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CN103477177B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器包括基本上垂直于通过所述热交换器的气流方向设置并设置在基本上沿所述气流方向延伸的多个管排中的多个管。所述热交换器还包括基本上整合到所述多个管的两个或更多个管的多个腹板，其中每个腹板在所述多个管中相邻管之间延伸并连接到所述相邻管。相对于基本上水平的腹板，所述多个管中至少一个管具有纵横比大于1∶1的横切面。

Description

热交换器
发明背景
本文公开的主题涉及热交换器。更具体来说，本公开涉及热交换器的管和翅配置。
微通道热交换器若干年来代表了例如用于汽车和加热、通风和空调(HVAC)应用的热交换器的典型结构。由于比起其他热交换器配置而言这些热交换器紧密、成本相对低且制冷剂容量减小，所以这些热交换器在居住甚至是在航天HVAC产品中的应用越来越广泛。
在微通道热交换器中，液体或两相制冷剂流过挤压管内部的小口。空气流过设置在管之间的折叠翅。由于这个结构的高表面密度和典型管的平面形状，所以这些热交换器易于保留潮湿和冷凝且随后产生积霜问题。当管水平设置时，这特别有问题。水聚集在管的水平表面上，从而导致管表面的较高的流动和传热阻抗以及腐蚀和斑点。
发明概要
根据本发明的一个方面，热交换器包括基本上垂直于通过所述热交换器的气流方向设置并设置在基本上沿所述气流方向延伸的多个管排中的多个管。所述热交换器还包括基本上整合到所述多个管的两个或更多个管的多个腹板，其中每个腹板在所述多个管中相邻管之间延伸并连接到所述相邻管。至少一个腹板具有例如散热孔、耳片或扰流器的增强的表面。(主要权利要求应该是管、腹板和表面增强的组合。我们可具有带某种形式的腹板表面增强的圆形管的配置。我认为这并不包括在权利要求书中。)根据本发明的另一方面，热交换器包括基本上垂直于通过所述热交换器的气流方向设置并设置在基本上沿所述气流方向延伸的多个管排中的多个管。所述多个管中至少一个管包括两个或更多个流体输送路径。多个腹板基本上整合到所述多个管的两个或更多个管。每个腹板在所述多个管中相邻管之间延伸并连接到所述相邻管。
根据本发明的又一方面，一种热交换器包括基本上垂直于通过所述热交换器的气流方向设置并设置在基本上沿所述气流方向延伸的多个管排中的多个管。多个腹板基本上整合到所述多个管的至少两个管。每个腹板在所述多个管中相邻管之间延伸并连接到所述相邻管。多个耳片位于所述多个腹板上基本上垂直于所述气流以在所述气流中产生旋涡。
这些及其他优势和特征将从以下结合附图进行的描述中变得更加显而易见。
附图简述
在说明书结尾的权利要求书中特别指出并明显地请求了被认为是本发明的主题。本发明的上述和其他特征和优势从以下结合附图进行的详细描述中变得显而易见，在附图中：
图1是整体管和翅热交换器的实施方案的透视图；
图2是具有椭圆管的整体管和翅热交换器的实施方案；
图3是具有机翼形状管的整体管和翅热交换器的实施方案；
图4是具有腹板散热孔的整体管和翅热交换器的实施方案；
图5是具有多个腹板散热孔的整体管和翅热交换器的实施方案；
图6是每个管具有多个流体路径的整体管和翅热交换器的实施方案；
图7是每个管具有多个流体路径的整体管和翅热交换器的另一实施方案；
图8是每个管具有多个流体路径的整体管和翅热交换器的又一实施方案；
图9是每个管具有多个流体路径的整体管和翅热交换器的另一实施方案；
图10是包括腹板耳片的整体管和翅热交换器的实施方案；
图11是流过整体管和翅热交换器的实施方案的涡流的示意图；
图12是包括腹板耳片的整体管和翅热交换器的另一实施方案；
图13是流过整体管和翅热交换器的实施方案的涡流的另一示意图；和
图14是热交换器10的另一实施方案。
详细描述通过参照附图举例的方式阐释了本发明的实施方案以及优势和特征。
发明详述
图1示出热交换器10结构。在一些实施方案中，热交换器10是微通道热交换器(MCHX)。热交换器10具有整体式管-翅结构，其中多个管12设置有在多个管12中相邻管12之间延伸并充当这个结构中的翅的多个腹板14。在一些实施方案中，腹板14基本上整合到管12。例如液体或两相制冷剂的制冷剂流16流过多个管12。虽然本申请通篇使用术语“制冷剂流”，但是应理解，任何选定液体、气体或两相流体可为了热传递的目的而流过多个管12。在一些实施方案中，多个管12设置成排18。气流20在多个管12和多个腹板14上方流动，使得热能通过管12和腹板14结构在气流20和制冷剂流16之间传递。在一些实施方案中，气流20的方向基本上垂直于制冷剂流16。
参看图2，管12具有改善气流20因此改善气流20和热交换器10之间的热传递的横切面。在一些实施方案中，如图2示出，管12的横切面是椭圆形或可能是如图3示出的机翼形。椭圆形或机翼形减小管12后面的尾迹大小，从而减小了压降并改善了热传递。参看图4，腹板14包括在腹板14中形成的延伸进入气流20的多个散热孔22。散热孔22例如可通过在散热孔22的三个侧面切开腹板14并把散热孔22折叠放入适当位置的冲压操作来形成，从而在腹板14中产生腹板开口24。在一些实施方案中，散热孔22各自具有基本上平行于气流20对齐的散热孔面42。在一些实施方案中，如图5示出，腹板14在相邻管12之间可配置有多个排的多个散热孔22。比起常规微通道热交换器，使用散热孔22和腹板开口24允许减少材料和制冷剂体积并允许冷凝水通过腹板开口24排水以减小冷凝水/冰积聚和/或腐蚀。
在一些实施方案中，相邻管12之间的腹板14基本上等于腹板长度26。然而，应理解，腹板长度26可视需要而改变。在一些实施方案中，也如图2示出，管12的第一排18a中的管12可沿热交换器10的长度30相对于管12的相邻第二排18b偏移或交错，以允许形成更紧密的结构并增大气流20和制冷剂流16之间的热传递。
现参看图6，在一些实施方案中，期望增大管12之间的距离或减小管12的数量，因为通过腹板14的热传递很高效。另外，减小管12的数量减小了管12与把制冷剂流16分配到管12的顶盖(未示出)的必要连接。然而，只减小管12的数量增大了相同容量和流率的制冷剂流压降。另外，减小管12的数量结合增大管12的横切面积以增大流量导致了热传递的减小，因为管12的水力直径增大且总制冷剂侧热传递区域减小。
图6-8的实施方案通过在多个管12中每个管12中提供多个更小的制冷剂路径32解决了这个问题。如图6、7和8中分别示出，每个管12中可设置两个、三个或四个路径32，以比起具有单个路径的类似尺寸的管12减小了压降同时增大了管12的热传递能力并减小了与顶盖的连接。虽然管12中可能包括超过四个路径32，但是另外的路径的热传递效力将减小，因为最里面的路径的热传导比起最外面的路径将是有限的。如图9示出，可使用具有这些多路径32配置的散热孔22以增大热传递并提供通过腹板开口24的冷凝水排水。
现参看图10，热交换器10可包括扰流器，例如，沿腹板14设置的耳片34。如图11示意性地示出，耳片34穿过气流20设置，以当气流沿腹板14通过时在气流20中产生顺气流方向旋涡36。旋涡36的存在可增大腹板14和气流20之间的热传递。再次参看图10，耳片34是三角形或者可能是其他形状，例如，梯形或不对称多边形等，以产生期望的旋涡36。耳片34可设置在沿管长度38延伸的排40中，其中相邻管12之间有多个排的耳片34，例如，两个或三个排的耳片34。耳片34在第一排40a中的位置可相对于耳片34在第二排40b中的位置交错，或者对齐，这取决于所期望的涡流36。
比较图10和12，可看出，在一些实施方案中，耳片34对齐，使得耳片34的耳片头端42朝向相同的方向，而在如图12示出的其他实施方案中，耳片34或成排的耳片34的耳片头端42可朝向相反方向。另外，如图13示出，耳片34可设置或定向成增大沿腹板14的旋涡36的强度。
参看图14，在一些实施方案中，腹板14可能不是基本上平坦的，而可能是波纹或褶皱形状以进一步对气流20具有期望的影响，例如，产生增大的涡流。波纹腹板14可结合散热孔22和/或耳片34使用。
虽然已结合仅有限数量的实施方案来详细描述了本发明，但是应易于理解本发明并不限于所公开的实施方案。相反，可修改本发明以并入本文未描述但与本发明的精神和范围相应的任何数量的变形、改变、替换或等效配置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但是应理解，本发明的各方面可仅包括所述实施方案中的一些实施方案。因此，本发明不应视为由以上描述所限制，而仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (9)

