CN100451494C - 用于冰箱的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构简单、性能改善的冰箱用热交换器，其包括：用于使制冷剂流动的制冷剂管(10)；以及多个长度彼此不同的平直翅片(20)，通过形成在其中的通孔(21)以固定间距彼此平行地装到制冷剂管(10)上，该热交换器包括具有不同翅片间距的部分(A，B，C)，其中具有最小翅片间距的部分(A)占整个尺寸的75%或更小。

Description

用于冰箱的热交换器

技术领域

本发明涉及翅片管式热交换器，尤其涉及应用在冰箱中，用于产生供给冷藏室和冷冻室的冷空气的热交换器。

背景技术

除了彼此分开的冷藏室和冷冻室之外，在冰箱的下部还设置有所谓的机械室(machine room)，冷藏室和冷冻室后部的空气管道连接到机械室。在空气管道上装配有热交换器(蒸发器)和风扇，用于与机械室中的压缩机和冷凝器协作，向冷藏室和冷冻室提供冷空气。也就是，在热交换器中蒸发通过压缩机和冷凝器供应的高温高压制冷剂，从而借助蒸发时的潜热来冷却周围的空气。风扇使冷却的空气遍及冰箱，将通过热交换器冷却的空气持续供给冷藏室和冷冻室。

图1和图2示出了现有技术中用于冰箱的热交换器，下面将参考附图说明现有技术中的热交换器。

如图所示，热交换器设置有用于使制冷剂流动的制冷管1以及沿着制冷管1以固定间隔彼此平行设置的多个翅片2。

具体而言，制冷管1与翅片2连接，一行制冷管1形成热交换器中的一列。图2示出了由两行制冷管1形成的两列。

如图2所示，基本上是小片形状的翅片2具有用于与散热管1连接的通孔2a。也就是，现有技术中的热交换器具有分离的翅片2，从而沿着热交换器的长度方向形成分离的热交换表面。

另外，在工作过程中，由于处于零度以下的环境温度中，冰箱空气中的大量水分凝结在热交换器的表面，妨碍了空气循环。因此，通常，在热交换器上设置有用于除霜的除霜器3，用于进行单独的除霜工作。

热交换器直立在空气通道中，冰箱中的空气从下方进入热交换器，从热交换器的顶部排出，如箭头所示。

目前，尽管前述热交换器广泛应用于大多数冰箱，但是，事实上，这种热交换器在结构上有以下问题。

例如，因为翅片2是分离的且具有单独的形状特征，所以需要一个接一个地将翅片2装配在制冷管1上。翅片2沿着制冷管以彼此不同的间距装配在制冷管的上部和下部之间。也就是，由于霜的增加而造成的流阻使得热交换器的性能变差，翅片2安装在下部(空气入口侧)中，其下部间隔处的霜比上部多。

除霜产生的水留在翅片2的下缘2b，由于表面张力而形成相当大的水滴，在冰箱的后续工作(制冷过程)中再次起到使霜增加的核心的作用。因此，为了抑制霜的增加，如所示出的，需要设置与每个下缘2b接触的除霜器3。

最后，采用分离型翅片实际上使得现有技术的热交换器结构复杂，装配困难。另外，由于热交换器设置在相当小的空气流道中，所以，需要热交换器具有较小尺寸并具有较高的性能。然而，上述结构问题妨碍了对现有技术中的热交换器进行优化的设计改变。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种结构简单便于装配的冰箱用热交换器。

本发明的另一目的在于提供一种热交换性能改善的冰箱用热交换器。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种用于冰箱的热交换器，包括：制冷管，用于使制冷剂流动(传送制冷剂)；以及多个长度彼此不同的平直翅片，通过形成在其中的通孔以固定间隔彼此平行地与制冷管连接，从而形成翅片间距彼此不同的部分，具有最小翅片间距的部分小于整体尺寸的75％。

具有最小翅片间距的部分大于整体尺寸的5％，最小翅片间距在1mm-13mm的范围内。

优选地，具有最小翅片间距的部分占整体尺寸的5％-65％，最小翅片间距在2mm-12mm的范围内。更优选的是，具有最小翅片间距的部分占整体尺寸的15％-55％，最小翅片间距在4mm-10mm的范围内。

在设置部分比率中，翅片间距增加至最小翅片间距的2·2^(n-1)倍，其中n≥1。

通过布置图案(arrangement pattern，布置结构)形成通用的翅片间隔，该布置图案具有：一对最长的翅片，中间长度的翅片设置在这对最长的翅片之间，最短的翅片设置在这对最长的翅片和中间长度的翅片之间的每一间隔中，其中，相邻翅片之间的间隔的比为1∶2∶4。

翅片间距增加到具有最小翅片间距的部分的翅片间距的3·2^(n-1)倍，具有最小翅片间距的部分占整体尺寸的15％-75％，其中n≥1，最小翅片间隔为3mm-13mm。

优选地，具有最小翅片间距的部分占整体尺寸的25％-65％，最小翅片间距为5mm-12mm。

通过布置图案形成翅片间隔，该布置图案具有：一对最长的翅片，中间长度的翅片设置在这对最长的翅片之间，最短的翅片设置在这对最长的翅片和中间长度的翅片之间的每一间隔中，其中，相邻翅片之间的间隔的比为1∶3∶6。

