CN1287117C

CN1287117C - 热交换器

Info

Publication number: CN1287117C
Application number: CNB2004100039192A
Authority: CN
Inventors: 吴世基; 高喆洙; 张东延; 史容澈; 吴世允; 郑百永
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-09-15
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2024-02-10
Also published as: JP2005090939A; US7219716B2; EP1515107A1; CN1598434A; KR100543599B1; US20050056407A1; KR20050027407A

Abstract

本发明公开了一种热交换器，包括：多根供制冷剂流动的管，所述管相互分隔开；以及被所述管垂直插过的翅片。所述翅片具有支撑插入的管的翅片项圈、用于支撑翅片项圈下端的外周面的底座、以及在所述翅片的横向交替设置在限定于管之间的区域内的三个或更多的峰部和三个或更多的谷部，以便在限定于述翅片项圈之间的区域内引起气流变化。至少两个峰部的高度或至少两个谷部的深度相互不同。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，更具体地说，涉及一种有效地引导空气沿设置在管间的翅片流动到管的后端的热交换器。

背景技术

一般说来，热交换器安装在空调器内，并起使制冷剂和空气之间进行热交换的蒸发器或冷凝器的作用。在各种不同的热交换器中广泛采用了翅片管式热交换器。

在翅片管式热交换器中，安装在管上并用于空气流动的翅片分成细长翅片(slit fin)、百叶窗翅片和形成W形的波纹翅片。

图1表示传统的具有波纹翅片的热交换器。

参照图1，热交换器1包括多个彼此以预定距离间隔开并形成W形的翅片10及多根以垂直角度贯穿波纹翅片10并使制冷剂流过的管30。

这里，翅片10设有管未被贯穿并且以预定角度相互交叉的峰部12和谷部14、多个限定用于插入管的插管孔的翅片项圈(fin collars)16、和多个与项圈形成在一个同心圆上、用以支撑翅片项圈16的底座18。

下面将参照图1至4描述传统的具有波纹翅片的热交换器。

参照图1，热交换器1是一种翅片管式热交换器，多个翅片10和多根管沿垂直方向相互交叉。排列成两排的管30以垂直方向贯穿多个翅片10。图中箭头A1表示空气流向。

每个翅片10都是波纹翅片(下文简称为翅片)。各翅片10都具有多个圆圈形平直部分和多个倾斜部分，倾斜部分为W形并具有多个峰部和谷部。翅片10沿管30的纵向安装在管30上，并以预定距离相互间隔开。

参照图2和3，图中示出了翅片10的详细结构。翅片10为具有交替形成的峰部和谷部12和14的W形状。即，翅片10具有分别由谷部14a和14c限定的两个侧端。在采用多个翅片10的情况下，管30以之字形设置成两排，以提高热交换效率。图中箭头F表示气流方向。

也就是说，安装在管30上的各翅片10都具有两个峰部12a和12b及三个谷部14a、14b和14c，它们交替地排列并由倾斜表面连接。翅片10的形状相对于纵向谷部14b对称。之字形排列的管30的中心轴线穿过谷部14b的纵向中心。

翅片10设有多个插管孔16a，插管孔的中心轴线与之字形管30的各中心轴线一致。翅片项圈16从翅片10上突起，以限定插入之字形管30的插管孔16a。管30与各项圈16的内周面表面接触。

底座18以同心圆的形状包围翅片项圈16的外周面的下端，用以支撑翅片项圈16并使空气以包围管30和翅片项圈16的方式流动。

在翅片20上的底座18周围形成倾斜部分20，以防止围绕管30流动的空气从管30的周围流出。倾斜部分20从底座18向上倾斜到相邻的峰部12。

底座18与谷部14处于同一水平面上。峰部和谷部12和14的高度及深度H1及H2彼此相同。也就是说，H1表示从谷部14至相邻峰部12的高度，H2表示从峰部12至相邻谷部14的深度。另外，倾斜表面以相同的角度(θ)将谷部连接到峰部。

