CN1590945A - 热交换器 - Google Patents

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，这些管以预定的距离相互间隔开；多个以预定距离相互间隔开的翅片。每个翅片都具有供管垂直地插入的翅片项圈；分别同心地围绕翅片项圈的外周面形成、并设有横向敞开的前部和后部的底座部分；两个以上峰部和两个以上谷部，这些峰部和谷部交替地设置，用以改变气流。

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，涉及一种用于减小送入波纹翅片的翅片项圈区(fin collar region)的空气的流动阻力、以向翅片提供均匀的气流流速分布的热交换器。

背景技术

一般来说，当室内温度高于预定值时，热泵式空调器以供冷模式运行，而当室内温度低于预定值时，热泵式空调器以供热模式运行。在这里，当空调器以供热模式运行时，空调器的热交换器起蒸发器的作用。

图1表示传统的热泵式空调器。

参照图1，热泵式空调器根据室内温度以供冷和供热模式运行。

在供冷模式中，从压缩机1中泵出的气态制冷剂在流经油分离器2时将油分离出来，然后经四通阀3流到室外热交换器4。流到室外热交换器的气态制冷剂在通过膨胀阀5时发生相变而成为低温低压状态，然后流入室内热交换器6。在室内热交换器6中蒸发的气态制冷剂与室内空气进行热交换，然后经四通阀流到蓄液器7。流到蓄液器7的气态制冷剂再流入压缩机1，以进行相同的循环。

在供热模式中，从压缩机1泵出的气态制冷剂在通过油分离器2时将油分离出来，然后经四通阀3流到室内热交换器6，与室内空气进行热交换后被冷凝。冷凝后的气态制冷剂在通过膨胀阀5时转变成低温低压状态，并在通过热交换器4时蒸发。蒸发后的气态制冷剂又经四通阀3被送到蓄液器7。流到蓄液器7的气态制冷剂流入压缩机1，以进行相同的循环。

图2表示传统的热交换器4，图3表示在翅片表面上结霜的情况。

参照图2和3，热交换器4包括一个用于在制冷剂和室外空气之间进行热交换的热交换部件8、用于抽吸和排放热交换器部件8进行热交换用的室外空气的风机9。

这里，由风机9输送的室外空气流过固定在管10上的平翅片11之间限定的空气通道。在供热模式中，在固定于管10上的翅片11的表面形成霜12。形成在平翅片11上的霜12在大量气流通过的平翅片11的前端较厚，并且霜12的厚度沿平翅片11后端的方向逐渐减小。

按照设置在管上的冷却翅片的类型，可将热交换器8分成几种类型。广泛使用的是波纹翅片型。

图4表示传统的波纹翅片型热交换器。

参照图4，热交换器101包括多个相互间隔预定距离的W形波纹翅片110和多根垂直贯穿波纹翅片110的管130。制冷剂沿管130流动。

翅片110包括峰部112和谷部114，它们交替形成在管130未贯穿的区域并与纵向倾斜段相连；翅片项圈116插在管130上，并且管的纵轴垂直贯穿翅片110的纵向中心线；及底座部分118，用于支撑翅片项圈116。

下面将参照图4至7详细描述具有波纹翅片的热交换器。

参照图4，热交换器101是一种具有多个翅片110、并且两排管130以直角贯穿翅片的翅片管式热交换器。

各翅片110都具有多个环形平部分和多个纵向倾斜段，所述纵向倾斜段由具有多个峰部和谷部112和114的W形状限定。翅片110沿管130的纵向安装在管130上，并且它们相互以预定距离间隔开。

参照图5和6，图中详细示出了翅片110的结构。翅片110为具有交替地形成的峰部和谷部112(112a和112b)和114(114a、114b和114c)的W形状。也就是说，翅片110具有两个分别由谷部114a和114c限定的两个侧端。可将翅片110形成为由相互并排的多个翅片组合成的多翅片结构。为了提高热交换效率，将管排列成之字形。

也就是说，安装在管130上的各翅片110具有两个峰部112a和112b和三个谷部114a、114b和114c，它们交替地设置并由倾斜段连接。翅片110的形状是相对于谷部114b的纵向中心线对称的。管130的中心轴线通过所述谷部的纵向中心线。