翅片间隔增加到具有最小翅片间隔的部分的翅片间隔的4·2^(n-1)，具有最小翅片间隔的部分占整体尺寸的25％-75％，其中n≥1，最小翅片间隔为5mm-15mm。

优选地，具有最小翅片间隔的部分占整体尺寸的35％-75％，最小的翅片间隔为6mm-13mm。

通过布置图案形成翅片间隔，该布置图案具有：一对最长的翅片，中间长度的翅片设置在这对最长的翅片之间，最短的翅片设置在这对最长的翅片和中间长度的翅片之间的每一间隔中，其中，相邻翅片之间的间距比为1∶4∶8。

当具有最小翅片间距的部分占整体尺寸的5％-75％，5％-65％，以及15％-55％时，具有最大翅片间距的部分占整体尺寸的18％，最小翅片间距是5.5mm-10mm，更优选为6.1mm-9.1mm。

当具有最小翅片间距的部分占整体尺寸的5％-75％，具有最大翅片间距的部分占整体尺寸的18％-25％，最小翅片间距是6.0mm-8.5mm，更优选为6.2mm-7.7mm。

当具有最小翅片间距的部分占整体尺寸的5％-65％，以及15％-55％时，具有最大翅片间距的部分占整体尺寸的18％-35％，最小翅片间距是6.1mm-8.2mm，更优选为6.5mm-7.7mm。

优选地，翅片具有上缘和下缘，两者均以一定角度倾斜，更优选地，上缘和下缘在相同方向倾斜。

更详细地，下缘可以包括一个斜面或多个斜面。该斜面可具有一个底、或一个顶点、或多个顶点或底。

更优选地，翅片上带有斜面或者多个斜面的下缘的尖端彼此面对。可选地，带有单个斜面的下缘能够彼此交叉。或者，可选地，可以设置带有单个尖端的下缘和带有单个底的下缘。

优选地，下缘的斜角在20°-30°的范围内，优选为23°。

更优选地，翅片包括沿着其长度方向形成的多个缝隙和壁板。这些缝隙和壁板可以设置在翅片的一个面或两个面上。在上述情况下，优选在相邻的翅片上设置缝隙和壁板。

同时，根据本发明的热交换器还包括一对加强板，连接至制冷管的直部的相对端，与所设置的翅片平行。该加强板包括至少一个缝隙，与翅片中的缝隙连通，下缘以一定角度倾斜。

根据本发明的热交换器还包括设置在热交换器上的除霜器，距离翅片的下缘有一固定间距，用于除去制冷管和翅片上的霜。除霜器与翅片和加强板的中间部分接触。为此，翅片和加强板带有用于容纳除霜器的凹口。

本发明实际上简化了热交换器的结构和装置，改善了热交换的性能。相应地，对根据本发明的热交换器进行了优化，以适用于冰箱。

附图说明

应当理解，上述概括说明和以下的详细说明均是示意性的，仅用于对所要求的本发明进行进一步说明。

附图用于提供对本发明的进一步理解，并构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1示出了现有技术中冰箱用热交换器的前视图；

