CN105814391A - 热交换器用错列散热片及使用该错列散热片的制冷剂热交换器 - Google Patents

热交换器用错列散热片及使用该错列散热片的制冷剂热交换器 Download PDF

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Abstract

一种热交换器用错列散热片(5)，其设置在平行配置的多个制冷剂管间，其中，在弯曲成型为波形的散热片的上升面(8)和下降面(9)上切断成型为长条状的各散热片即区段(10)沿空气流动方向空开2列以上的间隔进行多个错列设置，同时，各区段(10)的空气流动方向的长度L为0.5mm≤L≤1.2mm，各区段(10)的波形散热片在1间距内的分配数量为3个以上。

Description

热交换器用错列散热片及使用该错列散热片的制冷剂热交换器
技术领域
本发明涉及一种设在制冷剂管间的热交换器用错列散热片及使用该错列散热片的制冷剂热交换器。
背景技术
作为适用于空调装置的蒸发器和冷凝器等的制冷剂热交换器，现已熟知在平行配置的多个制冷剂管间，设置将金属制的薄板弯曲成型为波形的波状散热片的制冷剂热交换器。此外，为了进一步提高波状散热片的热交换性能，现已熟知在制冷剂管间配置所谓的错列散热片而构成的制冷剂热交换器，所述错列散热片将在波状散热片的波形上升面和下降面两面切断成型为长条状的各散热片即区段进行多个错列设置。
另一方面，专利文献1中公开了一种废气热交换器，其将错列散热片作为内散热片设置在管内，且以规定间隔(缝隙)设置错列散热片中的4组错列散热片。专利文献2中公开了一种同样在排气管内设置错列散热片的废气热交换器，其中，为了不受到上游侧区段的前缘部产生的温度边界层的影响，使各区段朝向存在于特定的行、列中的区段以外的任一区段的中心倾斜。
而且，专利文献3中公开了一种废气热交换器，其中，在排气管内设置的错列散热片大小满足散热片间距2mm＜fp≤12mm，散热片高度3.5mm＜fh≤12mm，各切断成型部即区段的长度L在fh＜7、fp≤5时，为0.5mm＜L≤7mm，在fh＜7、fp＞5时，为0.5mm＜L≤1mm，在fh≥7、fp≤5时，为0.5mm＜L≤4.5mm，在fh≥7、fp＞5时，为0.5mm＜L≤1.5mm。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-139053号公报
专利文献2：日本专利特开2001-41109号公报
专利文献3：日本专利特许第4240136号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，在错列散热片中，根据散热片间距fp和散热片高度fh的关系，规定各区段的长度L、使各区段相对于空气流动方向倾斜或增加各区段的波形散热片在每个间距的分配数量，从而试图提高热传导率，但是各改善方案中，通过提高气体侧的热传导率和抑制压力损失实现的高性能化也逐渐达到极限。在这种情况下，在适用于车辆用空调装置的蒸发器和冷凝器等的制冷剂热交换器中，要求提供性能进一步优化的热交换器。
本发明鉴于上述情况而研究完成，目的在于提供一种热交换器用错列散热片及使用该错列散热片的制冷剂热交换器，所述热交换器用错列散热片通过高效组合错列散热片的各改善要素，性能得以进一步优化。
技术方案
为了解决上述课题，本发明的热交换器用错列散热片及使用该错列散热片的制冷剂热交换器采用以下方法。
即，本发明的第1方式所涉及的热交换器用错列散热片是设置在平行配置的多个制冷剂管间的热交换器用错列散热片，其中，在弯曲成型为波形的散热片的上升面和下降面上切断成型为长条状的各散热片即区段沿空气流动方向空开2列以上的间隔进行多个错列设置，同时，所述各区段的空气流动方向的长度L为0.5mm≤L≤1.2mm，该各区段的所述波形散热片在1间距内的分配数量为3个以上。