1.一种热交换器，包括：
基本上垂直于通过所述热交换器的气流方向设置并设置在基本上沿所述气流方向延伸的多个管排中的多个管；
基本上整合到所述多个管的至少两个管的多个腹板，其中每个腹板在所述多个管中相邻管之间延伸并连接到所述相邻管；和
设置在所述多个腹板上基本上垂直于所述气流以在所述气流中产生旋涡的多个耳片；
其中，布置在所述多个管的第一对相邻管之间的第一组耳片沿共同的第一方向延伸，且布置在所述多个管的第二对相邻管之间的第二组耳片沿共同的第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向不同。
2.如权利要求1所述的热交换器，其中所述多个耳片基本上是三角形或梯形。
3.如权利要求1所述的热交换器，其中相对于基本上水平的腹板，所述多个管中至少一个管具有纵横比大于1:1的横切面。
4.如权利要求1所述的热交换器，其中所述多个管中至少一个管具有椭圆形或机翼形状的横切面。
5.如权利要求3所述的热交换器，其中所述多个管中至少一个管包括两个或更多个流体输送路径。
6.如权利要求4所述的热交换器，其中所述至少一个管的流体输送路径的数目在2到4的范围内。
7.如权利要求1所述的热交换器，还包括设置在所述多个腹板中的一个或多个散热孔。
8.如权利要求6所述的热交换器，还包括设置在所述多个管的相邻管之间的腹板上的两个或更多个散热孔排中的两个或更多个散热孔。
9.如权利要求7所述的热交换器，其中所述一个或多个散热孔具有基本上平行于所述气流方向对齐的散热孔面。
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