CN1061436C - 热交换器盘管组合 - Google Patents

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Abstract

一热交换器盘管组合12。包括许多相互平行的直管22，与上述直管22连接的回管28，及散热板34。每根直管包含具有椭圆形横剖面的中央部分24及具有为圆横剖面的圆凹座的二端部26。每根回管具有为圆横剖面的二端部32。回管的各端部32可配合装入直管的圆凹座而不用考虑直管的长轴线56的取向。椭圆形横剖面的长轴线相对于气流方向形成一斜角。每个散热片包含一个由导热材料制成的平面板，板上有许多孔36。直管的中央部分伸入各孔36。

Description

热交换器盘管组合
本发明涉及一种用于热交换器的装有散热板的盘管组合。具体地说，本发明涉及这样的盘管组合，该组合具有许多大体为椭圆形横剖面的直管及许多回管，该组合中，直管延伸通过散热板并具有独特的几何形取向以达到在直管中流动的内热交换流体与流过上述各管的空气之间获得最大的热传递。此外，不管任一直管椭圆形横剖面的角旋转，上述各直管及各回管之间在结构上均相互连接。
蒸发器或散热板盘管热交换器均典型地包括有一组以正方形或交错形式排列的各种长度的管或管系，还有许多散热板穿过上述管并横切围绕在该管上。上述各散热板均有与管的排列几何形状相应的冲压孔。在完工的成品中，有一风扇或鼓风机在与散热板平行及与上述管垂直的方向送入空气。
通常，在各散热板的孔中有一成形的环，该环使延伸通过其中的上述管能顺畅穿入散热板，并牢靠地与之配合。上述环使散热板与管保持良好热接触，因此将热量传入或传出管时，提供良好的热传递。在一般的情况下，各管的各端与回弯管相配合至少形成一管系。各管系的各端部与各联管箱的进、出口相配合以完成热交换器的闭合。
上述管、弯管、及散热板为钢、铜、铝或其它合适的金属及合金结构。具有代表性的如为钢结构，则先将管、弯管及散热板装配为盘管组合，然后将该盘管组合进行热浸镀锌。镀锌可改善钢的抗腐蚀能力也使散热板以热及机械作用与管结合。如为铜或铝结构，则不进行镀锌而将管扩大使其与各散热板紧密接触。上述扩大管的方法为：将尺寸稍大的芯轴以强力通过单个管孔或以液压方法对盘管组合的管孔施加压力。
许多因素涉及到管／散热板排列的几何形状，其中两个最重要的因素是；热传导表面(与空气流的接触面积)效率及气流通过一组管的阻力大小(以压力降测量)。
在盘管组合中的热传递过程包括许多阶段。第一，通过众所周知的方法，使致冷剂或其他热交换流体在管的内表面汽化或冷凝。汽化或冷凝致冷剂在管中的流动是充分湍动、充满活力的，为热传递的有效方式。典型的热传递系数可以为400BTU／hr-ft2-F°(2270W／m2-K)，其中F°为华氏温度。
其次，热是通过管壁传导。管壁是相当薄的，已知大多数金属的传导性能是高的。如钢管厚度为0．060英寸(1．5毫米)时，其传导系数约为5200BTU／hr-ft2-F°(29500w／m2-K)。最后，热的传递是从管表面传导至空气。由于空气的物理性能，从裸管至空气的热传递系数约为15BTU／hr-ft2-F°(85W／m2-K)。
显然，传递的最后阶段为限制因素，总的热传递率决不可能大于外界的系数。因此，为了改善总的热传递系数，必需改善外部的热传递系数。
众所周知，使空气经过各管运动可以加强外部的热传递。空气必需足够地湍流以阻止以层流通过盘管。也就是说，空气在离开盘管前必须尽可能长时间并反复地在盘管中与一根或多根管的表面接触。假如由于管组的几何形状使通过盘管组合的空气未与管接触(空气绕道而过)则消耗在促使空气绕道流动的功(风扇所耗马力)就被浪费了。
作为一种改进盘管组性能的方法，可在管组中增加管的数量。因而增加了管的表面积同时减少了绕道的空气。但是增加管的表面积需要更大的费用。另外在盘管排列中增加的管需要相当大的空间。假如太多的管密集地聚在一起，气流将受到限制这样将需要更大的风扇马力。而且，对管的密度，也受到实际的限制，使各管相互靠得太近则各回弯管需要紧凑的半径。这些回弯管是难于装配的，而且这些回弯管与各管端部的焊接也是极端困难的。
