CN85108258A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热交换器，它由平板散热片，以及传热管组成。在该平板散热片上的传热管之间的位置设有栅片群，该栅片面对气流方向的两侧边开口，在该栅片群与上述平板散热片相连接处的栅片片脚，与散热片前缘或后缘的法线方向成一个角度，使栅片连续地设在气流尾流侧。因此，在流动于散热片之间的气流中可产生带有旋转成分的气流和紊流，并可显著地达到气流的混合效果、紊流促进效果、死区减少的效果，以及气流速度均匀化带来的边界层前缘效果，从而提高散热片的传热性能。

Description

本发明涉及一种用于空调、冷冻等方面的、间接地进行流体之间的热传递的热交换器。

以前，这一类的热交换器如图1所示，热交换器由铜管2和散热片1组成，其中的铜管2是由U形弯管相互连接起来的，其中的散热片1是由铝一类材料制成。在热交换器中，流动在铜管2的内部的冷媒和流动在散热片1之间的空气3进行热交换。

近年来，人们希望这种热交换器向小型化、高性能化发展，但由于噪音等问题的存在，现在散热片间的空气流速一直被限制得很低，同管内部的热阻相比，空气的热阻极高。因此，虽然采用大幅度扩大空气的传热面积，可以减少空气热阻与管内部热阻之差额，但是，由于受到传热面积不能无限度地增大的限制，至今空气的热阻还是大大超过管内的热阻。

因此，近年来，人们正试图将散热片的表面进行适当的加工，使空气和散热片间的热阻减少。

图2为经改进过的、亦为现有技术的热交换器，其中a为平面图，b为E-E剖面的剖面图。在这种热交换器中，是对散热片表面进行加工，加工部位呈栅片状（即切口并将其突起），因此，这种散热片比普通的平板散热片的表面热阻要低40～50%。图中4a、4b为铜管，5为散热片套管，6为散热片，7a、7b为桥形栅片，8为空气流。

冷媒在铜管4的内部流动，其中的热量从与铜管4相配合的散热片套管5传到散热片6及桥形栅片7上。另一方面，按箭头8的方向由电风扇传送过来的空气在散热片6之间通过，同时与具有温度差的散热片表面进行热交换。在这一作用条件下，冷媒与空气的热交换便持续进行下去。但是，虽然这种具有栅片7的散热片6同表面不予以加工的散热片相比较，表面热阻减少了，但仍然遗留下一些尚未彻底解决的问题。如：（1）由于从下层的铜管4a、4b传来的热流，其热交换受到位于其正上方或正下方的桥形栅片7a、7b的阻挡，因此使散热片的效率降低，使整个散热片的热阻增加;（2）桥形栅片7a、7b以及散热片6与空气流动方向是平行的，而且其结构并不能造成较大的紊流，因此，流动在散热片之间的空气流很难混合，使散热片表面的热阻增加;（3）由于传热管4a处的尾流而产生的死区，在桥形栅片7b的中间占了很大的面积，从而使本来热阻很低的桥形栅片7b的有效面积降低，并使该面积的热阻增加;（4）空气流在传热管4a及4b之间流动，但由于受到途中桥形栅片7a、7b的片脚的阻挡，使空气流通阻力增大。等等。

鉴于如上所述，本发明的热交换器采用了这样的结构，它可以：（1）不阻碍散热片内热流的流动;（2）可使气流中产生涡流和紊流;（3）可混合气流;（4）散热片上传热面形状的设计可使气流流动不受阻碍。目的在于解决上述问题、降低散热片的热阻，同时减少气流的流通阻力。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案，即在本发明的热交换器中，装有以一定间隔平行设置的、其间有气流流动的平板散热片，装有垂直插入该平板散热片的、内部有流体流动的传热管，在面对气流的传热管两侧之间的平板散热片上设有多个开口的窗形栅片或桥形栅片，并且，这些栅片的同平板散热片相连接的并列的片脚的连线的延长线与散热片的前缘或后缘相交成一个除垂直以外的角度。

