特征在于：

所述气窗通过以在所述气流的流动方向仅在下风侧形成开口部的方式，将比所述山部的棱线更位于下风侧的翅片的一部分切开成形而形成。

3.如权利要求1或2所述的翅片管热交换器，其特征在于：

形成于所述气窗的所述铅垂方向的一端部的立起面，按照使所述气流的流动方向朝向位于最接近所述立起面的传热管的下风侧的死水区域的方式形成。

4.如权利要求1或2所述的翅片管热交换器，其特征在于：

形成于所述气窗的所述铅垂方向的上端部的立起面相对于水平方向倾斜。

5.如权利要求1或2所述的翅片管热交换器，其特征在于：

与所述气窗相邻的两个传热管的最短距离为一方的传热管与所述气窗的最短距离和另一方的传热管与所述气窗的最短距离的合计距离以上。

6.如权利要求3所述的翅片管热交换器，其特征在于：

与所述气窗相邻的两个传热管的最短距离为一方的传热管与所述气窗的最短距离和另一方的传热管与所述气窗的最短距离的合计距离以上。