CN112888909B - 热交换器和具有该热交换器的空气调节器 - Google Patents

热交换器和具有该热交换器的空气调节器 Download PDF

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Abstract

这里公开了一种包括波纹状翅片的热交换器和包括该热交换器的空气调节器。波纹状翅片包括传热管穿过其的通孔、在与气流方向对应的第一方向上形成为锯齿形的波纹状部分、以及提供在与通孔相邻的平面中的平坦部分，该平坦部分在与气流方向对应的第一方向上具有第一长度，并在与气流方向垂直的第二方向上具有比第一长度短的第二长度。

Description

热交换器和具有该热交换器的空气调节器
技术领域
本公开涉及能够在制冷剂和空气之间交换热的热交换器和包括该热交换器的空气调节器。
背景技术
一般地，空气调节器包括与室内空气交换热的室内热交换器以及与室外空气交换热的室外热交换器。
室内热交换器和室外热交换器包括制冷剂穿过其的传热管和传热管穿过其的翅片，翅片用于增大在其上与空气进行热交换的面积。
近来，已经公开了具有改善的性能的热交换器，并且该热交换器采用通过折叠为具有波纹形状以便有效地进行制冷剂和空气之间的热交换而形成的波纹状翅片，从而改善性能。
发明内容
技术问题
因此，本公开的一方面在于提供一种热交换器，该热交换器能够通过允许翅片的平坦部分(其邻近于在其上安装传热管的通孔)与更多的空气接触来改善性能。
本公开的另外的方面将在以下描述中被部分地阐述并将部分地自该描述明显，或者可以通过本公开的实践而获知。
针对技术问题的方案
根据本公开的一方面，一种热交换器包括：配置为引导制冷剂的传热管；以及多个波纹状翅片，提供有传热管被安装为穿过其的通孔，并彼此间隔开以允许空气在第一方向上通过，波纹状翅片包括在与气流方向对应的第一方向上形成为锯齿形的波纹状部分、以及在通孔附近被提供为平坦表面的平坦部分，平坦部分在与气流方向对应的第一方向上具有第一长度，并在与气流方向垂直的第二方向上具有比第一长度短的第二长度。
波纹状翅片可以包括与传热管表面接触的套环(collar)、以及提供在通孔附近以形成套环的片状部分，该片状部分可以形成平坦部分。
平坦部分可以由穿过与第一方向的一端对应的第一点的第一弧和其切线、穿过与第一方向的另一端对应的第二点的第二弧和其切线、穿过与第二方向的一端对应的第三点的第三弧和其切线、以及穿过与第二方向的另一端对应的第四点的第四弧和其切线形成。
第一弧的曲率中心和第二弧的曲率中心可以相对于传热管的中心在第一方向上对称地定位。
第三弧的曲率中心和第四弧的曲率中心可以相对于传热管的中心在第二方向上对称地定位。
第一弧和第二弧可以具有第一曲率半径，第三弧和第四弧可以具有大于第一曲率半径的第二曲率半径。
平坦部分可以形成为其中两个焦点相对于传热管的中心在第一方向上对称地定位的椭圆形状。
波纹状翅片的第一长度与波纹状翅片在第一方向上的宽度之比可以在约0.6至约0.85的范围内。
波纹状翅片可以包括连接成锯齿形并相对于第一方向倾斜的多个倾斜部分、以及通过切割和弯曲所述多个倾斜部分的一部分而形成的百叶窗部(louver)。
波纹状翅片可以包括连接成锯齿形的四个倾斜部分，百叶窗部可以形成在所述四个倾斜部分之中的位于外侧的两个倾斜部分和位于内侧的两个倾斜部分中的任何之一上。
热交换器可以进一步包括配置为将波纹状部分连接到平坦部分的连接部分。
波纹状部分可以包括形成在四个倾斜部分上的两个脊和一个谷，传热管的中心可以放置在与谷对应的位置，连接部分可以布置在除了谷以外的区域中。
