CN1153943C - 微型多通道热交换器的管板结构 - Google Patents
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Abstract
一种微型多通道热交换器的管板结构,包括一个用来容纳制冷剂的中空下集流管,一个和下集流管相对设置并且和其倒转形状相同的上集流管,和多个以固定间隔沿着上集流管和下集流管的长度方向排列的管板,管板的两端固定在上集流管和下集流管中,还包括多个延伸设置的和上下集流管空腔相连通的通道,它们的截面都平行于上下集流管长度的方向,而且,从空气入口侧到空气出口侧以一个固定比率逐渐减小,以及多个在管板之间用于和空气热交换的散热片,从而使总体热交换器的效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型多通道热交换器,更具体地说,涉及为提高热传输效率而改变管板通道截面面积的一种微型多通道热交换器的管板结构。
背景技术
热交换器用在加热或冷却室温的空调装置中。现借助附图1-3来说明一种现有技术的热交换器。图1所示的是现有技术中热交换器的拆卸立体图。图2所示的是沿图1中I-I线的剖面图,而图3所示的是表示图1剖面图中气流方向上沿该管板长度的管板表面温度对流动空气温度变化的一张曲线图。
根据图1和2,这种现有技术中的热交换器包括下空腔集流管1,位置与下集流管1相对的上集流管2,和一系列位于上集流管2和下集流管1之间的管板4,以及在相邻的管板之间的散热片6。中空的圆柱形下集流管1的外周上有多个用来插入和固定每个管板4的一个端部的集流管孔3,它们沿着下集流管1的长度方向以固定间隔排列。上集流管2和下集流管1形状相同,位置相对,而上集流管2与下集流管1上的集流管孔3成相对设置。所以,管板4的一端插入下集流管1上的集流管孔,另一端插入上集流管2上的集流管孔时,各个管板4就沿着上集流管2和下集流管1的长度方向上成平行排列。
管板4呈矩形,并有刚够装进两集流器的一个宽度和一个小的厚度,而在管板4内部还有多个通道5。管板4具有圆形的进出边侧缘,以使气流平稳。多个通道5沿着垂直于气流的方向的管板长度方向延伸设置,而且其中每个通道具有一个细小的截面。管板4的两端都固定在上集流管2和下集流管1上,这样,上集流管2和下集流管1内的空腔就与通道5是相连通的了,而散热片6紧邻管板4之间安装、在空气从该处通过时,就起到了热交换的作用。散热片6是用薄板弯成锯齿形。在上述的热交换器中,进入下集流管1内的制冷剂通过通道5时,制冷剂和空气进行热交换,然后流入上集流管2中。
但是,上述的热交换器存在下列的问题。
参考图3,由于当制冷剂和空气进行热交换时,通道5中的制冷剂会蒸发,因此即使气温比热交换器的温度高,热交换器也会保持在大约8℃左右的一个管板表面温度。虽然管板表面温度也会因周围环境温度的不同而小有变化,但由于管板表面温度几乎保持恒定,所以管板表面温度被认为是一个常数。当然,不难理解,与热交换器表面进行热交换的空气温度会随季节和周围环境而变化。例如,如果室内气温设置为27℃,热交换器则有一个27℃的入口气温,及经制冷剂热交换之后的一个14℃的出口气温,当空气和入口处第一通道表面的温差是19℃时,空气和出口处第一通道表面的温差就是6℃。因为两个物体之间的热交换与温差及接触表面积成正比,管板4入口侧第一通道处和出口侧第一通道处之间的热交换量相差大约三倍。这样,通过入口处通道流动的制冷剂蒸发的速度要比通过出口处通道流动的快。此例中,上集流管2的制冷剂压力在上集流管2内大体相同,下集流管1的制冷剂压力在下集流管1内也大体相同。如图3所示,一个表示气温的曲线在管板4空气入口处有一个平缓的斜度,但在从入口侧一个特定通道处到出口通道,曲线却有一个陡峭的斜度,遂形成了一个总体呈中凸的曲线。