图2示出了图1中沿剖线I-I的剖面图；

图3A示出了根据本发明的优选实施例的冰箱用热交换器的前视图；

图3B示出了沿图3A中的剖线II-II的侧视图；

图4A示出了根据本发明的一个优选实施例，具有经过改变的制冷管结构的冰箱用热交换器；

图4B示出了沿图4A中的剖线III-III的侧视图；

图5示出了现有技术和本发明的翅片每单位面积的残留的除霜水的量的对比图；

图6示出了现有技术和本发明的工作时间段对压力损失的曲线图；

图7示出了根据本发明的具有不同长度的翅片的热交换器的前视图；

图8示出了显示图7中的翅片布置图案的一部分热交换器的透视图；

图9A至图9C示意性地示出了根据本发明的优选实施例及其改变的布置图案；

图10示意性地示出了根据本发明的另一优选实施例的翅片布置图案；

图11示意性地示出了根据本发明的另一优选实施例的翅片布置图案；

图12A示出了表示当结构图案是P1型时最小翅片间距和翅片最小时的部分比率对性能评估系数的曲线图；

图12B示出了当结构图案是P2型时最小翅片间距和翅片最小时的部分比率对性能评估系数的曲线图；

图12C示出了当结构图案是P3型时最小翅片间距和翅片最小时的部分比率对性能评估系数的曲线图；

图13示出了冰箱工作期间热交换率对空气体积流量的曲线图；

图14示出了冰箱工作期间压力损失对空气体积流量的曲线图；

图15A示出了热交换率对最小翅片间距的部分与最大翅片间距的截面的部分的曲线图；

图15B示出了产生55Pa压力降的时间段对最小翅片间距的部分与最大翅片间距的部分的比率的曲线图；

图15C示出了启动后8分钟的性能评估系数对最小翅片间距的截面与最大翅片间距的截面的比率的曲线图；

图16示出了图15A至图15C的所有结果对最小翅片间距的截面与最大翅片间距的截面的比率的曲线图；

图17示出了根据本发明的一个优选实施例的带有斜顶和斜底的翅片的平面图；

图18A和图18B示出了每个带有单个斜面的翅片的下缘的平面图；

图19A至图19C示出了每个带有多个斜面的翅片的下缘的平面图；

图20A至图20E示出了图18A至图19E中的翅片的下缘的变化实施例的平面图；

图21A和图21B示出了根据本发明的优选实施例的下缘的结构图案的平面图；

图22示出了残留的除霜水的量与下缘的斜角的关系的示意图；

图23示出了装配到翅片下缘的倾斜组件的侧视图；

图24示出了根据本发明的优选实施例的带有缝隙和壁板的翅片的透视图；

图25A和图25B示出了根据本发明的优选实施例的缝隙和壁板的截面图；

图26示出了根据本发明的优选实施例的热交换器的加强板的前视图；以及

图27A和图27B示出了除霜器的装配形式的透视图。

具体实施方式

现在详细参考本发明的优选实施例，附图中示出了其实例。为了解释本发明，相同的部分将使用相同的名称和参考标记，并且将省略重复的解释。

图3A示出了根据本发明的优选实施例的冰箱用热交换器的前视图，图3B示出了沿图3A中的剖线II-II的侧视图，下面将参考这两个附图，详细说明本发明的结构。

根据本发明的热交换器包括：一个或多个制冷管10，用于形成向冷凝器供给制冷剂的流道；以及多个翅片(fin，散热片)20，连接至制冷管10。该热交换器还包括一对装配在翅片20的背侧的加强板30。

每根制冷管都包括以固定间距设置的多个直部11以及连接至这些直部11的多个弯部12。制冷管10，更特别的，其直部11被设置为基本上垂直于空气流动方向，如图3B所示，一行制冷管形成热交换器的长度方向上一列。如图3A和图3B所示，在不同列的直部11彼此平行对齐。另外，如图4A和图4B所示，为了提高热交换器的性能，优选将直部11设置为穿过通孔21与翅片彼此垂直(直部11彼此平行)。这种垂直结构能够防止彼此桥接的两个制冷管之间产生霜，从而防止增加流阻。

翅片20是具有固定长度的平直板，在翅片20的长度方向的一列或多列上具有多个通孔21，用于与制冷管10连接。更详细地，如图3B和图4B所示，根据本发明的翅片20沿着直部11的长度方向以固定间距彼此平行地与制冷管10的直部11连接，延伸使得在相同列的直部11顺序连接。相应地，除霜期间在制冷管10和翅片20处形成的水(以下称之为“除霜水”)沿着翅片10从热交换器的上部向下部顺利排出。另外，还设置有根据本发明的平直翅片20，从而能够借助表面张力减少除霜水，原因在于：和分离翅片相比，平直翅片20具有更少的下缘。

可以通过实际的试验验证这种趋势。图5示出了现有技术和本发明的翅片的每单位面积残留的除霜水的量的示意图，其中对分离翅片(现有技术)和平直翅片(本发明)进行比较。在从开始除霜通过特定的时间后，测量了残留的除霜水的量。如图5所示，平直翅片上有128.0g/m²的残留除霜水，分离翅片上有183.8g/m²的残留除霜水，高于平直翅片。更详细地，平直翅片的残留除霜水约为分离翅片的70％。

另外，残留除霜水的减少直接涉及热交换器的压力损失，从示出压力损失对操作时间段的图6中可以清楚看出。在试验中，和图5相同，对带有分离翅片和平直翅片的热交换器进行对比，其中，压力损失是空气入口(热交换器的底部)和空气出口(热交换器的顶部)之间的压力差。在第一阶段，在对干燥热交换器进行60分钟的冷却操作过程中，测量压力变化，在第二阶段，在从第一阶段开始持续一定时间的除霜后再次进行60分钟的冷却操作过程中，测量压力变化。最后，在第三阶段，从第二阶段开始持续一定时间的除霜后再次进行120分钟的冷却操作过程中，测量压力变化。从图6中可以看到，本发明的压力损失整体上小于现有技术的压力损失，用图形中的斜线表示的压力损失的增加率也更小。事实上，本发明在每一阶段结束后的压力损失仅为现有技术的压力损失的约42％，原因在于，少量的残留除霜水、霜的减少形成、以及霜的下降增长率降低了流阻。同时，由于在减少形成霜的操作过程中实质上没有减少热交换器的面积，从而没有降低热交换率。

另外，由于本发明的平直翅片20具有连续设置分离翅片的效果，和用于此处的具有相同热交换面积的分离翅片的热交换器相比，本发明的热交换器能够以更小的尺寸形成。通过应用平直的翅片20，由于平直的翅片20能够便于装配地在相同的列与制冷管的直部连接，根据本发明的热交换器的结构更简单，便于安装。

因此，通过应用平直的翅片20，和具有分离翅片20的现有技术热交换器相比，无论在结构上还是在性能上，本发明的热交换器更加有利。

同时，空气中的湿气在去往热交换器的途中首先与热交换器的下部接触，相应地，大部分湿气凝聚在热交换器的下部，也就是在凝聚在翅片20的下缘。因此，如图17所示，翅片20的长度优选彼此不同，原因在于，翅片20下部的霜可能会塞满翅片20之间的空间，不同长度的翅片20连接至不同数量的制冷管直部11，翅片20的下缘设置在不同的高度，避免彼此相对。

