CN104864748B - 一种换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换热器，包括多个传热元件。各个传热元件包括管状本体以及立于管状本体的表面的多个翅片。管状本体具有相对的第一端口与第二端口，其中由第一端口往第二端口的方向为热交换方向。多个翅片沿着热交换方向排列，各个翅片具有面对热交换方向的热交换面，且在热交换方向上，多个翅片的热交换面交错排列，藉以增加换热器的热交换效能。

Description

一种换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器，更特别为一种换热器内部的传热元件的结构。

背景技术

热交换器是一种用于加热和制冷循环的设备，它可以对不同温度的介质进行冷热变换，通过换热达到不同介质的使用温度。热交换器被广泛地应用于空调机、冷库以及冰箱等产品中。热交换器主要由翅片以及散热管组成。现有的换热器翅片虽然结构单纯，但换热效率低。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种换热器，藉由改变换热器内部的传热元件的结构，而改善换热器的换热效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案为，一种换热器，包括多个传热元件。各个传热元件包括管状本体以及立于管状本体的表面的多个翅片。管状本体具有相对的第一端口与第二端口，其中由第一端口往第二端口的方向为热交换方向。多个翅片沿着热交换方向排列，各个翅片具有面对热交换方向的热交换面，且在热交换方向上，多个翅片的热交换面交错排列。

进一步地，热交换面具有连接管状本体的表面的底部、连接底部的弯曲部，以及连接弯曲部的顶部，其中底部与管状本体的表面具有第一预定角度，弯曲部的曲率大于底部以及顶部的曲率。

进一步地，在热交换方向上，两相邻的热交换面的顶部之间的距离大于底部之间的距离。

进一步地，由垂直管状本体的表面观之，热交换面沿着热交换方向凹陷。

进一步地，各个翅片的热交换面具有棱线，棱线面对热交换方向。

进一步地，热交换面具有第一表面以及与第一表面相夹第二预定角度的第二表面。

进一步地，热交换方向为欲冷却的热流体所行进的方向。

进一步地，在热交换方向上，两相邻的翅片的热交换面部分重迭。

优选地，在热交换方向上，定义与热交换方向垂直的投影面，两相邻的翅片的热交换面在投影面上的正投影部分重迭，且重迭的部分不超过整个热交换面的三分之一。

本发明的有益效果为，藉由在换热器内部的传热元件上设置多个交错排列翅片，可打乱热流体的流动状态，藉以增加换热器的热交换效能。此外，本发明的翅片具有沿着热交换方向凹陷的特点，并且，两相邻的热交换面的顶部之间的距离大于底部之间的距离，可避免热流体在两相邻的翅片之间产生热堆积，而影响散热效能。又，本发明的翅片的热交换面上具有棱线，可以起到切割热流体的作用，使得部分热流体被导引进入周围的翅片，藉以增加整个散热器的换热能力。

附图说明

图1为本发明一实施方式的换热器的示意图。

图2为本发明一实施方式的传热元件的立体图。

图3为本发明一实施方式的传热元件的局部放大图。

图4为对照本发明的传热元件的另一种传热元件的示意图。

图5绘示了本发明的传热元件在热交换方向上的两个翅片的侧面示意图。

图6为图5中线段6‐6的截面图。

附图标记说明：

换热器10，腔体100，传热元件110，传热元件110X，管状本体111，翅片112，翅片112X，底部113，弯曲部114，顶部115，第一端口O1，第二端口O2，热交换方向D，上下方向V，热交换面S，热交换面S’，空间A，第一预定角度θ1，第二预定角度θ2，法线方向F，距离P1，距离P2，棱线L，第一表面s1，第二表面s2，投影面U。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明之部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与元件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

请参考图1，其系为本发明一实施方式的换热器的示意图。如图1所示，换热器10内具有腔体100，且换热器10包括多个传热元件110设置于腔体100中。多个传热元件110在腔体100内并行排列。更具体而言，传热元件110为长条形的管体。当热流体(未绘示，可为液态或气态)行经换热器10内部的腔体100时，热流体从传热元件110的一端流动至传热元件110的相对另一端，使得热流体的热量可传递给传热元件110，藉以降低热流体的温度，使得换热器10达到热交换的目的。因此，上述传热元件110可以说是换热器10的核心元件，其决定了换热器10传热性能的高低。是以，本发明就是藉由改善传热元件110的结构，以提升换热器10的传热性能，详见以下说明。

