CN1590925A - 具有扁管的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热交换器，它包括用于接收和排放制冷剂的第一和第二集箱，第一和第二集箱相互间隔开预定距离；多个扁管，每个扁管都具有分别与第一和第二集箱相连的相对端，各扁管都具有使制冷剂分散并流动的通道，通道相互具有不同的容量；及冷却部件，用于散发沿扁管流动的制冷剂的热量。

Description

具有扁管的热交换器
技术领域
本发明涉及一种具有扁管的热交换器，更具体地说，涉及一种具有扁管并能通过使各扁管的通道的容量彼此不同来提高热交换效率的热交换器。
背景技术
一般说来，利用制冷循环冷却外面空气的空调器包括将制冷剂压缩成高压的压缩机；使被压缩的制冷剂与外部空气进行热交换，以使气态制冷剂液化的冷凝器；及利用膨胀阀或毛细管蒸发液化的制冷剂而使液化的制冷剂与外面空气进行热交换的蒸发器。空调器利用制冷剂的汽化热来进行供冷运行。
因此，空调器通过利用热交换器，如冷凝器和蒸发器促使制冷剂发生相变来控制封闭空间的温度。所以，要想提高冷却效率，非常重要的是必须提高热交换器的效率。
由于以上原因，近年来，出现了一种超小型冷凝器(SCC)，它设有多个呈之字形的扁管，使制冷剂同时流动，从而极大地提高了热交换效率。图1表示传统的具有扁管的热交换器，用以在采用制冷剂的空调器中进行热交换。
参照图1，具有扁管的热交换器包括平行设置并相互间隔预定距离的第一和第二集箱10和20；多个平行设置并相互间隔预定距离的制冷剂管12，各制冷剂管12的相对端分别与第一和第二集箱10和20连通；及多个形成在制冷剂管12上、用以发散沿制冷剂12流动的制冷剂的热量的冷却翅片14。图中箭头R表示制冷剂的流入方向。
第一和第二集箱10和20彼此相对设置，制冷剂进口和出口管16和18分别连接到第一和第二集箱10和20上。此外，在第一和第二集箱10和20内设置至少一个用于沿所需的方向引导制冷剂的制冷剂分隔膜。
在运行中，通过制冷剂进口管16流入第一集箱10的制冷剂沿将第一集箱10连接到第二集箱20的制冷剂管12流到第二集箱20内。
利用设置在第一和第二集箱10和20内的分隔膜22使制冷剂在第一和第二集箱10和20之间反复流动，然后在第一和第二集箱10和20之间反复流动后经第二集箱20的制冷剂出口管18排出。因此，制冷剂在沿制冷剂管12流动的过程中产生热，产生的热通过与制冷剂管12表面接触的冷却翅片14散发。由于热交换器用作蒸发器或冷凝器，所以它具有提高或降低室内空气温度的作用。
图2是沿图1中A-A′线剖切的剖视图。
参照图2，管12形成具有多通道ch1-chn的制冷剂流动孔12a的剖面结构的扁平形状。这种扁管12通常用作高效冷凝器的热交换器。箭头A1表示空气流动方向。
制冷剂以小流量分散在设置在多通道ch1-chn中的制冷剂流动孔12a内并在其内流动。因此，分散的制冷剂利用表面张力均匀地与各制冷剂流动孔12a的整个内周面接触，这样就产生环流现象，从而提高了传热效率。此外，由于压降较小，所以制冷剂的流量更加稳定。
另外，当制冷剂流经多通道ch1-chn，即制冷剂流动孔12a时，沿集箱10和20流动的制冷剂通过与管12的外周面表面接触的冷却翅片14传递热量，从而提高或降低了空气的温度。
同时，如上所述，扁管的制冷剂流动孔12a形成在一种微小的多通道ch1，ch2，....，chn内。各通道都具有宽度相同的矩形截面。此外，各个最前和最后的通道ch1和chn具有半球形外端截面，以减小与空气的接触阻力。
但是，由于通道的宽度彼此相同，并且通道之间的间隔也相同，所以很难在管的前端部分最大程度地提高传热效率，因而降低了热交换器的传热效率。
发明内容
因此，本发明提供的带扁管的热交换器可在相当程度上消除由于现有技术的局限性和缺陷造成的一个或多个问题。
本发明第一个要解决的技术问题是提供一种具有扁管的热交换器，各扁管具有相互不同的制冷剂流动容量的多通道。
本发明第二个要解决的技术问题是提供一种分别具有多通道的扁管的热交换器，其中多通道的容量按照外面空气的流动方向以预定变化率提高或降低。
本发明第三个要解决的技术问题是提供一种分别具有多通道的扁管的热交换器，其中多通道的宽度设计成能根据外面空气的流量来提高或降低制冷剂的流量。
