CN2530236Y - 一种具有肋条型涡流产生器的新型鳍片 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，可应用于空调机等的热交换装置上。其主要是于散热鳍片上的各冷媒导管周缘分别环绕布设有多个扰流凸块，各扰流凸块均呈狭长直肋条状且是一端较高而另一端贴平散热鳍片表面的三角立体状结构。环绕于冷媒导管周缘的各扰流凸块是相互间隔一适当距离，并且，以气流流动的方向来看，位于冷媒导管前端气流入口处的扰流凸块的较高端是向前朝向气流入口方向，而位于冷媒导管后端气流出口处的扰流凸块的较高端则是向后朝向气流出口方向，以达到减少气流压差却同时增进扰流效果，从而达到增加热传效率的目的。

Description

一种具有肋条型涡流产生器的新型鳍片

技术领域

本实用新型涉及一种具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，特别是应用于空调机及一般气冷式热交换器等热交换装置上，以产生扰流效果并促进热传效率的肋条型涡流产生器。

背景技术

近年来，涡流产生器应用于致密热交换器已引起广泛的注意，而增强表面应用于致密热交换器则是了改善总热传性能。在M.Fibig教授在1998年所发表的“Vortices，generators and heattransfer，Trans.IchemE”第76卷A部分中提到增强表面主要有三种热传方式：<1>发展边界层<2>旋转或涡流<3>流动不稳定或紊流增强。王启川博士在2000年发表的“Technology review-asurvey of the recent progress of the patents of fin-and-tubeHeat Exchangers，J.of Enhanced Heat Transfer”中明确指出最常见的增强表面为中断式的表面，如裂口型、长条型和百叶窗型。但是，中断式表面虽能够明显地增加热传性能，却造成压降的大幅提升。如果涡流产生器与中断式表面两者相互比较，涡流产生器不仅藉由上述所提的三种热传方式增加热传，并且展现其低压降的特性。这是因为壁面摩擦与流过壁面的正向及分向速度有关，而不是主流速度。涡流产生器可由正向及分向速度产生具有二次流特性的涡流流动，此二次流伴随热传的增强及少量的摩擦损失，因此纵向流被认定特别适合于热传的应用上。有关于热传增强的文献资料最早由Edwards and Alker在1974年所发表的“The improvement offorced convection surface heat transfer using surfacesprotusions in the form of (A) cubes and (B) vortexgenerators.”文献中提到，其局部热传系数可比板式鳍片高约40％。

因此，由于紊流与不稳定流的产生而导致流体混合的状况将因其紊流与不稳定流的增大而增加。故，如何将压差降至最小，而紊流与不稳定流产生最大，而致流体的混合度最高，以达到最好的热传效果，仍在努力提升中。于是，如何改进目前传统的涡流产生器的形状，将是当前重要的课题。

中国台湾专利公告号第446109号公开了本案申请人申请的专利技术。在446109号案中是在散热鳍片的冷媒导管周缘布设有若干‘圆弧状’且为‘等高突起’的扰流凸部结构，其热传效果确实因扰流凸部的设置而有所提高。然而，本申请人秉持一贯精益求精的精神，始终不断致力研发，希望能自我突破研究出扰流效果更佳、而气流压差却相对更小的涡流产生器，裨能进一步设计出热传效果更好的热交换鳍片。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，采用‘不等高’且为‘直肋条’状的涡流产生器的结构设计，使通过热交换器的流体藉由该涡流产生器的肋条形状在冷媒导管周缘行成涡流效应，以在较小的压降量之中提升紊流与不稳定流的效果，而使得流体可充分地混合，更进而达到增进热传的效率。

本实用新型的上述目的可以这样实现，一种具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，其中：至少一冷媒导管，穿设于该鳍片上，依据一流体流过该冷媒导管的方向定义有一前端流体入口及一后端流体出口；以及，至少一肋条型涡流产生器，各肋条型涡流产生器分别包括有若干扰流凸块，各扰流凸块均呈凸起的狭长直肋条状且其两末端凸起的高度不同而具有一较高端与一较低端，各扰流凸块是环绕分布于冷媒导管周缘且相互间隔一适当距离，并且，位于冷媒导管前端流体入口处的扰流凸块的较高端是向前朝向流体入口处方向，而位于冷媒导管后端流体出口处的扰流凸块的较高端则是向后朝向流体出口处方向。

