CN1089887C - 散热片管型热交换器 - Google Patents

Abstract

公开了一种散热片管型热交换器，它提高了热交换率。热交换器有效地抑制了安装于散热片体上的管子背部表面上的分离气泡的形成，从而使气流在热交换器中平滑流动，并提高了热交换率。热交换器具有竖直安置的热交换片体，管子水平地嵌入热交换片体，多个微凹被提供在热交换片体相对的两侧表面上，用于减小分离气泡大小的分离气泡控制器在管子上被构造出来。气泡控制器被提供在管子周围散热片体的相对两侧表面上。另外，热交换器在没有气泡控制器的情况下，通过控制微凹的外形和方向减小了分离气泡的大小。

Description

散热片管型热交换器

本发明总体上涉及散热片管型热交换器，特别地，涉及在这种散热片管型热交换器中的结构改进；此结构改进不但为了在散热片体的外部表面上通过形成微凹来提高散热片体和空气间的热传输速率，而且为了促进散热片管型热交换器的生产。

参考图1到图3，所示是典型散热片管型热交换器的一个例子。在附图中，参考数字1表示一个薄片型散热片体。热交换器包括多个散热片体1，它们并列地垂直放置，并且以固定的间隙分隔开。多个管2横向地穿过垂直放置的散热片体1，结果管2被水平地安置在热交换器中。以固定的间隙把管2分隔开。

同时，以这种方式管2紧密地安装在散热片体1中，以致管2的另一端分别突出到最外层的散热片体1的外部表面之外。管2在它们连接部分被紧密地装配到散热片体1。为了使管2在连接部分紧密地装配到散热片体1，管2被安置到散热片体1中，而后，把高压空气引入到管2中，结果使管2紧密地装配到散热片体。

象图1到图3所示的那样，每个散热片体1的外部表面设有多个预定相同形状的具有放热孔的散热片3，散热片3部分与管2互不影响。

上面的散热片管型热交换器的热交换操作将根据它涉及的，例如，用于空调器中的一个蒸发热交换器来描述。

象本领域的技术人员所公知的那样，在空调器所使用的热交换器50管2中的致冷剂温度比引入到热交换器50中的空气温度要低。另外，被典型地用作散热片1材料的铝有很好的导热性，它比空气的导热性明显地高。因此，当致冷剂在管2中时，在热交换器中，以致冷剂→管2→散热片体1的顺序产生热传导热交换。

而后，引入到热交换器50内部的空气，不但与散热片体1的外部表面发生接触，而且与散热片体1的具有放热孔的散热片体3发生接触。因此，在散热片体1的外部表面和具有放热孔的散热片3，引入到热交换器50的空气之间，通过对流有一个热传递，因此让管2中的致冷剂把热发出到空气中或吸收来自空气中的热。

为了提高热交换器的运行效率已作了研究，在散热片体1的外部表面和被引入到热交换器50中的空气之间通过对流来增加热交换速率。

在空气引入到热交换器50期间，当空气通过管2时，象图2和图4所示的那样，在管2周围由于空气流内在的特性，在管2的背面周围的形成分离气泡。

在具有分离气泡的管部分，在管部分周围由于增加空气流动阻力，减小了空气流动速度。因此，具有分离气泡管部分的热交换速度比没有分离气泡的其它管部分的热交换速度要低。

象上面所描述的那样，在散热片体1的外部表面和引入到热交换器50的空气之间，通过对流，在管2周围空气流特性对热传递传率有重要的影响。

为了克服图2和图3热交换器50的分离气泡引起的问题，散热片体1外部表面的具有放热孔的散热片可能被分割成象图4和图5所示的比较薄的具有放热孔的散热片4。在这种情况下，在管2周围形成的分离气泡的大小被减小，结果在散热片体1的外部表面和引入到热交换器50中的空气之间，通过对流来提高热交换速度是可能的。