众所周知，在盘管组合中增加散热板也可增加盘管组合的热传递面积，从而加强外部热传递进程。更具体的说，典型的做法是将盘管组含的外表面积增加为10倍，则将有很大的面积与气流接触。虽然在各管间的空间中增加散热板将增加气流的阻力，但是散热板是很薄的材料(约为0．005-0．02英寸〔0．13-0．5毫米〕厚)，而且其取向通常与气体平行。因此，散热板所具备的有利因素大大超过气流阻力和风扇耗用马力的不利因素。典型情况的散热板间的间距约为0．16-0．33英寸(约为4．1-8．4毫米)。
在最好的情况下，散热板效率总是稍微小于管表面效率，因为从物理上(或热学上)散热板只是从与管内冷却剂接触处向外伸展。增加了散热板则在上面叙述的热传递过程中增加了一个第四阶段，在此过程中热量必须首先通过管然后再传导至散热板。虽然散热板具有良好的传导性，但薄材料限制了热的传导。因此，如散热板的周边离开管子较远则散热板的效率降低。但是，散热板上具有起伏、褶皱和***则可稍为提高散热板效率。通过增加散热板表面积，上述特点可以改善从金属表面至空气的热传递，增强湍动，减少绕道的空气。但是这些特点也增加了空气的压力降，所以在利用上述特点时必须权衡考虑。
因为增加散热板离开管的径向距离时散热板效率下降，所以管的几何形状及其间距变得更为重要。在一方面，移动各管使其相互之间更加靠近可以在各管之间提高散热板表面效率。在另方面，移动各管使其相互之间更加靠近在一组管中也增加了管的密度。正如前面所述，高的管密度由于气流受到限制需较高的风扇马力。因此，在管的成本、制造能力、及气流的限制范围内，管越多越能获得最优盘管效率。
在散热板盘管设计中要折衷及权衡的因素是很多的。均应针对最大的外部热传递效率，最小的气流阻力以及最小的材料成本这几个目标来考虑。
在热交换器盘管组合的技术领域中的一些现有设计分别叙述于下：
矩形的管配置：安排各管为直的行及列，此相对简单的排列具有很多优点。但是，这样的安排将引起相对较大量的绕道的空气。其中另外引起的问题是除了进空气一侧的管外，在一列中的每一根管直接处于另一管的“阴影”中而不能充分地接受气流。因此非常接近管子的散热板的很重要的部分处在“阴影”中也不能充分地接受气流。
三角形的或交错的管配置：以三角形方式安排各管，使各管中横向取向的各行交错，各管能更相互靠近并仍具有良好的敞开面积百分率使气流通过盘管。在直径为1英寸(25．4毫米)的各管之间，典型的等边间距为2．5英寸(63．5毫米)时，在盘管中任何行的敞开面积(1行的敞开面积％)为60％。而且通过盘管的空气被迫越过并围绕每一随后的管子列。当考虑一第二交错行的敞开面积计算时，则其投影的敞开面积(2行敞开面积％)名义上成为20％。此20％的名义敞开面积数字实际上略大于不是投影那样成为直线状的气流的敞开面积。不管怎样，三角形的方式有效地减少了绕道的气流而不致引起高的压力降，虽然各管仍存在“阴影”，但所增强的湍动可在各“阴影”处提供更好的气流。
椭圆形管：理论上，椭圆形或经压缩的各管可出现更少的气流阻力。另外，在一组内的各椭圆形管可安排更紧凑而贯穿盘管仍保持高的敞开面积百分率。但是，各回弯管与各管的连接大为复杂，由于管的椭圆形横剖面与每根回弯管必须紧密配合，参见德国公开的专利申请3，413，999号(申请人托马)。弯曲椭圆形管是极端困难的。如托马专利申请所报导，已知有冲压成椭圆形端部的圆管弯曲部分。但是，按照椭圆形管为负角取向及特定的回弯管必需横越转过的角度，因此，要求几种不同的回弯管的外形结构。此外，托马专利申请的回弯管严格限制了可获得的管子的几何形状。即使如此，托马回弯管的每个椭圆形端部成形极端困难，而且只容许有很小的误差。
本发明克服上面的详述的种种困难而提供一种以许多交错行取向的椭圆形管的盘管组合，使椭圆形的长轴线以能提供最大效率的角度从一行至另一行交替的旋转。
此外，本发明也克服了为几种不同的回弯管结构形状而对这些椭圆形弯管几何形状的要求并提供一种仅只需一种型式回弯管的盘管组合。因此用以连结任何的直管的回弯管的结构形状不取决于任何管的椭圆形长轴线的旋转角也不取决于一特定的回弯管需横越转过的角。本发明其它的许多优点可从附图及以下的说明中清楚的获得了解。
简而言之，本发明包含一用于热交换器盘管组合，上述热交换器有空气流按预定方向流入，还包含一具有此新颖盘管组合的热交换器。上述盘管组合包含许多直管、许多回弯管及许多散热板。