伴随着结构的部分改变，不同长度的翅片20的应用使得热交换器整体上具有翅片20结构密度彼此不同的部分。更详细地，在热交换器中有最密集地设置翅片20的部分(部分“A”)和最松散地设置翅片20的部分(部分“C”)。通过调整翅片20结构的长度和顺序，存在相对于高翅片密度部分和低翅片密度部分的中间翅片密度部分。另外，“B”部分的数量也能够调整。

当翅片20按照如图7所示的固定图案(pattern)“P”交替规则设置时，翅片密度的变化变得更加显然。此外，由于翅片设置密度的变化不可避免地对热交换器的性能产生影响，规则的翅片布置图案“P”在翅片性能变化的数量趋势的预测中是有利的。在此前提下，图8示出热交换器的部分的透视图，以简化形式示出仅显示特征部分的图7的翅片布置图案。

如所示出的，可注意到，翅片设置密度的变化实际上表现为在邻近翅片之间单独形成的气流空间的变化。最大的气流空间“V″”在翅片20最稀疏的部分(部分“C”)中的邻近翅片20之间形成，最小的气流空间“V”在翅片20最密集的部分(部分“A”)中的邻近翅片20之间形成。相应地，在此空间中流动中导入最大气流空间“V″”的空气连续分成较小的空间“V′”和“V”。如所示出的，当翅片20具有相同厚度时，空间“V”、“V′”和“V″”由宽度“a”、“a′”、“a″”和长度“l”、“l′”和“l″”限定。因此，考虑到几何形状，翅片设置密度的变化的特征在于邻近翅片20之间的间距“a”、“a′”、“a″”。也就是说，翅片最密集的部分(部分“A”)是邻近翅片之间的空间最小的部分，翅片最稀疏的部分(部分“C”)是邻近翅片之间的空间最大的部分。长度“l”、“l′”和“l″”表示各个部分“A”、“B”、和“C”的尺寸。

同时，布置图案“P”可由翅片20的长度、翅片20的设置顺序、和翅片20之间的间距限定。基本上，在图7所示布置图案“P”中，邻近设置具有至少多于3个不同长度的翅片。在图9A所示的更多细节中，具有中间长度的翅片20b设置在一对最长的翅片20a之间，且具有最短长度的翅片20c设置在最长翅片20a和具有中间长度的翅片20b之间的每个间隔中。如果翅片20等间距设置，则在邻近翅片20之间形成独立的流量空间的间距“a”、“a′”、“a″”具有1∶2∶4的比率。此外，通过添加比长度在最长翅片20a和邻近最长翅片20a的最短翅片20c之间的翅片20b长的另一中间长度的翅片20b′，通过在中间长度(另一最长)翅片20b和另一中间长度的翅片20b′之间(和在具有另一中间长度的翅片20b′和最长翅片20a之间)添加翅片，图9A中的基本布置图案P1可扩展为图9B中的布置图案P1′。在如前所述的相同形式下，基本布置图案P1从布置图案P1′扩展为图9C中的图案P1″，该图案P1″还包括具有比具有另一中间长度的翅片20b′长的另一中间长度的翅片20b″，类似地，可形成比这扩展更多的布置图案。而且，如图9A至图9C所示，在热交换器中具有不同翅片间距的部分的数目随着布置图案P1的扩展而增加。

更具体地，邻近翅片之间的间距“a”、“a′”、“a″”、和“a″′”在图9B中的布置图案P1′中具有1∶2∶2*2(4)∶2*4(8)的比率，邻近翅片之间的间距“a”、“a′”、“a″”、“a″′”、和“a″″”在图9C所示布置图案P1″中具有1∶2∶2*2(4)∶2*4(8)∶2*8(16)的比率。最终，翅片间距比率可归纳为最小翅片间距“a”的2·2^(n-1)(n≥1)倍。

同样，通过添加最短翅片20c的一个或多个到图9A中的基本图案P1中具有中间长度的翅片20b和最长翅片20a之间的每个间隔，可获得分别在图10和图11中示出的其它布置图案P2和P3，其中邻近的翅片间距“a”、“a′”、和“a″”的比率分别是1∶3∶6和1∶4∶8，且以与图9B和图9C相同的方式扩展。相应地，布置图案P2和P3的翅片间距比率可分别增加到最小翅片间距的3·2^(n-1)(n≥1)倍和4·2^(n-1)(n≥1)倍，相似地，前述翅片布置图案的扩展造成具有彼此不同的间距的部分的数目增加。

一般而言，布置图案P1、P2、和P3的特征在于归纳的翅片间距比率2·2^(n-1)、3·2^(n-1)、和4·2^(n-1)(n≥1)以及扩展的图案。布置图案P1、P2、和P3是示范性的，且可根据需要应用与此不同的其它布置图案P的变化。

最终，不同长度的应用和根据其应用的几何形式的变化减少了由于本发明的平直翅片型热交换器中的霜造成的翅片20间隔的堵塞，该平直翅片型热交换器又减少了增加的流阻造成的压力损失。另一方面，一些空间在热交换器的下部中形成，该热交换器降低了最初的流阻和由于最初空气导入热交换器时的流阻造成的压力损失。