根据本公开的另一方面，一种空气调节器包括配置为与室内空气交换热的室内热交换器、以及配置为与室外空气交换热的室外热交换器，室外热交换器或室内热交换器中的至少一个包括配置为引导制冷剂的传热管以及多个波纹状翅片，所述多个波纹状翅片提供有传热管安装成穿过其的通孔并且彼此间隔开以允许空气在第一方向上通过，波纹状翅片包括在与气流方向对应的第一方向上形成为锯齿形的波纹状部分、以及在通孔附近被提供为平坦表面的平坦部分，平坦部分在与气流方向对应的第一方向上具有第一长度，并在与气流方向垂直的第二方向上具有比第一长度短的第二长度。
本发明的有益效果
从以上描述明显的是，热交换器和包括该热交换器的空气调节器可以具有改善的热交换性能，因为围绕传热管形成的平坦部分在与气流方向对应的第一方向上具有第一长度并在与气流方向垂直的第二方向上具有小于第一长度的第二长度，因而可以允许平坦部分与更大量的空气接触。
附图说明
图1示出了根据本公开的一实施方式的空气调节器的示意图；
图2示出了根据本公开的一实施方式的热交换器的透视图；
图3示出了根据本公开的一实施方式的波纹状翅片的一部分的放大透视图；
图4示出了根据本公开的一实施方式的片状部分的侧视图；
图5是示出针对片状部分在与气流方向对应的第一方向上的第一长度HL对性能的影响进行评估的数据的表；
图6是示出根据图5的结果的曲线图；
图7是示出图2的两个热交换器平行布置并对其执行弯曲工艺的情况的平面图；
图8是片状部分的侧视图，其示出当片状部分具有圆形时的弯曲强度；
图9是片状部分的侧视图，其示出当片状部分具有椭圆形时的弯曲强度；
图10示出了根据本公开的一实施方式的波纹状翅片的透视图；以及
图11是根据本公开的一实施方式的波纹状翅片的透视图。
具体实施方式
下面讨论的图1至图11以及用于描述本专利文件中的本公开的原理的各种实施方式仅作为说明，而不应以任何方式被解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解，本公开的原理可以在任何适当布置的系统或装置中实现。
在本公开中描述的实施方式和在附图中示出的构造仅是本公开的实施方式的示例，并且可以在提交本申请时以各种不同的方式进行修改以代替本公开的实施方式和附图。
此外，在本公开的附图中示出的相同的附图标记或符号指示执行基本相同功能的元件或部件。
此外，在这里使用的术语用于描述实施方式，而不旨在限制和/或限定本公开。单数形式“一”和“该”旨在还包括复数形式，除非上下文清楚地另行指示。在本公开中，术语“包括”、“具有”等用于指明特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合，但不排除一个或更多个特征、元件、步骤、操作、元素、部件或其组合的存在或添加。
将理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述各种元件，但是元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，第二元件可以被称为第一元件。术语“和/或”包括相关项目的多种组合或多个相关项目之中的任何一项。
在以下详细描述中，术语“前端”、“后端”、“上部”、“下部”、“上端”、“下端”等可以由附图定义，但是部件的形状和位置不受该术语限制。
图1示出了根据本公开的一实施方式的空气调节器的示意图以及示出执行加热操作的视图。
如图1所示，空气调节器包括布置在室外空间中的室外单元10、安装在室内空间中的多个室内单元20、以及配置为将室外单元10连接到所述多个室内单元20以使制冷剂在室外单元10与所述多个室内单元20之间循环的制冷剂管道31和32。
根据该实施方式，两个室内单元20连接到单个室外单元10，但这仅是示例而不限于此。即，单个室内单元20可以连接到单个室外单元10，或者三个或更多个室内单元20可以连接到单个室外单元10。