根据本发明的第1方式，在构成错列散热片的波形成型散热片的上升面及下降面上切断成型为长条状的各散热片即区段沿空气流动方向空开2列以上的间隔进行多个错列设置，同时，各区段的空气流动方向的长度L为0.5mm≤L≤1.2mm。因此，对于各区段，在位于空气流动方向上游的区段的前缘产生的温度边界层难以对设置在下游侧的区段产生影响，通过不阻碍其前缘效果，使各区段的前缘效果，即在各区段的前缘，空气流动发生碰撞，其前缘部分的热传导率局部升高的效果得到最大限度的发挥。因此，预期可提高空气侧的热传导率，甚至是热交换性能，同时，通过将各区段的空气流动方向的长度L最佳化，可抑制空气侧压力损失、将其压力损失控制在实用范围内。此外，通过将1间距内的各区段的波形散热片分配数量设定为3个以上，可预期缩短散热片间的间隔，提升空气流动速度，进一步提高空气侧的热传导率。由此，可从空气侧的热传导率及压力损失两方面改善错列散热片的性能，并进一步提高其性能。
而且，本发明第2方式所涉及的热交换器用错列散热片，其在上述热交换器用错列散热片中，所述1间距内的分配数量设定为3个以上的所述各区段分别以3段以上的段形状反复排列。
根据本发明的第2方式，1间距内的分配数量设定为3个以上的各区段分别以3段以上的段形状反复排列，因此，可沿空气流动方向以2列以上的间隔错列设置全部的区段，在全部的区段中，可排除上游侧区段的温度边界层造成的影响，并最大限度地发挥前缘效果，切实提高空气侧的热传导率。从而，可预期进一步提高错列散热片的热交换性能。
而且，本发明第3方式所涉及的热交换器用错列散热片，其在上述任一种热交换器用错列散热片中，所述各区段相对于空气流动方向以规定的角度倾斜。
根据本发明的第3方式，各区段相对于空气流动方向以规定的角度倾斜，因此，各区段间的间隔随着倾斜程度而扩大，空气流动得到整流，从而，可预期实现各区段的前缘效果带来的热传导率的进一步提高，同时可以维持空气侧压力损失的抑制效果。从而，可以进一步优化错列散热片的性能。另外，根据与压力损失的关系，优选区段的倾斜角度为7°左右。
而且，本发明的第4方式所涉及的制冷剂热交换器，其在以规定间隔平行配置的多个制冷剂管间设置上述任一种热交换器用错列散热片。
根据本发明的第4方式，在以规定间隔平行配置的多个制冷剂管间设置上述任一种热交换器用错列散热片，因此，通过提高错列散热片的性能，可进一步促进流经制冷剂管内的制冷剂和流经错列散热片侧的空气流之间的热交换，并提高其热交换性能。从而，可进一步优化适用于蒸发器和冷凝器的制冷剂热交换器的性能，并提高空调装置的性能，同时，通过使蒸发器和冷凝器小型化，可实现空调单元的紧凑化。
有益效果
根据本发明的热交换器用错列散热片，对于各区段，在位于空气流动方向上游侧的区段的前缘产生的温度边界层难以对设置在下游侧的区段产生影响，通过不阻碍其前缘效果，使各区段的前缘效果，即在各区段的前缘，空气流动发生碰撞，其前缘部分的热传导率局部升高的效果得到最大限度的发挥，可预期提高空气侧的热传导率，甚至是热交换性能，同时，通过将各区段的空气流动方向的长度L最佳化，可抑制空气侧压力损失，并将其压力损失控制在实用范围内。此外，通过将1间距内的各区段的波形散热片分配数量设定为3个以上，可预期缩短散热片间的间隔，提升空气流动速度，进一步提高空气侧的热传导率，因此，可从空气侧的热传导率及压力损失两方面改善错列散热片的性能，并进一步提高其性能。