采用上述的技术方案，由于栅片同平板散热片相连接的并列的片脚的连线的延长线相对于气流流动方向有个迎角，因此导致气体向传热管周围流动，使传热管的气体尾流部分的死区显著减少，提高了平板散热片的传热性能。

另外，在本发明的另一种热交换器中，装有以一定间隔平行设置的其间有气流流动的平板散热片，装有垂直插入该平板散热片的内部有流体流动的传热管，在上述散热片上，设有多组由多个窗形或桥形栅片组成的栅片列，栅片列横跨在上述传热管的管与管之间和排与排之间，并连续地沿气流方向设有开口，而且，上述栅片同上述散热片相连接处的片脚的连线的延长线，与上述散热片的前缘或后缘相交成垂直以外的角度。

现将采用上述技术方案的热交换器的工作情况叙述如下：（1）由于栅片是连续地设在传热管之间及排与排之间，特别是当栅片为桥形栅片时，流入散热片之间的气流中，其流动在栅片内部的气流和流动在栅片外部的气流的流动方向不同，因此在气流之间就会产生侧滑，出现紊流;（2）由于栅片的片脚同气流方向保持一个角度，故在二维流造成涡流，使气流发生旋转的同时，便可使散热片间的气流得到混合;（3）由于栅片在传热管管间及列间都有倾角，故栅片不会造成对来自前后传热管的热流的阻碍，从而使散热片效率的降低很少。（4）由于气流分成沿栅片流动的气流和在栅片外部流动的气流这样两部分，故片脚对于气流的阻碍减少，压力损耗或流动阻力降低;（5）气流中产生紊流，使气体流向传热管的尾流部分，从而减少了死区。

因此，在这种带散热片的热交换器中，可以实现比现有的热交换器都低的热阻和压力损耗。

在本发明的第三种热交换器中，装有以一定间隔平行设置的，其间有气流流动的平板散热片;装有垂直插入该平板散热片且其内部有流体流动的传热管;在插入该平板散热片的上述传热管之间，该平板散热片的与气流相对的两侧上，设有开口的桥形或窗形栅片群A，所说各栅片群中栅片的片脚连线与上述平板散热片的前缘的法线方向成一个角度;在上述传热管的气流上方及下方在未设上述栅片群A的上述平板散热片的部分上，设有对散热片上与气流相对的两侧边进行开口加工，并以另外两侧为片脚的桥形或窗形栅片群B、C，位于上述传热管的气流上流侧的栅片群B中的各栅片的片脚沿气流方向而相互靠近，使其连线与上述平板散热片的前缘法线成一个角度，而位于气流下方的栅片群C中的各栅片的片脚沿气流方向相互远离，使其连线亦与上述平板散热片的前缘法线成一个角度。

采用上述技术方案，可减少气流下方的栅片位于温度边界层中的部分，其中温度边界层是由上方栅片所产生的，这样便可使栅片上的边界层前缘效果非常明显，从而提高了散换片的传热性能。而且，由于栅片片脚同气流方向有一个角度，使流动在栅片内部的气流同流动在外部的气流相混合，这种混合效果可促进传热的进行。进一步地说，片脚可造成旋转的气流，携带着这种旋转成分的气流可提高上述的混合效果，同时还可明显减少传热管尾流部分的死区，从而增大了散热片面积，大大提高了传热性能。

