CN86103213A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种热交换器。在热交换器的平板翅片上，上下相邻的传热管之间有多组切口。每个切口有垂直于气流方向的两个开口和不平行于气流方向的两个侧壁。切口突起于翅片正面和背面。这种设计大大减少了空气与翅片表面之间的热阻。由于一个切口组或多个切口组的形状相同，模具维修得以简化。

Description

本发明是供空调器、电冰箱等使用的热交换器，适用于流体间的热传递。
图1所示为传统类型的热交换器。这种热交换器通常包括用铜或类似材料制成的传热管2，传热管之间用U形弯管连接，此外还有用铝和类似材料制成的翅片1。液体在传热管2内流过，空气在翅片1间流过，这样进行热交换。
近几年来，急感需要一种小型的高性能热交换器。但为了减少噪声及其它原因，翅片间的气流速度被限制在一个低水平，因而接触空气的翅片表面的热阻大大高于传热管内表面的热阻。也曾采取过增大翅片表面积的措施，以减少翅片表面和传热管内表面间的热阻差。但增大翅片表面积是有一定限度的，因而翅片表面热阻仍然大大超过传热管内表面的热阻。
因此，近几年人们试图改进翅片表面，以减少空气与翅片间的热阻。图2a和2b是传统热交换器改进的实例。图2a是平板式翅片的端面视图。图2b是图2a的Ⅱb-Ⅱb剖面。图中4是传热管。5是翅片圈，6是翅片，7a-7h是切口，8是气流。切口7a-7h交错地突起在翅片6的正面或背面，位置在上下相邻的传热管4之间。在这种情况下，在切口7a-7h上产生一个薄的热附面层，并且由于所谓热附面层前缘效应而使传热性能得到改进。
但是，对图2a和图2b所示的这种形状的翅片各部分传热能力进行仔细测试后证明，位于气流8上游的切口7a和7b具有较大的附面层前缘效应和较高的传热能力，而在气流8上游的切口7a和7b处预先换热的空气不与其它空气混合，即流向气流8下游处的切口7c-7h。由于切口7c-7h位于切口7a和7b产生的热附面层内，传热性能就较差。此外，在传热管4下游对气流8产生一个气流死区，空气不能流入这个区，所以这个区的传热性能很差。因此，这种热交换器的传热性能并未得到显著的改善。
本发明的目的是通过在切口处促进空气混合及选用一种能够缩小传热管下游的气流死区的翅片形状来显著地减少空气与翅片表面间的热阻。
本发明的另一个目的是通过采用一组相同形状的切口或多组相同形状的切口来简化切口模具的维修。
因此，本发明提供一种热交换器，它有一组平板翅片，翅片相隔一定距离，并且互相平行，可使空气从翅片间流过。它还有一组传热管，法向插入平板翅片。翅片上有成组的切口。每个切口有两个垂直于气流方向的开口和两个不平行于气流方向的侧壁。相邻切口交错突起于平板翅片的正面和背面，形成多组切口。一组切口或多组切口的形状都是相同的。
下面是对附图的简要说明。
图1是传统热交换器的透视图。
图2a是改进的传统热交换器的端面视图。
图2b是图2a中的Ⅱb-Ⅱb剖面。
图3是本发明第一个实施例中热交换器翅片的端面视图。
图4是图3中的Ⅳ-Ⅳ剖面。
图5是图3中的Ⅴ-Ⅴ-Ⅴ-Ⅴ剖面。
图6是本发明第二个实施例中热交换器翅片的端面视图。
图7是图6中的Ⅶ-Ⅶ剖面。
图8是本发明第三个实施例中热交换器翅片的端面视图。
图9a是图8中的Ⅸa-Ⅸa剖面。
图9b是图8中Ⅸb-Ⅸb剖面。
图9c是图8中的Ⅸc-Ⅸc剖面。
图10是图8中的Ⅹ-Ⅹ剖面。
图11是本发明第四个实施例中热交换器翅片的端面视图。
图12a是图11中的Ⅻa-Ⅻa剖面。
图12b是图11中的Ⅻb-Ⅻb剖面。