每根直管有一纵轴线、一中央部分及二端部。中央部分有带有长、短轴线的一般的椭圆形横剖面，以及上述二端都的每一个端部具有一般的圆横剖面。每一根直管的走向一般部与其他的直管平行，并在横越方向上一般按照气流方向线来取向，使每根直管的椭圆形横剖面的长轴线与气流方向线形成斜角。
每根回管具有管体部及二端部。管体部被弯成一个约为180°的弯曲的二端部中的每一个端部都具有一般的圆横剖面，使每个圆端部的尺寸大小都能与直管的圆端部配合，以达到许多直管与其他直管连接，以形成至少一个直管系。每一个直管系有第一及第二端用以各自与内热交换流体的进口源及内热交换流体的出口连接。
各散热板相互邻近设置。每个散热板包含一个由导热材料制成的一般平面板，散热板位在一个与直管纵轴线垂直并与气流方向线平行的平面上。上述散热板上有许多孔，以使直管的中央部分伸入各自的孔。每个散热板与穿过它的每根直管牢固接触，以使在它们之间实现热传递。
热交换器包含盘管组合也包含有一罩壳，一风扇或鼓风机以及各自与各直管的第一及第二端连接的进口及出口集管。
在一较佳实施方案中，各直管的走向形成许多管行，每一行形成一个与气流方向线垂直的平面。上述各行交替的呈“Z字形”因此在第一交替的行中每根直管的椭圆形横剖面的长轴线按顺时针方向旋转的位置取向，而在第二交替行中每根直管的椭圆形横剖面的长轴线按逆时针方向旋转的位置取向。
结合各附图阅读以上的概述及下面本发明的详述将获得更好的了解。为了举列说明的目的，图中所示为当前的较佳实施方案，但是，必需了解本发明并不局限于所示的精确的排列及装置。在附图中：
图1为一透视图，图中所示为具有按照本发明设计的盘管组合的热交换器，折断线处示出上述盘管的散热板结构。
图2为图1沿线2-2截取的部分侧立视图，图中已移去侧板，图中示出一散热板并有若干直管伸入该板以及若干回管与邻近的直管相连接。
图3A为一透视图，图中所示为与直管连结的回管，并使上述直管的长轴线以斜角取向。
图3B为图3A中的回管及直管的分解图。
图3C为图3B沿线3C-3C截取的横剖面视图，图中并示出直管的椭圆形的中央部分及圆形的端部。
图4为按照本发明设计的散热板的一部分的前视图。
图4A为图4沿线4A-4A截取的部分横剖面视图，图中所示为在板式散热片中围绕一孔的散热板结构。
图4B及4C为各自沿图4的线4B-4B及4C-4C截取的部分横剖面的侧立视图，图中示出散热板上各自的长及短的波段。
图5所示为一图表，该图表描述对几种不同几何形状的敞开面积的百分率与直管间距两者之间的关系，直管间距以管的直径来表示。
在以下陈述中可能采用某些术语，但只是为了方便，并不是非用不可。单词“右”、“左”、“上”及“下”都是指的有关图中方向。单词“朝内”“朝外”各自指的是方向朝向或离开参考图的几何中心。术语包含上面明确地提及的这些单词，它们的派生词、及相似含意的单词。
就图纸的细节而论，在各附图中相同的标号均表示相同的部件。图1所示为按照本发明设计的热交换器10。热交换器10包括有一盘管组合12，一罩壳14，及一电扇或鼓风机16。如图中所示盘管组合12至少部分地配置在罩壳14内，风扇通过吹入或抽出空气使气流运动进入罩壳并越过盘管组合12。图中，箭头17表示被抽而进入热交换器的气流方向，当然空气也可以相反方向运动。上述热交换器10也包含进口及出口集管18、20及各自的进口管及出口管19、21。众所周知，内热交换流体是从进口源通过进口管19及进口集管18，再通过盘管组合12，然后通过出口集管20及出口管21进行循环以达到在盘管组合12中的内热交换流体与以风扇16抽入通过盘管组合12的空气之间进行热量交换。
用于热交换器10的内热交换流体可包括空气、水、冷却剂／致冷剂等流体。或其他任何热交换流体。最好采用致冷剂流体。
盘管组合12包含许多直管22。如从图3A-3C中可见，每一根直管22有一纵向的中央部分24及二端部26(在图3A-3C中所示的每根管22只有一个端部26可见到)，每一根直管22的中央部分有带长、短轴线56、58的一般的椭圆形横剖面。还可以见到，在每一根直管22的二端部26的每一端部为一般的圆形横剖面。在盘管组合12中的每一根直管22的走向一般都平行于另外的每一直管22，而在横越方向上的取向一般是以气流17的方向线作为偏转的依据。