如所说明的，即使本发明的热交换器一般而言具有较小的尺寸和改善的性能(与分离型翅片热交换器相比)，较好的性能通过优化设计是可获得的。具体而言，当考虑从具有不同长度的翅片的应用期望的热交换器性能的变化时，进一步要求设计优化。为此，本发明通过以下测试和模拟确定可选图案范围。

通常的设计、制造方法、和材料均存在影响热交换器性能的因素。具体而言，在设计因素中，已知的是，通过初步试验，翅片间距“a”、翅片布置图案P、和具有最小翅片间距的部分(部分“A”)对性能的影响最大(参看图7和图8)。因此，为了在测试和模拟中的优化，将设计因素“a”、“P”、和部分“A”作为测试对象，而其它设计因素(例如热交换器的宽度“W”、长度“L”、和厚度“t”)、制造方法/材料因素、和操作条件固定不变。

而且，作为评价热交换器性能的参考，首先考虑以下最一般的系数。

(其中Q：热交换率W；ΔP：压降Pa)

已知，考虑到热交换器操作，热交换率和压降是最重要的特征。热交换率直接关系到其自身的性能变化，且当压降由于流速降低而增大时会使性能变差。也就是，当工作期间压降较高时，需要具有较高功率的风扇来保持冰箱所要求的最小冷却能力。

然而，由于广泛分布(wide distribution)取决于测试条件，所以实际应用的系数显示出较低的相关性。因此，想到用以下的新性能评价系数确定性能等级，即使热交换器(尤其是翅片)的几何形式改变，也不受测试条件影响。

其中，Q：热交换率W，

ΔP：压降Pa，以及

ΔT：空气和制冷剂制冷机之间的对数平均温度差℃。

为了获得性能评价系数“F”，对多个因素进行影响分析和回归分析，以发现空气温度、制冷剂温度、和空气流量率是最重要的因素。在重要的因素中，将空气和制冷剂之间的对数平均温度差(logmean temperature difference)LMTD(ΔT)***性能评价系数。已知LMTD越大，性能就越差，且LMTD越小，性能就越好。考虑压降和LMTD之间的交互作用，各个指数通过相应的表面测试固定。因此，通过同时考虑空气和制冷剂的温度、重要的因素，性能评价系数“F”便于更精确地和静态重要的性能评价。而且，从方程可发现，性能评价系数“F”越大，热交换器的性能就越高，且证实了当系数“F”大于20m³/s·℃时，热交换器具有高于一般水平的性能。

基于上述因素的测试结果和如此选择的性能评价参考在图12A和图12C中示出。即，由最小翅片间距“a”(此后简称为“间距a”)和具有最小翅片间距(部分A)(此后简称为“部分A”)引起的性能评价系数“F”变化在图12A和图12C中示出。对于上述布置图案P1、P2、和P3(参看图9至图11)可分别进行测试，其中图12A用于布置图案P1，图12B用于布置图案P2，图12C用于布置图案P3。

在每次测试中，部分A的比率用整个热交换器的尺寸(体积)(即长度L*宽度W*厚度T)的百分比％表示，该部分是图7和图8所示进行实际的热交换的部分。其它部分的比率可根据选择的部分A的比率进行调整。间距是邻近翅片之间的间距。性能评价系数F中的变量Q、ΔP、和ΔT平均为50分钟到60分钟。

从图12A至图12C的等高线可发现，部分A的比率一般而言在性能评价系数F中比间距a更敏感。即，在固定图案P中，与间距a相比，部分A的比率对于性能评价系数F是决定性的设计因素。而且，可发现，由于在图12A中存在具有最大性能评价系数(F＝40m³/s·℃)的区域，所以布置图案P1对于性能提高是最有利的。因此，参考图12A(布置图案P1)中的部分A的比率可获得最有效的图案范围。

在图12A中，性能提高的图案范围的下限是系数F大于20m³/s·℃区域，其中部分A的比率低于整个热交换器的尺寸的75％。尽管在图上，在区域F≥20m³/s·℃中部分A的比率的最小值接近零，实际上也要求部分A的比率大于5％。区域F≥20m³/s·℃中的间距约为1mm-13mm。

更优选的图案范围是区域F≥30m³/s·℃，部分A的比率约为5％-65％，间距约为2mm-12mm。可确定，在图中部具有F≥40m³/s·℃的区域是最优选的图案范围。因此，在本发明中最优选的图案范围落在约为15％-55％的部分A的比率和4mm-10mm的间距上。

另一方面，尽管其它布置图案P2和P3的测试结果的最有效的图案范围未在图12B和图12C中相应示出，性能评价系数F大于20的区域也同样是有效的性能提高的图案范围。

在图12B所示布置图案P2的情形下，落在区域F≥20m³/s·℃上的部分A的比率和间距a分别是15％-75％和3mm-13mm。优选地，落在区域F≥30m³/s·℃上的部分A的比率和间距a分别是25％-65％和5mm-12mm。

在图12C所示布置图案P3的情形下，有效的性能提高图案范围(F≥20m³/s·℃)分别落在大于25％的部分A的比率和5mm-15mm的间距a上。优选的图案范围(F≥30m³/s·℃)落在大于35％的部分A的比率和6mm-13mm的间距a上。如所示出的，尽管区域F≥30m³/s·℃和F≥20m³/s·℃中的最大部分A是80％或更大，然而如果部分A的比率超过75％，则由于部分A比率的过度增加，使得霜可能过早阻塞翅片间隔。因此，要求布置图案P3中的部分A的比率低于75％。

