CN1184245A

CN1184245A - 换热盘管

Info

Publication number: CN1184245A
Application number: CN97122649A
Authority: CN
Inventors: 木村惠一; 清滝多门
Original assignee: KIMURA MACHINE TOOLS CO Ltd
Current assignee: KIMURA MACHINE TOOLS CO Ltd; Kimura Kohki Co Ltd
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1998-06-10
Also published as: CA2222402A1; EP0845649A3; KR19980042618A; EP0845649A2; ID18982A; AU4441397A

Abstract

一种换热盘管,其中,散热片组由多个互相平行的散热片组成,各散热片组在通风方向上有一定的间隔,通过传热介质的管子沿通风方向多次穿进这些散热片,这样提高了传热能力和换热效率,并防止凝结水的漂移。

Description

换热盘管

本发明涉及空气在其中强力流动的换热器(例如空调器)内应用的换热盘管。

空调器中应用的传统换热盘管的结构如图1所示。此盘管21通过将传热介质流过的管子24沿通风方向多次插入多个散热片23而构成，各散热片23互相面对面地平行布置。图上中空箭头A表示通风方向。大型产品(如空气调节装置)中的风速限制在2.5至3.0米/秒，而小型产品(如通风器盘管)的风速限制在1.5至2.0米/秒。其理由是如果风速超过此范围(例如，大型产品达到4.5至5.0米/秒，小型产品达到3.0米/秒)，则传热能力下降或空气阻力增加，或者，当进行冷却和除湿操作时，凝结水会经过散热片向下风漂移，使水可能漏到空调器外面。图1所示结构形式的盘管21很难解决这些问题。况且，风速的限制导致空调器本身尺寸加大，因此提高了成本。

当进行加热操作时，如图1所示，除了盘管21外，还必须装上各种各样的加湿器22，如蒸发式、蒸汽式、盘式、喷水式等。但这样的加湿器22很贵，价格上几乎与盘管相等，甚至超过。此外，例如，在蒸发式加湿器的加湿方法中，由于利用水分蒸发再加上与空气接触，表示有多少给加湿器的供水量实际上加到流通空气中的有效给水利用率(＝有效加湿量/供水总量)是低的，未被利用于加湿而从加湿器流出的水直接被抛弃掉，这是很不经济的。

本发明是为解决上述问题而设计的，其目的是提供一种在高的通风速度下有高的性能且能防止凝结水漂移的换热盘管。

本发明的换热盘管包括多个散热片组，它们沿通风方向以适当间隔排列，每一散热片组有多个面对面地互相平行放置的散热片。多个有传热介质流过的管子在垂直于通风方向的方向上插进这些散热片，而每根管子沿通风方向多次插进散热片。因此，引入盘管的空气与散热片组边缘有多次接触，从而前沿效应增强，使得传热能力及热交换效率提高。热交换产生的凝结水通过各散热片组之间的间隙向下落。因而即使冷却和除湿操作在速度下进行，也能防止凝结水漂移到外面。

在这里，当最下风侧的散热片节距(散热片间距)小于迎风侧散热片节距时，对迎风侧有一加压作用。结果，通过盘管的空气不是直接穿过迎风散热片组，而是被扩散而与其充分接触，因此传热效果及热交换效率提高。还有，通过把迎风散热片节距调整到大于一预定值，能防止压力损失。在这种结构中，由于最下风侧的散热片组起到热交换器和分离器(eliminator)的作用，所以不必单独装一分离器。因此，空调器尺寸缩小、成本下降。而且，由于管中传热介质是从背风侧流到迎风侧，散热片节距较小的下风散热片组中的热交换增强了。如果至少在散热片迎风侧的边缘做成曲折形，则与空气的接触面积增加，使得换热效率提高。

本发明的另一目的是提供一种还起加湿器作用的换热盘管。

本发明的换热盘管还包括将加湿水输送给沿通风方向以预定间隔布置的多个散热片组之中的背风侧的散热片组的装置。这样不管风速的高低都可利用盘管本身作为加湿器。因而，可获得高性能多功能的盘管。在供应加湿水的散热片组中，加湿水的水分与通过盘管的空气接触以进行换热，而接受传热介质传热的管子和散热片也与此热量进行交换，使得加湿水可以蒸发。所以，与商用蒸发式加湿器相比，其补给水利用率高，从而节约用水并降低运转费。此外，在加热操作中，被供给加湿用水的散热片组可用作加湿器；而在冷却操作中，此散热片组可用作换热器和分离器。所以，可以不必装这些贵的装备，空调器还能做得更紧凑，降低了成本。