图4a和4b分别是翅片的前视图和后视图，其中图4a中所示的峰部12和谷部14分别与图4b中所示的谷部14和峰部12一致。

当空气流入热交换器1时，在翅片10的外表面上结的霜与翅片10的外表面上的传热量成正比。因此，气流速度在管区及沿纵向设置在管30间的翅片区处增大，从而形成高速气流。结果使传热系数增大并在翅片10的表面快速地形成霜层。

在翅片10的表面形成霜层的情况下，由于相邻翅片10之间的距离减小，所以空气流通面积也减小。由于面积减小，使气流速度大大增加。结果，随着时间的推移，空气的压降以抛物线的形状增加。此外，热交换器的传热量也大大减小。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种可基本上消除由于现有技术的局限性和缺陷造成的一个或多个问题的热交换器。

本发明的第一个目的是提供一种热交换器，通过将波纹翅片设计成使得形成在垂直地通过管的中心轴线的翅片中心部分的基准线左侧或右侧的峰部和谷部之间的波纹翅片的高度彼此不同可提高其的换热效率。

本发明的第二个目的是提供一种热交换器，它包括弯曲成之字形、使得外侧峰部和谷部的高度和深度大于内侧峰部和谷部的高度和深度的翅片。

本发明的第三个目的是提供一种热交换器，它包括弯曲成之字形、使得外侧峰部的高度大于内侧峰部的高度、以提高沿管之间流动的气流速度的翅片。

本发明的第四个目的是提供一种热交换器，它包括中心峰部的内角大于外侧峰部的内角的翅片。

在下文的描述中将给出本发明的其它优点、目的和特性，这些优点、目的和特性中的一部分对本领域的技术人员来说，在阅读了下文后可明显得知，或也可从本发明的实施中得知。本发明的目的和其它优点可通过说明书的文字部分、权利要求及附图中具体给出的结构来实现和达到。

为了实现上述目的和其它优点，按照本发明的目的和下面具体和概括的描述，本发明所提供的热交换器包括多根供制冷剂流动的管，这些管相互间隔开；被管垂直插过的翅片，所述翅片具有支撑插入的管的翅片项圈、用于支撑所述翅片项圈下端的外周面的底座、及在所述翅片的横向交替设置在限定于管之间的区域内的三个或更多的峰部和三个或更多的谷部，以便在限定于翅片项圈之间的区域内引起气流变化，至少两个峰部的高度或至少两个谷部的深度彼此不同。

按照本发明的另一方面，提供一种热交换器，它包括多个供制冷剂流动的管，这些管相互间隔开；及多个相互间隔开预定距离的翅片，各翅片都包括一个被管垂直插过的翅片项圈，交替设置并倾斜的峰部和谷部，内侧峰部所在的水平面的高度小于外侧峰部所在的水平面的高度，以便可以改变限定于翅片项圈之间的区域内的气流方向。

可理解到，上述一般说明和下面对本发明的详细描述都只是举例说明，它们可用于进一步解释本发明的权利要求。

附图说明

对本发明提供进一步说明并构成该申请一部分的附图示出了本发明的实施方式，并与说明书文字部分一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是传统热交换器的透视图；

图2是图1所示翅片的透视图；

图3是沿图2的A-A′线剖开的剖视图；

图4a图2所示翅片的前视图；

图4b是图2所示翅片的后视图；

图5是本发明一优选实施方式的热交换器的透视图；

图6是图5所示翅片的透视图；

图7是沿图6的B-B′线剖开的剖视图；

图8a是图6所示翅片的前视图；

图8b是图6所示翅片的后视图；

图9是与图7的实例类似的改型实例的视图；

图10和11示出了本发明一优选实施方式的热交换器中的气流状态。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的优选实施方式，即在附图中所示的实例。如果可能，在全部附图中，相同附图标记代表相同或类似的部件。

