專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于空調(diào)、冷凍等方面的、流體之間間接進(jìn)行熱傳遞的熱交換器。
JP56-56590公開了一種熱交換器，這類熱交換器由銅管和散熱片組成，由U形彎管將銅管相互連接起來的，散熱片由鋁一類材料制成。在熱交換器中，銅管內(nèi)部流動的冷卻介質(zhì)和在散熱片之間流動的空氣進(jìn)行熱交換。
近年來，人們希望這種熱交換器向小型化、高性能化發(fā)展，但由于噪音等問題的存在，現(xiàn)在散熱片間的空氣流速一直被限制得很低，同管內(nèi)部的熱阻相比，空氣的熱阻極高。因此，雖然采用大幅度擴(kuò)大空氣的傳熱面積，可以減少空氣熱阻與管內(nèi)部熱阻之差距，但是，由于受到傳熱面積不能無限增大的限制，至今空氣的熱阻還是大大超過管內(nèi)的熱阻。
因此，近年來，人們正試圖將散熱片的表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぃ箍諝夂蜕崞g的熱阻減少。
現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)改進(jìn)過的熱交換器中如

圖1和圖2所示。在這種熱交換器中，對散熱片表面進(jìn)行加工，加工部位呈柵片狀(即在散熱片上切口并將其突起)，因此，這種散熱片比普通的平板散熱片的表面熱阻要低40～50%。
冷卻介質(zhì)在銅管的內(nèi)部流動，其中的熱量從與銅管相配合的散熱片套圈傳到散熱片及橋形柵片上。另一方面，按箭頭方向由風(fēng)扇傳送過來的空氣在散熱片之間通過，同時和與其具有溫度差的散熱片表面進(jìn)行熱交換。在這一作用條件下，冷卻介質(zhì)與空氣的熱交換便持續(xù)進(jìn)行下去。但是，雖然這種具有柵片的散熱片同表面未加工的散熱片相比較，表面熱阻減少了，但仍然遺留下一些尚未徹底解決的問題。如(1)由于下游的銅管傳出的熱流，受到位于其正上方或正下方的橋形柵片的阻礙，因此使整個散熱片的熱阻增加，散熱片的效率降低，(2)橋形柵片以及散熱片與空氣流動方向是平行的，而且其結(jié)構(gòu)并不能造成較大的紊流，因此，流動在散熱片之間的空氣流很難混合，使散熱片表面的熱阻增加;(3)由于傳熱管處的尾流而產(chǎn)生的死區(qū)，在橋形柵片中占了很大的面積，從而使本來熱阻很低的橋形柵片的有效面積降低，并使單位面積的熱阻增加;(4)空氣流在傳熱管之間流動，但由于受到其間橋形柵片的片腳的阻擋，使空氣流動阻力增大等等。
鑒于如上所述，本發(fā)明的目的是提供一種由帶百葉窗形或橋形柵片組的散熱片和傳熱管組成的熱交換器，這種熱交換器的結(jié)構(gòu)不妨礙散熱片內(nèi)熱流的流動，但氣流中產(chǎn)生渦流和紊流，促使氣流混合，降低散熱片的熱阻，改進(jìn)傳熱效果。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案，即在本發(fā)明的熱交換器中，裝有以一定間隔平行設(shè)置的其間有氣流流動的平板散熱片，以及垂直插入該平板散熱片且內(nèi)部有流體流動的傳熱管，在上述散熱片上橫跨在上述傳熱管之間和列之間，設(shè)有多組由多個連續(xù)地沿氣流方向設(shè)有開口的窗形或橋形柵片組成的柵片群，而且，上述柵片同上述散熱片相連接處的片腳連線的延長線，與上述散熱片的前緣或后緣相交成垂直以外的角度。