本发明第四个要解决的技术问题是提供一种分别具有多通道的扁管的热交换器，其中通道中的最前通道的宽度最宽，通道中的最后通道的宽度最窄。
本发明第五个要解决的技术问题是提供一种分别具有多通道的扁管的热交换器，其中通道中的相邻通道具有不同的宽度。
本发明第六个要解决的技术问题是提供一种分别具有多通道的扁管的热交换器，其中通道的宽度在外面空气流动方向上以预定变化率减小。
本发明的第七个要解决的技术问题是提供一种分别具有多通道的扁管的热交换器，各通道都设置在具有多个槽的内周。
本发明的第八个要解决的技术问题是提供一种分别具有扁管的热交换器，各扁管设置在不与冷却翅片接触的部分上，并具有脊形突起。
在下文的描述中将给出本发明的其它特性和优点，这些特性和优点中的一部分对本领域的技术人员来说，在阅读了下文后可明显得知，或也可从本发明的实施中得知。本发明的目的和其它优点可通过说明书的文字部分、权利要求及附图中具体给出的结构来实现和达到。
为了实现上述目的和优点，按照本发明的目的和下面概括描述，本热交换器包括：第一和第二集箱，制冷剂通过这些集箱流入和流出，第一和第二集箱相互间隔预定距离；多个制冷剂扁管，每个扁管具有分别连接到第一和第二集箱上的相对端，各制冷剂管具有通道，制冷剂通过这些通道分散流动，这些通道相互具有不同的容量，第一和第二集箱通过这些通道相互连通；及冷却部件，它们设置在制冷剂管之间，用于散发沿管流动的制冷剂的热量。
优选各制冷剂管包括多通道结构的制冷剂流动孔，该多通道结构具有至少两种不同的通道容量，以使制冷剂分散并流动。
优选通道之间的间隔互不相同。
在这些通道中，当以空气的流动方向为基准规定第一到第n的顺序时，形成在各制冷剂管的前端上的第一通道最好具有最大通道容量，形成的各扁管的后端的第n个通道最好具有最小通道容量。
从形成在制冷剂管前端的第一通道向形成在制冷剂后端的第n通道方向，制冷剂管的通道容量最好以预定变化率逐渐减小。
各制冷剂的相邻通道最好按照预定的减小/增大变化率而具有不同的容量和宽度。
按本发明的另一方面，所提供的热交换器包括：第一和第二集箱，制冷剂通过这些集箱流入和流出，第一和第二集箱相互间隔预定距离；多个制冷剂扁管，它们相互间隔开预定距离并连接在第一和第二集箱之间，用于使制冷剂分散并流动，各制冷剂管都具有多通道结构，其中形成在各管前端并首先接触空气的第一通道具有最大的通道容量，形成在各管后端的第n通道具有最小的通道容量；及冷却翅片，它们设置在用于散热的制冷剂管之间。
按本发明的再一方面，所提供的热交换器包括：第一和第二集箱，制冷剂通过这些集箱流入和流出，第一和第二集箱相互间隔预定距离；多个制冷剂扁管，每个制冷剂扁管都具有多通道，多通道的宽度按外面空气的流动方向以预定的减小率逐渐减小，在这对集箱之间的制冷剂管中流动的制冷剂流过多通道；及冷却翅片，它们设置在制冷剂管之间，用于散热。
可理解到，上述说明和下面对本发明的详细描述都只是示例式的说明，并用于进一步解释本发明的权利要求。
附图说明
对本发明提供进一步理解并构成该申请一部分的附图示出了本发明的实施方式，它们与说明书文字部分一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是传统的具有扁管的热交换器的前视图；
图2是沿图1中A-A′线剖切的剖视图；
图3是本发明一实施方式的具有扁管的热交换器的透视图；
图4是沿图3中B-B′线剖切的剖视图；
图5是图3中的扁管的一改型实例的剖视图；
图6示出了按照热交换器的区域传热率的变化曲线；
图7是本发明另一实施方式的形成在扁管内的制冷剂流动孔的各种实例的视图；
图8a是本发明的另一实施方式的扁管/翅片组件的透视图；
图8b是沿图8a中C-C′线剖切的剖视图；
图9是采用了图8a的扁管/翅片组件的热交换器的前视图。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的优选实施方式，即在附图中所示的实例。如果可能，在全部附图中，相同附图标记代表相同或类似的部件。
图3示出的是按照本发明一实施方式的具有扁管的热交换器的透视图。