翅片110设有多个插管孔116a，插管孔的中心轴线与管130的各中心轴线相一致。翅片项圈116从翅片110上突起，以限定用于插入管130的插管孔116a。管130表面与各翅片项圈116的内周面接触。底座部分118形成在翅片项圈116的外周面的下端周围，以支撑翅片项圈116并使空气以围绕管130和翅片项圈116的形式流动。

在翅片110上的底座部分118周围形成倾斜部分120，以防止围绕管130流动的空气从管130的周围流出。倾斜部分120从底座部分118向上倾斜到峰部112。

此外，底座部分118与谷部112处于同一水平面上。峰部和谷部112和114的高度和深度H1彼此相同。另外，将谷部连接到峰部的纵向倾斜段的倾斜角也彼此相同。

当空气流入热交换器101时，由于底座部分118和谷部114位于同一水平面上，所以绕管流动的空气不能到达管的后端。另外，在翅片110的外表面上结霜的多少与翅片110的外表面的热传递量成正比。由于在管间的翅片区的气流流速增加，所以形成高速气流。因此，传热系数增大，并且在翅片110的表面上迅速生成霜层，如图3所示。

当在翅片110表面生成霜层时，由于相邻翅片110之间的距离减小，所以空气通道的面积也减小。由于面积的减小，气流流速增大，从而随着时间的推移，使空气的压降以抛物线的形式增高，而且使热交换器的传热量也大大降低。

另外，绕管流动的空气积聚在管的后端，这就降低了传热效率。也就是说，由于底座部分和谷部位于同一水平面上，所以空气不能完全到达管的后端。因此，在后端形成空气聚集的尾流区(wake region)，从而降低了传热效率。

所以，需要引导高速气流到达形成尾流区的管后端。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种热交换器，它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。

本发明的第一个目的是提供一种热交换器，它能通过打开围绕翅片项圈的外周面的下端形成的底座部分的前部和后部，来减小形成在管后端的尾流区，从而解决空气聚集在尾流区的问题，并减小气流阻力。

本发明的第二个目的是提供一种热交换器，它具有形成在翅片项圈的外周面的下端周围、并设有敞开的前部和后部的底座部分，以提供通过翅片的整个表面的均匀的气流流速分布，从而提高换热效率。

本发明的第三个目的是提供一种热交换器，它通过形成比底座部分高的纵向中心谷部来加大翅片间限定的空气通道面积，从而提高换热效率。

在下文的描述中将给出本发明的其它特性和优点，这些特性和优点中的一部分对本领域的普通技术人员来说，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流过制冷剂的管，这些管以预定的距离相互间隔开；多个以预定距离相互间隔开的翅片，每个翅片都具有翅片项圈，管垂直地插入项圈；分别同心地围绕翅片项圈的外周面形成的并设有横向敞开的前部和后部的底座部分；两个以上峰部和两个以上谷部，这些峰部和谷部交替地设置，用以改变气流。

按照本发明的另一方面，提供一种热交换器，它包括多根流过制冷剂的管，这些管以预定的距离相互间隔开；多个以预定距离相互间隔开的翅片，每个翅片都包括形成在平基板上的第一气流导向部件，用以引导空气流入垂直插入管的翅片项圈区；及具有交替地设置、用以改变气流的峰部和谷部的第二气流导向部件。

按照本发明的再一方面，提供一种热交换器，它包括至少两排流过制冷剂的管，这些管以之字形设置；及多个所述管从中垂直贯穿的翅片，其中每个翅片包括用于引导绕管流动的空气达到管的后端、同时具有均匀的气流流速分布的第一气流导向部件，该第一气流导向部件包括两个对称地设置在管周围的弧形平基板；及用于改变气流的第二气流导向部件，该第二气流导向部件包括峰部和谷部及连接峰部和谷部的倾斜部分。

可理解到，上述说明和下面对本发明的详细描述都只是示例式说明，并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理解并构成该中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是传统热泵式空调器的示意图；