本实用新型的上述目的还可以这样实现，一种具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，包括：多个鳍片，各鳍片是平行间隔设置，使相邻鳍片之间可供一流体流通；多个冷媒导管，贯穿于各鳍片之间，并且，依据该流体流过该冷媒导管的方向定义有一位于冷媒导管前端的流体入口及一位于冷媒导管后端的流体出口；以及，多个肋条型涡流产生器，分别对应环绕设置于各冷媒导管周缘且与冷媒导管相隔一适当间距，每一肋条型涡流产生器均是分别包括有若干扰流凸块，各扰流凸块均呈凸起肋条状且其两末端凸起的高度不同而具有一较高端与一较低端，各扰流凸块是环绕分布于冷媒导管周缘且是相互间隔一适当距离，并且，位于冷媒导管前端流体入口附近处的扰流凸块的较高端是向前朝向流体入口处方向，而位于冷媒导管后端流体出口附近处的扰流凸块的较高端则是向后朝向流体出口处方向。

为进一步对本实用新型有更深入的说明，下面结合附图对及实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的肋条型涡流产生器以单一鳍片为例说明的较佳实施例立体示意图。

图2是图1中的其中的一肋条型涡流产生器与冷媒导管的部份放大图标。

图3是本实用新型使用染料注射法技巧的鳍片表面的冷媒导管与肋条型涡流产生器之间的流体轨迹示意图。

图4是本实用新型使用染料注射法技巧的鳍片表面冷媒导管后方的流体轨迹示意图。

图5是本实用新型使用染料注射法技巧的鳍片表面的流体轨迹示意图。

图6A及图6B分别是肋条型涡流产生器、平板型鳍片与VG5型涡流产生器的压降实验资料统计表与统计图。

图7A与图7B是本实用新型的肋条型涡流产生器的扰流凸块的两个不同实施例。

附图标号说明：10、10a、10c冷媒导管；11、11d、11e第一扰流凸块；111、111d、111e较低端；113、113d、113e较高端；12第二扰流凸块；121较低端；123较高端；13、13a、13b、13d、13e第三扰流凸块；131、131d、131e较低端；133、133d、133e较高端；14、14b第四扰流凸块；141较低端；143较高端；15散热鳍片；16左染料轨迹；17右染料轨迹；18旋转涡流；19流体入口；21流体出口；A流体流动方向；

具体实施方式

本实用新型的具有肋条型涡流产生器的新型鳍片的主要特征，是将肋条型涡流产生器所具有的各扰流凸块，均设计呈凸起的狭长直肋条状结构，且各扰流凸块的狭长两末端凸起的高度是不同而具有一较高端与一较低端，各扰流凸块是环绕分布于冷媒导管周缘且是相互等距间隔一适当距离，并且，位于冷媒导管前端流体入口处的扰流凸块的较高端是向前朝向流体入口处方向，而位于冷媒导管后端流体出口处的扰流凸块的较高端则是向后朝向流体出口处方向，藉由此种构型，将可在流体流经该肋条型涡流产生器时进一步增进扰流效果，而相对地流体的压降作用却相对减小，进而提升鳍片的热交换效率。

目前市面上可见的传统热交换器大多具有复数片散热鳍片且各鳍片是相互平行间隔设置，以供流体(气流或液流)由各散热鳍片之间流过并进行热交换。然而，为求叙述上的方便，以下的本实用新型实施例说明将仅以单一鳍片进行介绍，然而，本实用新型的具有肋条型涡流产生器的新型鳍片同样适用于具有复数片散热鳍片的热交换器。