直管22位于罩壳14中以致于使风扇16抽出的空气横向通过每一根直管22。此外，如在图2中所见，每根直管22在罩壳14内被定向，以致于直管22的椭圆形中央部分24的长轴线56与气流17的方向线形成斜角。
热交换器10的盘管组合12也有许多回管、回弯头、或弯曲件28。参见图2及3B，每个回管28有一管体部30及二端部32，管体部30包含有约180°的弯曲部分还包含有二端部32。每一端部有一般的圆形的横剖面。因此，不管该二根直管的长轴线56与气流方向线间形成的角度，回管28的圆形端部32可与任何二直管22的圆形端部相接合。
如在图3B中也可见到的，在现在介绍的较佳实施方案中，每一直管22的每一端部26包含一圆形凹座，其横剖面为圆形。以一简单的模锻工具由液压力或锤击使其进入端部26而形成圆凹座。圆凹座的形成并非细致或精密的操作，因为上述凹座的尺寸可稍大些，以便回管28的圆形端部32可以配合进入。通过上述二成形方法之一，在焊接时可获得直管22的可靠对准。因此，任何回管28的圆形端部32能配合进入直管22的圆形端部26，其时直管中央部椭圆剖面的长轴线56可按任何角度取向。因此，一个弯头可用以形成任何对管的连接。
如上所述及图中所示，每根直管22的二端部26均有圆形凹座，则回管28与直管22的焊接成为容易的操作。但是，假如需要，圆形凹座可以设计在每个回管28的每个圆形端部32上，则任何直管22的圆端部26能配入圆形凹座内，并仍将保持上述便于对准的优点。而且，在一些情况下，回管28的端部32上的圆凹座在大量生产中更易加工。
许多直管22可与回管28连接形成一个或多个直管22系。然后，每一直管系可以其第一端与进口集管18连接，以其第二端与出口集管20相连接，因而内热交换流体可以通过盘管组合12进行循环。
如图1中所示，盘管组合12还包含许多散热板34配置在罩壳14内，其位置彼此相邻近。每个散热板34围绕着延伸穿入散热板34的许多直管22的中央部分24，每个散热板34包含一导热材料的平板。这些导热材料包括钢板及铝板，对熟悉这方面技术者均知道其他导热材料如铜也可使用。在罩壳14中，每个散热板34的取向一般是在与穿过该散热板34的直管22的纵轴线相垂直的平面上。因此，散热板34一般也与气流17的方向线相平行。这样，吹来的空气与每个散热板34均接触，因此相对的说是无障碍的。
在图4A中最佳地示出，每个散热板上有许多小孔36，直管22延伸穿过它。每个孔36在轮廓上应与伸入该孔36的特定直管22中央部分24的角度取向一致。
在散热板34与伸入其内的每一根直管22之间实现热交换散热板34，必须与每根直管22牢牢地接触。所以，每一个孔36有一个环38围绕孔36的周边，并从散热板34一般沿与散热板平面垂直的方向伸展。这样，每一个环38便可与伸入该环38的直管22相互牢固地结合，由于在直管22与散热板34之间的接合表面积增加，因此在直管22及散热板34之间的热传递也就增加。
此外，当散热板34安置在直管22上时，上述环38提高了结构的刚度。因此环38可使每一散热板34与每个其它的散热板34对准。上述环38也具有在邻近的散热板34之间设定间距的功能。
除了环38以外，每个散热板34具有从环38上突出的间距调整片40，明确地在图4及4A中很好的示出，每一间距调整片40，一般沿与散热板平面平行的方向伸出并与散热板孔36分开，从第一个散热板34的一面伸出的每一个间距调整片40确实地与下一邻近的散热板34的相反一面接触。通过接触，上述第一个散热板34确实地与邻近的散热板34保持一定间距，同时可阻止第一散热板34与其邻近的散热板34相互靠近或接触。改变每个环38的高度可以调整相邻散热片34之间的间距。环38最好使各散热板34的间距约为0．16-0．33英寸(约为4．1-8．4毫米)。
显然，每个间距调整片40并不一定需要从环38伸出。而是间距调整片40可以一般比与散热板平面相垂直的方向从散热板孔36的周边直接伸出，然后一般与散热板平面平行并从散热板孔36离开。