現(xiàn)將采用上述技術(shù)方案的熱交換器的工作情況敘述如下(1)由于柵片是連續(xù)地設(shè)在傳熱管之間及列之間，特別是當(dāng)柵片為橋形柵片時，流入散熱片之間的氣流中，其流動在柵片內(nèi)部的氣流和流動在柵片外部的氣流的流動方向不同，因此氣流之間會產(chǎn)生側(cè)滑，出現(xiàn)紊流;(2)由于柵片的片腳同氣流方向保持一個角度，形成二維流動造成渦流，使氣流發(fā)生旋轉(zhuǎn)的同時，便可使散熱片間的氣流得到混合;(3)由于柵片在傳熱管管間及列間都有傾角，故柵片不會對其前后傳熱管的熱流產(chǎn)生妨礙，從而使散熱片效率的降低少。(4)氣流中產(chǎn)生紊流，使氣體流向傳熱管的尾流部分，從而減少了死區(qū)。
因此，這種帶散熱片的熱交換器，具有比現(xiàn)有的熱交換器更低的熱阻。
在本發(fā)明的第二種熱交換器中，裝有以一定間隔平行設(shè)置的，其間有氣流流動的平板散熱片;裝有垂直插入該平板散熱片且其內(nèi)部有流體流動的傳熱管;在該平板散熱片上的上述傳熱管之間，設(shè)有迎著氣流方向兩側(cè)邊開口的橋形或窗形柵片群A，所說各柵片群中柵片的片腳連線與上述平板散熱片的前緣的法線方向成一個角度，在上述傳熱管的氣流上游及下游未設(shè)上述柵片群A的上述平板散熱片的位置上，設(shè)有迎著氣流方向的兩側(cè)邊進(jìn)行開口加工，另外兩側(cè)為片腳的橋形或窗形柵片群B、C，位于上述傳熱管的氣流上游側(cè)的柵片群B中的各柵片的片腳沿氣流方向而相互靠近，使其連線與上述平板散熱片的前緣法線成一個角度，而位于氣流下游的柵片群C中的各柵片的片腳沿氣流方向相互遠(yuǎn)離，使其連線亦與上述平板散熱片的前緣法線成一個角度。
采用上述技術(shù)方案，可減少氣流下游的柵片落入溫度邊界層中的部分，其中溫度邊界層是由上方柵片所產(chǎn)生的，這樣便可使柵片上的邊界層前緣效果非常明顯，從而提高了散熱片的傳熱性能。而且，由于柵片片腳同氣流方向有一個角度，使流動在柵片內(nèi)部的氣流同流動在外部的氣流相混合，這種混合效果可促進(jìn)傳熱的進(jìn)行。進(jìn)一步地說，片腳可造成旋轉(zhuǎn)的氣流，攜帶著這種旋轉(zhuǎn)成分的氣流可提高上述的混合效果，同時還可明顯減少傳熱管尾流部分的死區(qū)，從而增大了散熱片面積，大大提高了傳熱性能。
因此，在帶有散熱片的熱交換器的小型高性能化方面，獲得了非常明顯的效果。
同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的特點和積極的效果如下在本發(fā)明中，在散熱片上傳熱管之間裝有多列連續(xù)地沿氣流方向開口的窗形或橋形柵片，而且柵片的片腳延長線同散熱片的前緣或后緣相交成一個角度，因此，本發(fā)明的熱交換器具有如下效果(1)在流動于散熱片間的氣流中造成紊流和渦流，使散熱片表面熱阻顯著減少;(2)柵片在傳熱管之間及柵片列之間均有一傾角，減小了由于柵片截斷熱流帶來散熱片效率的降低;(3)柵片片腳對氣流的阻礙很小，使壓力損失降低;(4)在氣流中造成紊流，使氣流向傳熱管尾流部分流動，從而減少死區(qū)，增加了有效傳熱面積。由于如上所述的積極效果使得在制造與以前的熱交換器具有相同換熱能力的帶散熱片的熱交換器時，可大幅度減少散熱片的傳熱面積，實現(xiàn)明顯的小型化，且成本也可大幅度降低。另外，如果按照本發(fā)明制作一種具有與現(xiàn)有換熱器傳熱面積相同的熱交換器，便可以顯著提高其熱交換能力。因此，如果把本發(fā)明的帶散熱片的熱交換器應(yīng)用在熱泵上的話，則可提高EER(能量的效率比)。
因此，實施本發(fā)明可以獲得高性能小型化的帶散熱片的熱交換器，其效果明顯。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步描述。
附面簡單說明如下圖1為現(xiàn)有技術(shù)的熱交換器的透視圖;
圖2中的圖(a)為該熱交換器中的散熱片的平面圖，圖(b)為該熱交換器中的散熱片的沿E-E線的剖視圖;