在前述图案范围中，布置图案P2和P3中的所有部分A都在布置图案P1中低于75％的部分A的比率的上限内。因此，无论布置图案如何，部分A比率75％都可应用于热交换器设计。

除此之外，对于扩展的布置图案即热交换器(参看图9至图12)(其中在每个热交换器中，具有不同翅片间距的部分的数目增加)有选择地进行测试和模拟，以发现之前选择的所有图案范围再次以相同的方式进行验证。

尽管热交换器性能通过如此获得的最佳图案范围最大化，但更重要的是，可保持最大性能不变。在热交换器中，主要问题是无论怎样抑制霜的生长，在实际使用中霜还是连续生长，从而使得热交换器性能逐渐变差。因此，本发明提出另外通过用于保证操作可靠性(即使在恶劣工作条件下，即霜很多的条件下)的测试和模拟建立图案范围。

首先，将最小翅片间距“a”和具有最大翅片间距的部分(部分“C”)选择作为影响可靠性的设计因素。与前述用于性能提高的测试相似，间距“a”确定为初步测试的重要因素，由于部分“C”是霜最严重的部分，所以部分“C”是重要的因素。

而且，作为评价热交换器可靠性的参考，将说明热交换率、55Pa压降所用的时间间隔、和在选择开始后8分钟的性能评价系数F′。

1.热交换率

参看图13，一般而言，在实际运行中冰箱所需要的最小冷却能力是325W，空气体积流速为0.3m³/m。然而，为了在浓霜的严峻环境下保证稳定的工作状态，要求热交换率为最小冷却能力的2倍或2.5倍。因此，保证热交换器的可靠性所要求的热交换率大于800W。

2.55Pa压降所用的时间间隔

参看图13，为了保证冰箱的最小冷却能力，需要0.3m³/m的空气体积流速。在示出冰箱工作期间压力损失对空气体积流速的曲线图的图14中，0.3m³/m空气体积流速的压降是47Pa。如图14所示，由于压降与空气体积流速成反比，所以需要将压降控制为低于47Pa，以获得大于最小空气体积流速的空气体积流速。然而，在冰箱工作在恶劣工作条件下的情况下，一般而言，由于流速强烈增加，所以压降的上限可提高到55Pa。同时，验证了在45±3.6分钟内达到上限值。当在严峻条件下测试冰箱时，最小值41分钟作为下限。因此，为了冰箱在严峻条件下的平稳工作，55Pa压降所用的时间间隔不小于41分钟是必要的。

3.开始后8分钟的性能评价系数F′

如所说明的，霜的聚集极大地影响了操作可靠性，并且是对性能具有重要性的因素之一，与通过热交换器的空气流量率直接有关。而且，即使根据影响分析和回归分析，也验证了在恶劣工作条件(浓霜)下，空气流量率比空气/制冷剂温度(是同样重要的性能因素)对性能的影响更重要。因此，为了应用考虑到操作可靠性的性能评价系数，考虑空气流量率，新的性能评价系数F′建议如下。

$F^{\′}=\frac{Q}{\mathrm{\ΔP}\·{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{air}}}$

其中，Q：热交换率W，

ΔP：压降Pa

空气流量率g/s。

空气流量率越大，热交换器中的空气流速就越大，由于使用翅片的热交换时间间隔减小，热交换率就越差。即，空气流量率越大，性能就越差，空气流量率越小，性能就越好。因此，使空气流量率和性能评价系数F′具有反比例关系。最终，性能评价系数F′用输入能与输出能之比表示，且无量纲。

同时，冰箱的热交换器中的实际压降在常规的工作条件下不超过11Pa-14Pa。当性能评价系数F′为0.76±0.055时，在恶劣条件测试开始后8分钟达到这种压降。考虑到操作可靠性，重要的是，即使在恶劣条件下也保持普通(常规)的压降(11Pa-14Pa)，这可通过开始后8分钟的性能评价系数F′定量评价。可假定当开始后8分钟的性能评价系数F′为0.705(这是在恶劣条件下的下限)时，(热交换器的)操作是可靠的。

对选择因素和可靠性评价参考的基本测试结果在图15A至图16中示出。图15A至15C示出各个评价参考对间距“a”、具有最大翅片间距的部分(部分“C”)(此后称为“部分C”)的比率的图表。更具体地，图15A示出热交换率的图标，图15B示出55Pa压降的时间间隔的图标，图15C示出开始后8分钟的性能评价系数F′的图标。在所有的测试中，布置图案P固定为P1，这对于性能提高是最有利的。

部分“C”的尺寸用整个热交换器的尺寸的百分比表示，与上述性能提高测试相似，间距“a”是部分A中邻近翅片之间的实际间距。

根据测试结果可发现，在图15A中，间距“a”和部分“C”的减少对增加的热交换率是有利的，且具有大于800W的热交换率的区域具有操作可靠性。在图15B中可以注意到，间距“a”越小，55Pa压降所用的时间间隔越短。即，压降的增长率变得更大，这意味着霜生长造成的阻塞发展较快，表明间距“a”的过度减小直接影响可靠性。具有操作可靠性的区域存在于55Pa压降所用的超过41分钟的时间间隔中。在图15C中，开始后8分钟的性能评价系数F′随着部分“C”比率和间距“a”的减小而增加。这是因为，由于最初霜形成较少，所以压降较小(即使间距“a”减小)。在大于0.705的性能评价系数F′的区域中的部分“C”比率和间距“a”是可靠的设计值。