此外，根据本发明的热交换器，通过提高错列散热片的性能，可进一步促进流经制冷剂管内的制冷剂和流经错列散热片侧的空气流之间的热交换，并提高其热交换性能，因此，可进一步优化适用于蒸发器和冷凝器的制冷剂热交换器的性能，并提高空调装置的性能，同时，通过使蒸发器和冷凝器小型化，可实现空调单元的紧凑化。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的制冷剂热交换器的立体图。
图2是上述热交换器所使用的错列散热片的立体图。
图3是相当于图2中的A-A截面的图。
图4是相当于图2中的B向视的图。
图5是上述错列散热片及其改进例与单一错列散热片的性能比较图。
图6是表示上述错列散热片的各区段的长度L造成的空气压力损失变化的图。
图7是表示上述错列散热片的各区段的长度L造成的热传导率变化的图。
图8是相当于表示上述图5至图7所示的性能比较和分析中使用的错列散热片的区段排列规格的横截面的图(A)至(H)。
具体实施方式
以下，参照图1至图8，说明本发明所涉及的一个实施方式。
图1显示了本发明的一个实施方式所涉及的制冷剂热交换器的立体图，图2显示了该热交换器所使用的错列散热片的立体图，图3显示了相当于图2中的A-A截面的图，图4显示了相当于图2中的B向视的图。
制冷剂热交换器1适用于空调装置用蒸发器和冷凝器等，使流经制冷剂管内的制冷剂和流经其外侧的空气进行热交换。
该制冷剂热交换器1由以下部件构成：在上下或左右空出规定间隔，相对于空气流动方向F在前后各设置一对的上下或左右一对的集管器2、3；在该集管器2、3之间，通过连接两端以规定间隔平行配置的呈扁平形状的多个制冷剂管4；设置在该平行制冷剂管4之间的错列散热片5，其中，使连接至一侧集管器2的制冷剂入口配管6供给的制冷剂以1壳程或1以上的壳程数在制冷剂管4中流通，同时使其与空气进行热交换，蒸发或冷凝后，从连接至另一侧集管器3的制冷剂出口配管7中排出。
上述制冷剂热交换器1为全铝合金制热交换器，构成该制冷剂热交换器的一对集管器2、3和制冷剂管4以及错列散热片5等全部为铝合金制。错列散热片5如图2至图4所示，例如，将板厚tf为0.06mm的铝合金制薄板设为散热片间距pf为1.3mm且弯曲成型为波形的散热片宽度w为34mm的散热片，图2至4所示的上升面8及下降面9的两面分别构成各散热片区段(长条)10。其构成为：错列设置有多个通过弯曲成型为该波形从而切断成型为长条状的各散热片即区段(长条)10。
此外，本实施方式中，为了提高错列散热片5的性能，将在波形散热片的上升面8及下降面9两面切断成型的各散热片即长条状区段10的空气流动方向F的长度L设为0.5mm≤L≤1.2mm，同时，该多个区段10相对于沿空气流动方向F的列方向，如图3所示，分别空开2列以上的间隔排列构成。所述“2列”的各列是由图3中沿与所述方向F垂直相交的方向排列的4个区段10形成的列。也就是说，图3的错列散热片有34个列。此外，所述“沿空气流动方向F的列方向”为沿空气流动方向F的方向。也可以说图3的错列散热片具有4个沿方向F排列的列(分别有34个区段10)。此外，各区段10在波形散热片的1间距内相对于与空气流动方向F垂直相交的方向的分配数量n为3个以上。这表示，如图3所示，沿方向F排列的所述各4列中，与方向F垂直相交的方向的3个以上的位置配置有区段10。
而且，在与空气流动方向F垂直相交的方向分配设置3个以上的各区段10时，全部的区段10相对于沿空气流动方向F的列方向，分别空开2列以上的间隔排列，因此，如图2及图3所示，为形成3段以上的段形状，沿空气流动方向F依次反复排列的构成。
此处，基于图5至图8对为确认上述错列散热片5的性能而进行的样品分析的结果及计算结果进行说明。