圖3為本發(fā)明的一個實施例的一種熱交換器，其中圖(a)為平面圖，圖(b)為該圖(a)的C-C剖面圖，圖(c)為該圖(a)的D-D剖面圖;
圖4為本發(fā)明的另一個實施例的熱交換器的平面圖;
圖5為圖4中的F-F′面的剖面圖;
圖6為圖4的G-G′面剖面圖。
圖3所示為本發(fā)明的一個實施例，圖3(a)為熱交換器的平面圖，圖3(b)為C-C剖面圖，圖3(c)為D-D剖面圖，16a、16b、16c為銅管，17為散熱片上經(jīng)過內(nèi)緣翻邊加工過的散熱片套圈，19、20為橋形柵片。銅管16a、16b、16c的內(nèi)部流動著冷卻介質(zhì)，該冷卻介質(zhì)中的熱，向銅管16a、16b、16c，散熱片套圈17、散熱片18及橋形柵片19或20傳導(dǎo)。另一方面，沿21方向流動的空氣在通過散熱片之間時，與冷卻介質(zhì)通過散熱片18(包括柵片19、20、散熱片套圈17)間接進(jìn)行熱交換。由于柵片19從上游向下游連續(xù)地設(shè)置，因此，氣流分為在柵片19的內(nèi)部和在柵片19的外部流動的這樣兩部分，并產(chǎn)生紊流。同時可降低壓力損失。另外，連接到散熱片18處的柵片19的片腳19a、19b相對于空氣流有一傾角，故在沖擊到片腳的氣流和通過的氣流之間產(chǎn)生干涉，造成渦流。該渦流一面在散熱片18上下面旋轉(zhuǎn)，一面前進(jìn)，故氣流在散熱片之間得到很好的混合。這些由于氣流的滑移而產(chǎn)生的紊流和渦流，造成了散熱片間氣流的混合，從而大大減少了散熱片18表面的熱阻。位于銅管16a、16b之間的橋形柵片20與散熱片18上銅管16a、16b的中心連線幾乎平行，因此，熱流沿著與傳熱管16a、16b、16c的連線幾乎平行的方向流動。在本發(fā)明的一個方案中，就是使柵片19、20的片腳總是大體上在這條連線上與管相銜接，故很少阻礙熱流流動，散熱片效率的降低也較小。另外，因柵片20及19的片腳中的一部分位于銅管16a、16b的尾流部分，故可使氣流向死區(qū)流動，或者說是利用紊流來減少死區(qū)，這樣便增加了有效傳熱面。
在本方案中，柵片19或20的形狀為一上一下地向兩面突起的橋形，但如果采用單側(cè)柵片或柵片突起面向氣流方向傾斜的窗形柵片的話，也可取得幾乎與上面相同的效果。
本實施方案是在傳熱管之間的散熱片上，沿氣流方向多列連續(xù)地設(shè)置開口的窗形或橋形柵片，而且由于柵片的片腳是與散熱片的前緣或后緣成一角度的，故具有如下效果(1)在流動于散熱片間的氣流中產(chǎn)生紊流和渦流，使散熱片表面的熱阻顯著降低，(2)由于在傳熱管之間及在列之間的柵片有一個傾角，故由于柵片影響傳熱所造成的散熱片效率的降低就很少，(3)片腳對氣流的阻礙減小，壓力損失降低;(4)氣流中有紊流，使氣流流向傳熱管的尾流區(qū)域，從而減少了死區(qū)，增加了有效傳熱面積，等等。正是由于這些效果，將使其與現(xiàn)有技術(shù)的具有同等換熱能力的熱交換器相比，可大大減少其散熱片的面積。因此，既可以實現(xiàn)比現(xiàn)有技術(shù)更小型的熱交換器，又可顯著降低成本。另外，如果采用與現(xiàn)有技術(shù)相同的傳熱面積的話，便可顯著增加熱交換器能力。如果將本發(fā)明的熱交換器用于熱泵等，可提高EER(能量的效率比)。
下面，參照附圖就本發(fā)明的第二實施例進(jìn)行說明。圖4為本發(fā)明第二實施例的帶散熱片的熱交換器中的散熱片的平面圖;圖5為圖4中的F-F′剖面圖，圖6為從氣流方向看的柵片的剖面圖。
如圖4所示，傳熱管24插進(jìn)以一定的間隔設(shè)在平板散熱片22上經(jīng)內(nèi)緣翻邊加工過的套圈23中，氣流按箭頭25所示方向流入。