图5至11示出了本发明一优选实施方式，图中箭头A1、F表示空气流动方向。

参照图5至7，本发明的热交换器101包括多个相互隔开预定距离的翅片110和多个以垂直角度贯穿翅片110设置的供制冷剂流动的管130。

翅片110呈倒W形。也就是说，翅片110包括第一、第二、第三峰部112(112al、112b和112c)，第一、第二、第三和第四谷部114(114a、114b、114c和114d)；形成限定使管130垂直穿过的插管孔116a的翅片项圈116；用于支撑翅片项圈116下端外周面的底座118；及从底座118的外周面向峰部112倾斜的倾斜部分120。

峰部112和谷部交替地形成在翅片项圈116之间并通过以彼此不同的预定倾斜角θ₁和θ₂倾斜的表面相互连接。

为了改变气流，可将第二峰部112b的高度(H12)设计成低于第一和第三峰部112a和112c的高度(H11)，换言之，将第一和第三峰部112a和112c的高度(H11)设计成高于第二峰部112b的高度(H12)。由于设有改变气流的波形部件，可将在管间流动的空气更有效地引导到管30的后端。

下面将描述本发明该优选实施方式的热交换器的运行效果。

如图5至8所示，热交换器101是翅片管式热交换器，其中多个分别以W形状形成的波纹翅片相对于管130垂直设置并相互隔开预定距离。

各翅片110被分成一个由管130贯穿的翅片项圈区和一个限定在翅片项圈116之间的倾斜表面区。峰部和谷部的高度和深度互不相同，以改变流入热交换器的空气的流动。

也就是说，连接交替设置的峰部112和谷部114的倾斜表面的倾斜角θ₁和θ₂互不相同。为了更有效地使空气流入和流出，翅片110具有由第一和第四谷部114a和114d限定的两个侧端。即，翅片110沿横向起始于谷部114a，终止于谷部114d。

此外，翅片110相对于中心峰部112b对称。即，相对于中心峰部112b的左部和右部对称，并且形成在左部和右部的每一部分的峰部和谷部的高度和深度互不相同。

如图7所示，谷部114a至114d位于同一水平面上，峰部112a至112c位于不同的水平面上。

第一峰部112a与以预定角度θ₁倾斜的面113a和113b相连，该角度位于翅片起始的第一谷部114a和第二谷部114b之间。第二峰部112b以不同的角度θ₂与处于第二谷部114b和第三谷部114c之间的倾斜面113c和113d相连。第三峰部112c以不同的角度θ₁与处于第三谷部114c和翅片终止的第四谷部114d之间的倾斜面113e和113f相连。

因此，内侧的峰部112b的高度不同于外侧的峰部112a和112c的高度。

也就是说，如图6和7所示，谷部114位于同一水平面上，而峰部112处在不同的高度H11和H12上。即，中心峰部112b的高度H12低于外侧峰部112a和112c的高度H11。

此处，相对于中心峰部112b的左部和右部是对称的，并且形成在左部和右部的每一部分的峰部112a和112c的高度和谷部(114a、114b和114c、114d)的深度互不相同。

例如，将从内侧峰部112b所处的水平面到内侧的谷部114b和114c的高度H12设计成小于从该水平面到外侧谷部114a和114d的深度H11。

也就是说，第一和第三峰部112a和112c的高度H11彼此相同，而第二峰部112b的高度H12与高度H11不同。因此，第二峰部112b的高度H12小于第一和第三峰部112a和112c的高度。

利用上述结构，由于内侧的峰部112b低于外侧的峰部112a和112c可改变引入限定在翅片110之间的区域中的气流。即，与现有技术相比，可显著改变流入然后再流出限定在翅片110之间的区域中的气流。因而可更有效地将空气引导到管30的后端。此外，高速气流可使压降减小，并使传热量增大。

更详细地说，当从第一谷部114a所处水平面的高度H11到第一和第三峰部112a和112c的高度彼此相同时，从第一谷部114a所处水平面到第二峰部112b的高度H12低于第一和第三峰部112a的和112c的高度H11。

同时，翅片项圈沿翅片110的纵向相距预定距离，并被每根管130贯穿。翅片项圈116限定插管孔116a，各插管孔都具有与管的外径相适应的直径，以支承插入其内的管130。