图2是传统热交换器的示意图；

图3是表示在平翅片上结霜的视图；

图4是传统波纹翅片式热交换器的透视图；

图5是图4中的波纹翅片的平面图；

图6是沿图5的A-A′线剖切的剖视图；

图7是本发明一实施方式的热交换器的透视图；

图8是图7所示翅片的透视图；

图9A是沿图7中B-B′线剖切的剖视图；

图9B是沿图7中C-C′线剖切的剖视图；

图9C是沿图7中D-D′线剖切的剖视图；

图10是图7中底座部分的详细视图；

图11是沿本发明的单个翅片构件分布的气流状态的视图；

图12是沿本发明的多个翅片构件分布的气流状态的视图。

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。

参照图7，热交换器201包括多个以预定距离相互隔开的翅片210和多根流过制冷剂的管，这些管垂直地贯穿翅片210并以预定距离相互间隔开地设置。

如图9A至9C所示，翅片210包括交替地形成并由倾斜段相互连接的峰部212和谷部214；限定插管孔216a的项圈部分216，管230插入所述孔中，管的纵轴垂直贯穿翅片210的纵向中心线；及用于支撑翅片项圈部分116的底座部分218。倾斜部分220从底座部分218的外周面延伸到峰部212，用以将底座部分218与峰部和谷部212和214相连。

也就是说，每个翅片210都有第一和第二峰部212(212a和212b)及第一、第二和第三谷部214(214a、214b和214c)。峰部和谷部212和214交替地形成并由纵向倾斜部分使它们相互连接。

如图10所示，每个底座部分218都包括平基板空气入口通道和出口通道218a和218c及与空气入口和出口部分218a和218c相互连接的平基板气流引导通道218b。平基板气流导向通道218b与包围翅片项圈216外周面的下端的圆同心地形成。

倾斜部分220是从底座部分218的外周面延伸而形成的。

为了改变气流，第二谷部214b的深度小于第一和第三谷部214a和214c的深度。

现在将参照附图详细描述本发明的热交换器。

如图5至10所示，热交换器201包括W形波纹翅片210，管230垂直地插入翅片，翅片相互间隔预定距离。

各翅片210都被分成被管230贯穿的翅片项圈区和在翅片项圈区之间限定的倾斜段区。在倾斜段区形成峰部和谷部。

谷部和峰部214和212的深度和高度彼此不同，以便改变气流。

参照图8，峰部212(212a和212b)通过倾斜角相互不同的纵向倾斜段连接到各对应的谷部214(214a、214b和214c)。为了有效地诱引(inducing)和排放空气，由谷部214a和214c限定翅片210的两个侧端。谷部214b形成在翅片210的纵向中心线上，峰部212a和212b分别形成在第一和第二谷部214a和214b之间及第二和第三谷部214b和214c之间。

也就是说，翅片210设计成相对于中心谷部214b对称。峰部和谷部的数量可以改变。

如图8、9A、9B和9C所示，峰部212a和212b位于第一水平面上，从第一水平面到谷部214b的深度H12小于第一和第三谷部214a和214c的深度H31。

此外，翅片项圈216突起预定的高度，它限定了用于插入管的插管孔216a。翅片项圈216的高度可高于或低于峰部212。

为使气流阻力最小，在翅片项圈216的下端周围形成的底座部分218是平的，并且与谷部214a和214b处于同一水平面或低于谷部214a和214b所处的水平面。

作为一改型实例，峰部212和谷部214的高度和深度可彼此不同。另外，峰部212和谷部214的数量最好大于2和3。翅片排成两排或更多排，以使管能设置成之字形结构。

作为另一改型实例，为了提高沿翅片流动的空气流速，峰部的高度沿翅片的纵向中心线方向逐渐减小，或谷部的深度沿翅片的纵向中心线方向逐渐减小。

同时，如图8和10所示，底座部分218具有平基板空气入口通道218a，室外空气通过该通道被引入；用于引导空气沿翅片项圈216的外周流动的平基板气流导向通道218b；和平基板空气出口通道218c，空气通过该通道排出。

也就是说，底座部分218是这样设计的：在空气与管进行热交换后，在没有任何流动阻力的情况下将空气通过插入管引导到翅片项圈216，然后在没有任何阻力的情况下将空气排出。

也就是说，入口通道和出口通道218a和218c及气流导向通道218b位于同一水平面上。入口通道和出口通道218a和218c是使空气沿直线流动的直式通道。气流导向通道218b是使空气沿较缓的曲线流动到出口通道218c的环形式通道。