管子的截面形状是椭圆形或卵形的，当其长轴方向和通风方向几乎一致时，盘管中的空气阻力可以降低，从而避免提高所需的功率。或者，通过把椭圆或卵形的长轴在安装状态下朝各散热片组之间的间隙向下倾斜，可以使凝结水沿此倾斜方向引导到间隙中。此外，通过对各行、各列、或单根地改变长轴方向，盘管内的湍流使换热效率提高，加湿水的停留时间也延长，这样，补给水利用率提高了。

或者，散热片开槽使之成波纹状，不供加湿水的散热片组中槽的方向与通风方向基本上垂直，而供给加湿水的散热片组中槽的方向几乎与通风方向一致或倾斜。结果，在不供加湿水的散热片组中的热交换，和在供加湿水的散热片组中的加湿作用都能完成得最有效。

再有，在最下风侧的散热片组中，管子沿与通风方向相垂直的方向上贯穿成一列或二列；而当其宽度大于等于其它散热片组中每列所占散热片宽度时，凝结水的漂移可以进一步可靠地防止，且最下风侧散热片组的热交换能力和加湿能力可进一步提高。

从以下结合附图所作详细说明可更加明白本发明的上述目的和特点，其中：

图1是传统换热盘管的纵剖面图；

图2是采用了本发明的换热盘管的空调器主要部分的示意性侧视图；

图3是第一实施例换热盘管的透视图；

图4是图3IV-IV线的纵剖面图；

图5是另一换热盘管的纵剖面图；

图6是图4V-V线的横剖面图；

图7是本发明第2实施例换热盘管的纵剖面图；

图8是本发明第3实施例换热盘管的纵剖面图；

图9是本发明第4实施例换热盘管的纵剖面图；

图10是本发明第5实施例换热盘管的纵剖面图；

图11是本发明第6实施例换热盘管的纵剖面图；

图12是本发明第7实施例换热盘管的纵剖面图；

图13是本发明第8实施例换热盘管的纵剖面图；

图14是本发明第9实施例换热盘管的纵剖面图；

图15是对图7的背风部件作更改后的例子的示意图；

图16是第10实施例换热盘管的正视图；

图17是第11实施例换热盘管的正视图；

图18A是第12实施例散热片上开槽形状示意图；

图18B是沿图18A的B-B线的剖视图；

图19是沿图18A的X-X线所取的散热片剖视图；

图20是又一种槽形的示意图；及

图21是散热片的另一种开槽的示意图。

现在参照附图详细说明本发明的优选实施例。第1实施例

图2是采用本发明换热盘管的空调器主要部件示意性侧视图。图3是该换热盘管的透视图。在图中，中空箭头A表示通风方向。换热盘管包括多个面对面地互相平行的散热片1，U形或其他相似形状的管子2和总管15。管子2沿纵向和横向以多列插入散热片1中，而在传热介质的入口和出口处的总管15与每根管2的两端连通并结合，其中，散热片1的上下端分别由上边框3和下边框4支托(见图4)。

图4是沿图3的IV-IV线剖开的第一实施例换热盘管的示意纵剖面图。图6是沿图4的V-V线剖开的侧剖面示意图。此换热盘管被划分为迎风段5(一散热片组)和背风段6(一散热片组)，它们中间有一预定间隔L以形成隔断凝结水的间隙7。该间隔L的大小可根据通风速度、除湿量等适当确定，使迎风段5中产生的凝结水不会进入背风段6。例如，可调整到5至20mm，使盘管在通风方向A上不太密。在下边框4的相应于隔断凝结水的间隙7的位置上有一凝结水排放孔8，下边框4下方装一接水盘9。

