CN1186932A - 空气调节器的热交换器翅片 - Google Patents

Abstract

一热交换器,包括水平热交换管穿过的平行垂直的换热翅片。每个换热翅片具有多组通气孔格,每一组排列在两个垂直相邻的管之间。通气孔格的每一组由第一、第二、第三和第四通气孔格组成,它们排列在相邻管的大致径向。通气孔格在换热翅片中形成缝,空气可通过这些缝流动。通气孔格的方向是这样,在各组中垂直相邻两个组之间的最小垂直距离比相应管的外部半径小。

Description

空气调节器的热交换器翅片

本发明涉及空气调节器的热交换器，特别涉及一种热交换器，由于在多个平换热翅片之间的空隙中流动的空气产生湍流和混合，形成一改进的传热性能。

如图1所示，一传统的空气调节器热交换器包括有多个扁平换热翅片1，它们以预定间隔彼此平行地排列，并有多个热交换管2垂直地穿过换热翅片1。空气流在图1箭头所示方向在换热翅片1之间限定的空间中流动，与在热交换管2中流动的流体进行热交换。

对于热流体跨过各平换热翅片1流动的情况来说，业已知道，如图2所示，在换热翅片1的两个热传递表面上的热边界层3的厚度，与距翅片1空气流入口端的距离的平方根成正比地逐渐增加。由于这种关系，翅片1的传热率，随着与空气入口端的距离的增加成正比地显著减小。因此，上述热交换器具有一低的传热效率。

对于热流体跨过各传热管102的流动的情况来说，还知道，当在图3箭头方向上空气以较低的速度流动时，空气流在由管2的外表面的中心点间隔开的两个位置上，以70-80度的角度离开管2的外表面。因此，如图3的阴影部分表示的，在空气流动方向上，在每个管子2的后面形成一空气死区4。在这空气死区4中，管2的传热率显著减小，以致使上述热交换器的传热效率变坏。

为了克服以上问题，1997年7月9日提交的美国专利申请08/890,562，，公开了另一种方案。如图4和5所示，这个热交换器包括多个热交换管2，它们与一定距离间隔开的平换热翅片1相配合，使管子2与换热翅片垂直。

这个热交换器也包括多个具有角度的通气孔格，它们设置在穿过每个换热翅片1的管子2的邻近处。在管子2之间的通气孔格包括：第一具有角度的通气孔格20和第二通气孔格30，第二通气孔格30与第一孔格20相反地倾斜。这些孔格位于各个管2的左半部(上游)，并包括从平翅片1两表面突出的通气孔，以致流过孔格20和30的空气流变成湍流并混合。第三具有角度的通气孔格40和与第三通气孔格相反倾斜的第四通气孔格50位于各管2的右半部(下游)，并包括由平翅片1的两表面突出的通气孔，以致流过这些孔格40和50的空气流2变成湍流并混合，致使空气死区减小。这些通气孔格20-50围绕每个管2径向地设置。

而且，具有角度的第一和第二通气孔格20和30相互成镜面象的关系布置，以致，在两管2之间上游半部内在平换热翅片1两面上流动的空气流成为湍流并混合。另外，具有角度的第三和第四通气孔格40和50相似地也是彼此成镜面象的关系布置，使通过格20和30的空气流继续通过在管2之间的其余半部，变成湍流混合，从而减小空气死区。

每个第一和第二通气孔格20和30包括带或孔70，它们中每一个分别有一左端(上游)76(见图5)，其由平换热翅片1的第一表面1A突出，和一右端(下游)78，它由平换热翅片1的第二表面1B突出。每个孔形成一相对空气流横向延伸的缝。根据此发明的通气孔格可通过切割或扭转方法形式。第三和第四通气孔格40和50相似于第一和第二通气孔格20和30，但它们的上游通气孔是由换热翅片的第二表面突出，而不是由第一表面。

换热翅片的通常圆形的底部60占据在第一和第三通气孔格20和40的上端与相应管2的下外圆周之间限定的区域。第一和第三通气孔格20和40在管2周围，底部60夹在它们之间，以管2为中心。与此相似，第二和第四通气孔格30和50面向下面另一管2的上外圆周径向排列，圆形底部60A夹在它们中间。