因此，在带有散热片的热交换器的小型高性能化方面，获得了非常明显的效果。

同现有技术相比较，本发明的特点和积极的效果如下：

在本发明中，在传热管之间装有多列连续地沿气流方向开口的窗形或桥形栅片，而且栅片的片脚延长线同散热片的前缘或后缘相交成一个角度，因此，本发明的热交换器具有如下效果：（1）在流动于散热片间的气流中造成紊流和涡流，使散热片表面热阻显著减少;（2）栅片在传热管之间及栅片列之间均有一倾角，故虽栅片截断热流将带来散热片效率的降低，但这一倾角结构则使这种效率的降低很小;（3）栅片片脚对气流的阻碍很小，使压力损耗降低;（4）在气流中造成紊流，使气流向传热管尾流部分流动，从而减少死区，增加了有效传热面积。由于如上所述的积极效果使制造相同以前的热交换器具有同换热能力的带散热片的热交换器时，因可大幅度减少散热片的传热面积，故可实现明显的小型化，且成本也可能大幅度降低。另外，如果制作一种按照本发明的热交换器，其散热片传热面积与现有的相同的话，便可以显著提高其热交换能力。因此，如果把本发明的带散热片的热交换器应用在热泵上的话，则可提高EER（能量的效率比）。

因此，实施本发明可以获得高性能小型化的带散热片的热交换器，其效果明显。

附图说明：

图1为现有技术的热交换器的立体图;图2中的图（a）为该热交换器中的散热片的平面图，图（b）为该热交换器中的散热片的E-E剖视图;图3为本发明的一个实施例的热交换器散热片的平面图;图4为该散热片的正视图;图5为本发明的另一个实施例的热交换器散热片平面图;图6中的图（a）、图（b）、图（c）分别为本发明的又一个实施例的三种方案的散热片的剖面图，也就是如图3或图5所示的V-V′面的剖面图;图7为本发明的另一个实施例的一种热交换器，其中图（a）为平面图，图（b）为该图（a）的C-C剖面图，图（c）为该图（a）的D-D剖面图;图8为本发明的又一个实施例的热交换器，其中图（a）为平面图，图（b）、图（C）分别为该图（a）的A-A剖面图及B-B剖面图;图9′为本发明的另一个实施例的热交换器的平面图;图10为图9中的F-F′面的剖面图;图11为图9的G-G′面剖面图。

实施例的说明：

以下，就本发明的一个实施例的热交换器，对照附图进行说明。

图3为上述热交换器中的散热片的平面图，图4为该散热片的正视图，图5为另一带散热片的热交换器中散热片的正视图图6为一又个热交换器实施例的散热片的剖面图。在图3中，9为以一定间隔平行设置的平板散热片，传热管11以一定间隔插入平板散热片上的散热片套管10中，该散热片套管10是经过内缘翻边处理过的。气体沿箭头15的方向流入。在平板散热片9上的传热管11之间，设有窗形或桥形栅片12，在该窗形或桥形栅片12上，将对应于气流的两侧边13加工出开口，该两侧边13与散热片前缘成角α。另外，窗形栅片12上未开口的两侧边14（即栅片的片脚部分）与散热片前缘成角β（β≠90°）。也就是说，栅片片脚部分的连线与散热片前缘的法线方向成一个角度（90°-β）。还有，窗形栅片12既可以如图4所示，间隔地突出在平板散热片9的两面，也可以如图6所示的V-V′剖面图所示的那样，使栅片向平板散热片的平面倾斜，或者在中间不设栅片，或者栅片只突出在一个面上。

下面就上述实施例所带来的效果进行说明。如上所述，本实施例中的热交换器是以同散热片前缘的法线方向相交成一角度的方式，设置一串窗形栅片，从气体流入的方向看，各个窗形栅片相错一定的距离，因此，由于位于气体上方最前排的栅片12上产生了温度边界层，又由于每一连串栅片中的各个栅片都相对气流方向相错一定的距离，因此，在每个处于气体下方的栅片12中，就都存在一段位于温度边界层以外部分，这部分的传热性能是很好的。同时，由于未进行热交换的新鲜气体通过栅片片脚14a和14c之间、14c和14e之间、14b和14d之间，提供给栅片12，因此提高了表面热传导率，而且，由于片脚14同气流方向15有一倾角，故通过气体上方的栅片片脚14的气体，从上方向下依次混合，使既便在气体上方最前排以后的那些栅片12中，也能得到良好的传热性能。

