CN1991290B - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热交换器。该热交换器包括：管，制冷剂通过该管流动；鳍片，其设置在该管的外周；以及搅动件，其插入该管中且搅动制冷剂。由于本发明可增加制冷剂和制冷剂内周之间的接触面积，因而可以有效地提高热交换效率。

Description

热交换器 

技术领域

本发明涉及一种热交换器，尤其涉及一种热交换器的制冷剂管结构，其通过增加流过制冷剂管的液态制冷剂与该制冷剂管内周之间的接触面积而提高热交换效率。 

背景技术

一般来说，在空调等中使用的鳍片管式热交换器包括：制冷剂管，其为多次弯曲的曲折线形状；以及多个热交换器鳍片，其沿热交换器鳍片与制冷剂管相交的方向插入到制冷剂管。 

现有技术中的鳍片管式热交换器以在制冷剂流过制冷剂管时制冷剂与外部空气进行热交换的方式用作蒸发器或者冷凝器。具体而言，通过插入到制冷剂管且彼此紧密设置的热交换鳍片增加了制冷剂和外部空气之间的热交换面积。从而，有效地进行热交换。 

另外，为了提高热交换效率，在鳍片管式热交换器的制冷剂管的内周上形成沟槽。这里，沟槽以螺旋状形成以使所述沟槽沿着制冷剂管的纵向相连接。 

通过这些沟槽，当热交换器用作蒸发器时，液态制冷剂和制冷剂管之间的接触面积增加，从而提高了热交换效率。除此之外，当热交换器用作冷凝器时，气态制冷剂(vapor refrigerant)和制冷剂管之间的接触面积增加，使得具有沟槽的热交换器在提高热交换效率方面具有优势。 

同时，当具有现有技术的制冷剂管的热交换器用作蒸发器时，液态制冷剂在制冷剂管的出口部流动。当该热交换器用作冷凝器时，液态制冷剂在制冷剂管的入口部流动。由于重力的原因，这种制冷剂沿着制冷剂管的底面流动。 

具体而言，当具有上述制冷剂管的现有技术的热交换器用作蒸发器时，液态制冷剂流入该蒸发器的入口。因此，制冷剂与制冷剂管的内周之间的接触面积在蒸发器的入口处减少，因此降低了热交换器的热交换效率。即，因为降低了蒸发器的过热度(degree of superheat)，所以存在制冷剂未被完全蒸发的缺陷。

此外，当热交换器用作冷凝器时，液态制冷剂流过冷凝器的出口。因此，液态制冷剂与该制冷剂管的内周之间的接触面积在冷凝器的出口减小，因此降低了热交换器的热交换效率。即，因为降低了蒸发器的过冷度(degree ofsupercooling)，所以存在制冷剂未被完全液化的缺陷。 

发明内容

因此，本发明旨在提供一种热交换器，其基本上克服了由于现有技术的缺陷或者限制而导致的一个或多个问题。 

本发明的一个目的是提供一种热交换器，当该热交换器用作蒸发器时，该热交换器能够通过增加制冷剂和制冷剂管内周之间在制冷剂入口处的接触面积而提高热交换效率。 

本发明的另一个目的是提供一种热交换器，当该热交换器用作冷凝器时，该热交换器能够通过增加制冷剂和制冷剂管内周之间在制冷剂出口处的接触面积而提高热交换效率。 

本发明的其他的优点、目的和特征将部分地在随后的说明书中加以阐述，其部分内容对于本领域的普通技术人员来说刻通过下述说明而变得清楚，或者可以通过本发明的实践获得。通过下述撰写的说明书和其权利要求书以及附图中所具体指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其它优点。 

为实现这些目的和其它优点，且根据本发明的目的，正如在此所实施和广泛描述的，本发明提供了一种热交换器，其包括：管，制冷剂通过该管流动；鳍片，其设置在该管的外周；以及搅动件，其插入该管中且搅动制冷剂；其中该搅动件为螺旋形具有从该管的一端延伸至该管的另一端的长度，该管从所述另一端开始弯曲；以及该搅动件的内径为该管的内径的25％-40％。 

在本发明的另一方案中，本发明提供了一种热交换器，包括：管；鳍片，其与该管接触以与外部空气热接触；以及搅动件，其多次螺旋以增加液态制冷剂和该管的内周之间的接触面积，且该搅动件设置在该管的内部。 