如在图4及4B中清楚见到的，每个散热板34最好包含有许多长的波段44。长波段44的幅度为A1及周期为P1。长波段44由横越每个散热板34的许多一般是平行交替的折迭或折迭部分46所形成，每一个向相反方向突出的长折迭46的两旁都有一个邻近的方向相反的长折迭46，最好长折迭46所提供的长波段44具有相对于周期P1来说为较小的幅度A1，使长波段44类似波纹。较好的做法是每个长折迭46一般都是按照气流方向线横向取向。因此，在气流中可产生有利的轻微湍动吹过每个散热板34。
另外可取的是，每一个散热板34还包含很多短波段48。正如长波段44的情况一样，短波段48的幅度为A2，周期为P2。短波段48由横越每个散热板34的许多平行交替的短折迭或折迭部分50形成，每一个向相反方向突出的短折迭50的两旁都有一个邻近的方向相反的短折迭50。最好短折迭50提供的短波段48具有相对于周期P2来说为较小的幅度A2，使短波段48类似细波纹。短波段48最好沿着散热板34的至少一条边缘带52的至少一个部分取向，上述边缘带52一般按照气流方向线横向取向。另外在边缘带52上的每个短折迭50一般最好与边缘带52垂直。更好的做法是使短波段48沿直接暴露在气流中的每个散热板34的边缘取向并沿直接暴露在气流中边缘对面的每个散热板34的边缘取向。
在散热板34的一个较佳的实施例方案中，长波段周期与短波段周期的比率约为4．33∶1，长波段的周期约为2英寸(57毫米)，短波段的周期约为0．475英寸(12．0毫米)，长波段及短波段的幅度约为0．03英寸(0．76毫米)，长波段与散热板平面之间的角度γ约为3．5°，短波段与散热板平面之间的角度δ约为15°。
如图4及4A中所示，最好在每一个散热板34上有一平面区域54围绕每个孔36。该平面区域54在结构上为散热板34提供附加的支承及完整性，并提供一平坦表面供环38及／或间距调整片40从该处伸出。
参见图2，最好每个散热板34中的各孔36及伸入孔36中的各直管22的走向成为许多行，如41、43、45、47、及49。另外最好各孔36的每行41、43、45、47及49的走向能使一长折迭46在每行中与各孔36的各中心相交。在每一行中，各直管22最好处在一个贯穿各直管22纵轴线的平面上。另外最好上述平面与气流17的方向线垂直。
图5所示为一图表，该图表示出各直管22的各长轴线56的最佳取出以及在盘管组合12中的各直管22的间距及取向。上述几何形状将在下文进行详细解释。
为了解释的目的，如图2所示，每根直管22中央部分24的一般椭圆形横剖面将根据一类似直管进行讨论，除上述类似直管有一般圆形横剖面的中央部分以外其余均一致。有圆形横剖面的上述类似管的圆周等于直管22中央部分24的椭圆形横剖面的圆周。同时为了便于解释，表示气流方向的箭头17已在图2中反向，因此气流首先遇到的是第一行41。气流遇到的各管中的第一行的敞开面积百分率(1行的敞开面积％)等于：
    (S-D)×100／S其中S表示相邻直管中心间的间距，D表示每根直管的圆形横剖面的直径。相应地，气流遇到的第一及第二行41及43的敞开面积的百分率(2行敞开面积％)等于：
    (S-2D)×100／S其中S及D如上所述。当S随D而变化，则1行敞开面积％及2行敞开面积％计算如下：表1
    S     1行敞开面积％     2行敞开面积％
    2D     50％     0％
    2．25D     56     11
    2．5D     60     20
    2．75D     64     27
    3D     67     33
    3．25D     69     38
上面的计算已表示在图5的图表中，其中线L1表示1行敞开面积％，L2表示2行敞开面积％。Y轴线表示敞开面积的百分率，X轴线表示管间间距以管直径(D)来表示。
再参阅图5，其中对各管的走向及间距有若干较佳的界限。第一，为了改善经过直管22的气流，最好1行的敞开面积％应大于60％，2行的敞开面积％应大于20％。第二，在实践上将直管或回管的间距靠近到一定程度会对弯曲、焊接及其他工作造成困难。因此，直管间的较佳最小间距约为2．125D。第三，已发现，管间距如超过约2．5D至2．625D则效果差，因为各管间距太大，而且风扇马力消耗在绕道而未接近管表面的空气上。第四，一般而言，较小直径的管比大直径的管好，因为在相同空间内较小直径的管易于安装配合，并因内热传递流体、冷却剂在较小直径的管子内可更紧密地与近壁接触。但是较小直径的管子应与在管内增高的压力及用于循环内热传递流体所需施加的泵压取得平衡。因此较佳直管的几何形状、取向及在盘管中的间距概括地显示在图5中以代号X1及X2标出的区域中，在该区域内的盘管组合将获得最高的效率。当然，如一盘管组合12及／或热交换器10的数据不在X1或X2区域内则与其他现有技术的装置相比仍可获得增进的效率。