首先，参照图8(A)～(H)对该分析及计算中使用的错列散热片的NO.1～NO.9样品的规格进行说明。
使任一样品的散热片材料的板厚tf均为0.06mm，散热片间距pf均为1.3mm，散热片宽度w均为34mm，同时，使各区段10的空气流动方向F的长度L均为1mm，并对各散热片即区段10的配置、排列等进行了变更。
(1)NO.1样品的散热片如图8(A)所示，将各区段10的列方向间隔设为1列的同时，将各区段10的1间距内的与空气流动方向F垂直相交方向的分配数量n设为2。
(2)NO.2样品的散热片如图8(B)所示，将各区段10的列方向间隔设为2列的同时，将各区段10的1间距内的与空气流动方向F垂直相交方向的分配数量n设为3，并将该区段10以3段的段形状沿空气流动方向F反复排列。
(3)NO.3样品的散热片如图8(C)所示，在上述NO.2样品中，将各区段10的1间距内的与空气流动方向F垂直相交方向的分配数量n设为4，并将该区段10以4段的段形状沿空气流动方向F反复排列。
(4)NO.4样品的散热片如图8(D)所示，在上述NO.2样品中，使各区段10相对于空气流动方向F倾斜7°设置。
(5)NO.5样品的散热片如图8(E)所示，在上述NO.2样品中，依次反复排列段形状，使其在空气流动方向F的中央部折回。
(6)NO.6样品的散热片如图8(F)所示，将各区段10的1间距内的与空气流动方向F垂直相交方向的分配数量n设为3，但反复排列，从而使段形状以3段折叠。因此，混杂有各区段10的列方向间隔为1列的情况。
(7)NO.7样品的散热片如图8(G)所示，在上述NO.6样品中，使各区段10相对于空气流动方向F倾斜7°设置。
(8)NO.8样品的散热片如图8(H)所示，为将已知的带百叶窗的波状散热片在空气流动方向F的中央部进行折回的形状。
(9)NO.9样品的散热片未进行图示，但在上述NO.6样品中，将各区段10的1间距内的与空气流动方向F垂直相交方向的分配数量n设为4，因此，混杂有各区段10的列方向间隔为1列的情况。
关于上述NO.1～NO.7样品，对各区段10的长度L(mm)造成的空气压力损失ΔPa(Pa)及热传导率hm(W/m2K)的变化进行计算、分析，将其结果显示在图6及图7中。此处的热传导率hm.pp及空气压力损失ΔPa.pp的计算公式是图8所示的计算区域的公式，如下所示。
[损失系数的定义]
fL＝1/4[{1+3.445/(Re·2de/L·1/4)^0.5}^2-1]×(2de/L)
其中，Re：雷诺数、de：等价直径、L：区段长度
[压力损失：ΔPa.pp]
ΔPa.pp＝2fL·(L/(2de))·ρa·uθ^2×c×NL
其中，c：压力损失补偿系数、ρa：空气密度、uθ：区段间流速、NL：1间距间的深度方向全部的区段数量
[热传导率：hm.pp]
Nu＝3.77+[0.066·(Re·Pra·de/(2L))^1.2]/[1+0.1·(Pra)^0.87·(Re·de/(2L))^0.7]
Nu＝hm.pp·de/λa
其中，Pra：空气普朗特数、λa：空气热传导率
图6中显示了对各区段10的长度L(mm)造成的空气压力损失ΔPa的变化进行分析后的结果。此处，将空气压力损失ΔPa(Pa)的压力损失设定线(估算)设为100.0Pa时，从与各区段(长条)10的长度L的关系来看，优选将空气压力损失ΔPa(Pa)抑制在图6所示的虚线框内，NO.2～NO.5及NO.7的样品包括在该范围内。这些样品通过区段10的1间距内的分配数量和列方向的间隔，或相对于空气流动方向F的倾斜等，虽然空气压力损失相对于NO.1及NO.6的样品要高，但可设定在各实用范围内。