图12c是图11中的Ⅻc-Ⅻc剖面。
现对本发明第一个实施例做如下说明，参看图3-5。
图3是本发明第一个实施例的热交换器翅片端面视图。图4是图3中的Ⅳ-Ⅳ剖面。图5是图3中的Ⅴ-Ⅴ-Ⅴ-Ⅴ剖面。
如图3所示，传热管11插入翅片圈10内，翅片圈按预定的间距分布，用翻边方法成形。气流方向用箭头12表示。
一组切口13a-13d突起于翅片9的正面，位于上下相邻的两个传热管之间，如图3所示。切口13a-13d中，每个切口有两个平行于上下两个传热管11中心的连接线，这两个边是开口15a和15b;切口的另两个边是侧壁17a和17b，位于与气流12方向斜交的两条平行直线上。另一组切口14a-14d突起于翅片9的反面，其中每个切口的两个平行于上下两个传热管11中心的连接线，这两个边是开口16a和16b，切口的另两个边是侧壁18a和18b，位于两条直线上，这两条直线与正面的切口13a-13d的侧壁17a-17b的两条直线对称于两个上下相邻的传热管4的中心连接线的垂直等分线。切口组19的布置如下：正面切口13a-13d中点连线与背面切口14a-14d中点连线的交点在切口组19两端的相邻两根传热管11的中心连接线上。
上述布置可达到如下的效果：
（1）由于切口的开口边15a、15b和16a、16b处于互相错开的位置，气流下游切口的一部分位于气流上游切口产生的热附面层以外，这部分的传热性能就得到改善。
（2）由于切口组19的位置与气流12方向成一角度，在切口13a-13d、14a-14d里面流过的气流方向与在这些切口外面流过的气流方向不同，两种气流之间产生滑动，最后形成湍流。这一湍流可以破坏在切口13a-13d、14a-14d处产生的热附面层，从而改善翅片的传热性能。
（3）由于切口侧壁17a、17b、18a、18b与气流12方向成一定角度，二次气流引射出一股含涡流的气流。这股气流产生以下两种效应：（1）使在气流上游处经过热交换的空气与新鲜空气混合;（2）减少在传热管11下游（气流方向下游）产生的气流死区面积。
由于这些优点，空气与翅片表面间的热阻能够大大降低。
而且，由于切口13a-13d与14a-14d的模具形状相同，模具维护工作也得到简化。
本发明第二个实施例中热交换器说明如下，参看图6和图7。
图6是本发明第二个实施例中热交换器翅片的端面视图。图7是图6中Ⅶ-Ⅶ剖面。
如图6所示，传热管22插入翅片管圈21中，管圈21按一定间距分布，在翅片20上用翻边方法制成，气流23按箭头23方向流过。
切口24-28组成切口组29，各切口的开口24a-28a和24b-28b正对气流23，侧壁24c-28c和24d-28d位于翅片20的正面20a上，通过侧壁24c、25c和26c的一条直线和通过侧壁24d、25d和26d的一条直线分别与通过侧壁26c、27c和28c的一条直线和通过侧壁26d、27d和28d的一条直线对称上下相邻的传热管22的中心连接线。同时，翅片20背面20b上有切口组34，由切口30-33组成。这些切口的开口30a-33a和30b-33b正对气流23，侧壁为30c-33c和30d-33d。切口组34的布置如下：通过侧壁30c和31c的一条直线和通过侧壁30d和31d的一条直线与通过侧壁32c和33c的一条直线和通过侧壁32d和33d的一条直线以一定的角度对称于上下相邻的传热管22的中心连接线。
此外，翅片正面上切口24-28中点的连线和翅片背面上切口30-33中点的连线对称于切口组29、34两端上下相邻的传热管22中心连线的垂直等分线。
以上布置可达到如下效果：