此外，将入口通道和出口通道218a和218c设计成使其宽度小于翅片项圈的外径、但等于或大于气流导向通道218b的外径。因此，限定底座部分218的外壁的倾斜部分220具有预定的倾角，并将底座部分218连接到峰部和谷部212和214。

倾斜部分220包括限定入口通道和出口通道218a和218b的侧壁的直线引导段220a和220c，及限定气流导向通道218b的侧壁、以使空气沿弧形线流动的弧形引导段220b。

因此，入口通道和出口通道220a和220c使空气沿直线流动，以保持其流速，同时可防止空气脱离翅片项圈区。

弧形引导段220b倾斜预定角，并限定气流引导通道220b的侧壁，以引导空气在不脱离翅片项圈区的情况下沿弧形线流动。为此目的，利用具有与底座部分218的外周面相一致的曲线的弧形引导段220b将气流导向通道218b连接到峰部和谷部212a、212b和214b。

当高速空气被引入底座部分218时，空气沿直线引导段220a和曲线引导段220b流到管的后端。这样，后直线引导段220a可防止高速气流聚集在管的后端，从而引导高速空气流向下一管。也就是说，平基板空气入口通道和出口通道及平基板气流导向通道使空气在绕管流动时以高速流到管的后端。

另外，将底座部分218连接到中心谷部214b的倾斜部分220起引导空气绕管流动并流到管的后端的引导器的作用。流到管后端的空气扰动聚集在管后端的空气，从而减小了形成在管后端的具有较低的传热效率的尾流区。

另外，空气入口通道和出口通道218a和218c使空气绕管流动，以使空气有效地流到管的后端。

也就是说，由于空气入口通道和出口通道218a和218c的底部与气流导向通道218b的底部处于同一水平面上，或低于气流导向通道218b底部所处的水平面上，所以可使空气通过底座部分218时产生的气流阻力最小。与此类似，气流绕管流动到空气出口通道218时产生的气流阻力也可达到最小。因此，空气能在气流阻力最小的情况下在翅片的流动排中流动，然后空气进到下一排翅片，从而使换热效率恶化最小。

图11和12表示空气通过本发明的热交换器时的流动情况。

如上所述，翅片210是这样设计的：使纵向中心谷部的深度小于其它谷部的深度，翅片项圈区的底座部分的横向前侧和后侧是敞开的，底座部分的底部低于中心谷部。因此，与现有技术相比，在翅片间流动的空气的流量变化增大，从而减小了高速气流的压降并提高了换热效率。

此外，即使在翅片形成如图7和12所示的双翅片结构，空气也能通过相邻翅片之间，而不会聚集在管的后端。即，在翅片的整个表面上，气流流速的分布变得均匀。因此，下一翅片的换热效率得到提高。也就是说，利用形成在管周围的入口通道和出口通道及气流导向通道，可有效地将空气引导到管的后端。

当空气流入翅片间限定的空间时，由于空气在管周围流动，同时利用由管限定的小间隙使空气的流速提高，所以空气可能产生压力降，气流的阻力增大。

但是，如图7、11和12所示，利用形成在底座部分上的通道，能将空气在不脱离管周面的情况下，沿倾斜部分220和底座部分引导到管的后端。

如上所述，本发明的热交换器具有在进风绕翅片项圈区流动时能减小形成在翅片横向后端的尾流区的优点。

由于尾流区的缩小，解决了空气的聚集问题，同时减小了气流阻力。此外，由于在下一排翅片的气流流速分布均匀，所以可提高下一排翅片的换热效率。

显然，本领域的技术人员可对本发明进行各种变换和改型。因此，本发明包含了对本发明所做的各种变换和改型，它们都落入由权利要求书和它们的等同物要求保护的范围内。

Claims (17)

1.一种热交换器，它包括：

多根流过制冷剂的管，这些管以预定的距离相互间隔开；和

多个以预定距离相互间隔开的翅片，每个翅片都具有翅片项圈，所述管垂直地插入项圈；分别同心地围绕翅片项圈的外周面形成的并设有横向敞开的前部和后部的底座部分；两个以上的峰部和两个以上的谷部，这些峰部和谷部交替地设置，用以改变气流。