另一方面，图7中显示了对各区段(长条)8的长度L(mm)造成的热传导率hm的变化进行分析后的结果。此处，将热传导率hm(W/m2K)的热传导率到达线(估算)设为400.0hm时，从与各区段(长条)8的长度L的关系来看，优选热传导率hm(W/m2K)处于图6所示的虚线框内的范围，NO.2～NO.5及NO.7的样品包括在该范围内。这些样品通过区段10的1间距内的分配数量和列方向的间隔，或相对于空气流动方向F的倾斜等，比起NO.1及NO.6的样品，可预期相对提高热传导率，并可提高性能。
而且，图5显示了从热传导率及空气压力损失两方面评价上述错列散热片性能、与单一错列散热片的性能比较图。
此处，通过压力损失比率(ΔPa.ratio)及热传导率比率(hm.ratio)是否分别处于
ΔPa/ΔPa.PP＜1.0
hm/hm.PP＞1.0的范围，评价各错列散热片的区段10的排列的优劣性。
结果，可评价出NO.3及NO.4样品的错列散热片的性能最佳。该NO.3及NO.4样品的错列散热片相对于NO.2样品的错列散热片，增加了1间距内的区段10的分配数量，或相对于空气流动方向F，使区段10以规定角度(7°)倾斜。由此可知，虽然增加区段10的分配数量或使区段10倾斜规定角度仅略微增大了压力损失比率(ΔPa.ratio)，但在增大热传导率比率(hm.ratio)方面颇具效果。
尤其是，也可从与NO.6样品和NO.7样品的比较中了解到倾斜区段10在提高热传导率比率方面有效。
此外，明确了NO.2及NO.5样品的错列散热片也与NO.3、4样品的错列散热片相同，处于上述评价范围内，并且从压力损失比率及热传导率比率两方面来看充分处于实用范围内。该NO.2及NO.5样品的任一错列散热片均将各区段10的列方向的间隔设为2列，同时，将各区段10的1间距内的与空气流动方向F垂直相交方向的分配数量n设为3。
由此可明确，将各区段10的列方向的间隔设为2列以上，并且对于各区段10，使在配置于空气流动方向F上游侧的区段10的前缘产生的温度边界层难以对设置在下游侧的区段10产生影响，不阻碍其前缘效果的行为，在使各区段10的前缘效果，即在各区段10的前缘，空气流动发生碰撞，从而其前缘部分的热传导率hm局部升高的效果得到最大限度的发挥，并提高空气侧的热传导率hm方面是有效的。
此外可知，像这样，将各区段10沿空气流动方向空开2列以上间隔进行多个错列设置时，与如NO.6、7样品所示，混杂有列方向间隔为1列、段形状折叠为3段或4段的反复排列的情况相比，优选分别以3段以上的段形状进行反复排列的构成，以像NO.2～NO.5样品一样，全部的区段10空开2列以上的间隔进行错列排列。从将1间距内的分配数量n设为4的NO.9样品的散热片(与NO.6样品的散热片相同，段形状为折叠4段的反复排列)性能低于NO.2、5样品的散热片，也可以了解到这一点。
根据以上分析结果可知，为了优化错列散热片的性能，优选设置的多个区段10满足NO.2～NO.5样品的散热片所全部满足的以下3个条件。
A.将各区段10沿空气流动方向空开2列以上间隔进行多个错列配置。
B.将各区段10的空气流动方向的长度L设为0.5mm≤L≤1.2mm，优选设为0.6mm≤L≤1.0mm。
C.将各区段10的波形散热片的1间距内的分配数量设为3个以上。
但是，各区段10的1间距内的分配数量为3个以上时，优选将段形状设为3段以上的段形状的反复排列。另外，1间距内的分配数量越多，制造就越为困难，因此，3～4为合适的范围，此外，虽然将各区段10倾斜规定角度进行设置也可以提高热传导率，但由于制造性可能会降低，因此，可在考虑这些方面后再决定是否采用。