如图3所示，本发明的热交换器包括：第一和第二集箱110和120；多个扁管112，它们在第一和第二集箱110和120之间平行设置并且相互间隔相同的距离，每个扁管112都具多个制冷剂流动孔112a，这些孔由多个相互具有不同容量的多个通道ch1-chn限定，以使制冷剂分散流动到第一和第二集箱10和20；及冷却翅片114，它们设置在扁管112之间，用于散热。
第一和第二集箱110和120分别连接到制冷剂进口管和出口管116和118上。各第一和第二集箱110和120内都具有一个或多个制冷剂分隔膜122，用于引导制冷剂沿所需的方向流动。箭头R表示制冷剂流入方向，A1表示空气流动方向。
下面将参照附图描述按上述方式构成的扁管式热交换器的运行过程和效果。
参照图3和4，将第一和第二集箱110和120设置成相互平行并相互隔开预定距离，它们接收通过制冷剂进口管116流入的制冷剂。被接收的制冷剂流过管112，借助于制冷剂分隔膜122以预定方向被导引，然后经制冷剂出口管118排出。箭头A1表示空气流动方向。
冷却翅片114被设置成波纹形，它们位于与第一和第二集箱110和120相互连通的扁管112之间并倾斜预定角度。
扁管112能使制冷剂分散流过由多通道ch1-chn限定的制冷剂流动孔112a。冷却翅片114与管112的外表面表面接触并倾斜预定角度45-90°，以扩大冷却面积。
因此，这些管具有的热交换器能力与由通道ch1-chn限定的与制冷剂接触的内接触面积、由冷却翅片114限定的外部接触面积、及外面空气的流量成正比。
因此，管112影响制冷剂的流量，热传递与通道容量和接触面积成正比。也就是说，通道容量(WXH)和制冷剂接触面积越大，传热效率就越高。
在本发明的一改型实例中，各管112的通道ch1-chn具有相互不同的通道容量或不同的通道宽度。作为一个实例，通道ch1-chn优选形成至少两种不同的通道容量或至少两种不同的通道宽度。
此外，位于管112前端Ft的通道ch1具有最宽的宽度(W1)，位于管112后端Rt的最后通道chn具有最窄的宽度(Wn)，从而使最后通道具有最小的通道容量。
也就是说，由于外面空气从第一通道ch1引入，并通过最后通道chn排出，所以最先接触外面空气的第一通道ch1具有与传热率和通道容量成正比的最大的制冷剂流动容量，最迟与外面空气接触的最后通道chn具有最小的制冷剂流动容量。
另外，各管112的所有通道ch1-chn都具有相互不同的通道宽度W1-Wn。第一至最后通道ch1-chn的宽度最好按外面空气朝空气排出方向以预定变化率逐渐减小的次序设置。也就是说，通道之间的间隔逐渐减小。
换句话说，假设位于管112的前端Ft并首先接触外面空气的通道是第一通道(ch1)，与第一通道(ch1)相邻的通道为第二通道，位于后端的通道是第n通道，并且第一通道ch1的宽度W1比第二通道ch2的宽度大预定长度。相邻通道的宽度可按照相同的缩小率进行调整。例如，第二通道的宽度(W2)相对第一通道的宽度(W1)的缩小率可设定为6％或10％。换句话说，第一至最后通道ch1-chn的宽度W1-Wn可按照6％或10％的缩小率逐渐减小。
也就是说，如图3所示，当宽度缩小率设定为6％时，第二通道ch2的宽度W2比第一通道ch1的宽度W1小6％，第三通道ch3的宽度W3比第二通道ch2的宽度W2小6％，....，第n-1通道chn-1的宽度Wn-1比第n通道chn的宽度Wn小6％。因此，各第一和最后通道ch1和chn的宽度W1和Wn的关系为W1＞＞Wn。
类似地，如图4所示，以恒定间隔平行设置的扁管112(112-1，112-2，112-3，....，112-n)按如下方式设计：具有相同通道数的通道具有相同的通道宽度(W)，具有不同通道数的通道具有不同的通道宽度，所有通道的宽度都按通道(ch1，ch2，....chn)的次序，以恒定变化率减小。在一改型例中，最外边的管(最上端和最下端的管)在宽度上可不同于热交换器中部位置的管。也就是说，位于中部位置的某些通道按图3设计，而最外边管的通道按传统技术设计。
图5表示本发明的扁管的一改型实例。箭头A1表示空气流动方向。
在该改型实例中，宽度缩小率设定为10％。即，第二通道ch2的宽度W2比第一通道ch1的宽度W1小10％，第三通道ch3的宽度W3比第二通道ch2的宽度W2小10％，....最后通道chn的宽度Wn比第n-1通道ch-1的宽度Wn-1小10％。因此，各第一和最后通道ch1和chn的宽度W1和Wn的关系为W1＞＞Wn。