2.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述谷部位于一水平面上，并且从该水平面到所述峰部的高度彼此不同。

3.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述峰部位于一水平面上，并且从该水平面至所述谷部的深度彼此不同。

4.按照权利要求3所述的热交换器，其中，所述谷部包括第一、第二和第三谷部，第二谷部设置在第一和第三谷部之间，第二谷部的深度小于第一和第三谷部的深度。

5.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述底座部分包括横向地朝所述翅片两个侧端敞开的平基板空气入口通道和出口通道及用于连通平基板空气入口通道和出口通道的平基板气流导向通道，该平基板气流导向通道形成在所述翅片项圈的外周面周围。

6.按照权利要求5所述的热交换器，其中，所述平基板空气入口通道及出口通道及平基板气流导向通道的底部处于同一水平面上。

7.按照权利要求5所述的热交换器，其中，所述气流导向通道的底部低于限定在所述翅片的纵向中心线上的中心谷部所处的水平面。

8.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述通道的侧壁由将所述底座部分连接到所述峰部和谷部的倾斜部分限定。

9.按照权利要求5所述的热交换器，其中，所述平基板空气入口通道和出口通道的宽度彼此相同。

10.按照权利要求5所述的热交换器，其中，所述平基板空气入口通道和出口通道的宽度小于所述翅片项圈的外径，但等于或大于所述气流导向通道的外径。

11.按照权利要求8所述的热交换器，其中，所述倾斜部分包括：一限定所述平基板空气入口通道的侧壁并引导诱发的高速空气的第一直线引导段；一限定所述平基板气流导向通道的侧壁并引导空气绕所述管流动的弧形引导段；及限定所述平基板出口通道的侧壁并引导空气排放的第二直线引导段。

12.按照权利要求11所述的热交换器，其中，所述谷部包括第一、第二和第三谷部，第二谷部设置在第一和第三谷部之间，所述第一直线引导段形成一个三角形表面，该表面是将形成在所述第一谷部的第一点连接到形成在将第一谷部与第一谷部相邻的所述峰部相连的连线的中部的第二点、再将第二点连接到第一谷部所处的水平线与通过第二点的垂线相交的第三点而形成的，所述第二直线引导段形成一个三角形表面，该表面是将形成在所述第三谷部上的第四点连接到形成在将第三谷部与第三谷部相邻的峰部相连的直线中部上的第五点、并将第五点连接到第三谷部所处的水平线与通过第五点的垂线相交的第六点而形成的。

13.按照权利要求11所述的热交换器，其中，所述弧形引导段是沿所述管的外曲线以预定的倾斜角连接到所述峰部和谷部形成的。

14.一种热交换器，它包括

多根流过制冷剂的管，这些管以预定的距离相互间隔开；及

多个以预定距离相互间隔开的翅片，每个翅片都包括形成在平基板上的第一气流导向部件，用以引导空气流入垂直插入所述管的翅片项圈区；及具有交替地设置、用以改变气流的峰部和谷部的第二气流导向部件。

15.按照权利要求14所述的热交换器，其中，所述第一气流导向部件包括供所述管垂直插入的翅片项圈；分别同心地形成在所述翅片项圈的外周面周围、以将空气引导到该翅片项圈的底座部分；及将底座部分连接到第二气流导向部件的倾斜部分。

16.一种热交换器，它包括：

至少两排流过制冷剂的管，这些管以之字形设置；及

多个相互间隔预定距离的翅片，所述管垂直地贯穿这些翅片，所述翅片相对于所述两排或更多排的管交叉地设置，

其中每个翅片包括：

用于引导绕所述管流动的空气达到所述管的后端、同时具有均匀的气流流速分布的第一气流导向部件，该第一气流导向部件包括两个对称地设置在所述管周围的弧形平基板；及

用于改变气流的第二气流导向部件，该第二气流导向部件包括峰部和谷部及连接峰部和谷部的倾斜部分。

17.按照权利要求16所述的热交换器，其中，所述第一气流导向部件将空气引导到下一排翅片，同时具有均匀的气流流速分布，以提高换热效率。

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