请一并参考图1与图2，其中图2为本发明一实施方式的传热元件的立体图。如图所示，传热元件110包括管状本体111以及立于管状本体111的表面的多个翅片112。管状本体111具有相对的第一端口O1与第二端口O2，其中由所述第一端口O1往第二端口O2的方向为热交换方向D。更具体而言，在图1的实施方式中，热流体可由第一端口O1往第二端口O2的方向移动。也就是说，热交换方向D即是欲冷却的热流体所行进的方向。多个翅片112沿着热交换方向D排列，以与热流体进行热交换。

更详细而言，请参考图3，其为本发明一实施方式的传热元件的局部放大图。如图所示，各个翅片112具有面对热交换方向D的热交换面S。并且，在所述热交换方向D上，所述多个翅片112的热交换面S是交错排列的。如此一来，当热流体通过传热元件110时，由于多个翅片112的热交换面S是交错排列的，热流体的流动状态会被多个翅片112所打乱，藉以增加传热元件110的传热效能。更具体而言，请参考图4，其为对照本发明的传热元件110的另一种传热元件110X的示意图。如图所示，如果多个翅片112X的热交换面S＇不是交错排列的，而是几乎完全相对排列的，则当热流体通过传热元件110时，多个翅片112X就无法起到打乱热流体的流动状态的效果。这样一来，互相面对的两个热交换面S’之间的空间A就无法被有效的利用。也就是说，在图4的传热元件110X中，热流体较倾向于以直线前进的方式沿着热交换方向D移动，而不会被扰乱而进入两个翅片112之间的空间A，因此与热交换面S’接触的时间或机率都会相较于本发明的传热元件110低。

请回到图3，藉由图4的对照可知，本发明的传热元件110藉由交错排列的翅片112，打乱热流体的流动状态，可增加热流体与热交换面S接触的时间或机率，藉以增加传热元件110的传热效能。

请继续参考图3，在本实施方式中，若由垂直管状本体111的表面观之，可看到热交换面S沿着热交换方向D凹陷。如此一来，当热流体通过热交换面S时，凹陷状的热交换面S可增加热流体通过的速率，以避免热交换面S上产生热堆积的现象。

更详细言之，请参考图5，图5绘示了本发明的传热元件110在热交换方向D上的翅片112的侧面示意图。如图所示，热交换面S具有连接管状本体111的表面的底部113、连接底部113的弯曲部114以及连接弯曲部114的顶部115，其中底部113与管状本体111的表面之间具有第一预定角度θ1。弯曲部114的曲率大于底部113以及顶部115的曲率。具体而言，第一预定角度θ1小于90度。在部分实施方式中，第一预定角度θ1介于70度到90度之间。优选地，第一预定角度θ1大略为75度。弯曲部114由底部113延伸而出，由于弯曲部114的缘故，顶部115几乎是朝着管状本体111的表面的法向方向F延伸，而形成了图5中沿着热交换方向D凹陷的热交换面S。热流体顺着具有凹陷弧度的热交换面S移动时，热流体的通过速率会稍微加快，而避免过多个热流体堆积在单一个翅片112上。

请继续参考图5，在热交换方向D上，两相邻的热交换面S的顶部115之间的距离P1大于底部113之间的距离P2。由于热交换面S具有凹陷的弧度，因此热流体会产生由底部113往顶部115移动的趋势。故，藉由将两相邻的热交换面S的顶部115之间的距离P1设计的大于底部113之间的距离P2，可避免热流体在两相邻的热交换面S的底部113之间堆积，而影响散热效能。