如线L1及L2所示，为了要求得到适当的1及2行的敞开面积％，则圆管必须有很大的间距。因此，需要在各管间有较小的间距及较大的敞开面积。将圆管压缩成椭圆形，使椭圆形的长轴线一般地取向在气流的方向即可满足上述要求。因此，1行的敞开面积％为：
    (S-CD)×100／S以及2行的敞开面积％为：
    (S-2CD)×100／S式中S为压缩因数以原始直径(D)表示。压缩因数C是相对于具有相同圆周的一般圆横剖面中央部分的管而言，可以小数表示，例如0．8D或以百分率表示，例如80％D。如在表2中所示以及图5所示，相对于原始直径(D)，短轴线越短则1及2行的敞开面积％越大。表2
    S     0．6D     0．7D     0．8D     0．9D
    1R％    2R％    1R％    2R％    1R％     2R％    1R％   2R％
    1．75D     66％    31％    60％    20％    54％     9％    49％    0％
    2D     70     40     65     30     60     20     54     10
    2．25D     73     47     69     38     64     29     60     20
    2．5D     76     52     72     44     68     36     64     28
    2．75D     78     56     75     49     71     42     67     35
    3D     80     60     77     53     73     47     70     40
相应的曲线     L3     L4     L5     L6     L7      L9    L10
如在图5中可见到0．7D，0．8D及0．9D的椭圆形可在某种程度上通过较佳区域X1及X2。
由间距为2．25D的0．8D椭圆形构成的盘管组合当与理论的预示结果比较时，使人惊奇的是其效率并不理想。检测用椭圆形管组成的盘管组合的热性能并与全部用圆剖面管组成的盘管组合相比较发现尽管气流得到改进，但并不如期望那样有很大的改善。明显地，尽管有较大的气流围绕各管，但椭圆形的流线形状及位置在盘管中会使空气绕过一些管而与这些管无良好的热接触。
为了克服空气绕道而不与管接触的问题，尝试旋转椭圆形的长轴线，以便使空气改变方向至随后的各行并在盘管中阻止空气绕道。但是，当椭圆形长轴角度相对气流方向线而加大时，相对于气流方向，每根管有较大的投影高度将使1及2行敞开面积％减小，如表中所示。表3
    S     0．8D＠10°     0．8D＠20°     0．8D＠30°
    1R％     2R％     1R％    2R％     1R％    2R％
    2D     59％     18％     57％    14％     55％    10％
    2．25D     63     27     62     24     60     20
    2．5D     67     34     66     31     64     28
    相应的曲线     L11     L12     L13     L14     L15     L16
更令人惊奇的是，尽管倾斜会减小1及2行的敞开面积的百分率，但压力降却并未增加到按照一组具有相似的敞开面积百分率的圆管排列而推测的数值。另外，由于上述因素而引起的气流湍动的增强却导致在空气与内热交换流体之间的热交换率获得意外的改善，如以下所述。