（1）由于切口24-28、30-33互相错开，气流下游处切口的一部分位于气流上游处切口产生的热附面层之外，这部分的传热性能就得到了改善。
（2）由于切口组29、34与气流23的方向成一定角度，通过切口24-28、30-33里面的气流方向与流过切口外面的气流方向不同，两种气流之间产生滑动，最后形成湍流。这种湍流会破坏切口24-28、30-33产生的热附面层，因而使翅片的传热性能得到改善。
（3）由于切口24-28和30-33的侧壁24c-28c和24d-28d分别与气流22的方向成一定角度，这种二次气流引射出一股含涡流的气流。这股气流产生两种效应：（1）使在气流上游经过热交换的空气与新鲜空气混合;（2）减少传热管11下游（从气流方向看）产生的气流死区面积。
由于这些优点，空气与翅片表面间的热阻能够大大减少。
此外，由于切口24、25、27、28和30-33可用相同形状的模具成形，模具的维修也得到简化。
本发明第三个实施例的说明参看图8至10。
图8是本发明第三个实施例中热交换器翅片的端面视图。
图9a是图8中的Ⅸa-Ⅸa剖面。
图9b是图8中的Ⅸb-Ⅸb剖面。
图9c是图8中的Ⅸc-Ⅸc剖面。
图10是图8中的Ⅹ-Ⅹ剖面。
如图8所示，传热管37插在翅片管圈36内，管圈按预定的间距分布在翅片35上，用翻边方法成形。箭头38表示气流方向。
翅片35上有切口组39-44，分布在六个全等的等边三角形内，这六个三角形由七个线段分割而成。线段L1是上下相邻的两个传热管37的中心连接线。线段L2与线段L1平行，位于L1的上游，与L1的距离等于或小于两排传热管间距的一半。线段L3平行于L1，位于L1下游，至L1的距离与L2至L1的距离相等。线段L4与L5通过线段L1的垂直等分线与L2的交点，与线段L2形成夹角Q（但不垂直于L2）。线段L4靠近上面的传热管，线段L5靠近下面的传热管，线段L6与L7通过线段L1的垂直等分线与线段L3的交点，与线段L3形成夹角Q。线段L6靠近上面的传热管，线段L7靠近下面的传热管。也就是说，切口组39在由线段L1、L4和L5相交形成的三角形内。切口组40在由线段L1、L6和L7相交形成的三角形内。切口组41在由线段L2、L4和L6相交形成的三角形内。切口组42在由线段L2、L5和L7相交形成的三角形内。切口组43在由线段L3、L4和L6相交形成的三角形内。切口组44在由线段L3、L5和L7相交形成的三角形内。
切口组39-44布置如下：每个切口有两个平行于等边三角形两条边的侧壁和两个平行于等边三角形第三边的开口。相邻切口应交错地在翅片的正面和背面突起。切口组39包括一组切口39e，相邻的切口39e交错地在翅片的正面和背面突起。每个切口39e有两个侧壁，侧壁39a平行于线段L4，侧壁39b平行于线段L5。切口39e还有两个开口39c和39d，开口皆平行于线段L1。同样，切口组40由一组切口40e组成。每个切口40e有两个侧壁40a、40b和开口40c、40d。切口41包括一组切口41e，每个切口41e有侧壁41a、41b和开口41c、41d。切口组42包括切口42e，每个切口42e有侧壁42a、42b和开口42c、42d。切口组43有一组切口43e，每个切口43e有侧壁43a、43b和开口43c、43d。切口组44包括切口44e，每个切口44e有侧壁44a、44b和开口44c、44d。每个切口组39-44都呈梯形。
上述布置可产生以下效果：