当根据本发明的热交换器用作蒸发器时，液态制冷剂和制冷剂管的内周之间的接触面积在蒸发器入口处增加。这样，可以提高热交换效率。 

另外，当根据本发明的热交换器用作冷凝器时，液态制冷剂和制冷剂管的内周之间的接触面积在冷凝器出口处增加。从而，可以提高热交换效率。 

应当理解的是，上述的概括描述和下面的详细描述均为示例性的和解释性的，其旨在对所要求保护的本发明提供进一步的说明。 

附图说明

所包括的附图提供对本发明的进一步理解，其被并入到本说明书中并构成为本说明书的一部分，所述附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在所述附图中： 

图1是根据本发明的热交换器的立体图； 

图2为根据本发明的制冷剂管的截面图； 

图3是示出了根据本发明的制冷剂管的连接的分解立体图； 

图4是沿图3中的I-I′线局部剖开的立体图； 

图5为示出了现有技术的热交换器和根据本发明的热交换器之间的性能比较结果的实验数据图表。 

具体实施方式

现在将详细说明本发明的优选实施例，其示例在所述附图中示出。尽可能地，在所有附图中使用相同的附图标记表示相同或者类似的部件。 

图1是根据本发明的热交换器1的立体图。 

参见图1，根据本发明的热交换器1包括：制冷剂管10，制冷剂流过该制冷剂管10；多个热交换鳍片20，其以规则的间距设置且被制冷剂管10贯穿；以及搅动件30，其插入到制冷剂管10中。 

具体而言，热交换鳍片20由具有高导热性的薄板形成且连接在制冷剂管10的外周上，由此增加了制冷剂和气流S之间的热交换面积并且增加了导热性。 

图2为根据本发明的制冷剂管10的截面图。 

参见图2，在制冷剂管10的内周上形成有多个螺旋形的突起13。 

具体而言，该突起13形成为使得其在螺旋方向上沿制冷剂管10的内周刮刻(scrape)。当制冷剂流过制冷剂管10时，突起13起到通过增加制冷 剂与制冷剂管10的接触面积而提高热传递性能的作用。 

具有螺旋形状的搅动件30插入到制冷剂管10中。具体而言，搅动件30改变了流过制冷剂管10的制冷剂的流动，使得增加了制冷剂和制冷剂管10的内周之间的接触面积。 

即，流过制冷剂管10的制冷剂的流动从层流(laminar flow)变为紊流，这样增加了制冷剂和制冷剂管10之间的接触面积。 

图3是示出了根据本发明的制冷剂管10的连接的分解立体图，以及图4是沿图3中的I-I′线局部剖开的立体图。 

参见图3，根据本发明的热交换器1的制冷剂管10制成为使得多个U形管通过弯管(return band)11彼此相互连接。搅动件30插入到制冷剂管10的端部。 

这里，搅动件30具有从制冷剂管10的一端延伸至制冷剂管10的另一端的长度，制冷剂管10从该另一端开始弯曲。因此，由于制冷剂在搅动件30插入到制冷剂管10中的状态下流动，因此不会产生紊流现象。 

参见图4，根据本发明的搅动件30形成为使得具有预定宽度和厚度T的轮圈形构件(rim-shaped member)螺旋卷绕。 

详细言之，螺旋形的搅动件30形成为具有预定内径D1和预定外径D2的弹簧形。 

更详细地说，考虑到制冷剂的流阻以及液态制冷剂和制冷剂管10的内周之间的接触面积，优选地，该搅动件30的内径D1为制冷剂管10的内径D3的25％～40％。 

换句话说，当搅动件30的内径D1小于制冷剂管10的内径D3的25％时，会增加液态制冷剂和制冷剂管10之间的接触面积，同时会增加制冷剂的流阻。因此，降低了热交换器1的热交换性能。 

相反，当搅动件30的内径D1大于制冷剂管10的内径D3的40％时，制冷剂的流阻降低，且液态制冷剂和制冷剂管10之间的接触面积也降低，这将导致降低热交换器1的热交换性能。 

另外，考虑到制冷剂的流阻以及制冷剂与在制冷剂管10中形成的突起13之间的接触面积，优选地，搅动件30的外径D2小于等于制冷剂管10的内径D3的95％。 

即，当搅动件30的外径D2大于制冷剂管10的内径D3的95％时，制冷剂与突起13之间的接触面积增加，但是制冷剂的流阻也增加，由此降低了热交换器1的热交换性能。 

另外，为了降低制冷剂的流阻，搅动件30的螺距P优选为至少大于制冷剂管10的内径D3。 

优选地，具有上述形状的搅动件30插入到液态制冷剂流过的制冷剂管10的内部。 

换句话说，气态制冷剂能够轻而易举地接触制冷剂管10的内周，但是由于液态制冷剂自身的粘性和重力，液态制冷剂通常与制冷剂管10的底部接触。因而，优选地，流过制冷剂管10的液态制冷剂接触制冷剂管10的内周以增加热交换面积。 