室外单元10包括：室外热交换器11，配置为在室外空气和制冷剂之间交换热；室外鼓风机12，配置为允许室外空气穿过室外热交换器11；压缩机16，配置为压缩制冷剂；四通阀14，配置为将从压缩机16排出的制冷剂引导到室外单元10和室内单元20之一；室外膨胀阀13，配置为使制冷剂减压和膨胀；以及储液器(accumulator)15，配置为将液态制冷剂与流向压缩机16的制冷剂分离，并配置为允许该液态制冷剂蒸发并流入压缩机16。
室外单元10还包括控制器17，该控制器17配置为控制室外鼓风机12、室外膨胀阀13、压缩机16和四通阀14的操作。控制器17可以由微型计算机构成。
室内单元20包括：室内热交换器21，配置为在室内空气和制冷剂之间交换热；室内鼓风机22，配置为允许室内空气穿过室内热交换器21；以及室内膨胀阀23，配置为使制冷剂减压和膨胀。
制冷剂管道30包括液态制冷剂穿过其的液态制冷剂管道31和气态制冷剂穿过其的气态制冷剂管道32。液态制冷剂管道31允许制冷剂在室内膨胀阀23和室外膨胀阀13之间流动。气态制冷剂管道32引导制冷剂在室外单元10的四通阀14和室内单元20的室内热交换器21的气体侧之间移动。
单一HC制冷剂、混合制冷剂(包括HC、R32、R410A、R407C)或二氧化碳中的任何一种可以用作在空气调节器中使用的制冷剂。
图2示出了根据本公开的一实施方式的热交换器40的透视图。
如图2所示，热交换器40对应于图1所示的室外热交换器11和室内热交换器21中的至少一个。
热交换器40是翅片管型热交换器，并包括由铝形成的多个翅片50和由铜或铝形成的具有圆形截面的传热管60。
所述多个翅片50垂直于传热管布置并彼此间隔开，使得空气在第一方向上穿过所述多个翅片50。传热管60被安装为穿过提供在每个翅片50中并且彼此平行布置的通孔。传热管60连接到图1的空气调节器的制冷剂管道30以形成闭环制冷循环。
此外，因为传热管60与翅片50接触以通过翅片50传递热或接收热，所以与穿过热交换器40的空气的接触面积通过翅片50增大。因此，穿过传热管60的制冷剂和穿过热交换器40的制冷剂之间的热交换通过翅片50被高效地进行。
为了高效地进行翅片50和空气之间的热传递，翅片50可以具有波纹形式，该波纹形式以翅片50通过压模在与气流方向对应的第一方向上弯曲成锯齿形的方式来形成。在下文中，将如上所述的以波纹形式形成的翅片50称为波纹状翅片80。
波纹状翅片80包括与传热管60表面接触的套环84、以及围绕套环84被提供为平坦表面以形成套环84的片状部分85。片状部分85邻近与传热管60接触的套环84，因此片状部分85具有与穿过传热管60的制冷剂的温度相似的温度。
因此，可以在片状部分85中高效地进行制冷剂和空气之间的热交换，因而，更多的空气可以与片状部分85接触，从而提高热交换器40的热交换效率。
图3示出了根据本公开的一实施方式的波纹状翅片80的一部分的放大透视图。
如图3所示，片状部分85形成为在与气流方向对应的第一方向上具有第一长度，并在与第一方向垂直的第二方向上具有比第一长度短的第二长度。通过允许更多的空气与片状部分85接触，可以提高热交换器40的热交换效率。
根据该实施方式，片状部分85形成为在与气流方向对应的第一方向上延伸的椭圆型形状。
波纹状翅片80包括：四个倾斜部分82a、82b、82c和82d；由这四个倾斜部分形成的两个脊81a和81b以及一个谷81c。四个倾斜部分82a、82b、82c和82d包括根据附图位于左边的脊81a的左侧的倾斜部分82a、位于两个脊81a和81b与谷81c之间的倾斜部分82b和82c、以及根据附图位于右边的脊81b的右侧的倾斜部分82d。脊81a和81b和谷81c对应于当波纹状翅片80弯曲以形成倾斜部分82a、82b、82c和82d时产生的折叠部。倾斜部分82a、82b、82c和82d是倾斜表面，其相对于具有在形成倾斜部分82a、82b、82c和82d之前的状态下的形状的翅片50的表面倾斜。因此，波纹状翅片80包括脊81a和81b和谷81c、以及通过脊81a和81b和谷81c以锯齿形状彼此连接的倾斜部分82a、82b、82c和82d。因此，具有锯齿形状的波纹状部分由脊81a和81b和谷81c以及倾斜部分82a、82b、82c和82d形成。具有平坦形状的平坦部分由片状部分85形成。