第一和第三通气孔格20和40与第二和第四通气孔格30和50是彼此对称的，由换热翅片的底部60B分开。

在各个孔格20、30、40和50中包括的通气孔格70-75顺序排列，在它们之间没有任何翅片的底部，是直接通过切割和扭转方法形成的。

在附图中，数码80表示实体凸筋，它们每一个与空气流垂直延伸，处在包括两相邻管2中心轴线的PL平面中。通过冲压方法形成的这些凸筋的作用是：排冷凝水(即露水)，它会在热交换管2上产生；加强平翅片1；和加大平翅片1的表面积。

凸筋80位于第一和第二孔格20和30与第三和第四孔格40和50之间的底部60C中。

在平换热翅片1的第二表面1A上突出形成一单个凸筋，因此形成一相对于凸筋的中心纵轴线即在PL平面中的轴线对称的形式。凸筋80的上游和下游半部80A，80B对称弯曲一适当角度，如图5所示形成一倒V形。

但是上述的常规热交换器的第一到第四通气孔格20-50中，每一个都位于平换热翅片1的预定位置上，分别具有例如多达6个的通气孔70-75，使得每个通气孔的高度H和宽度W较小较窄。而且，这造成在两个通气孔格30和50(见图4)之间形成49度的宽角(见图4)，如图4和5所示，这些格彼此水平对称。

因此，在每个管2上下游端，有一不能形成通气孔的具有较大垂直宽度L的区域。这造成大大减小传热效率的原因，尽管在这些区域，压力降较低，以及产生一较慢的空气流速。存在着空气流的湍流不充分，传热效率明显减小的问题。

因此，本发明的目的是提供一热交换器，它具有最小数目的通气孔，以便取得高度充分升高的通气孔，而且通气孔格沿着管2外圆周大约径向间隔29度，使通气孔在高度上提高，在宽度上加宽，这使每个通气孔的面积能够达到最大，从而形成一提高的传热性能和效率，并促进了湍流，加快了空气流速。

因此，提供了一个适合在空气调节器中用的热交换器，该热交换器包括：平行排列的平行垂直换热翅片，它们间隔开在它们之间导引空气流；和水平热交换管，它们垂直地穿过换热翅片延伸，导引热交换流体。每个管具有在一垂直平面上的中心轴线，该平面包含垂直相邻管的轴线。每个热交换片具有多组通气格。每组排列在两个垂直相邻管之间，包括相对于垂直平面对称排列的第一、第二、第三和第四通气孔格。相对于空气流方向，第一和第二通气孔格分别排列在第三和第四通气孔格的上游。第一和第三通气孔格分别排列在第二和第四通气孔格之上。每个第一和第三通气孔格包括多个通气孔，它们形成平行缝，这些缝的方向基本是在两个垂直相邻管中上面一个管的径向。每一第二和第四通气孔格包括多个通气孔，它们形成的缝的方向基本是在两个垂直相邻管中下面一个管的径向。第一和第二通气孔格分别相对于第三和第四通气孔格，形成相同的角度。这些角度在26-32度的范围内。在各格组中垂直相邻的两个之间的最小垂直距离比相应管的外部半径小。

本发明的其他目的和方面，通过以下参照附图的实施例的介绍会变得明了。

图1是常规热交换器的透视图；

图2是图1的热交换器的平热交换翅片的放大截面图，示出围绕翅片流动的热流体的特征；

图3是图1的热交换器的热交换管的放大剖视图，示出围绕热交换管流动的热流体的特征；

图4是另一个传统的热交换器的平热交换翅片的前视图；

图5是沿图4A-A截面线截取的平热交换翅片的剖视图；

图6是根据本发明的热交换器的平热交换翅片的前视图；

图7是沿图6B-B截面取的平热交换片的剖视图；

图8是根据本发明的空气流的流动的图示。

现在根据附图详细介绍根据本发明的优选实施例。在各图中相同或相应的元件或部件用相同或相近的数码表示。

在图中示出换热翅片1′，数码100一般地表示在换热翅片中形成的一组成角度的通气孔格，这样一组通气孔格排列在垂直相邻管2之间的空间中。通气孔使空气流变成湍流并混合，这有效地减小在空气流动方向上每个管后面的空气死区，因此改善传热性能。