如图4所示，背风段6的细长散热片1上，沿与通风方向垂直的垂直方向插入一排(图5中是二排)管子2。为了降低迎风段5内的压力损失，更可靠地引起加压作用，提高热交换能力和换热效率到最佳值，以及可靠地在背风段6收集凝结水，背风段6的散热片节距(散热片间距)E最好尽量小些，例如调整到1.8至2.2mm。迎风段5的散热片节距P应大于等于背风段6的散热片节距E。它们之间的关系最好如图6所示为E＜P＜2E。

穿过管子2的传热介质，如冷水或热水，是由与背风段6的侧边连接的总管15供应的，并排放到与迎风段5相连的总管15中，并不断从背风段6流到迎风段5。

加湿水供给装置11位于背风段6的上方，用于将加湿水供给背风段6。加湿水供给装置11包括像水净化器或过滤器那样的水处理器12和一位于背风段6上方并固定在上边框3上的渗透件13。从给水器来的自来水经水处理器12处理，从而成为除去漂白粉及其它杂质变成例如净化水的加湿用水，以防止硬质水垢的粘附，然后进入渗透件13。供到渗透件13的加湿用水经过滤并通过上边框3上的加湿水通孔输送到背风段6的散热片1和管子2，使它们润湿。

当风速超过比方说3m/s时用这种盘管进行冷却和去湿操作时，迎风段5中产生的凝结水通过凝结水隔断间隙7和凝结水排放孔8排入接水盘9。这时，背风段6中的空气也受到冷却而产生凝结水，但量很少。因此通过背风段6的分离器式的作用，凝结水被俘获并依靠表面张力保持在背风段6的相邻散热片1之间。因此，即使吹以高速的风，水也不会从背风段6向下风漂移(超出接水盘9的范围)，而是通过背风段6滴入接水段9。

在此，为了减少背风段6中产生的凝结水量，背风段6的管子2的排数最好是一排或二排，若排数超过二，则背风段6产生的凝结水增多，这是不希望的。

同时，通过盘管的空气在迎风段中阻力小，因为那里的散热片节距大，防止了压力损失，而空气在下风段6中因散热片节距比迎风段5小造成的加压作用而扩散。因此空气不笔直穿过迎风段5而是与迎风段5的散热片1充分接触，热量被传导(即，旁通系数小)。还有，因为背风段6是传热介质的进口侧，其散热片节距又小，所以传热效率高。此外，由于空气与迎风段5的迎风侧边缘5b和背风段6的迎风侧边缘6a两次接触，所以边缘效应也翻一番，因而传热能力及换热效率比按图1所示没有被分开的盘管要高。因此，在迎风段5和背风段6都与空气发生有效的热交换，从而得到高性能盘管，且还起分离器的作用。

若背风段6的散热片节距E小于1.8mm，则背风段6空气阻力加大，这是不希望的。反之，当节距E超过2.2mm，则加压作用下降，同时迎风段5中旁通气流增多，盘管性能下降，凝结水不能牢牢保持在背风段6的各散热片之间，而是容易受风压影响从散热片1脱离而分散，这是不好的。还有，当迎风段5的散热片节距P大于背风段6节距E的两倍时，传热面积及接触空气减少，传热性能及换热效率下降，这也是不好的。当迎风段5的散热片节距P不大于背风段6的散热片节距E时，压力损失大，这也不好。

用此盘管进行加热操作加热空气的情况下，当加湿水供应装置11将加湿水送到背风段6时，水分与流过盘管的空气接触，使其蒸发潜热得以交换。此外，也与接受传热介质传送的热量的管子2和散热片1进行热交换。因此，与只有空气和液体接触的汽化和蒸发相比，加湿水得到很快的蒸发和汽化，使流过盘管的空气加湿。从而，增强了加湿能力及给水有效使用率，且消除了水的浪费。更有利的是，由于采用市场出售的水净化器和渗透件等，加湿水供水器11的生产成本降低了。

附带说一句，当加湿水进入图1所示的未分开的盘管中时，换热性能下降，这不适合于实际应用。但本发明将迎风段5和背风段6完全分开，加热与加湿水互不干扰，迎风段5只起热交换器作用而背风段6只起加湿器作用。况且，一般地讲，加热负荷小于冷却负荷，所以加热负荷只用迎风段5来提供就够了，而有一排或二排管子2的背风段6可起加湿器的作用，这样便得到实用的换热盘管。将此盘管也用作加湿器时，它的使用与风速大小无关。第2实施例