在平板散熱片22上，設(shè)置有使與氣流25相對的兩側(cè)邊28a、28b開口的柵片群A26，其中，兩側(cè)邊28a、28b平板散熱片熱片22的前緣平行，且未開口的兩側(cè)邊(即柵片片腳)29a、29b與平板散熱片22的前緣成一角度，且各側(cè)邊29a及29b相互平行。還有，在上述平板散熱片22上，在傳熱管24的氣流上游和下游未設(shè)置上述柵片群A26的地方，分別設(shè)置使兩側(cè)邊30a、30b開口的柵片群B27a和C27b，其中，兩側(cè)邊30a、30b、與平板散熱片22的前緣平行，而未開口的兩側(cè)邊(柵片片腳)31a、31b、32a、32b與平板散熱片的前緣成一角度，在位于傳熱管的氣流上游處的柵片群B27a中，片腳31a、31b沿氣流方向互相合攏，而在位于傳熱管的氣流下游處的柵片群C27b中，片腳32a、32b互相分離(即沿氣流方向，兩片腳相距越來越遠(yuǎn))。
本實施例的作用如下(1)狹縫形或窗形柵片上開口的兩側(cè)均為逐一偏置設(shè)置，故位于氣流下游的柵片中，總是有些部分位于由上游側(cè)柵片產(chǎn)生的溫度邊界層之外，這部分的傳熱性能是比較好的。(2)柵片群A26在傳熱管間與散熱片前緣成一角度，故流動在柵片內(nèi)部和外部的氣流具有不同的流動方向，使氣流間產(chǎn)生滑移和紊流。該紊流具有破壞在柵片處產(chǎn)生的溫度邊界層的作用，提高了散熱片的傳熱性能。(3)柵片上未開口的兩側(cè)邊(柵片片腳)29、31、32均與氣流方向成一角度，故于片腳產(chǎn)生帶有旋轉(zhuǎn)成分的氣流，該旋轉(zhuǎn)成分是由二維流造成的。該帶有旋轉(zhuǎn)成分的氣流可以(Ⅰ)使在柵片處進(jìn)行熱交換后的氣體，與新鮮氣體進(jìn)行混合;(Ⅱ)其中帶有向傳熱管的氣流尾處流動的旋轉(zhuǎn)成分，故可減少死區(qū)、擴(kuò)大散熱片的有效傳熱面積。(4)在柵片群B27a中，帶有與上述相同的旋轉(zhuǎn)成分的氣流于柵片片腳31a、31b處產(chǎn)生，該氣流可以(Ⅰ)直接作用于傳熱管處的散熱片套圈23上，可提高該部分的傳熱性能;(Ⅱ)在流向氣流下游的柵片群的氣流中，產(chǎn)生紊流，從而提高散熱片的傳熱性能。(5)在柵片群C27b中，柵片中開口的兩側(cè)邊30a、30b沿氣流方向逐漸擴(kuò)大間距，故使氣流轉(zhuǎn)向傳熱管的尾流區(qū)域，從而有效地減少了死區(qū)的面積。而且，于片腳32a、32b產(chǎn)生的帶有旋轉(zhuǎn)成分的氣流，也可有效地減少死區(qū)面積，并促進(jìn)氣流下游的紊流的生成，使散熱片的傳熱性能提高。(6)柵片片腳在傳熱管間均勻設(shè)置，使從上游向下游流動的壓力損失均勻化，并使傳熱管間的氣流速度均勻化，因此，可達(dá)到有效的前緣效果。因此，可在柵片部分獲得顯著的高熱傳導(dǎo)率。另外，在柵片群A、B、C中的各柵片中，柵片方向均勻交錯突出在平板散熱片22的上下表面上。而且，若使上述柵片方向為一上一下的兩片柵片為一對，將這樣的一對柵片與相鄰的一對柵片之間空出間隔，即在對與對之間，在平板散熱片22上有一部分未經(jīng)過開口突起處理的地方，則這樣制出的散熱片同樣具有如上作用。這就是說，本發(fā)明為在散熱片上的傳熱管之間，設(shè)置在相對于氣流方向的部分開口的橋形或窗形柵片群A、B、C，各柵片群的柵片片腳分別與散熱片前緣成一角度，因此，在散熱片間流動的氣流中，將產(chǎn)生帶有旋轉(zhuǎn)成分的氣流和紊流，充分體現(xiàn)出氣流的混合效果，促進(jìn)紊流的效果，減少死區(qū)的效果，以及由于氣流速度均勻化帶來的邊界層前緣效果，顯著提高散熱片的傳熱性能。