如图6-7所示，每组孔格100，包括4个成角度的通气孔格120、130、140和150，形成它们来导向空气。第一孔格120在第一方向D1导向空气。第三通气孔格140与第一通气孔格120是相反倾斜的，以致，所述被导向的空气流在第二方向D2重新被导向。第二成角度的通气孔格130和第四通气孔格150也彼此相反倾斜，分别在方向D1′和D2′导向空气。

一个组100的第一和第三孔格120和140与另一组100的第二和第四孔格径向包围管2中的一个。

相互成角度的第一和第二通气孔格120和130被设置成相互成镜象关系，以致沿每个管2的上游半部的平换热翅片两面流动的空气流变成湍流并混合。同样，相互成角度的第三和第四通气孔格140和150相似地也相互成镜象关系，以致穿过孔格120和130造成的空气流，继续沿管2的其余下游半部换热翅片通过，变成湍流并混合，因此减小在管后面的空气死区。

第一和第二通气孔格120和130中的每一个具有带或通气孔，它们每一个具有由平换热翅片1′的第一表面1A′突出的上游端176，和由平换热翅片1′的第二表面1B′突出的下游端178。每个通气孔构成一个在空气流的横向的缝。本发明的带可由切割和扭转方法形成。第一和第二通气孔格120和130的缝具有它们的上游端，即缝入口179，它们排列在换热翅片的第一表面1A′上。除了第三和第四孔格的缝上游(入口)端179是排列在换热翅片的第二表面1B′上(见图8)以外，第三和第四通气孔格140，150与第一和第二通气孔格120和130是相似的。

换热翅片1′的通常圆形的底部160占有由第一和第三通气孔格120和140的上端与相应的管2下外圆周之间限定的区域。底部160以管2为中心，这样第一和第三通气孔格120和140在围绕中心管2的径向布置。相似地，第二和第四通气孔格130和150在围绕下面另一管2的上部外圆周的径向布置，圆形底部160A夹在它们中间。

第一和第三通气孔格120和140与第二和第四通气孔格130和150彼此对称，由换热翅片的底部160B分开。

在各通气孔格120-150中每一个所包括的四个通气孔170-173顺序排列，在它们中间没有换热翅片的底部部分，它们是直接通过切割并扭转方法形成的。

在图中，在第二和第四通气孔格之间限定的角度范围X₁(同样在第一和第三孔格之间限定的角度)设计是26°≤X₁≤32°，即在26度-32度之间。相对于包含相应管2轴线的垂直平面PL，这些通气孔格是水平对称的。而且，在一组的第四通气孔格150和下面另一组的第三通气孔格140之间限定的角X₂的范围是148-154度。即148°≤X₂≤154°。在一组第二通气孔格120和下面另一组第一通气孔格120之间形成相同的角X₂。相对于包含管轴线的水平面PL′，通气孔格彼此垂直地对称。而且，如图7所示，各通气孔的开口形成相对于平换热翅片1′平面的一个角X₃，该角在24-26度范围内，即24°≤X₃≤26°

各个通气孔170-173具有大于1mm的高度H。通气孔垂直相邻两组之间的最小垂直间隔P小于管2的外部半径，最好小于2mm。而且，各通气孔格120-150具有宽度大于2mm的两个通气孔171和172。

在图中，数码180表示与空气流动方向垂直延伸的位于上下管2之间的中间缝。每个缝180处在垂直平面PL之一中。缝180是通过切割和弯曲方法形成，其作用是减小围绕管2的空气死区，使空气流成为湍流。

如图8所示，缝180位于在第一和第二通气孔格120和130之间或第三和第四通气孔格140和150之间的底部160C中，相对于平换热翅片1A的第一表面1A′向外突出。每个缝180具有上下端部，跨过分开通气孔格120和130下游端和相应的通气孔格140和150的上游端的区域垂直延伸。通气孔格围绕相应的管2在径向上排列，换热翅片底部夹在它们中间。

下面介绍这种空气调节器热交换器的工作及效果。

当空气流在图6箭头S方向，在换热翅片1′之间限定的空间流动时，在图8所示的箭头方向，空气流通过第一和第二通气孔格120，130，并然后通过第三和第四通气孔格140，150。这个运动，使从热交换管2来的热流能连续地传送，并造成湍流和混合。