具体而言，当热交换器1用作蒸发器时，已经过膨胀过程的双相制冷剂流入蒸发器的入口。因为在蒸发器的入口处液态制冷剂的量多于气态制冷剂的量，因此优选地，搅动件30设置于蒸发器的入口处。 

反之，当热交换器1用作冷凝器时，已经过压缩机的高温高压气态制冷剂流入冷凝器的入口，且通过冷凝过程具有高温的液态制冷剂流入冷凝器的出口。因此优选地，搅动件30设置于冷凝器的出口。 

下文将参考示出了实验数据的图表对具有上述结构的热交换器1的性能进行说明。 

图5为示出了现有技术的热交换器和根据本发明的热交换器之间的性能比较结果的实验数据图表。 

参见图5，当热交换器1用作蒸发器时，低温液态制冷剂流入蒸发器的入口并在流过制冷剂管10时与外部空气热交换，从而使得低温液态制冷剂变为低温气态制冷剂。详而言之，流过制冷剂管10的液态制冷剂吸收通过鳍片20传递的气流S的热量。因此，低温液态制冷剂变为气态制冷剂，然后该气态制冷剂通过蒸发器的出口流出。气流S的热量传递到制冷剂，从而冷却空气。 

同时，可以确定的是，假设现有技术中的热交换器的蒸发热为100％，则采用本发明的具有搅动件30的制冷剂管10的蒸发器的蒸发热增加到101.7％。即，当根据本发明具有制冷剂管结构的热交换器1用作蒸发器时， 从图5可以看出，与现有技术的蒸发器相比，本发明的热交换器从气流S中吸收了更多的热量，即约1.7％的热量，从而提高了本发明的热交换器的热交换性能。 

另外，当热交换器1用作冷凝器时，高温气态制冷剂流入到冷凝器的入口，且在其流过制冷剂管10时变为高温液态制冷剂。即，在气态制冷剂的热量通过鳍片20释放到气流S中以使得气态制冷剂变为液态制冷剂之后，液态制冷剂通过冷凝器的出口流出。 

此外，从图5中可以确定的是，假设现有技术中的热交换器的冷凝热为100％，则采用本发明的制冷剂管10的冷凝器的冷凝热为102.7％。即，当具有根据本发明的制冷剂管结构的热交换器用作冷凝器时，可以看出，与现有技术的冷凝器相比，本发明的热交换器将更多的热量，即约2.7％的热量，释放到气流S中，从而提高了本发明的热交换器的热交换性能。 

如上所述，根据本发明，由于搅动件30通过改变制冷剂流而增加了制冷剂与制冷剂管的内周的接触面积，因此通过将搅动件30插入到制冷剂管10中，能够增加制冷剂与外部空气的热交换的量。 

对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离本发明的构思或者范围的情况下对本发明作出各种改变和变化。只要落入所属权利要求书的保护范围及其等同范围，本发明就应当覆盖这些改变和变化。 

Claims (8)

1.一种热交换器，包括：管，制冷剂通过该管流动；以及鳍片，其设置在该管的外周上，该热交换器还包括搅动件，其插入到该管中且搅动制冷剂；其中该搅动件为螺旋形且具有从该管的一端延伸至该管的另一端的长度，该管从所述另一端开始弯曲；以及该搅动件的内径为该管的内径的25％-40％。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中该搅动件设置在液态制冷剂流动的部分中。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其中该搅动件的螺距大于该管的内径。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其中在该管的内周上形成多个突起。

5.根据权利要求1所述的热交换器，其中该搅动件设置在该管的线性段部分中。

6.根据权利要求1所述的热交换器，其中该搅动件的外径小于等于该管的内径的95％。

7.根据权利要求1所述的热交换器，其中在经过压缩机的制冷剂流入到该管的情况下，该搅动件设置于该管的出口。

8.根据权利要求1所述的热交换器，其中在经历膨胀过程的制冷剂流入到该管的情况下，该搅动件设置于该管的入口。

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