然而，在上面散热片管型热交换器中，薄散热片体应装有多个具有放热孔的散热片，在其上，在具有放热孔的散热片形成步骤具有放热孔的散热片更进一步地被分割成比较薄的具有放热孔的散热片。在这点上，上面的散热片管型热交换器有一个问题，即为了生产这种热交换器必须准备一个复杂的模具。另外，当分割的具有放热孔的散热片有复杂的结构时，在热交换器的生产中，可能引起象散热片体突然断开的这类问题。上面散热片管型热交换器的更深的问题存在于热交换器不能有效地减小分离气泡的大小，此气泡是由于在管周围的空气流，在管的背面上而形成的。

因此，本发明的目的是提供一种能克服上面问题的散热片管型热交换器，并且能有效地限制管背面上形成的分离气泡，使之适合于热交换器的散热片体，因而提高热交换器周围的平衡的空气流动，并且提高管和引入到热交换器的空气之间的热传导速率。

为了完成上面的目的，按照本发明的实施方式的散热片管型热交换器包括：薄片型的散热片体，散热片体被垂直地放置在热交换器中，多个管水平地穿过垂直放置的散热片体，管被以固定间隙分隔开；在散热片体的对面的预定位置上设有多个微凹；以及分离气泡控制装置，它是为了减小每个管周围形成的分离气泡的大小，气泡控制装置它是在每个管周围散热片体的相反面上提供的。

在另一个实施方式中，热交换器没有气泡控制装置，但是通过控制配置和微凹的方向来减小分离气泡的大小。

本发明的上述和其它目的、特性和其它优点，通过下列详细的描述连同附图，会变得更加清楚，其中：

图1是一个典型散热片管型热交换器的一种实施方式的一个透视图；

图2是图1的散热片管型热交换器的一个侧视图；

图3是沿着图1中的切割线A-A切割的散热片管型热交换器的一个截面图；

图4是一个典型散热片管型热交换器的另一种实施方式的一个侧视图；

图5是沿着图4中的切割线B-B切割的散热片管型热交换器的一个截面图；

图6A是与本发明的第一个实施方式一致的散热片管型热交换器的一个侧视图；

图6B是图6A散热片管型热交换器的一个平面图；

图7是图6A热交换器的C部分的一个放大视图；

图8是一个透视图，它显示图6A的热交换器的微凹；

图9是图6A的热交换器的微凹的另一种实施方式的一个透视图；

图10是一个透视图，它显示图6A的热交换器的微凹的一个操作结果；

图11是与本发明的第二个实施方式一致的一个散热片管型热交换器的一个透视图；

图12A是图11的散热片管型热交换器的一个侧透视图；

图12B是图11的散热片管型热交换器的一个平面图；

图12C是图11的热交换器的微凹的放大视图；以及

图13A到图13C是侧视图，显示图11的热交换器的散热片体周围的不同空气流，它与每个在散热片体口形成的微凹位置相一致。

图6A和图6B是散热片管型热交换器的侧透图和平面图，它们分别与本发明的第一实施方式相一致。图7是图6A热交换器的C部分的一个放大视图。

象附图中所示的那样，第一实施方式的散热片管型热交换器60的大致形状与图2和图3的先前的热交换器所描述的一样，但是在散热片体11的表面上提供了多个微凹13用以代替典型具有放热孔的散热片。另外，散热流体11的表面装有象图7所示的在管12周围的多个分离气泡控制器14，使控制器14适应于减小在管12周围所形成的分离气泡的大小。

在散热片体11的表面上形成微凹13的过程中，最好让每个微凹B的高度t_h和相邻的散热片体11的间隔h的之间关系由不定工0.01h＜t_h≤0.7h所确定。与每个微凹13的高度和相邻的散热片体11的间隔的之间关系象上面所描述的那样时，每个散热片体11的表面面积将增加，并且在管体11的微凹13和相邻管体11之间将保持一个适合的间隔。