进一步地说，由于上述栅片片脚14相对于气体流入方向有一个迎角，因此导致气体向传热管11的周围流动（如箭头16）。另一方面，由于栅片12与散热片前缘有一角度α，因此产生一气流19，即在气体通过12并从气体下流侧的端面流出时，产生的向传热管11周围流动的气流19。结果，减少了传热管11处的气体尾流部的死区，提高了平板散热片9的传热性能。

在上述技术方案中，是将气流上方的窗形或桥形栅片群与气流下方的栅片群沿同一个方向设置。在图5中，表示了也可采用使气流上方的栅片群与气流下方的栅片群沿不同方向设置，而且，还可以使栅片片脚14与平板散热片平行或者不平行地设置。

从以上说明中可以显而易见地看到，本发明的带散热片式的热交换器可促进栅片中气流的混合，提高所有栅片的传热性能，还可减少传热管处气体尾流部分的死区，散热片作为一个整体，得到很好的传热性能。因此，依据本发明，可使热交换器的小型高性能化成为可能

下面，就本发明的第二个实施例，对照附图进行说明。

图7中，图（a）为热交换器的平面图，图（b）为C-C剖面图，图（c）为D-D剖面图，而且，16a、16b、16c为铜管，17为散热片上径内缘翻边加工过的散热片套管，19、20为桥形栅片。铜管16a、16b、16c的内部流动着冷媒，该冷媒中的热，向铜管16a、16b、16c，散热片套管17、散热片18及桥形栅片19或20传导。另一方面，沿21方向流动的空气通过散热片之间时，把从冷媒得到的热，通过散热片18（包括栅片19、20、散热片套管17）间接进行热交换。由于栅片19从上方向下方连续地设置，因此，气流分为在栅片19的内部和在栅片19的外部流动的这样两部分，并产生紊流，同时可降低压力损耗。另外，连接到散热片18处的栅片19的片脚19a、19b相对于空气流有一倾角，故在冲击到片脚的气流和通过的气流之间产生干涉，造成涡流。该涡流一面在散热片18上下面旋转，一面前进，故气流在散热片之间得到很好的混合。这些由于气流的滑移而造成的紊流和涡流，造成了散热片间气流的混合，从而大大减少了散热片18表面的热阻。位于铜管16a、16b之间的桥形栅片20与散热片18上铜管16a、16b的中心连线几乎平行，因此，热流沿着与传热管16a、16b、16c的连线几乎平行的方向流动。在本发明的一个方案中，就是使栅片19、20的片脚总是大体上在这条连线上与管相衔接，故很少阻碍热流流动，散热片效率的降低也较小。另外，因栅片20及19的片脚中的一部分位于铜管16a、16c的尾流部分，故可使气流向死区流动，或者说是利用紊流来减少死区，这样便增加了有效传热面。

在本方案中，栅片19或20的形状为一上一下地向两面突起的桥形，但如果采用单侧栅片或与气流方向倾斜的窗形栅片的话，也可取得几乎与上面相同的效果。

下面，就本发明的另一个实施例进行说明。图8表示了这一方案。本方案的作用基本上与上一种实施方案相同，但是，在本实施方案中，位于铜管16之间的栅片19如图中19f那样向散热片18的表面倾斜，其他如19e那样基本上与散热片18平行。栅片20的安排也同19f一样，向散热片18的表面倾斜，利用这些栅片19f、20的倾斜，使在散热片间流动的空气流明显地得到混合，显著降低了散热片表面的热阻。