（1）由于切口的侧壁39a、39b、40a、40b、41a、41b、42a、42b、43a、43b、44a和44b与气流38的方向形成一定的角度。二次气流引射出一股包含涡流的气流。这股气流的效应是使在气流上游经过热交换的空气与新鲜空气混合，并在气流下游产生湍流。
（2）由切口侧壁41a、42b引射出的包含涡流的气流直接作用于翅片管圈，因而改善了这部分的传热性能。
（3）由于切口侧壁43a、44b引射出的包含涡流的气流缩小了传热管37下游产生的气流死区，翅片的有效传热面积增大了。
（4）由于切口组39、43和44的开口39c、43c和44c的宽度在下游方面较大，气流下游开口的一部分位于气流上游开口产生的热附面层外面，因而这部分的传热性能得到改善。
这些优点能够使空气与翅片表面间的热阻大大减少。
而且，由于切口组39-44用同样形状的模具成形，模具的维修得以简化。
本发明第四个实施例的说明参看图11和12。
图11是本发明第四个实施例中热交换器翅片的端面视图。
图12a是图11中的Ⅻa-Ⅻa剖面。
图12b是图11中的Ⅻb-Ⅻb剖面。
图12c是图11中的Ⅻc-Ⅻc剖面。
如图11所示，传热管47插入翅片管圈46中。管圈46按预定间距分布在翅片45上，用翻边方法制成。气流方向如箭头48所示。
翅片45位于上下相邻的两个传热管47之间，它包括一个菱形切口组49和四个梯形切口组50-53，这四个梯形切口组分布在菱形切口组49四周，两个相邻的传热管47之间。50是气流上游上面的梯形切口组。51是气流上游下面的梯形切口组。52是气流下游上面的梯形切口组。53是气流下游下面的梯形切口组。
菱形切口组49与四个梯形切口组50-53布置如下：每个切口有两个开口，其方向与气流48方向垂直，以及两个侧壁，其方向不平行于气流48的方向，而与它成一定角度;相邻切口交错突起于翅片45的正面和背面。也就是说，菱形切口组49由一组切口49e组成，每个切口有一个上游开口49a和一个下游开口49b，皆与气流48方向垂直，还有一个上侧壁49c和下侧壁49d，皆不平行于气流48的方向，而与其形成一定角度。相邻切口交错突起在翅片45的正面和背面上。
同样，梯形切口组50由一组切口50e组成。每个切口50e有开口50a、50b和侧壁50c、50d。梯形切口组51由切口51e组成，每个切口51e有开口51a、51b和侧壁51c、51d。梯形切口组52由切口52e组成，每个切口52e有开口52a、52b和侧壁52c、52d。梯形切口组53由切口53e组成，每个切口53e有开口53a、53b和侧壁53c、53d。
上述布置可达到以下效果：
（1）由于切口侧壁49c、49d、50c、50d、51c、51d、52c、52d、53c和53d与气流48方向成一定角度，二次气流引射出一股包含涡流的气流。这股气流产生的效应可使在气流上游经过热交换的空气与新鲜空气混合，并在下游产生湍流。
（2）由切口侧壁50c、50d引射出的包含涡流的那股气流直接作用于翅片管圈46，改善了这部分的传热性能。
（3）由切口侧壁52、53d引射出的包含涡流的气流可缩小传热管47下游产生的气流死区，所以翅片有效传热面积能够增大。
（4）由于菱形切口组49和梯形切口组52和53的上游部分的开口49a、52a和53a的宽度愈向下游愈大，气流下游切口的一部分位于气流上游切口产生的热附面层之外，所以这部分的传热性能得到改善。
这些优点使空气与翅片表面之间的热阻大大减少。
而且，由于切口组49-53可用同样形状的模具成形，模具维修可以简化。