图4示出了片状部分85。波纹状翅片80的宽度(在下文中称为“翅片宽度”)被称为RP，传热管60之间的距离被称为SP。片状部分85在与气流方向对应的第一方向(附图中的左右方向)上具有第一长度HL，并在垂直于与气流方向对应的第一方向的第二方向(附图中的上下方向)上具有第二长度VL。当将片状部分85中在第一方向的相反端称为点A和点B时，点A和点B提供在相对于传热管60的中心O在第一方向上对称的位置。此外，当将片状部分85中在第二方向的相反端称为点C和点D时，点C和点D提供在相对于传热管60的中心O在第二方向上对称的位置。因此，点A和点B之间的距离是上述第一长度HL，点C与点D之间的距离是上述第二长度VL。传热管60的中心O位于与谷81c对应的位置。
“椭圆型形状”是指具有与椭圆形类似的形状的形状，该椭圆形以在与气流方向对应的第一方向上的第一长度大于与气流方向垂直的第二方向上的第二长度的方式形成。根据该实施方式，片状部分85具有近似椭圆型形状，该形状由穿过左侧的点A的第一弧和其切线、穿过右侧的点B的第二弧和切线、穿过上侧的点C的第三弧和其切线、以及穿过下侧的点D的第四弧和其切线形成。
适当的是，第一弧和第二弧具有在连接点A、传热管60的中心O和点B的直线上的曲率中心，第三弧和第四弧具有在连接点C、传热管60的中心O和点D的直线上的曲率中心，但不限于此。
对于具有椭圆型形状的片状部分85，第一弧和第二弧具有曲率半径R1，第三弧和第四弧具有大于R1的曲率半径R2，但不限于此。因此，片状部分85可以形成为其中第一长度HL比第二长度VL长的各种椭圆型形状。
波纹状翅片80包括将波纹状部分连接到平坦部分的连接部分87。连接部分87连接在形成波纹状部分的脊81a和81b和谷81c与形成平坦部分的片状部分85之间。连接部分87形成为围绕片状部分85，但不形成在谷81c中。连接部分87的顶点E和F形成在脊81a中，连接部分87的顶点G和H形成在脊81b中。
因此，因为在热交换器40中产生的冷凝水可以容易地沿着谷81c移动，所以防止了冷凝水被收集在片状部分85中，从而防止了片状部分85中空气阻力的增大。
图5示出了用于显示片状部分85的第一长度HL对片状部分85的热交换性能的影响的数据。
图5示出了各种片状部分的热交换效率/空气阻力值，各种片状部分包括具有其中第二长度VL固定在8.5mm并且第一长度HL为8.5mm的圆形形状的片状部分85、以及具有其中第二长度VL固定在8.5mm并且第一长度HL逐渐增大的各种椭圆型形状#1至#4的片状部分85。当假定具有圆形形状的片状部分85的热交换效率/空气阻力为100时，热交换效率/空气阻力值由具有椭圆形状#1至#4的片状部分85的热交换效率/空气阻力相对于具有圆形形状的片状部分85的热交换效率/空气阻力的相对值表示。
图6是示出上述评估结果的曲线图。从图6的曲线可以看出，当片状部分85的第一长度HL与翅片宽度RP之比在约0.6至约0.85的范围内时，热交换效率/空气阻力值成为最佳。
如上所述，通过允许片状部分85的第一长度HL与翅片宽度RP之比在0.6至0.85的范围内，可以提高每单位空气阻力值的热交换性能。
此外，通过在与气流方向对应的第一方向上延长片状部分85，可以充分确保波纹状翅片80的弯曲强度。
在下文中，将描述确保波纹状翅片80的弯曲强度。
如图2所示，热交换器40被制造为在一个方向上伸长，然后被弯曲以放置在室外单元10或室内单元20中。
图7是热交换器40的平面图，并且示出了其中在一个方向上延伸的两个直的热交换器40平行地布置然后被弯曲的情况。