另外，用不等式d₃≤d₄来确定每个微凹13的外部直径d₃和每个分离气泡控制器14的外部直径d₄之间的关系，并且按照这种关系来设计微凹13和分离气泡控制器14。

每个管12周围所形成的气泡控制器14的位置按下面的方式来设定。即，当让每个管子12周围相邻气泡控制器14之间的角度分成两个相等角度θ₁，如图7所示时，角度θ₁的范围从45°到120°，即45°＜θ₁＜120°，它适合于引导进入散热片体11的空气和减小管12周围的分离气泡的大小。当使每个管子的半径为R₁时，使每个分离气泡控制器的外径为d₄，且使用多个气泡控制器14组成的假设圆的半径为R₂时，则每一气泡控制器14的中心位置由下面的不等式来确定：

(R₁+d₄/2)＜R₂＜(R₁+2d₄)

在本发明中，散热片体11的微凹可以有如图8所示的结构。还有，它也可以有如图9所示的结构。

本发明第一实施方式的散热片管型热交换器的运行效果将会在下面进行描述。

当致冷剂在热交换器60的管12中流动时，就会在致冷剂和管12以及管12和散热片体11之间产生热传导热交换。

引入到热交换器60的空气不仅和散热片体11的外表面进行接触，而且和散热片体11上面的表面微凹13也进行接触，这样，就会因对流而导致引入到热交换器60的空气和散热体11的外表面以及微凹13的热交换。

这时，当空气经过管12时，就会由于管12周围的气流特性在它的背面产生分离气泡。然而，每一个分离气泡的尺寸或其作用范围会因为在联合管14周围形成的气泡控制器14的存在而大大地减小。因而，管12的热交换率和典型的热交换管类热交换器的交换率相比显著提高了。

这样，第一实施方式的热交换器60的热交换表面面积因为如图10所示的热交换片体表面上的微凹而显著提高了。另外，气泡控制器14在每一管口的周围构成一个马蹄形涡旋体，这个涡旋体一般出现在带有扁平壁柱体周围的气流中，这样，通过引入到热交换器60的空气和散热体11的外表面之间的对流来增强热交换。

翻到图11，如图所示是一个基于当前发明第二实施方式的一个热交换片管型热交换器。

在第二实施方式热交换片型热交换器70中，热交换器的整体形状和如图11，12A，12B和12C所示的第一实施方式的热交换器一样，但微凹的结构发生了变化。即，微凹102的高度以下面方式而彼此不同：位于气流方向上的热交换片体103后部的微凹102的高度h₂比位于如图12B所示的热交换体102前部的微凹的高度h₁要高。另外，每一微凹102具有这样的椭圆形外形：互相垂直的两个直径“a”和“b”中，每个微凹102的水平直径“a”或说是和气流方向平行的直径要比每一个微凹102的竖直直径“b”或说是和气流方向垂直的直径相比要大，即：a＞b，如图12G所示。

另外，微凹102的位置和每一管101以下面的方式而相关：微凹102的长直径被安排于和如图12A所示的每一管101切线的方向上。

在第二实施方式的热交换器中，散热片体103没有和第一实施方式不同的气泡控制器。在第二实施方式中，通过控制微凹102的外形和方向，在管103周围形成的分离气泡的大小会被减小。

既然第二实施方式的热交换器70的散热片体30具有多个椭圆形微凹102，它们的较长直径沿着如上所示的散热片体103周围气流的方向，管101周围的气流通道如图12A所示而加长了，这样就提高了管101的热交换率。

因为微凹102被安排于和第一管101相关的位置，这种微凹102就会沿着如图12A所示的每一管101的切线方向，被引入到散热片体103的空气就会被有效地导入管101中。

这样，形成于管101的分离气泡的尺寸减小了，此外，被引入到热交换器70的气体和散热片体103外表面之间的热交换率提高了。

另外，微凹102的高度以以下的方式彼此不同：位于在气流方向上的散热体片103后部的微凹102的高度h₂比位于散热体片102前部的微凹102的高度h₁要大，散热片体102如图12B所示。这样，后面的微凹102的表面面积就增加了。