为了找到具有所有考虑在内的可靠性评价参考的图案范围，将所有测试结果一起放在图16中。

更详细地，热交换率对图15A中的间距“a”和部分“C”比率、图15B中55Pa压降所用时间间隔、图15C中开始后8分钟的性能评价系数F′的可靠区域在图16中重叠。一般而言，间距“a”比部分“C”比率更对可靠性评价参考敏感。然而，由于参考用于性能提高的部分“A”比率建立图案范围，所以在确定考虑到设计的可靠图案范围中，优先考虑与部分“A”比率有关的部分“C”比率。

参看图16，白色区域表示满足所有可靠性确定基准的图案范围。尽管部分“C”比率的最小值在白色区域中是0％，但是只要应用具有不同翅片长度的翅片，则部分“C”将不可避免地占据一定比率。尽管没有指定部分“C”的最大值，但是如果部分“C”比率超过35％，则由于实际的热交换面积过度减小，造成能力下降。在部分“C”比率约为18％时白色区域尺寸急剧改变(图中的上下方向)。因此，可用的部分“C”比率可相对于18％分成两个区域，第一区域为1％-18％，第二区域为18％-35％，在以下用于固定最终的图案范围的表上这些与预置部分“A”的比率进行比较。在下表中，部分“C”比率的最大值相对于部分“A”比率的最大值固定，部分“A”和部分“C”比率可根据需要在如此固定的最大范围内进行调整。

1.第一区域(部分“C”比率1％-18％)

^*布置图案P1

由于所有可用的最大部分“C”比率为18％，所以整个第一区域可用于所有的预置部分“A”的比率。即，在用于保证可靠性的图案范围中，部分“C”低于整个热交换器尺寸的18％。根据如此设置的部分“C”，可从图16的下部中用实线和虚线表示的区域获得部分“a”。更详细地，带有虚线的区域是可用的图案区域(没有任何特殊问题)，尽管该区域(其中间距“a”范围在5.5mm-10mm内)大于白色区域。带有实线的区域是白色区域中最佳的图案范围，其间距“a”为8.1mm-9.1mm(7.6±1.5mm)。

2.第二区域(部分“C”比率18％-35％)

^*布置图案P1

当部分“A”比率具有上表中的最大值75％时，最大的可用部分“C”比率为25％，当部分“A”比率具有上表中的最大值65％和55％时，最大的可用部分“C”比率为35％。因此，第二区域中的部分“C”比率具有两个对立的可靠性范围，即用于部分“A”图案范围的18％-25％，用于部分“A”图案范围的18％-35％、5％-65％、和15％-35％。

首先，对于18％-35％的部分“C”的比率，可用部分“a”为6mm-8.5mm，落在与第一区域相同的虚线上。实线中的最佳间距“a”是6.2-8.0mm。

对于18％-35％的部分“C”的比率，可用部分“a”为6.1mm-8.2mm(虚线)，最佳间距“a”是6.5-7.7mm(实线区域)。

同时，如图17所示，翅片20具有倾斜的下缘22和倾斜的上缘23。倾斜的下缘22便于除霜水顺利排出。即，除霜水不会由于表面张力停留在下缘22处，而是沿下缘22流下，聚集在下缘22的倾斜结束的尖端22a处，且由于重力作用滴下。在翅片20的实际制作过程中，切割机通过利用一对刀片连续切割薄板。因此，只要在制作过程中将一对刀片设定为倾斜，以获得倾斜的下缘22，则不仅是下缘22倾斜，上缘23也倾斜。由于另外制作上缘23的需要额外的成本，所以上缘23优选在其最初制作过程中就保持倾斜。从而，使得上缘23的倾斜方向与下缘22相同。

参看图18A和图18B，将详细说明下缘22。

基本上，下缘22可仅具有一个斜面，或如图19A至图19C所示，下缘22可具有能加快排出除霜水的多个斜面。更详细地，多个斜面可具有一个底端(图19A)和一个顶点(图19B)，或多个顶点和底端(图19C)。另外，如图20a至图20e所示，上述不同的斜面可具有曲率，实际上，这种变化执行与图18A至图19C中的斜面相同的功能。

即使当下缘22倾斜时，除霜的水也难以完全排出。除霜的水密集地留在霜生长的下缘22的尖端22a处。因此，下缘22优选设置为使下缘22的尖端22a不会彼此面对。即，在图21A所示的一个斜面的情形下，重复设置具有相反的倾斜方向的下缘22。在图21B所示的多个斜面的情形下，交替设置一个具有顶点的下缘22(图19B)和一个具有底端的下缘22(图19A)。

同时，除霜水的排放能力可随着斜面的角度变化，图22示出实验上排量变化相对于除霜水的量的变化。如所示出的，可发现，残留的除霜水在倾角为20°-30°时最小。考虑其它图案条件，证明当下缘的倾角为23°时是最优选的。