请参阅图1及图2，其是本实用新型以单一散热鳍片15进行说明的较佳实施例。如图所示，于该散热鳍片15上是设有多数个冷媒导管10。该多数个冷媒导管10是以交错式(stagger)的排列方式布设于鳍片15上，且每一冷媒导管10周缘均设置有一肋条型涡流产生器(未编图号)。各冷媒导管10及其周缘的肋条型涡流产生器相互交错布设于鳍片15表面，以促进流体流经过鳍片15时的紊流及扰动现象。而若依据流体(可为气体流或是液体流)流经过该冷媒导管10的方向A来进行前后方向的定义时，将可针对每一冷媒导管10分别定义出一位于冷媒导管10前端的流体入口19、以及一位于冷媒导管10后端的流体出口21。

各肋条型涡流产生器是分别由若干扰流凸块所构成，于本较佳实施例中，每一肋条型涡流产生器是包括有四个扰流凸块，分别为第一扰流凸块11、第二扰流凸块12、第三扰流凸块13、及第四扰流凸块14，当然，于其它的实施例中该肋条型涡流产生器亦可具有不同数量的扰流凸块。各扰流凸块11、12、13、14均呈凸起的狭长直肋条状结构，且各扰流凸块11、12、13、14的狭长方向上的两末端凸起高度不同，但宽度则相同，而具有一较高端113、123、133、143与一较低端111、121、131、141，使各扰流凸块11、12、13、14的顶面并非水平面而是自较高端113、123、133、143逐渐下倾斜至较低端111、121、131、141处。各扰流凸块11、12、13、14是环绕分布于一冷媒导管10周缘且是相互等距间隔一适当距离。由于本实施例中的冷媒导管10是圆形管，所以各狭长直肋条状的扰流凸块11、12、13、14的狭长延伸的方向将是平行于冷媒导管10的切线方向为佳，且各扰流凸块11、12、13、14是大致将冷媒导管10周缘的相位等分。并且，位于冷媒导管10前端流体入口19处的一对扰流凸块11、13的较高端113、133是向前朝向流体入口19处方向，而位于冷媒导管10后端流体出口21处的另一对扰流凸块12、14的较高端123、143则是向后朝向流体出口21处方向。如此一来，各扰流凸块11、12、13、14的较低端111、121、131、141则将位于冷媒导管10旁侧且是在流体入口19与流体出口21之间近中间附近处。一般而言，本实用新型的扰流凸块11、12、13、14的较高端113、123、133、143的高度，是以不大于两平行设置的鳍片15之间之间隔距离的二分的一为较佳。至于该扰流凸块的较低端111、121、131、141，于本较佳实施例中则是贴平于鳍片15表面，然而，其亦可能是略高于鳍片15表面。

于以下的说明中，由于大部份组件是相同于前述实施例，因此，相同或类似的组件将给予相同的命名及编号、或是仅在原编号后增加一英文字母兹以辨别且不再予以赘述，和先叙明。

如图3所示，其是本实用新型使用染料注射法技巧的鳍片表面的单一冷媒导管与两对肋条型涡流产生器流体轨迹的示意图。雷诺数Re＝1000的染料轨迹情形，测试样品为放大尺寸的交错排列鳍管式热交换器，空气进入热交换器后，撞击到冷媒导管10a的马蹄型涡流(左染料轨迹16)因第三扰流凸块13a的影响，产生逆向旋转的涡流，因而大幅增加涡流的运动，使得流体混合效果更佳。而撞击到相对位置的另一对肋条型涡流产生器的第三扰流凸块13b的右染料轨迹17同样也产生逆向旋转的涡流，此逆向旋转的涡流横越下游的第四扰流凸块14b时，将会改变涡流的旋转方向，此涡流可将新鲜流体卷入热交换器表面，增加其热传效果。

图4是本实用新型使用染料注射法技巧的鳍片表面冷媒导管后方的流体轨迹示意图。冷媒导管10c后方会产生旋转涡流18，此涡流除了可以改善冷媒导管10c后方停滞区的热传的外，并可将新鲜气流卷入热交换器表面，增加其热传效果。此一设计与传统型百叶窗(Louver)、裂口(Slit)型式的设计关念有很大的不同，前者是以破坏热边界层的方式来提升热传性能，但同时更大幅增加了压损，本实用新型可适度提升热传，但热交换器的压损又不会大幅增加。以下将由实际的数值进行验证。