当对热交换器40执行弯曲工艺时，波纹状翅片80的一端86与辊94或压模95接触并接收力。因此，有利的是，波纹状翅片80具有足够的弯曲强度。当波纹状翅片80的弯曲强度低时，在热交换器40的弯曲工艺期间，波纹状翅片80的一端86的与辊94或压模95接触的相邻部分可能变形。波纹状翅片80的弯曲部分妨碍空气的流动，因此流路的阻力增大并且热交换器40的性能降低。
图8和图9是示出弯曲强度的视图。图8示出了片状部分85为圆形形状的情况，图9示出了片状部分85为椭圆型形状的情况。波纹状翅片80的弯曲强度通过连接部分87增大。因为辊94向其施加力的部分是波纹状翅片80的所述一端86，所以波纹状翅片80的弯曲强度增大，这是由于波纹状翅片80的所述一端和连接部分87之间的距离减小。即，因为当片状部分85形成为如图9所示的椭圆型形状时的距离Y小于当片状部分85形成为如图8所示的圆形形状时的距离X，所以图9所示的波纹状翅片80的弯曲强度高。
因此，因为通过片状部分85和连接部分87充分确保了波纹状翅片80的弯曲强度，所以可以容易地对热交换器40执行弯曲工艺。此外，如上所述，可以通过充分地确保波纹状翅片80的弯曲强度，因而可以形成具有适合于气流的形状的波纹状翅片80，从而产生高效的气流。
在图3中，倾斜部分82a、82b、82c和82d可以形成为平板形状而没有任何分离的构造，但不限于此。
图10示出了根据本公开的另一实施方式的波纹状翅片80的透视图。
如图10所示，波纹状翅片80包括脊81a和81b和谷81c、根据附图位于左边的脊81a的左侧的倾斜部分82a、在脊81a和81b与谷81c之间的倾斜部分82b和82c、根据附图位于右边的脊81b的右侧的倾斜部分82d，从而通过脊81a和81b、谷81c以及倾斜部分82a、82b、82c和82d而具有波纹状部分。
波纹状翅片80包括与传热管60表面接触的套环84以及形成套环84的片状部分85，特别地，片状部分85对应于平坦部分。
百叶窗部83a、83b、83c、83d分别形成在倾斜部分82a、82b、82c和82d中。
在图10中，百叶窗部83a、83b、83c和83d形成在波纹状翅片80的所有倾斜部分82a、82b、82c和82d中，但不限于此。如图11所示，根据本公开的一实施方式，百叶窗部83a和83d可以形成在倾斜部分82a、82b、82c和82d之中的倾斜部分82a和82d上。
图11示出了根据本公开的一实施方式的波纹状翅片80的透视图。
如图11所示，波纹状翅片80包括脊81a和81b和谷81c、根据附图位于左边的脊81a的左侧的倾斜部分82a、在脊81a和81b与谷81c之间的倾斜部分82b和82c、以及根据附图位于右边的脊81b的右侧的倾斜部分82d，从而通过脊81a和81b、谷81c以及倾斜部分82a、82b、82c和82d而具有波纹状部分。
波纹状翅片80包括与传热管60表面接触的套环84以及形成套环84的片状部分85，特别地，片状部分85对应于平坦部分。
百叶窗部83a和83d形成在倾斜部分82a、82b、82c和82d之中的位于外侧的倾斜部分82a和82d中。
在图11中，百叶窗部83a和83d形成在倾斜部分82a、82b、82c和82d之中的位于外侧的倾斜部分82a和82d中，但不限于此。尽管未在图中示出，但是百叶窗部83a和83d可以形成在倾斜部分82a、82b、82c和82d之中的位于内侧的倾斜部分82b和82c中。
波纹状翅片80包括四个倾斜部分82a、82b、82c和82d，但不限于此，波纹状翅片80可以包括两个、三个或五个或更多个倾斜部分。
此外，在图4中，片状部分85形成为椭圆型形状，但不限于此。片状部分也可以形成为椭圆形状。
在这种情况下，适当的是，具有椭圆形状的片状部分85的两个焦点相对于传热管60的中心O在第一方向上对称地定位，但不限于此。