图7所示实施例中，其背风段6的散热片宽度T约为迎风段5上每排散热片宽度S的两倍。其它结构和图4的第一实施例相同。所给标号也一样，其说明从略。在此结构中，背风段6的传热面积加大，故盘管性能及加湿能力增强。具体说，由于作为传热介质的冷水或热水是从背风段6流到迎风段5一侧的，所以传热能力提高，且换热效率也改进。因此，盘管性能和加湿能力都提高。第3实施例

图7中，背风段6的管子2布置成一排，此排布置在散热片宽度T的中心，而在图8中，此排从中心偏向迎风侧。

在实施例3中，传热介质在管子2中流动，管子2装在背风段6的迎风侧，传热介质不供应到其下风侧。因此，背风段6的迎风侧起热交换器、分离器和加湿器作用，而其下风侧起分离器和加湿器作用。结果，凝结水的捕获和保持能力以及加湿能力均得到加强。

这排管子2可以偏近下风侧(图15)。第4实施例

图9中用于穿过背风段6的管子2的孔有两排，且管子2装在迎风的一排内，背风排的孔不装管子2。在此实施例中，背风侧散热片1和迎风侧散热片用同样方法从板上切割而成，从而降低了成本。第5实施例

第1至4实施例中，管子2的截面是圆形的，但也可以是如图10所示的椭圆形(或卵形)。这里，椭圆截面长轴方向和通风方向A一致，其它结构则与图4所示的第1实施例相同。标号也一样，故其说明从略，此结构即使空气流速大，其阻力也不大，不用提高所需功率。第6实施例

图11中的管子2的截面形状和第5实施例中的一样都是椭圆形的，但在其迎风段5中，其长轴方向是倾斜的，朝下风侧处的凝结水隔断间隙7下斜。在背风段6中长轴方向是斜的，向迎风侧下斜。这样，导入盘管中的空气大致沿抛物线流动，其最低点在凝结水隔断间隙7处，这是由于管子2的形状造成的，从而凝结水朝隔断间隙7向下流动。所以，能更可靠地实现凝结水排出到凝结水隔断间隙7和防止背风段6中凝结水漂移。此外，背风段6中的风向就是当加湿时可阻止加湿用水的滴落的方向，从而延长加湿用水的停留时间，加湿能力和给水利用率也都有提高。第7实施例

如图12所示，当在迎风段5和背风段6中，管子2截面长轴方向是任意的且是不规则的时，空气流动产生湍流，从而换热效率有所提高。当加湿时，加湿用水由管子2的引导而曲折下滴。所以，加湿水的停留时间长，加湿能力和供水利用率均得到有效提高。长轴方向和通风方向A的交角绝对值是，比如说小于等于45°，因此可防止压力损失。

除了图12中的之字形布置外，管子2的长轴方向在各行、各列中均可不同，或者自由布置。第8实施例

图13示出了迎风段5和背风段6中，散热片1在凝结水隔断间隙7的两侧相对边缘(即迎风段5的下风边缘5a和背风段6的迎风边缘6a)呈波形(或不均匀形如之字形)。因此，加强了边缘效应，提高了换热效率。此外，除了边缘5a和6a外，当其它边缘5b和6b也不平时，换热效率会进一步提高。这样构造可应用到所有实施例上。第9实施例

在图14所示实施例中，散热片1被一分为三，在迎风段5和背风段6中间进一步形成一中间段10。迎风段5与中间段10，中间段10与背风段6之间都有凝结水隔断间隙7。凝结水排放孔8开在下边框4相应于各凝结水隔断间隙7处。此外，加湿水供应装置11将加湿用水供应给背风段6，其余结构和图4中的一样。

在此结构中，由于穿过盘管的空气依次与迎风段5、中间段10、背风段6的边缘接触，边缘效应加强，换热效率进一步提高。此外，中间段10沿通风方向A还可分成多段，并在各段中间形成凝结水隔断间隙7。在这种情况下，在下边框4上，在与各凝结水隔断间隙7相应处提供凝结水排放孔8。再有，加湿水供应装置11根据加热负荷及加湿量，对背风段6和中间段10供应加湿用水。