本发明中切口分布于翅片上两个相邻传热管之间，开口正对气流方向，侧壁与气流方向成一定角度。因而在相邻翅片之间引射出一股包含涡流的气流，然后成为湍流。通过利用气流混合效应、湍流增进效应、气流死区缩减效应和附面层前缘效应，使空气与翅片表面间的热阻大大减少。这样就能大大改善热交换器的热性能，并制成体积小、性能高的热交换器。
此外，由于本发明的切口组可用同样形状的模具成形，可以简化模具的维修。

Claims (11)

1、一种热交换器。该热交换器有：一组平板翅片，翅片互相平行，按一定间距安装，空气能从翅片间流过；它还有一组传热管，传热管法向插入平板翅片，垂直于平板翅片，并在垂直方向排列成行，液体从管内流过；该热交换器的特点在于：在上述平板翅片表面上，在上下相邻的传热管之间有成组的切口，该切口组的排列如下，即切口组中的每个切口有两个垂直于气流方向的开口和一对侧壁，侧壁方向不平行于上述气流方向，相邻切口交错地在上述平板翅片的正面和背面突起。
2、如权利要求1所述的一种热交换器，其特征在于：其切口的每个开口的长度彼此相等，翅片正面各切口中点连线和背面各切口中点连线彼此互相对称，并对称于切口组上下相邻的传热管的中心连线的垂直等分线。
3、按照权利要求2所述的一种热交换器，其特征在于：它的翅片正面各切口中点连线和背面各切口中点连线是直线，而且这两条直线彼此相交于上述切口组上下相邻的两个传热管中心的连接线上。
4、按照权利要求2所述的一种热交换器，其特征在于：其翅片正面各切口中点连线对称于上述切口组上下相邻的两个传热管中心的连线，而背面各切口中点连线同样对称于上述切口组上下相邻的两个传热管中心的连线。
5、按照权利要求1所述的一种热交换器，其特征在于：在它的平板翅片上下两个相邻的传热管之间有多组切口。
6、按照权利要求5所述的一种热交换器，其特征在于：在它的平板翅片上，上下相邻的传热管间有基本是菱形的切口组。
7、按照权利要求6所述的一种热交换器，其特征在于：在它的平板翅片上，上下相邻的传热管之间有基本是菱形的切口组和梯形切口组，梯形切口组沿每个菱形切口组四周的各侧排布。
8、一种热交换器，它有一组平板翅片，翅片相隔一定间距彼此相互平行安装，气流从翅片之间通过;它还有一组传热管，传热管法向插入上述平板翅片，垂直于翅片，上下成行排列，流体在管内流过;该热交换器的特征在于：在翅片上有多个基本是菱形的切口组，菱形切口组的对角线是上下相邻两个传热管中心的连线及其垂直等分线，上述每个切口组的布置如下：每个切口有两个垂直于气流方向的开口和一对不平行于气流方向的侧壁，相邻切口交错地突起在上述平板翅片的正面和背面。
9、按照权利要求8所述的一种热交换器，其特征在于：它的翅片上的六个梯形切口组相对于气流方向的取向交替变换。
10、按照权利要求9所述的一种热交换器，其特征在于：在它的上下相邻的传热管之间的平板翅片上有一个基本是菱形的切口组和多个梯形切口组，梯形切口组分别沿上述菱形切口组四周的各侧排布。
11、一种热交换器，它有一组平板翅片，翅片以一定间距彼此相互平行地安装，气流从翅片间通过;它还有一组传热管，传热管法向插入平板翅片，垂直于翅片，上下排列成行，流体在传热管内流过;这种热交换器的特征在于：有多个基本是菱形的切口组，菱形的对角线是上下相邻的两个传热管的中心连线及其垂直等分线，菱形切口组四周的每条边外有一个梯形切口组，梯形切口组的上、下底垂直于气流方向，梯形切口组的斜边基本平行于菱形切口组的边，菱形切口组和梯形切口组布置如下：每个切口组中的切口有两个正对气流方向的开口和一对不平行于气流方向的侧壁，相邻切口交错地在翅片正面和反面上突起。
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