与此倾斜的下缘22一起，如图23所示，本发明的热交换器还可包括与下缘22的顶点22a接触或接近的倾斜件40。倾斜件40与热交换器一起固定到冰箱中的空气流道上，用于引导在顶点22a处聚集的除霜水更有效地排放。

除此之外，如图24所示，优选的是，翅片20具有沿其长度方向形成的多个壁板(louver)24和缝隙(slit)25。壁板24主要用于增加热交换面积，并在翅片20之间形成湍流，以在空气流动过程中进行热交换。缝隙25用于形成横过翅片20的气流通道，以便于空气平稳流动，即使邻近翅片20的间距局部被生长的霜阻塞。实际上，壁板24a及24b和缝隙25a及25b可仅形成在图25A所示翅片20的一个面上，或在图25B所示关于某一翅片的两个面上。在图25B中，优选的是，壁板24a及24b和缝隙25a及25b交替设置，以便壁板24a及24b和缝隙25a及25b不是相对的。这是因为，如果壁板24是相对的，则翅片20的间隔易于被霜堵塞。

在本发明的热交换器中，加强板30具有用于保护翅片20的相对厚的厚度和比翅片20要长用于将气流导入热交换器的长度。具体而言，如图26所示，由于加强板30与制冷剂管10结合，所以加强板30具有与翅片20相同的多个通孔31。优选的是，加强板30还包括至少多于一个的缝隙32，该缝隙与翅片20中的缝隙24连通，用于保证额外的流道。由于加强板30还与冷却期间导入的空气热交换，所以有霜和除霜水在加强板30表面上形成。因此，为了容易排放除霜水，可在与之前说明的翅片20的下缘22类似的加强板40的下缘33处形成斜面。

同时，本发明的热交换器具有除霜器50，该除霜器50具有电阻丝，用于去除霜。如图27A所示，即使除霜器50仅以固定距离装到本发明的热交换器的底面部分上，也可仅通过热辐射和对流有效地进行除霜。这是因为，由于上述各种结构特性，本发明的热交换器使形成的霜显著减少。而且，如图27B所示，仅将除霜器50设置为仅穿过翅片20附近一次便于获得进一步增强的除霜效果。为了获得均匀的热辐射，优选的是，除霜器50设置在翅片20中间附近。因此，翅片20还包括位于其中间的凹口26，用于容纳除霜器50，且加强板30也具有相同的凹口34。

如所说明的，由于连续的平直翅片20和各种结构特征的存在，可以采用结构简单的除霜器50，从而，热交换器的总装配变得容易，并减少了气流的阻力。虽然在图27A和图27B中说明了除霜器50用于具有相同翅片长度的热交换器时的情形，但应当理解，除霜器50可用于翅片长度彼此不同的热交换器，并且具有相同的效果。

对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可对本发明的冰箱的热交换器做出各种修改和变化，而不偏离本发明的精神或范围。因此，本发明仅由所附权利要求书及与其等价的技术方案限定。

工业应用

在本发明中，基本上，连续的平直翅片提高了除霜水的排量外，还能够抑制霜在底部形成。翅片长度和倾斜底部的不同能够防止气流通道被霜堵塞，并提高排水能力。而且，翅片上的缝隙和壁板为热交换器的操作执行补充功能。最终，在本发明中，防止流阻的压力损失和热交换面积减小，从而，提高热交换性能。特别地，通过设置用于性能提高的最佳图案范围并保证热交换器的可靠性，考虑较大的形状特征变化和性能变化，期望有提高更大的热交换性能。

与现有技术的离散型不连续翅片相比，本发明的翅片的简单结构允许容易地安装热交换器。从而，平直翅片的应用简化了除霜器结构。即，与现有技术相比，由于不需要单独形成而且不需要复杂的组装过程，所以，根据本发明的热交换器减少了组件数目，降低了生产成本，并提高了生产率。此外，通过采用平直翅片，即使用尺寸较小的热交换器，本发明也可实现相同的热交换性能。

最后，可以对本发明的热交换器的上述改进的热交换性能和简单的结构进行优化，以使其适用于冰箱。

Claims (5)

1.一种用于冰箱的热交换器，包括：

一个或多个制冷管，用于传送制冷剂；

多个长度彼此不同的平直翅片，以固定间隔彼此平行与所述制冷管连接，以形成具有在尺寸彼此不同的翅片之间形成的翅片间隔的部分，其中具有最小翅片间隔的部分小于所述热交换器的整体尺寸的75％；

除霜器，安装到所述热交换器上，距所述翅片的下缘有一固定距离，用于除去所述制冷管和所述翅片上的霜，其中所述下缘以一角度倾斜；以及

一对加强板，所述加强板与所述制冷管的直部的相对端连接，平行于所述翅片设置，所述加强板中的每个都包括用于与设置在所述翅片中的缝隙连通的至少一个缝隙，其中所述加强板中的每个都包括以一角度倾斜的下缘。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述除霜器设置为穿过所述翅片中部。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述翅片中的每个都包括用于容纳所述除霜器的至少一个凹口。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述除霜器设置为穿过所述加强板的中部。

5根据权利要求1所述的热交换器，其中所述加强板的每个都包括用于容纳所述除霜器的至少一个凹口。

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