该改型实例表示出宽度缩小率设定在与外面空气的流率和制冷剂的流率成正比的大约6-10％的范围内。相反，在第一至最后通道内的相邻的前后通道的宽度增大率可设定在6-10％。
另外，管可这样构成：将通道ch1-chn分成两组或三组，这些组的宽度互不相同。
另外，管可这样构成：第一通道ch1的宽度W1必须大于最后通道chn的宽度Wn，除了第一和最后通道ch1和chn外，相邻两个通道的宽度的变化率相同或相互不同。此外，即使调整管112(或122)内通道的宽度减小率或宽度增大率，多通道ch1-chn的总截面面积也可与传统技术的总截面面积相同。
通道ch1-chn的宽度减小率或宽度增大率(如6-10％)根据管112(或122)的前端112b(或122b)的传热量或预期传热效率来确定。另外，通过改变通道的高度H的变化率，也可提高传热效率。此外，通过改变高度H和宽度W的变化率，也可提高传热效率。
图6示出了本发明的管的传热率变化曲线。如图6所示，首先接触空气的管的前端Ft的传热量最大，然后朝管的后端Rt方向逐渐减小。也就是说，在翅片-管式热交换器中，管前端Ft的传热量约为热交换器总传热量的80％。因此，位于热交换最有效的管前端Ft的第一通道ch1的宽度W1最宽，从而使大量制冷剂能沿第一通道ch1流动，这样就提高了总传热量。
此外，即使通道的截面面积互不相同，但如果通道之间的壁相互具有相同的厚度，则通道的总截面面积与相互具有相同截面面积的通道的总截面面积相同。另外，位于各管前侧的通道的宽度可根据空气接触量的不同而不同。
图7示出了本发明另一实施方式的形成在扁管内的制冷剂流动孔的各种实例。
如图7的(a)至(d)所示，形成在管132、142、152或162内的制冷剂流动孔132a、142b、152c或162d的内周面可具有各种不同的截面形状，如槽形、波纹表面形或抛物线形。换句话说，在图7的(a)至(d)的改型实例中，具有多个槽，以便增大与制冷剂的接触面积，从而提高散热效率。
图8a、8b和9表示本发明的另一实施方式。
首先参照图8a和8b，各管172设置在它们的外表面不与冷却翅片174接触的部分上，并沿与空气流动方向平行的方向设置多个小肋条175。这样，利用小肋条175和图9中所示的冷却翅片174可增强沿管流动的制冷剂与外面空气之间的热交换。
也就是说，冷却翅片174以预定的倾斜角垂直地设置在管172之间，并且小肋条175整体地形成在管的外表面不与冷却翅片174接触的部分上。各小肋条175的截面形成脊形或三角形，以便(a)增大与外面空气的接触面积，(b)减小压降，及(c)增大空气流率。
如上所述，冷却翅片174小肋条175和多通道ch1-chn的作用是增大接触面积，最大程度地提高传热效率和减小压降。
在图9中所示的热交换器中，具有不同的形状和材料的散热部件174、175形成在管172上，管172连接在一对集箱170和171之间。箭头R表示制冷剂流入方向。
按照以上所述的改型实例，由于管的内周面具有槽形的散热部件，而管的外表面具有包括冷却翅片和小肋条在内的散热部件，并且散热部件是整体的，所以热交换器的总接触面积增大了，从而最大程度地提高了传热效率。
此外，由于形成在管内的通道按照空气流动容量的不同而相互具有不同的宽度比和高度比，所以可提高传热效率。
如前所述，按照本发明，管的通道按照外面空气的流率和空气接触量的不同而形成不同的容量，从而提高了热交换器内的制冷剂流率和传热率。
另外，在制冷剂管的通道中，与外面空气接触最频繁的第一通道具有最大宽度，与外面空气接触最不频繁的第n通道具有最小宽度，这样就可根据外面空气的流率提高制冷剂的流率。
此外，制冷剂管的通道容量或通道宽度以6-10％的恒定减小率从前端向后端减小，从而可提高制冷剂管局部的传热量或总传热量。
另外，制冷剂管的通道的内周设有一些槽，并且管的外表面具有小肋条，这样就增大了热交换器与制冷剂的接触面积，从而最大程度提高了传热效率、增大了外面空气的接触面积和减小了压力损失。
显然，本领域的技术人员可对本发明进行各种变换和改型。因此，本发明包括了落入由权利要求书和它们的等同物限定的保护范围内的对本发明所做的各种变换和改型。

Claims (19)

1.一种热交换器，包括：