此外，形成在翅片项圈116外周边下端周围的底座118具有预定宽度，以支承翅片项圈116。底座118设置在与第二和第三谷部114b和114c所处水平面相同的水平面上。

倾斜部分120从底座的外周边向上朝峰部112倾斜。即，通过将各峰部112a连接到与底座118的外周边接触并与峰部112a相邻的谷部114b和114c上可限定各倾斜部分120，因而倾斜部分形成三角形。倾斜部分120引导空气沿翅片项圈116的外周方向流动。

此外，倾斜部分120还可通过将各外侧的峰部(第一和第三峰部112a和112c)的两点连接到与底座118接触的各相邻的内侧的谷部(第二和第三谷部114b和114c)的两点而形成。在这种情况下，倾斜部分120形成矩形。

倾斜部分120的作用分别像一个包围翅片项圈116的壁。

在对本发明的以上描述中，从谷部114所处的水平面到内侧的峰部112b的高度H12小于外侧的峰部112a和112c的高度H11。例如，一个或多个内侧峰部在高度上低于外侧峰部。

图8a和8b分别为本发明优选实施方式的翅片的前、后视图。

图8a中示出的峰部和谷部分别为在图8b中示出的谷部和峰部。也就是说，当从图8b观察，从峰部所处的水平面到谷部的深度彼此不同。

图9示出了本优选实施方式的一变型例。

在该变型例中，第一、第二和第三峰部152(152a、152b和152c)位于同一水平面上。从峰部152所处的水平面到内侧谷部154b和154c的深度H13小于外侧谷部154a和154d的深度。即，H11′大于H13。此外，第一峰部152a的内角θ₁′小于内角θ₂′。

因此，与H11等于H12的情况相比，当H11不等于H12和H11’不等于H13时，本发明分别具有压降减小和传热量相对增加的效果。

例如，可以形成这样的倾斜结构，使指定的谷部或峰部处于同一水平面上，且使从该同一水平面到峰部或谷部的高度沿进入翅片之间所限定的区域方面逐渐减小，而沿离开翅片之间所限定的区域的方向逐渐增加。

在上述优选实施方式中，由于峰部或谷部具有不同的高度或深度，所以与空气的接触面积增大，并增大了气流的变化。

图10和11示出了本优选实施方式的热交换器的气流状态。图10是由单翅片结构组成的翅片的情况，而图11是由双翅片结构组成的翅片的情况。

如图10所示，当将外部空气引入热交换器时，由于空气在管间快速流动，同时沿峰部和谷部112和114反复上升和下降，所以增大了空气和翅片之间的接触面积。

也就是说，空气通过第一谷部114a和第一峰部112a进入。通过第一峰部112a进入的空气在沿内侧谷部114b和114c流动时，其流动状况发生改变。结果，提高了气流流速，致使气流被传送到出口侧的峰部112c和谷部114d，从而提高了传热效率。

此外，由于分别位于空气入口侧和出口侧的第一和第三峰部112a和112c的高度H11高于第二峰部112b的高度H12，所以相邻翅片110之间的距离增加，从而增大了空气流通面积。结果，使高速气流的压降减小，从而提高了热交换器的传热量，减小了热交换器的总压降。

此外，由于翅片项圈、底座和倾斜部分形成在用于插入管的插管孔的周围，所以可引导空气沿管和倾斜部分的曲线流动到管的后端。

更详细地说，当空气高速流过管130之间时，高速气流增大了热传递并减缓了霜层的生成。因此，即使在形成霜的条件下，也能维持高水平的热容量，从而可提高热交换能力并可使热交换器运行许多小时。

图11示出了当翅片为双翅片结构、管以之字形垂直地安装在翅片上时的气流状态。由于管以之字形设置，所以当空气通过管区域和非管区域(管间的区域)时，气流可达到翅片为单翅片情况下的状态。