请参考图6，其图5中线段6‐6的截面图。如图所示，翅片112的热交换面S上面具有面对热交换方向D的棱线L。更具体而言，所述热交换面S具有第一表面s1以及与所述第一表面s1相夹第二预定角度θ2的第二表面s2，而第一表面s1与第二表面s2相交所形成的线段就是棱线L。当热流体沿着热交换面S移动时，棱线L可起到切割热流体的作用，使得部分地热流体倾向于往图6中的上下方向V(大致于热交换方向D垂直)移动，而被导引进入在上下方向上V的其他翅片112，藉以增加整个散热器的换热效率。

请继续参考图6，在热交换方向D上，两相邻的翅片112的热交换面S部分重迭。更具体而言，若在热交换方向D上，定义出一个与热交换方向D垂直的虚拟投影面U，则在热交换方向D上的两相邻的翅片112的热交换面S的正投影E1与正投影E2会部分重迭。优选地，正投影E1与正投影E2重迭的部分不超过整个热交换面S的三分之一。根据实验结果，当正投影E1与正投影E2重迭的部分为整个热交换面S的三分之一时，散热效率相较于正投影E1与正投影E2完全重迭的技术方案(如图4所示)高出约50％。若正投影E1与正投影E2重迭的部分越低，则散热效率就会逐渐降低。当正投影E1与正投影E2没有重迭时，散热较率约只提高10％。反之，当正投影E1与正投影E2重迭的部分超过整个热交换面S的三分之一时，由于会有热堆积的问题，因此换热效率会快速的下降。

在部分实施方式中，管状本体111可为中空的(未绘示)，而管状本体111的内部亦可设置有多个翅片112。优选地，当管状本体111内表面与外表面都设置有翅片112时，传热面积可为完全无翅片112的管状本体111的3倍至6倍；对流传热系数可为完全无翅片112的管状本体111的2倍至6倍；沸腾传热系数可为完全无翅片112的管状本体111的2倍至5倍；凝结传热系数可为完全无翅片112的管状本体111的3倍至5倍。

综上所述，本发明藉由在传热元件上设置多个交错排列翅片，以打乱热流体的流动状态，藉以增加传热元件的传热效能。此外，在打乱热流体的流动状态后，又为了避免翅片上产生热堆积，本发明的翅片具有沿着热交换方向凹陷的特点，以及翅片的热交换面上具有棱线，以起到切割热流体的作用。并且，两相邻的热交换面的顶部之间的距离大于底部之间的距离，亦可避免热流体在两相邻的热交换面的底部之间堆积，而影响散热效能。

Claims (7)

1.一种换热器，其特征在于，包括：

多个传热元件，所述多个传热元件在所述换热器的腔体内并行排列，各个传热元件包括：

管状本体，所述管状本体具有相对的第一端口与第二端口，其中由所述第一端口往所述第二端口的方向为热交换方向；以及

立于所述管状本体的表面且沿着所述热交换方向排列的多个翅片，各个翅片具有面对所述热交换方向的热交换面，且在所述热交换方向上，所述多个翅片的所述热交换面交错排列；

其中，所述热交换面具有连接所述管状本体的表面的底部、连接所述底部的弯曲部，以及连接所述弯曲部的顶部，其中所述底部与所述管状本体的表面具有第一预定角度，所述弯曲部的曲率大于所述底部以及所述顶部的曲率，且所述弯曲部由所述底部延伸而出以及所述顶部朝着所述管状本体的表面的法向方向延伸，在所述热交换方向上，两相邻的热交换面的所述顶部之间的距离大于所述底部之间的距离。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，由垂直所述管状本体的表面观之，所述热交换面沿着所述热交换方向凹陷。

3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述各个翅片的所述热交换面具有棱线，所述棱线面对所述热交换方向。

4.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述热交换面具有第一表面以及与所述第一表面相夹第二预定角度的第二表面。

5.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述热交换方向为欲冷却的热流体所行进的方向。

6.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，在所述热交换方向上，两相邻的所述翅片的所述热交换面部分重迭。

7.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，在所述热交换方向上，定义与所述热交换方向垂直的投影面，两相邻的所述翅片的所述热交换面在所述投影面上的正投影部分重迭，且重迭的部分不超过整个热交换面的三分之一。