如上所述,若入口侧通道中的制冷剂蒸发得比其他通道中的快,就会因入口侧通道内制冷剂气相区域增大而使制冷剂的流动阻力增加,这样就会减小从下集流管1进入入口侧通道的制冷剂的量。所以,正如图3所示,入口处的气温下降减少了,管板入口处的热交换量就减少了。而入口处制冷剂的蒸发所引起的气相区域变大,就增大了入口处通道内的压力,出口处通道的压力就相对减小了,这样在管板入口处通道和出口处通道之间就造成压差跌落。与此同时,由于整个热交换系统保持同一压力跌落的特性会改变制冷剂在该热交换系统中的流动,于是会有比该板管4入口侧更多的制冷剂流向出口侧,才能使压力跌落平衡。
如上所述,因入口侧通道内的制冷剂流量由于气相区域而减小,而出口侧通道中制冷剂流量增加,所以相对垂直于气流的宽度的、该管板4实际进行热交换的宽度就减小了。所以,管板中的相同通道截面积形式就降低了该热交换器的总的热交换效率。
发明内容
因此,本发明直接着眼于微型多通道热交换器的管板结构,其能显著的克服由现有技术中存在的缺点和诸多限制产生的一个或多个问题。
本发明的目的就是提供一种微型多通道热交换器的管板结构,使热交换器能够提高热交换效率。
本发明的其它特点及优点都将在以下说明中得到阐述,部分显而易见的从本发明的说明中获知,部分能够从本发明的实践中得到启示。本发明的目的和其他优点通过书面描述、权利要求及其附图给出的具体结构获得并得以实现。
为了达到本发明的目的及其优点,总的来说,该微型多通道热交换器的管板结构包括一个用来容纳制冷剂的中空下集流管,一个和下集流管相对设置并且和其倒转的形状相同的上集流管,和多个以固定间隔沿着上集流管和下集流管的长度方向排列的管板,管板的两端固定在上集流管和下集流管中,还包括多个延伸设置的和上下集流管空腔相连通的通道,它们的截面都平行于上下集流管长度的方向,而且,从空气入口侧到空气出口侧以一个固定比率逐渐减小,以及多个在管板之间用于和空气作热交换的散热片。
应该懂得,上述的一般说明和下面的详细描述都是示例性和解释性的,而且是为了对权利要求所限定的本发明作进一步介绍。
附图说明
为了便于进一步理解本发明,参照构成说明书的一部分的附图来详细描述本发明的实施例,并与说明书一起用来解释本发明的原理。其中:
图1所示的是现有技术中热交换器的分解透视图;
图2所示的是沿图1中I-I线的剖面图;
图3所示的是气温变化和管板表面温度关于图1剖面中沿气流方向上距离的一张曲线图;
图4所示的是按本发明优选实施例的管板在平行于气流方向的剖面图;
图5所示的是气温变化和管板表面温度关于图4剖面中沿气流方向上距离的一张曲线图;
图6所示的是通道截面面积比关于图4剖面中沿气流方向上距离的一张曲线图;和
图7所示的是根据本发明的另一个优选实施例的热交换器管板剖面图。
具体实施方式
下面,通过附图,根据优选实施例来详细说明本发明。图4所示的是按本发明优选实施例的管板在平行于气流方向的剖面图,图5所示的是气温变化和管板表面温度关于图4剖面中沿气流方向上距离的一张曲线图,而图6所示的是通道截面面积比关于图4剖面中沿气流方向上距离的一张曲线图。
根据图4,每个通道5都有平行于集流管1和2的长度方向的一个截面面积,该截面面积以某个固定比率从气流的入口侧到出口侧逐渐减小。通道5的截面为矩形,该矩形平行于气流的边比垂直于气流的边要长,或者截面为梯形,其中气流入口侧的边大于出口侧的边。通道5的截面角部最好采用圆弧设计来减少气流阻力,或只是管板气流入口侧第一通道空气入口侧,和/或只是管板气流出口侧第一通道空气出口侧作成圆弧形的。