如此，本实施方式中，在构成错列散热片5的波形成型散热片的上升面8及下降面9上切断成型为长条状的各散热片即区段10沿空气流动方向F空开2列以上间隔进行多个错列设置，同时，各区段10的空气流动方向F的长度L为0.5mm≤L≤1.2mm，因此，对于各区段10，在设置于空气流动方向F上游侧的区段10的前缘产生的温度边界层难以对设置在下游侧的区段10产生影响，通过不阻碍其前缘效果，预期可使各区段10的前缘效果，即在各区段10的前缘，空气流动发生碰撞，该区段的热传导率hm局部升高的效果得到最大限度的发挥，并可提高空气侧的热传导率hm，甚至提高热交换性能，同时，通过将各区段10的长度L最佳化，可抑制空气侧压力损失ΔPa，并将其控制在实用范围内。
此外，通过将错列设置的多个区段10的波形散热片的1间距内的分配数量设定为3个以上，可预期缩短散热片间的间隔，提升空气流动速度，进一步提高空气侧的热传导率hm。
由此，可从空气侧的热传导率hm及压力损失ΔPa两方面改善错列散热片5的性能，并进一步提高其性能。
尤其是，通过将1间距内的分配数量设定为3个以上的各区段10分别以3段以上的段形状反复排列，可沿空气流动方向F以2列以上的间隔错列设置全部的区段10，并且，在全部的区段10中，可排除上游侧区段10的温度边界层造成的影响，最大限度地发挥前缘效果，切实提高空气侧的热传导率。由此，可预期进一步提高错列散热片5的热交换性能。
而且，本实施方式中，将各区段10相对于空气流动方向F倾斜规定角度(7。)。因此，通过根据倾斜程度扩大各区段10间的间隔并对空气流动进行整流，可预期实现各区段10的前缘效果带来的热传导率hm的进一步提高，同时可以维持空气侧压力损失ΔPa的抑制效果。从而，可以进一步优化错列散热片5的性能。
此外，本实施方式的制冷剂热交换器1的构成为，在以规定间隔平行设置的多个制冷剂管4间，设置上述热交换器用错列散热片5。因此，通过提高错列散热片5的性能，可进一步促进流经制冷剂管4内的制冷剂和流经错列散热片5侧的空气流之间的热交换，并提高其热交换性能。由此，可进一步优化适用于蒸发器和冷凝器的制冷剂热交换器1的性能，并提高空调性能，同时，通过使蒸发器和冷凝器小型化，可实现空调单元的紧凑化。
另外，本发明并不仅限于上述实施方式所述的发明，在不脱离其主旨范围内，可适宜变形。例如，上述实施方式中，作为制冷剂热交换器的示例，对在一对集管器间平行设置多个制冷剂管，在该制冷剂管间设置错列散热片的热交换器进行了说明，但对于在将扁平的管弯折为蛇形形成的平行的管间设置错列散热片的结构的热交换器等也同样适用。此外，制冷剂管可以是押出成型管、层压管等各种构成的制冷剂管。
符号说明
1制冷剂热交换器
4制冷剂管
5错列散热片
8上升面
9下降面
10区段(长条)

Claims (4)

1.一种热交换器用错列散热片，其设置在平行配置的多个制冷剂管间，
其中，在弯曲成型为波形的散热片的上升面和下降面上切断成型为长条状的各散热片即区段沿空气流动方向空开2列以上的间隔进行多个错列设置，同时，
所述各区段的空气流动方向的长度L为0.5mm≤L≤1.2mm，
所述各区段的所述波形散热片在1间距内的分配数量为3个以上。
2.根据权利要求1所述的热交换器用错列散热片，其中，所述1间距内的分配数量设定为3个以上的所述各区段分别以3段以上的段形状反复排列。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器用错列散热片，其中，所述各区段相对于空气流动方向倾斜规定角度。
4.一种制冷剂热交换器，其在以规定间隔平行配置的多个制冷剂管间设置有权利要求1～3中任一项所述的热交换器用错列散热片。
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