在后部微凹102和前面微凹102面积不同的情况下，热交换器补偿了流过后面微凹102的气体的热交换率，后面微凹102的热交换率比前面微凹102的热交换率要低。因而，引入到热交换器70的气体与散热片体103的外表面之间的气体交换率提高了。

图13A至13C分别是表示和微凹的位置一致的散热片体103的气流的侧面图，微凹102在如图11所示的热交换器的散热片体上。

如上所述，这项发明提供了一个散热片管型热交换器，它提高了散热片体和空气之间的热交换率，这是通过在散热片体外表面上构成微凹来代替散热孔式散热体而得到的。利用微凹来代替散热孔式散热片还给热交换器的生产带来了方便，在本发明的散热管型热交换器中，被引入热交换器的空气和散热体外表面之间的热交换率，通过在管子附近构造分离气泡控制器或是通过控制管子附近微凹的外形和方向，得到了提高。

尽管公开的本发明的最佳实施方式是为了说明目的，在不脱离如权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，本领域的技术人员可以对本发明作各种修改，附加或替代。

Claims (13)

1.一种散热片管型热交换器，包括：

薄片型散热片体，所述散热片体竖直放置于所述的热交换器上；

多个管子，水平地嵌入所述的竖直放置的散热片体中，所述管子以均匀间隔分离开来；以及

多个微凹，提供在所述散热片体反侧面预定的位置上。

2.根据权利要求1所述的散热片管型热交换器，其中所述的管子以下面的方式紧密地安置于散热片体上：管子的两端均突出于散热片体相对的侧面之外。

3.根据权利要求1所述的散热片管型热交换器，其中所述的热交换器包括多个散热片体，所述散热片体竖直平行安置，并以一定的间隔分离开来。

4.根据权利要求1所述的散热片管型热交换器，其中微凹的高度以这样一种方式互不相同：提供在气流方向上的散热片后部的微凹的高度比位于散热片体前部的微凹的高度大。

5.根据权利要求1所述的散热片管型热交换器，其中每一所述的微凹均具有椭圆形状。

6.根据权利要求1所述的散热片管型热交换器，其中每一所述管子的微凹位于每一所述管子的切线方向上。

7.根据权利要求1所述的散热管型热交换器，其中还包括：

一种分离气泡控制器，用于减小形成于每一所述管子附近的分离气泡的尺寸，所述气泡控制装置被提供在每一所述管子附近的所述散热体的相对侧面上。

8.根据权利要求7所述的散热片管型热交换器，其中所述管子以下面的方式紧密地安置于所述散热片体上：管子的两端突出于散热片体的相对侧面之外。

9.根据权利要求7所述的散热片管型热交换器，其中所述热交换器包括多个散热片体，所述散热片体竖直平行地以一定间隔安置。

10.根据权利要求7所述的散热片管型热交换器，其中所述微凹以这样一种方式设计：每一所述微凹的高度“t_h”和相邻散热片体的间隔h之间的关系由下面的不等式来确定：

0.01h≤t_h≤0.7h。

11.根据权利要求7所述的散热片管型热交换器，其中所述分离气泡控制器以下面的方式设计：每一所述微凹的外径d₃和所述分离气泡控制装置的外径d₄之间的关系由不等式d₃/d₄≤4来确定。

12.根据权利要求7所述的散热片管型热交换器，其中所述分离气泡控制装置的位置由不等式45°＜θ₁＜120°来确定。

其中θ₁是所述分离气泡控制装置和每一所述管子的背面中心之间的角。

13.根据权利要求7所述的散热片管型热交换器，其中所述分离气泡控制装置的位置由下面的不等式来确定：

(R₁+d₄/2)＜R₂(R₁+2d₄)

其中：

R₁是每一所述管子的半径。

d₄是所述分离气泡控制装置的外径；以及

R₂是由所述分离气泡控制装置形成的假定圆的半径。

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