同时,热交换器的效率一般与温差和两体间的接触面积成正比。所以优选地通道5从入口侧到出口侧以一个比率(入口侧温差/出口侧温差)来逐渐减小。这里,入口侧温差是热交换器表面和管板4入口侧气流之间的温差,出口侧温差是热交换器表面和管板4出口侧气流之间的温差。
同时,当管板4入口温差为19℃时,管板4出口温差为6℃,这种和现有技术完全相同的情况来作例子。如图6所示,入口侧第一通道截面积和出口侧第一通道截面积的比最好是设为19∶6。也就是说,入口侧第一通道截面积和现有技术完全相同,出口侧第一通道截面积设置为入口侧第一通道截面积的6/19。而且,当通过热交换器气流的气温随着环境的变化而改变时,众所周知,截面积比可以根据使用热交换器地区的平均夏季温度,或者根据大多数时区的平均气温来相应的设定。然而,图3的曲线所示的温度变化基本上是直的,图6中表明截面面积比变化的曲线,方便起见以直线来表示。
下面,介绍根据本发明的热交换器的特性,该热交换器具有上述截面积比的管板4。
参照图5,如果室内气流温度为27℃,热交换器的表面温度为8℃,这样热交换器表面温度和入口侧气温的温差就是19℃,热交换器表面温度和出口侧气温的温差为4℃。这种情况下,入口的温差比较大,所以制冷剂流率逐渐增加的入口通道截面积就相对比较大,而沿着入口通道向出口通道的方向,由于流率越来越小,所以通道的截面积就越来越小。总的来说,入口通道温差比较大,制冷剂流率也相对较大,所以能够以一个高的热交换率来进行更多的热交换,而在出口通道的流率相对较小,其热交换率也较低,所以热交换就很小。
下面,通过参考图7来描述本发明的另一实施例。
参照图7,管板的截面都平行于集流管1和2的长度方向,而且以某个固定比率从气流的入口侧到出口侧逐渐减小,整个管板像一个楔子,其内部多个通道5延长进集流管1和2的空腔,而且,其截面平行于集流管的长度方向。截面积从气流入口侧到气流出口侧按一个固定比率减小。这种情况下,每个管和每个管上通道的截面积都是从气流入口侧到气流出口侧以一个比率(入口侧温差/出口侧温差)来逐渐减小。由于上述热交换器管板的通道结构和以前的相同,所以这里就省去了相应的说明。
本发明的另一实施例,管和通道5的截面积气流入口侧到气流出口侧都减小,就能够提高通道中的制冷剂和空气的热交换。因为热交换器的通道5截面积比和温差比都设定为相同,所以通道5中的制冷剂挥发率也相同,而且制冷剂挥发引起的气流阻力也几乎相同。这是因为通道5中的制冷剂挥发率相同,而且在每个通道5的下端下集流管1的压力相同,每个通道5的上端上集流管2的压力也完全一致,所以每个通道5压力就完全相同。
如前面所述的根据本发明的热交换器在通道5内都有相同的压力,所以在通道5内几乎就没有压差,这样制冷剂就会流动平稳,因此热交换器效率更高,达到同样热交换性能,本发明的热交换器可以制造的更小。
很明显,在不背离本发明的宗旨和范围,本领域的普通技术人员是能够对本发明的微型多通道热交换器管板结构作出各种变化及修改的。所以,本发明意欲涵盖由所附的权利要求书所要求的范围内的、所有这些变化和修改以及它们的等同物。
Claims (16)
1.一种微型多通道热交换器的管板结构,其特征为它包括:
一个用来容纳制冷剂的中空下集流管;
与该下集流管相对设置的、与其倒转形状相同的一个上集流管;
在该上下集流管的长度方向上排列的一系列管板,管板各有固定于该上下集流管的相对的端部并且管板以固定间隔布置,而且管板中作有一系列的延伸通道且与该两集流管的中空部是连通的,各个通道具有从空气进口侧向空气出口侧以固定比率减小的平行于该两集流管的长度的方向上的截面面积;和
在该管板之间用于与空气热交换的多个散热片。