本实施方案是在传热管之间的散热片上，沿气流方向多列连续地设置开口的窗形或桥形栅片，而且由于栅片的片脚是与散热片的前缘或后缘成一角度的，故具有如下效果：（1）在流动于散热片间的气流中产生紊流和涡流，使散热片表面的热阻显著降低;（2）由于在传热管之间及在排与排之间的栅片有一个倾角，故由于栅片隔断热流所造成的散热片效率的降低就很少;（3）片脚对气流的阻碍减小，压力损耗降低;（4）气流中有紊流，使气流流向传热管的尾流区域，从而减少了死区，增加了有效传热面积，等等。正是由于这些效果，将使与现有技术的具有同等换热能力的热交换器，其散热片的传热面积大大减少。因此，既可以实现比现有技术更小型的热交换器，又可显著降低成本。另外，如果采用与现有技术相同的传热面积的话，便可显著增加热交换器能力。如果将本发明的热交换器用于热泵等，可提高EER（能量的效率比）。

下面，参照附图就本发明的第三实施例进行说明。图9为本发明的第三实施例的散热片式热交换器中的散热片的平面图;图10为图9中的F-F′剖面图，图11为从气流方向看的栅片的剖面图。

如图9所示，传热管24插进在平板散热片上以一定的间隔经内缘翻边加工过的套管23中，气流箭头25流入。

在平板散热片22上，设置有使与气流25相对的两侧28a、28b开口的栅片群A26，其中，两侧边28a、28b与平板散热片22的前缘平行，且未开口的两侧边（即栅片片脚）29a、29b与平板散热片22的前缘成一角度，且各侧边29a、及29b相互平行。还有，在上述平板散热片22上，在传热管24的气流上方和下方未设置上述栅片群A26的地方，分别设置使两侧边30a30b开口的栅片群B27a和C27b，其中，两侧边30a、30b与平板散热片22的前缘平行，而未开口的两侧边（栅片片脚）31a、31b、32a、32b与平板散热片的前缘成一角度，在位于传热管的气流上方处的栅片群B27a中，片脚31a、31b沿气流方向互相合拢，而在位于传热管的气流下方处的栅片群C27b中，片脚32a、32b互相分离（即沿气流方向，两片脚相距越来越远）。

本实施例的作用如下：（1）狭缝形或窗形栅片上开口的两侧均为逐一偏置设置，故位于气流下流的栅片中，总是有些部分位于由上流侧栅片产生的温度边界层之外，这部分的传热性能是比较好的。（2）栅片群A26在传热管间与散热片前缘成一角度，故流动在栅片内部和外部的气流具有不同的流动方向，使气流间产生滑移和紊流。该紊流具有破坏在栅片处产生的温度边界层的作用，提高了散热片的传热性能。（3）栅片上未开口的两侧边（栅片片脚）29、31、32均与气流方向成一角度，故于片脚产生带有旋转成分的气流，该旋转成分是由二维流造成的。该带有旋转成分的气流可以：（ⅰ）使在栅片处进行热交换后的气体，与新鲜气体进行混合;（Ⅱ）其中带有向传热管的气流尾处流动的旋转成分，故可减少死区、扩大散热片的有效传热面积。（4）在栅片群B27a中，带有与上述相同的旋转成分的气流于栅片片脚31a、31b处产生，该气流可以：（Ⅰ）直接作用于传热管处的散热片套管23上，可提高该部分的传热性能;（Ⅱ）在流向气流下方的栅片群的气流中，使紊流在其中产生，从而提高散热性的传热性能。（5）在栅片群C27b中，栅片中开口的两侧边30a、30b沿气流方向逐渐扩大间距，故使气流转向传热管的尾流区域，从而有效地减少了死区的面积。而且，于片脚32a、32b产生的带有旋转成分的气流，也可有效地减少死区面积，并可助长气流下方的紊流的生成，使散热片的传热性能提高。（6）栅片片脚在传热管间均匀设置，使从上流向下流流动的压力损耗均匀化，并使传热管间的气流速度均匀化，因此，可达到有效的前缘效果。因此，可在栅片部分获得显著的高热传导率。另外，在栅片群A、B、C中的各栅片中，栅片方向均为交互突出在平板散热片22的上下表面上。而且，若使上述栅片方向为一上一下的两片栅片为一对，将这样的一对栅片与相邻的一对栅片之间空出间隔，即在对与对之间，有一部分在平板散热片22上没有栅片的地方，则这样制出的散热片同样具有如上作用。这就是说，本发明为在散热片上的传热管之间，设置在相对于气流方向的部分开口的桥形或窗形栅片群A、B、C，各栅片群的栅片片脚分别与散热片前缘成一角度，因此，在散热片间流动的气流中，将产生带有旋转成分的气流和紊流，充分体现出气流的混合效果，促进紊流的效果、减少死区的效果、以及由于气流速度均匀化带来的边界层前缘效果，显著提高散热片的传热性能。因此，可显著提高热交换器的传热性能，实现热交换器的小型高性能化。