如图5所示，其是本实用新型使用染料注射法技巧的鳍片表面的流体轨迹示意图。该图是根据实验的实际状况所绘的流体轨迹示意图，若与附图3及图4所示的流体流过涡流产生器的轨迹示意图比对，将可明显地比对出图5在藉由该涡流产生器的各个肋条型凸部引导流体由流体入口进入，沿着涡流产生器与冷媒导管间的信道流动，再由流体出口流出所引起的涡流与卷流的复杂度的提升。因着其间的流体扰动增加，且将冷媒导管后方流体出口的尾流区的尾流带出。因此可知，本实用新型的紊流与不稳定流、涡流与卷流的产生量的加增而导致流体混合的状况随的增加。

图6A及图6B分别是本实用新型肋条型涡流产生器、传统平板型鳍片、以及VG5型涡流产生器的压降实验资料统计表与统计图。其中，该VG5型涡流产生器是依据中国台湾专利公告446109号所揭露的‘圆弧状’且为‘等高突起’的扰流凸部结构所设计出的涡流产生器。该实验的范围是从Re＝500到Re＝5000。从三种数值看来，本实用新型的肋条型涡流产生器的压降是介于中间的，因此得知本实用新型的肋条型涡流产生器的设计在压降方面较传统技术的VG5型为佳，亦即，本实用新型的肋条型涡流产生器的压降相对于传统VG5型涡流产生器而言是压降较小。

对于本实用新型的肋条型涡流产生器的各项效能，在图5的轨迹图标与图6的实际数值都在在显示了其充分达到本实用新型的目的，即降低压降量与提高涡流量的目的。基于节约能源的考量，开发更高效率，更省能源的机型已成为当前的重要目标，而使用本实用新型的肋条型涡流产生器的技术，将有助于此一目标的达成。

虽然，如前所述的本实用新型的肋条型涡流产生器的较佳实施例中，其扰流凸块均是两末端高度不同，但宽度维持相同不变的狭长直条状结构。然而，该扰流凸块亦可为其它的构型。例如，如图7A所示的实施例中，该扰流凸块11d、13d是两末端高度与宽度均不相同的狭长直肋条状结构，且扰流凸块11d、13d的较高端113d、133d的宽度是大于较低端111d、131d的宽度。又如图7B所示，为扰流凸块11e、13e的又另一较佳实施例，其中，该扰流凸块11e、13e的较高端113e、133e的宽度是小于较低端111e、131e的宽度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，而不是用来限定本实用新型的范围。因此凡依本实用新型权利要求所作的均等变化与修饰，皆应属于本实用新型的范围。

Claims (6)

1、一种具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，其特征在于包括：

至少一冷媒导管，穿设于该鳍片上，依据一流体流过该冷媒导管的方向定义有一前端流体入口及一后端流体出口；以及，

至少一肋条型涡流产生器，各肋条型涡流产生器分别包括有若干扰流凸块，各扰流凸块均呈凸起的狭长直肋条状且其两末端凸起的高度不同而具有一较高端与一较低端，各扰流凸块是环绕分布于冷媒导管周缘且相互间隔一适当距离，并且，位于冷媒导管前端流体入口处的扰流凸块的较高端是向前朝向流体入口处方向，而位于冷媒导管后端流体出口处的扰流凸块的较高端则是向后朝向流体出口处方向。

2、如权利要求1所述的具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，其特征在于中，流体是气体。

3、如权利要求1所述的具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，其特征在于，该扰流凸块为两末端高度不同但宽度相同的狭长直肋条状结构。

4、如权利要求1所述的具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，其特征在于，扰流凸块是两末端高度与宽度均不相同的狭长直肋条状结构。

5、如权利要求1所述的具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，特征在于，该扰流凸块的较低端贴平于鳍片表面。

6、如权利要求1所述的一种具有肋条型涡流产生器的新型鳍片，其特征在于，至少一冷媒导管是以交错式(stagger)的排列方式布设于鳍片上，且每一冷媒导管周缘均设置有一肋条型涡流产生器。

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