经验表明，已经确定；椭圆形的压缩及倾斜角的广泛变化均可在图5图表中的最佳区域X1及X2中出现。例如，倾斜角约为30至45度的0．7D椭圆形是合适的，倾斜角约为5至10度的0．9D椭圆形也是合适的。
如在图2中所见，各直管22的各行41、43、45、47及49的每一行包含有或是第一或是第二交替的取向，有时将此称为“Z字形”排列，当沿直管的纵轴线观察时，在此排列中每一第一交替行41、45及49中每根直管的椭圆形横剖面的长轴线以顺时针方向旋转达到的位置定向。该位置与气流方向线形成约为10度至45度的斜角α。最好在每一第一交替行41、45及49中的每一直管都以大致相同的共同角取向。
与此相似，在每一第二交替行43及47的每根直管的椭圆形横剖面长轴线以逆时针方向旋转达到的位置定向。与上面相同，该位置与气流方向线形成约为10度至45度的斜角β。最好在每一第二交替行43及47中每一直管都以大致相同的共同角取向。另外最好第一交替行41、45及49的共同角与第二交替行43及47的共同角有大致相同的数值。
在本发明的较佳实施方案中，椭圆形横剖面长轴线的角度约为20度至30度，椭圆形的短轴线约为具有圆形横剖面，其圆周等于直管中央部分的圆周的管的直径的0．8倍，任何行中的邻近各直管的纵轴线之间的距离约为具有圆形横剖面、其圆周等于直管中央部分的圆周的管的直径的2．25倍。
另外较好的做法是，当沿直管22的纵轴线观察时，上述直管22位置的安排使各纵轴线交错而形成三角形，最好至少与二邻近的直管形成等边三角形。从而使回管28的端部32有可能连接任何二邻近直管22的端部26，而不用考虑相对于气流方向线的二直管22中任一直管长轴线的角度。
结合以上所述有关直管的几何形状、取向，及定位，本发明的盘管组合12及热交换器10还提供一个附加的优点，即具有“湍动引发效应”。前面曾指出对于圆的及没有转过角度的椭圆形管，管的各第一行与在气流方向中处于下游的管的各行相比，各第一行气流接触时的工作效率较低。因此，一台八行的盘管的效果可比一台四行的盘管的效果的两倍还要多。根据经验分析，已确定上述“第一行效应”是由于经过管组首先的少数几行的空气中缺乏湍动所致。但是在转过角度的椭圆形几何形状中定位与定向的本发明的各直管22，在各第一行中就可引发很强的湍动，同时高效的热传递将在各第一行实现并可自始至终保持在盘管组合12的所有行中。
就本发明的湍动引发效应及更有效的热传递而言，当与具有圆横剖面直管的现有技术的组合比较可以减少直管22的行数而仍能提供类似的热性能。因此本发明的盘管组合12具有小的空气阻力，同时可用小马力的风扇而获得较热传递效率。
由此可见，本发明所包括的是一个效率改善的热交换器盘管组合。行家里手可能会在不违反本发明的广泛而明显的发明概念下对上述实施方案进行各种改变。因此不用说，本发明并不局限于已公开的具体实施方案，而应包括所有可能的修改，只要这些修改是在所附权利要求中所限定的本发明的精神及范围内。

Claims (15)

1．一种用于在预定方向(17)有气流的热交换器(10)的盘管组合(12)，上述盘管组合包括：
许多直管(22)，每根直管有一纵轴线，一中央部分(24)及二端部(26)，上述中央部分具有带有长、短轴线的一般的椭圆形横剖面，每根直管的走向一般都与每一根其他直管平行，并在横越方向上一般按照气流方向线来取向，气流横越每一根直管；许多回管(28)，每一回管具有管体部(90)及二端部(32)，上述管体部被弯成一个约为180度的弯曲，每一端部与一直管(22)的端部(26)配合，以达到许多直管与其他直管连接，以形成至少一个直管系列，每一直管系列具有第一及第二端各自与内热交换流体的进口源(19)及内热交换流体的出口(20)连接；
许多彼此相邻的散热板(34)，每个散热板包括一个由导热材料制成的一般平面板，每一散热板位在一个与直管的纵向轴线垂直并与气流方向线平行的平面上，散热板上有许多孔(36)直管的中央部分延伸穿入与其相对应的孔中，每个散热板上穿入的直管牢固地接触以便在它们之间实现热传递，
其特征在于：直管(22)和回管(28)的端部(26，32)每一端均为一般的圆形横剖面，每根直管走向使其椭圆横剖面的长轴相对于气流方向线的交角为10度～45度。