第一和第二集箱，制冷剂通过这些集箱流入和流出，第一和第二集箱相互间隔预定距离；
多个制冷剂扁管，每个管具有分别与所述第一和第二集箱相连的相对端，各制冷剂管具有通道，制冷剂通过这些通道分散流动，这些通道相互具有不同的容量，所述第一和第二集箱通过这些通道相互连通；及
冷却部件，它们设置在所述制冷剂管之间，用于散发沿所述管流动的制冷剂的热量。
2.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述各制冷剂管包括多通道结构的制冷剂流动孔，该多通道结构具有至少两种不同的通道容量，以使制冷剂分散并流动。
3.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述通道之间的间隔互不相同。
4.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述通道的宽度互不相同。
5.按照权利要求1所述的热交换器，其中，在所述通道中，当以空气的流动方向为基准规定第一到第n的顺序时，形成在各制冷剂管的前端的第一通道具有最大的通道容量，形成在各扁管后端的第n通道具有最小的通道容量。
6.按照权利要求1所述的热交换器，其中，从形成在所述制冷剂管前端的第一通道向形成在制冷剂后端的第n通道方向，所述制冷剂管的通道容量以预定变化率逐渐减小。
7.按照权利要求6所述的热交换器，其中，所述各制冷剂管的相邻通道按照预定的流量减小/增大率而具有不同的容量。
8.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述通道被分成预定数量的组，并且所述分成组的通道的容量互不相同。
9.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述通道的宽度从形成在制冷剂管前端的第一通道至形成在制冷剂管后端的第n通道以预定变化率逐渐减小。
10.按照权利要求9所述的热交换器，其中，所述相邻的前后通道的通道宽度以6％的减小率减小。
11.按照权利要求9所述的热交换器，其中，所述相邻的前后通道的通道宽度以10％的减小率减小。
12.按照权利要求1所述的热交换器，其中，在所述多个制冷剂管中选择的通道具有相同的通道容量，并具有与相邻通道不同的通道容量。
13.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述管具有制冷剂流动孔，制冷剂通过该孔分散并流动，且限定制冷剂流动孔的内周面形成槽的形状。
14.按照权利要求1所述的热交换器，其中，所述冷却部件包括垂直设置在扁管之间的冷却翅片和以空气流动方向形成在不形成冷却翅片的外表面上的小肋条。
15.一种热交换器，包括：
第一和第二集箱，制冷剂通过这些集箱流入和流出，所述第一和第二集箱相互间隔预定距离，并具有至少一个分隔膜；
多个制冷剂扁管，每个扁管具有分别连接在所述第一和第二集箱之间的相对端，各扁管沿外面空气流动的方向具有多通道，这些通道具有不同的通道宽度，所述第一和第二集箱相互连通，以使制冷剂分散并流动；及
散热部件，包括：以预定的形状设置在所述制冷剂管之间的多个冷却翅片；及在所述制冷剂管的外表面上沿空气流动方向突起的多个小肋条。
16.按照权利要求15所述的热交换器，其中，所述小肋条为三角形形状。
17.按照权利要求15所述的热交换器，其中，所述各管都具有槽形的内周形状。
18.一种热交换器，包括：
第一和第二集箱，制冷剂通过这些集箱流入和流出，所述第一和第二集箱相互间隔预定距离；
多个制冷剂扁管，它们相互间隔开预定距离并连接在所述第一和第二集箱之间，用于使制冷剂分散并流动，所述各制冷剂管都具有多通道结构，其中形成在各管前端并首先接触空气的第一通道具有最大的通道容量，形成在各管后端的第n通道具有最小的通道容量；及
设置在所述制冷剂管之间的冷却翅片，用于散热。
19.一种热交换器，包括：
多个制冷剂扁管，每个扁管具有多通道，所述通道的宽度按外面空气流动方向以预定缩小率逐渐减小，用于流动制冷剂的所述制冷剂管通过所述多通道设置在一对集箱之间；及
设置在所述制冷剂管之间的冷却翅片，用于散热。
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