在图14所示的实施例中，背风段6上有一排或两排管子2，及最小的散热片节距E(最好是1.8至2.2mm)，迎风段5和中间段10的散热片节距P都大于或等于背风段6上的节距E(最好是E＜P＜2E)。因此，背风段6可用作换热器、分离器和加湿器，能可靠地防止凝结水的漂移，此外还能有效地加湿。

背风段6的散热片宽度T最好等于或大于中间段10和迎风段5的散热片宽度S。这时，管子20所在排可以如图7所示位于中间，也可如图8所示偏向迎风侧(或如图15所示偏向背风侧)。此外，如图9所示，可开二排孔，管子2可装入迎风侧那排孔中以传输传热介质。这样，迎风侧起热交换器、分离器、加湿器作用，而背风侧起分离器及加湿器作用。还有，管子2的截面形状可以是图10至12所示的椭圆形(或卵形)，且散热片1的边缘可以如图13所示是不平的。第10实施例

如图16所示，加湿水供给装置11有一加热器14，用于对加湿用水加热。这时，可加速加湿用水的汽化和蒸发。第11实施例

如图17所示，用加湿水供给装置11的供水管17绕在总管15四周这种结构代替加热器14，其中提高加湿水温办法例如是与具有传导热量的总管15接触。第12实施例

散热片1的结构示于图18A，其中多条桥形狭长突条16和台阶部分18使散热片有槽纹。图18B是沿图18A中B-B线的剖面图。图19是沿图18A中X-X线的剖面图。台阶部分18在散热片一个表面凸出，在另一表面凹进。台阶部分18形成在纵向上，与通风方向A垂直，防止水向下风运动(止水效应)且往下引导(排放效应)。这样，台阶部分18起到排放通道作用，因而凝结水能平稳地排放，从而增强了防止凝结水漂移的作用。

多个台阶部分在通风方向A最好有间隔。台阶部分18的深度(高度)H不小于水厚度T的最大尺寸，即H＞T。

当台阶部分18笔直连续地形成在散热片1的顶部和底部之间时，挡水和排水效果最好。根据所要求的效果，它可以做成不连续的之字形或曲折的。台阶部分18的截面形状不局限于图19所示的梯形，可以是多种形状，如半圆形、正方形等。此外，其数量、位置和深度(高度)H是可变的。

突条16的方向可自由设置，可以是图18A所示的与通风方向A垂直的纵向，图20所示的与通风方向A一致的横向，图21所示的与通风方向A倾斜的方向或其它方向。用图18A所示的散热片1，则边缘效应增大，因而传热能力及换热效率增大。用图20所示的散热片1，则加湿水停留在散热片1内，因而不大会直接往下流。用图21所示的散热片1，则加湿水被曲折地引导，因而也不大会直接往下流。

特别地，在不供加湿水的迎风段5中，突条方向如图18A所示，是与通风方向A垂直的，而供给加湿水的背风段6中，该方向与通风方向A一致或如图21所示倾斜。因而在不供加湿水的部分中传热效应增强，而在供加湿水的部分中传热能力的下降和压力损失被抑制，同时加湿水的下落距离和时间加长到最大限度，因此供水有效利用率进一步提高。突条16的形状和尺寸不局限于所示实例。可以没有凹进部分18，只有突起部分16。

此外，为了具有亲水性(润湿性)，在散热片1的表面上形成亲水表面涂膜31。散热片1与水的接触角是30°，最好是15°。涂膜31使具有冷凝作用的散热片1所粘附的水滴成为很薄的液膜。这样，水所承受的空气压力较小。因此，水不大会随穿过盘管的高速气流向下风流动，但却容易往下流，从而进一步加强凝结水防漂移效应。此外，水与散热片1的接触面积增大，因此，湿润传热面、湿润表面系数和传热系数都增大，从而提高了通过盘管的空气的冷却能力。如果有加湿用水供应装置，则增大接触面积可提高换热效率，由于水膜厚度T最大值变小，所以图19所示的台阶部分18的深度(高度)H可做得小些。