因此，可顯著提高熱交換器的傳熱性能，實現(xiàn)熱交換器的小型高性能化。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，其中裝有以一定間隔平行設(shè)置的、其間有氣流流動的平板散熱片，以及垂直插入該平板散熱片，且內(nèi)部有流體流動的傳熱管，本發(fā)明的特征是在上述散熱片上，設(shè)有多組由多個連續(xù)的窗形或橋形柵片組成的柵片組，上述窗形或橋形柵片橫跨在上述傳熱管之間和傳熱管的排與排之間，且在氣流方向上有開口，而且上述柵片與上述散熱片相連接處的片腳的連線，與上述散熱片的氣流側(cè)或氣流尾側(cè)的邊線形成一個傾角。
2.按照權(quán)利要求1所述的熱交換器，本發(fā)明的特征是連結(jié)柵片片腳的連線，在柵片組之間相互交叉。
3.按照權(quán)利要求1所述的熱交換器，本發(fā)明的特征是各組中柵片片腳的連線與傳熱管之間的連線相平行或垂直。
4.按照權(quán)利要求1所述的熱交換器，本發(fā)明的特征是位于傳熱管排與排之間的橋形柵片的幾個柵片平面，向上述散熱片的平面傾斜。
5.一種熱交換器，其特征為它有以一定間隔平行設(shè)置的、其間有氣流流動的平板散熱片，以及垂直插入該平板散熱片，且內(nèi)部有流體流動的傳熱管，在上述平板散熱片中插入的上述傳熱管的管相互之間，使對著氣流的兩邊制出百葉開口，成為橋形或百葉窗形的柵(百葉)片組A(26)，上述各柵片組的腳部縱列做成和上述平板散熱片的前緣的法線方向有一定的角度，在上述傳熱管的氣流上游和下游的上述平板散熱片的不設(shè)上述柵片組A的部分，使對著氣流的兩邊開成百葉窗，在其他的兩邊設(shè)置用作腳部的橋形或百葉窗形柵片組B(27a)、C(27b)，在上述傳熱管的氣流上游的柵片組B上的各柵片的腳部，做成向著氣流下游相互接近那樣地和上述平板散熱片的前緣的法線方向成一定的角度，并且在氣流下游的柵片組C上的各柵片的腳部，做成向著氣流下游相互離開那樣地和上述平板散熱片的前緣的法線方向成一定的角度。
6.按照權(quán)利要求5所述的散熱片或熱交換器，本發(fā)明的特征是橋形或窗形柵片群A、B、C中的各個柵片的突起方向，交互突出在散熱片的上面和下面。
7.按照權(quán)利要求5所述的熱交換器，本發(fā)明的特征是各組中的柵片片腳的連線，與傳熱管間的相互連線相平行或垂直。
8.按照權(quán)利要求5所述的熱交換器，本發(fā)明的特征是使位于傳熱管排與排之間的橋形柵片中的幾個柵片平面向上述散熱片平面傾斜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱交換器，它由多片平行設(shè)置的散熱片和多根垂直插入該散熱片的傳熱管組成。在該平板散熱片上的傳熱管之間的位置上設(shè)有柵片群，該柵片面對氣流方向的兩側(cè)邊開口，該柵片群與上述散熱片相連接處的柵片片腳，與散熱片前緣或后緣的法線方向成一個角度，柵片沿氣流方向連續(xù)設(shè)置，因此，在流動于散熱片之間的氣流中可產(chǎn)生帶有旋轉(zhuǎn)成分的氣流和紊流，并可顯著地達(dá)到混合氣流、促進(jìn)紊流、減少死區(qū)以及氣流速度均勻化帶來的邊界層前緣效果，從而提高散熱片的傳熱性能。
文檔編號F28D1/053GK1048592SQ90106948
公開日1991年1月16日 申請日期1985年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1985年1月25日
發(fā)明者田中博由, 安立正明, 津田善行, 青山繁男, 丹野聡, 加藤薰 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社, 松下冷機(jī)株式會社