2．如权利要求1中所述的盘管组合，其特征在于：从包含有各自的直管(22)及各自的回管(28)的管组中的挑选出的各管中之一管的各端部(26，32)包含有圆凹座，包含有各自的直管及各自的回管的管组中挑选出的各管中的另一管的端部可配合装入上述圆凹座内。
3．如权利要求2中所述的盘管组合，其特征在于：每根直管(22)的每个端部(26)包含一圆凹座，每一回管(28)的端部(32)可配合装入上述圆凹座内。
4．如权利要求1中所述的盘管组合，其特征在于：短轴线约为具有圆周等于直管(22)中央部分(24)的圆周的圆形横剖面的管的直径的约为0．7倍至0．9倍。
5．如权利要求1中所述的盘管组合，其特征在于：各直管(22)的定向成为许多行(41，43，45，47，49)，各直管的每一行的走向使在该行的各直管处在一个贯穿各直管纵轴线的平面上，上述平面与气流方向线(17)垂直，在每一行中邻近的各直管的纵轴线间的距离约为具有圆周等于直管中央部分的圆周的圆形横剖面的管的直径的约为2．0倍至2．75倍。
6．如权利要求5中所述的盘管组合，其特征在于：每根直管(22)的取向使椭圆形横剖面的短轴线约为具有圆周等于直管中央部分(24)的圆周的圆形横剖面的管的直径的0．7倍至0．9倍。
7．如权利要求6中所述的盘管组合，其特征在于：长轴线与气流方向的夹角约为20度至约为30度，其中短轴线约为具有圆周等于直管(22)中央部分(24)的圆周的圆形横剖面的管的直径的0．8倍，同时在每行中，邻近的各直管的各纵轴线之间的距离约为具有圆周等于直管中央部分的圆形横剖面的管的直径的2．25倍。
8．如权利要求7中所述的盘管组合，其特征在于：长轴线与气流方向的夹角约为25度。
9．如权利要求1中所述的盘管组合，其特征在于：各直管(22)的走向成为许多行(41，43，45，47，49)，各直管的各行的走向使在该行的各直管处在一个贯穿直管纵轴线的平面上，上述平面与气流方向线(17)垂直，上述许多行包含第一(41，45，49)及第二(43，47)交替行，当沿各直管的各纵轴线观察时，处于第一交替行的每根直管的椭圆形横剖面的长轴线按顺时针方向旋转达到位置走向，在第二交替行的每根直管的椭圆形横剖面的长轴线按逆时针方向旋转达到位置走向。
10．如权利要求9中所述的盘管组合，其特征在于：在第一交替行(41，45，49)中每根直管(22)都以大致相同的第一公共角(α)取向，同时在第二交替行(43，47)中的每根直管都以大致相同的第二公共角(β)取向。
11．如权利要求10中所述的盘管组合，其特征在于：第一及第二公共角(α，β)的数值大致相等。
12．如权利要求1中所述的盘管组合，其特征在于：沿直管纵轴线观察时，各直管(22)位置的安排使它们的纵轴线至少与二邻近直管形成等边三角型式，回管(28)的端部(32)能与任何二邻近的直管的端部(26)连接。
13．如权利要求1中所述的盘管组合，其特征在于：每个散热板(34)还包含有许多具有长幅度和长周期的长波段(44)及许多具有短幅度和短周期的短波段(48)，长波段由横越每个散热板的许多一般是平行交替的长折迭(46)所形成，长折迭提供的长波段具有相对于长周期来说为较小的长幅度，每个长折迭一般都是按照气流方向线横向取向，短波段由许多一般是平行交替的短折迭(50)形成，短折迭提供的短波段具有相对于短周期来说为较小的短幅度，短波段沿散热板的至少一条边缘带(52)的至少一个部分取向，上述边缘带一般按照气流方向线(17)横向取向，另外每个短折迭一般与边缘带垂直。
14．如权利要求1中所述的盘管组合，其特征在于：每个散热板(34)还包含至少一个从围绕散热板孔(36)的周边一般沿与散热板平面垂直方向延伸的环(38)，每个环与伸入它的直管牢靠地结合，该环使每散热板之间保持约为0．14英寸至0．33英寸(约为4．1毫米至8．4毫米)的间距，并有至少一个从环上突出一般沿与散热板平面平行的方向延伸并离开散热板孔的间距调整片(40)，从第一段散热板上伸出的间距调整片与邻近的散热板保持接触，并用以阻止邻近的散热板移动不让与第一散热板接触。
15．如权利要求1中所述的盘管组合，其特征在于：散热板(34)中有平面区域围绕各孔。
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