[发明专利]具有波纹形鳍片的热交换器和具有这种热交换器的空调机

说明书

本发明涉及一种由大量鳍片和制冷剂管构成的热交换器和具有这种热交换器的空调机，其中，鳍片布置成多层结构，制冷剂管插入在多层鳍片内以便延伸成曲折形式。

在传统的热泵式空调机中，在制冷运行过程中，制冷剂按照压缩机、热源侧(室外侧)热交换器、四通切换阀、流量控制阀(膨胀阀)、用户侧(室内侧)热交换器和四通切换阀的顺序回路，而在加热过程中，制冷剂按照与制冷过程的相反方向进行回路。热源侧的热交换器在加热过程中作为蒸发器，而在制冷过程中作为冷凝器。

为了提高这种热交换器的热交换效率，对鳍片的形状提出了各种改进意见。例如，已知的一种其上带有二个截面均为三角形的突体的鳍片，并将鳍片沿空气流动(送风)方向(鳍片的厚度方向)连续地布置。

然而，上述的传统鳍片存在的一个问题是：当空气流过鳍片与制冷剂管进行热交换时，在鳍片表面上不能建立足以促进散热的空气紊流，因此，仍然存在空气的热边界层，以致于热交换效率不高。

考虑到上述问题，可以在鳍片上随机地形成大量的突体以便于促进流过鳍片表面的空气产生紊流。但是在这种情况下，这些随机设置的突体会增加空气流动的阻力，从而显著地降低热交换的效率。

此外，上述传统的空调机使用如R-12或R-50化合物作为制冷剂充填在制冷剂回路管线内。然而，这种化合物因为它们含有氯族元素可能对大气中臭氧层具有破坏作用。因此，为了保护环境，目前使用几乎不含氯族的R-11(氯二氟甲烷)，没有氯族的化合物如R-32(二氟甲烷)、R-125(五氟乙烷)和R-134a(四氟乙烷)，或者这些化合物的混合物(之后称为“HFC基制冷剂(混合制冷剂)”)作为替代制冷剂。当使用这种HFC基制冷剂作为制冷剂时，由于混合制冷剂的固有特性，制冷回路就需要保持在高压和高温状态下。为了避免制冷回路进入异常高压和高温状态，热交换器需要更高的热交换效率。

本发明的一个目的是提供一种能增强其热交换效率的热交换器和一种使用这种热交换器的空调机。

根据本发明的第一方面，一种热交换器，它包括多个以多层结构方式配置的鳍片和插入在多层鳍片内以便于弯曲设置的制冷剂管，该热交换器使空气和制冷剂之间实现热交换，以便完成制冷和/或加热运行，其特征在于，每一鳍片在气流方向上具有波浪形部分，该波浪形部分至少具有二个能够产生足以破坏空气温度边界层的强度的空气紊流的波纹段，而该波纹段对气流的阻力为最小。

在本发明的第一方面的热交换器中，波浪形部分可以包括沿气流方向形成在每一鳍片上的三个波纹段，每个波纹段的截面大体上为三角形。

根据上述的热交换器，由于在热交换器的鳍片上沿气流方向形成三个波纹段，从而能够形成足以破坏温度边界层的紊流，致使热交换效率提高。此外，所形成的紊流对气流的阻力并不增加过高，因而未增加压力损耗。因此，整个热交换器的效率可以得到提高。

在上述的热交换器中，每个鳍片的宽度设定为制冷剂管管径的二到三倍，每个波纹段的宽度设定为基本上三等分鳍片宽度，而所述的波纹段的高度设定为所述的波纹段的宽度的1/7到1/8。

根据上述的热交换器，由于鳍片宽度设定为制冷剂管管径的二到三倍，因此鳍片宽度可以是最小而根据在热交换中的空气和鳍片之间的温度差的热交换效率为最高。即如果鳍片宽度小于制冷剂管管径的二倍，则就不能得到足够的热交换面积。另一方面，如果鳍片宽度超过制冷剂管管径的三倍，则鳍片宽度过大，不论空气和鳍片之间的温度差有多小。

此外，根据上述的热交换器，波纹段的宽度设定为基本上三等分鳍片的宽度(即波纹段宽度基本等于鳍片宽度的三分之一)，而波纹段的高度设定为其宽度的1/7到1/8。因此能够产生破坏空气温度边界层的空气紊流，而对气流的阻力可为最小。

在本发明的第一方面的热交换器中，波浪形部分可以包括沿气流方向形成在每一鳍片上的二个波纹段和设置在波纹段之间的平直部分，每个梯形波纹段的截面为三角形。

根据上述的热交换器，波浪形部分包括两个波纹段和位于波纹段之间的平直部分，因此沿鳍片表面流动的空气中能产生足以破坏空气温度边界层的紊流，因此能够提高热交换效率。此外，对流动的空气的阻力不是过高。从而能够提高整个热交换器的热交换效率。

此外，每一鳍片本身的平直部分增加了防止鳍片表面结霜的排水效果。例如，当上述的热交换器作为室外热交换器时，因为室外热交换器具有良好的排水效果而能有效地完成除霜运行，而且能够抑制室外热交换器上的水的潜热的效果。所以，即使除霜运行已关闭以恢复加热运行，热交换器效率仍能保持在一高水平上。