2.根据权利要求1的管板结构,其特征在于其中的每个管板通道的截面积是从入口侧到出口侧以一个比率(入口侧温差/出口侧温差)逐渐减小,其中该入口侧温差是指在该空气入口侧处流动空气与热交换器表面间的温差,而该出口侧温差是指在该空气出口侧处流动空气与热交换器表面间的温差。
3.根据权利要求2的管板结构,其特征在于其中每个管板的每个通道为矩形截面。
4.根据权利要求3的管板结构,其特征在于其中每个管板的每个通道具有矩形截面,而且该矩形平行于气流方向的一个边比垂直于气流方向的边长。
5.根据权利要求2的管板结构,其特征在于其中每个管板的每个通道为梯形截面,其中气流入口侧的边大于出口侧的边。
6.根据权利要求2的管板结构,其特征在于其中每个管板的空气进口侧第一通道具有一个圆弧形的空气进口侧表面,空气进口侧第一通道的其他侧表面为矩形或梯形的一部分,而其余通道具有矩形或梯形的截面。
7.根据权利要求2的管板结构,其特征在于其中每个管板的空气出口侧第一通道具有一个圆弧形的空气出口侧表面,空气出口侧第一通道的其他侧表面为矩形或梯形的一部分,而其余通道具有矩形或梯形的截面。
8.根据权利要求2的管板结构,其特征在于其中每个管板的空气进口侧第一通道具有一个圆弧形的空气进口侧表面,空气进口侧第一通道的其他侧表面为矩形或梯形的一部分,而每个管板的空气出口侧第一通道具有一个圆弧形的空气出口侧表面,空气出口侧第一通道的其他侧表面为矩形或梯形的一部分,而其余通道具有矩形或梯形的截面。
9.一种微型多通道热交换器的管板结构,其特征为它包括:
一个用来容纳制冷剂的中空下集流管;
与该下集流管相对设置的、与其倒转形状相同的一个上集流管;
在该上下集流管的长度方向上排列的一系列管板,管板各有固定于该上下集流管的相对的端部并且板管以固定间隔布置,平行于两集流管长度方向上的截面面积从空气进口侧向空气出口按固定比率减小而整体呈楔形,而且管板中作有一系列的通道使该通道延伸而与该两集流管的中空部连通,从空气进口侧向空气出口侧,各个通道具有以固定比率减小的平行于该两集流管的长度的方向上的一个截面面积;和
在该管板之间用于与空气热交换的多个散热片。
10.根据权利要求9的管板结构,其特征在于其中的每个管板和通道的截面面积从空气入口侧到空气出口侧以一个比率(入口侧温差/出口侧温差)分别减小。
11.根据权利要求10的管板结构,其特征在于其中每个管板的每个通道为矩形截面。
12.根据权利要求10的管板结构,其特征在于其中每个管板的每个通道为梯形截面,其中气流入口侧的边大于出口侧的边。
13.根据权利要求10管板结构,其特征在于其中每个管板的空气进口侧第一通道具有一个圆弧形的空气进口侧表面,空气进口侧第一通道的其他侧表面为矩形或梯形的一部分,而其余通道具有矩形或梯形的截面。
14.根据权利要求10的管板结构,其特征在于其中每个管板的空气出口侧第一通道具有一个圆弧形的空气出口侧表面,空气出口侧第一通道的其他侧表面为矩形或梯形的一部分,而其余通道具有矩形或梯形的截面。
15.根据权利要求10的管板结构,其特征在于其中每个管板的空气进口侧第一通道具有一个圆弧形的空气进口侧表面,空气进口侧第一通道的其他侧表面为矩形或梯形的一部分,而每个管板的空气出口侧第一通道具有一个圆弧形的空气出口侧表面,空气出口侧第一通道的其他侧表面为矩形或梯形的一部分,而其余通道具有矩形或梯形的截面。
16.根据权利要求3,5,6,7,8,11,12,13,14,15之一的管板结构,其特征在于其中每个管板的每个通道具有圆角的截面来减少制冷剂流动阻力。
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