尽管已经示出和描述了本公开的一些实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不背离本公开的原理和精神的情况下，可以在这些实施方式中进行改变，本公开的范围在权利要求及其等同物中限定。
尽管已经用各种实施方式描述了本公开，但是可以向本领域技术人员提出各种改变和修改。本公开旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的这样的改变和修改。

Claims (9)

1.一种热交换器，包括：
配置为引导制冷剂的传热管；以及
提供有通孔的多个波纹状翅片，所述传热管被安装成穿过所述通孔，所述多个波纹状翅片彼此间隔开以允许空气在第一方向上通过，
其中所述多个波纹状翅片中的每个包括：
在与气流方向对应的第一方向上形成为锯齿形的波纹状部分；
在所述通孔附近被提供为平坦表面的平坦部分；以及
连接部分，配置为将所述波纹状部分连接到所述平坦部分，
其中所述平坦部分在与所述气流方向对应的所述第一方向上具有第一长度，并且在与所述气流方向垂直的第二方向上具有比所述第一长度短的第二长度，以及
其中所述平坦部分由以下形成：
穿过与所述第一方向的一端对应的第一点的第一弧和其切线，
穿过与所述第一方向的另一端对应的第二点的第二弧和其切线，
穿过与所述第二方向的一端对应的第三点的第三弧和其切线，以及
穿过与所述第二方向的另一端对应的第四点的第四弧和其切线，以及
其中所述波纹状部分进一步包括形成在四个倾斜部分上的两个脊和一个谷，
所述传热管的中心位于与所述谷对应的位置，
对应于所述传热管的所述中心的所述平坦部分直接连接到所述谷，以及
所述连接部分提供成围绕除所述谷之外的所述平坦部分的周边区域。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述多个波纹状翅片中的每个进一步包括与所述传热管表面接触的套环以及提供在所述通孔附近以形成所述套环的片状部分，
其中所述片状部分形成所述平坦部分。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第一弧的曲率中心和所述第二弧的曲率中心相对于所述传热管的中心在所述第一方向上对称地定位。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第三弧的曲率中心和所述第四弧的曲率中心相对于所述传热管的中心在所述第二方向上对称地定位。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其中：
所述第一弧和所述第二弧具有第一曲率半径，以及
所述第三弧和所述第四弧具有大于所述第一曲率半径的第二曲率半径。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述平坦部分的所述第一长度与所述波纹状翅片在所述第一方向上的宽度之比在0.6至0.85的范围内。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述多个波纹状翅片中的每个进一步包括：
多个倾斜部分，连接成锯齿形并相对于所述第一方向倾斜；以及
通过切割和弯曲所述多个倾斜部分的一部分而形成的百叶窗部。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其中：
所述多个波纹状翅片中的每个进一步包括连接成锯齿形的四个倾斜部分，以及
所述百叶窗部形成在所述四个倾斜部分之中的位于外侧的两个倾斜部分和位于内侧的两个倾斜部分中的任何之一上。
9.一种空气调节器，包括根据权利要求1至8中的任一项所述的热交换器。
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