在上述优选实施方式中，由于内侧的峰部和谷部的高度或深度小于设置在空气入口侧和出口侧的外侧的峰部和谷部的高度或深度，所以空气能快速地在管间流动，并且能有效地将空气引导到管后端。此外，由于空气在管间快速流动使压降减小，同时使传热量和热交换量提高，从而提高了热交换器的总效率。

如上所述，借助于改变翅片的设计，可提高总传热效率。

显然，本领域的技术人员可对本发明进行各种变型和改变。因此，本发明包含了对本发明所作出的、落入由权利要求书和它们的等同物限定的保护范围内的那些变型和改变。

Claims

1.一种热交换器，包括：

多根供制冷剂流过的管，所述管相互隔开；以及

被所述管垂直插过的翅片，所述翅片具有支撑插入的所述管的翅片项圈、用于支撑所述翅片项圈下端的外周面的底座、以及在所述翅片的横向交替设置在限定于所述管之间的区域内的三个或更多的峰部和三个或更多的谷部，以便在限定于所述翅片项圈之间的区域内引起气流变化，至少两个峰部的高度或至少两个谷部的深度相互不同。

2.如权利要求1所述的热交换器，其中，所述翅片是呈倒W形状的波纹翅片。

3.如权利要求1所述的热交换器，其中，所述翅片沿限定于所述翅片项圈之间的区域中的气流方向起始于一侧的外侧谷部并终止于另一侧的外侧谷部，至少两个所述峰部的高度或至少两个所述谷部的深度相互不同，以在所述外侧谷部之间引起气流变化。

4.如权利要求1所述的热交换器，其中，所述谷部相对于空气流动方向处于一水平面上，且从该水平面到处于所述谷部之间的所述峰部的高度相互不同。

5.如权利要求1所述的热交换器，其中，通过相对于外侧谷部以一定角度倾斜的表面连接的外侧峰部的高度小于内侧峰部的高度。

6.如权利要求5所述的热交换器，其中，一单一的内侧峰部处于所述外侧峰部之间，且所述内侧峰部的内角小于所述外侧峰部的内角。

7.如权利要求1所述的热交换器，其中，所述峰部处于一水平面上，且从所述水平面到处于所述峰部之间的谷部的深度相互不同。

8.如权利要求7所述的热交换器，其中，设置在空气入口和出口处的所述外侧谷部的深度小于所述内侧谷部的深度。

9.如权利要求8所述的热交换器，其中，所述多个内侧谷部处于所述外侧谷部之间，且所述内侧谷部的高度彼此相同。

10.如权利要求8所述的热交换器，其中，所述多个内侧谷部处于所述外例谷部之间，且所述内侧谷部的高度相互不同。

11.如权利要求1所述的热交换器，其中，所述翅片的纵向中心线由所述峰部之一限定，所述翅片的左右两半部相对于所述纵向中心线对称，所述谷部的深度朝外侧增加。

12.如权利要求1所述的热交换器，其中，所述翅片的纵向中心线由所述峰部之一限定，所述翅片的左右两半部相对于所述纵向中心线对称，所述峰部的高度朝外侧增加。

13.如权利要求1所述的热交换器，其中，所述翅片包括：

多个底座，每个底座设置在所述翅片项圈的外周面的下端；以及

一以预定角度连接到所述内侧峰部和内侧谷部、以使空气沿所述管的外周面流动的空气流动导引部分。

14.如权利要求1所述的热交换器，其中，所述底座处于与所述谷部所处的水平面相同的水平面上，所述底座具有预定宽度。

15.一种热交换器，包括：

多根供制冷剂流过的管，所述管相互隔开；以及

按预定距离相互隔开的多个翅片，每一个翅片包括垂直插入所述管的翅片项圈、以及交替设置且倾斜的峰部和谷部，内侧峰部所在的水平面的高度小于外侧峰部所在的水平面的高度，以改变限定于所述翅片项圈之间的区域内的气流方向。

16.如权利要求15所述的热交换器，其中，内侧水平面高度小于外侧水平面的高度的所述谷部和所述峰部交替设置，致使气流波形的变化在所述限定于翅片项圈之间的区域内沿所述翅片的纵向中心线增大。