上述结构的亲水涂膜可应用于所有实施例。赋与亲水性的办法不局限于涂膜一种方法。

在上述诸实施例中，可根据需要自由地改变盘管部件的散热片节距和排数。此外，传热介质也可反向通过，即从迎风侧流到背风侧。还可自由地改变加湿水供应装置11的结构，例如省掉水净化器、过滤器等水处理装置12，而将自来水直接作为加湿用水来供应。这种情况下，停止通风后，通过让加湿水流一定时间(适当提高流率)，可清洗散热片1，可以防止灰尘和硬质水垢的沉积。

本发明换热管盘可应用到小型空调机，如通风机盘管，也可应用于大型空调机，如空气调节装置。

由于本发明在不脱离其基本特征前提下可有几种形式，所介绍的实施例是解释性的，而非限制性的。本发明的范围不是由前面的说明，而是由所附的权利要求书限定。任何更改，只要是在权利要求书界限或其等价内容之内的都是权利要求书所包括的内容。

Claims

1.一种空气在其中强力流动的热交换器所用的换热盘管，包括：

多个散热片组，以一定间距沿通风方向布置，每组有多个互相平行安装的散热片；以及

穿过上述散热片的管子，传热介质在其中流过。

2.如权利要求1中所述的换热盘管，其特征在于，其在背风侧散热片间隔比迎风侧的散热片节距小。

3.如权利要求1中所述的换热盘管，其特征在于，还包括加湿水供给装置，用于将加湿用水供应到背风侧的散热片组。

4.如权利要求2中所述的换热盘管，其特征在于，还包括加湿水供给装置，用于将加湿用水供应到背风侧的散热片组。

5.如权利要求1中所述的换热盘管，其特征在于，所述管子的截面形状是椭圆形或卵形，其长轴方向大致与通风方向一致。

6.如权利要求2中所述的换热盘管，其特征在于，所述管子的截面形状是椭圆形或卵形，其长轴方向大致与通风方向一致。

7.如权利要求1中所述的换热盘管，其特征在于，所述管子排成多个行和列，且所述截面形状是椭圆或卵形，这些椭圆或卵形长轴的方向在各行、各列或单件中是不同的。

8.如权利要求2中所述的换热盘管，其特征在于，所述管子排成多个行和列，且所述截面形状是椭圆或卵形，这些椭圆或卵形长轴的方向在各行、各列中或单件中是不同的。

9.如权利要求1中所述的换热盘管，其特征在于，还包括加湿水供给装置，用于将加湿用水供应到背风侧的散热片组，其中，每片散热片上的突条用于使散热片呈波纹状，其方向在不供加湿水的散热片组中大致与通风方向垂直；在供给加湿水的散热片组中与通风方向大致一致或倾斜。

10.如权利要求2中所述的换热盘管，其特征在于，还包括加湿水供给装置，用于将加湿用水供应到背风侧的散热片组，其中，每片散热片上的突条使散热片呈波纹状，其方向在不供加湿水的散热片组中大致与通风方向垂直；在供给加湿水的散热片组中与通风方向大致一致或倾斜。

11.如权利要求1中所述的换热盘管，其特征在于，其在最背风侧的散热片组中穿过的管子排成一排或二排，排的方向与通风方向垂直，而在此散热片组中的散热片的宽度大于等于其它散热片组中散热片每排所占的宽度。

12.如权利要求2中所述的换热盘管，其特征在于，其在最背风侧的散热片组中穿过的管子排成一排或二排，排的方向与通风方向垂直，而在此散热片组中的散热片的宽度大于等于其它散热片组中散热片每排所占宽度。

13.如权利要求1中所述的换热盘管，其特征在于，散热片上有台阶部分，防止由热交换形成的凝结水向下风方向运动。

14.如权利要求2中所述的换热盘管，其特征在于，散热片上有台阶部分，防止由热交换形成的凝结水向下风方向运动。

15.如权利要求1中所述的换热盘管，其特征在于，散热片表面经处理具有亲水性。

16.如权利要求2中所述的换热盘管，其特征在于，散热片表面经处理具有亲水性。