在平换热翅片1′的第一表面1A′上流动的空气流的部分S1，通过第一和第二通气格120和130的通气孔170-173形成的缝，被转向流到第二表面1B上，这些槽开在进入空气流的横向。然后，空气流的所述部分S1与在平换热翅片第二表面1B′上流动的空气流混合。这个混合产生湍流气流，造成在热交换管2前半区中空气流增加。因此，在管2周围发生较好的热交换。

然后，使得湍流空气流的部分，通过在第二和第三通气格140和150的通气孔170-173形成的缝，流回到平换热翅片第一表面1A′上，并与在第一表面1A′上流动的空气流混合。这个混合产生更大的湍流空气流。湍流和混合的空气流连续地流过每一管2的整个区域，向管2的下游侧运动，产生空气流的平稳流。

在管2和径向布置的第一到第四通气孔格120-150之间布置的底部160和160A使得通过所述通气孔格120-150的湍流空气流，进一步流入在管后面的空气死区。因此，空气死区的大小大为减小，并且，在空气死区的传热效果进一步改善。

如图7所示，因为在第一到第四通气孔格120到150中的通气孔170-173的数目比现有技术的少，每个通气孔的高度H可以较大，尽管压力降较低，从而形成一提高的传热性能和效率，并加强了湍流，加快了空气流速。

而且，应注意到，在通气孔格之间限定的角度范围X₁是在26-32度范围内，其中，倾斜的通气格相对于平面PL彼此水平对称布置。因此，每个通气孔的高度H和宽度W能够增加。而且，在上下通气孔格之间存在的实际间隔P是窄的，这意味着，由第一到第四通气孔格120-150所占有的整个面积最大。因此，传热效率提高，湍流进一步被加强。

同时，缝180加大了平换热翅片1的表面积，并形成一具有大的传热系数的热边界层，这改进了传热性能。

虽已结合优选实施例介绍了本发明，但本专业人士明了，不偏离后附权利要求限定的本发明的精神范围，可进行并未特别指出的附加、删改、代替或修改。

Claims (8)

1.一种用在空气调节器中的热交换器，所述热交换器包括：平行垂直间隔开的换热翅片，在它们之间导引空气流；和水平热交换管，所述管垂直通过所述换热翅片，以导引热交换流体；每一所述管具有一处在垂直平面中的轴线，所述垂直平面包含垂直相邻管的轴线；每个所述换热翅片具有通气孔格组；每个所述通气孔格组排列在两个垂直相邻的管之间，包括：相对于所述垂直平面对称排列的第一、第二、第三和第四通气孔格；相对于空气流的方向，第一和第二通气孔格分别位于第三和第四通气孔格的上游；第一和第三通气孔格分别位于第二和第四通气孔格的上面；每个第一和第三通气孔格包括多个通气孔，这些通气孔形成相对于两个垂直相邻管中上面一个管大致径向方向上的平行缝；每一第二和第四通气孔格包括多个通气孔，这些通气孔形成相对于两个垂直相邻管中下面一个管大致径向方向上的平行缝；第一和第二通气孔格相对于第三和第四通气孔格分别形成相等角度，所述角度在26-32度范围内；在所述组的垂直相邻的两个组之间的最小垂直距离比相应的所述管的外部半径小。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，第一、第二、第三和第四通气孔格，相对于在两个所述垂直相邻管间的中点的一水平面对称布置。

3.根据权利要求2所述的热交换器，其中，所述角构成第一角，每组的第二和第四通气孔格相对于下面另一组的第一和第三通气孔格构成相等的第二角；所述第二角在148-154度的范围内。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述通气孔相对于所述换热翅片平面成一斜角，所述斜角在24-26度范围内。

5.根据权利要求1所述的热交换器，其中，垂直相邻的所述组之间的最小垂直距离小于2mm。

6.根据权利要求1所述的热交换器，其中，每个通气孔包括分别由所述换热翅片的第一和第二侧面向外突出一段距离的第一和第二端，在垂直于换热翅片平面方向上所述第一和第二端之间的这段距离限定一通气孔高度，所述通气孔高度大于1mm。

7.根据权利要求1所述的热交换器，其中，在平行于换热翅片平面方向上所述第一和第二通气孔端之间的距离限定一通气孔宽度，所述通气孔宽度大于2毫米。

8.根据权利要求1所述的热交换器，还包括：处于所述垂直平面中的一个垂直缝，用于将每一组的第一和第二通气孔格与第三和第四通气孔格分开。

Images