Claims (11)

1、一种热交换器，其中装有以一定间隔平行设置的、其间有气流流动的平板散热片，以及以直角插入该平板散热片，且内部有流体流动的传热管，本发明的特征是：在上述平板散热片上的传热管之间，设置在与气流相对的两侧边开口的窗形或桥形栅片群；上述栅片群中，栅片与上述平板散热片相连接处的片脚，与散热片的前缘或后缘的法线方向成一个角度，使上述栅片连续地设置在气流的尾流侧。

2、按照权利要求1所述的热交换器，本发明的特征是：使与气流相对的栅片的开口的两侧边与散热片的前缘成一个角度。

3、按照权利要求1所述的热交换器，本发明的特征是：使位于传热管排与排之间的桥形栅片，其中几个栅片的平面，向上述散热片表面倾斜。

4、一种散热片式的热交换器，其中装有以一定间隔平行设置的、其间有气流流动的平板散热片，以及以直角插入该平板散热片、且内部有流体流动的传热管，本发明的特征是：在上述散热片上，设有多组由多个连续的窗形或桥形栅片组成的栅片组，上述窗形或桥形栅片横跨在上述传热管之间和传热管的排与排之间，且在气流方向上有开口，而且上述栅片与上述散热片相连接处的片脚的连线，与上述散热片的气流侧或气流尾流侧的边线形成一个倾角。

5、按照权利要求4所述的热交换器，本发明的特征是：连结栅片片脚的连线，在栅片组之间相互交差。

6、按照权利要求4所述的热交换器，本发明的特征是：各组中栅片片脚的连线与传热管之间的连线相平行或垂直。

7、按照权利要求4所述的热交换器，本发明的特征是：位于传热管排与排之间的桥形栅片的几个栅片平面，向上述散热片的平面倾斜。

8、一种热交换器，其中装有以一定间隔平行设置的，其间有气流流动的平板散热片，以及以直角插入该平板散热片，且内部有流体流动的传热管，本发明的特征是：在插入上述平板散热片的上述传热管的管与管之间，设有使与气流相对的两侧边开口并突起的桥形或窗形栅片群A，上述栅片群的各片脚排列，与上述平板散热片的前缘的法线方向成一个角度;在上述传热管的气流上方及下方，在上述平板散热片上未设上述栅片群A的部分，设有使与气流相对的两侧边开口并突起，另外两侧边成成为片脚的桥形或窗形栅片群B和C，位于上述传热管的气流上方的栅片群B中的各个栅片的片脚，沿着气流方向相互合拢，与上述平板散热片的前缘的法线方向成一个角度，而位于气流下方的栅片群C中的各个栅片的片脚，沿着气流方向相互张开，与上述平板散热器的前缘的法线方向成一个角度。

9、按照权利要求8所述的散热片或热交器，本发明的特征是：桥形或窗形栅片群A、B、C中的各个栅片的突起方向，交互突出在散热片的上面和下面。

10、按照权利要求8所述的热交换器，本发明的特征是：各组中的栅片片脚的连线，与传热管间的相互连线相平行或垂直。

11、按照权利要求8所述的热交换器，本发明的特征是：使位于传热管排与排之间的桥形栅片中的几个栅片平面向上述散热片平面倾斜。

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