專利名稱：一種具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片，特別是應(yīng)用于空調(diào)機及一般氣冷式熱交換器等熱交換裝置上，以產(chǎn)生擾流效果并促進熱傳效率的肋條型渦流產(chǎn)生器。
因此，由于紊流與不穩(wěn)定流的產(chǎn)生而導(dǎo)致流體混合的狀況將因其紊流與不穩(wěn)定流的增大而增加。故，如何將壓差降至最小，而紊流與不穩(wěn)定流產(chǎn)生最大，而致流體的混合度最高，以達到最好的熱傳效果，仍在努力提升中。于是，如何改進目前傳統(tǒng)的渦流產(chǎn)生器的形狀，將是當(dāng)前重要的課題。
中國臺灣專利公告號第446109號公開了本案申請人申請的專利技術(shù)。在446109號案中是在散熱鰭片的冷媒導(dǎo)管周緣布設(shè)有若干‘圓弧狀’且為‘等高突起’的擾流凸部結(jié)構(gòu)，其熱傳效果確實因擾流凸部的設(shè)置而有所提高。然而，本申請人秉持一貫精益求精的精神，始終不斷致力研發(fā)，希望能自我突破研究出擾流效果更佳、而氣流壓差卻相對更小的渦流產(chǎn)生器，裨能進一步設(shè)計出熱傳效果更好的熱交換鰭片。
本實用新型的上述目的可以這樣實現(xiàn)，一種具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片，其中至少一冷媒導(dǎo)管，穿設(shè)于該鰭片上，依據(jù)一流體流過該冷媒導(dǎo)管的方向定義有一前端流體入口及一后端流體出口；以及，至少一肋條型渦流產(chǎn)生器，各肋條型渦流產(chǎn)生器分別包括有若干擾流凸塊，各擾流凸塊均呈凸起的狹長直肋條狀且其兩末端凸起的高度不同而具有一較高端與一較低端，各擾流凸塊是環(huán)繞分布于冷媒導(dǎo)管周緣且相互間隔一適當(dāng)距離，并且，位于冷媒導(dǎo)管前端流體入口處的擾流凸塊的較高端是向前朝向流體入口處方向，而位于冷媒導(dǎo)管后端流體出口處的擾流凸塊的較高端則是向后朝向流體出口處方向。
本實用新型的上述目的還可以這樣實現(xiàn)，一種具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片，包括多個鰭片，各鰭片是平行間隔設(shè)置，使相鄰鰭片之間可供一流體流通；多個冷媒導(dǎo)管，貫穿于各鰭片之間，并且，依據(jù)該流體流過該冷媒導(dǎo)管的方向定義有一位于冷媒導(dǎo)管前端的流體入口及一位于冷媒導(dǎo)管后端的流體出口；以及，多個肋條型渦流產(chǎn)生器，分別對應(yīng)環(huán)繞設(shè)置于各冷媒導(dǎo)管周緣且與冷媒導(dǎo)管相隔一適當(dāng)間距，每一肋條型渦流產(chǎn)生器均是分別包括有若干擾流凸塊，各擾流凸塊均呈凸起肋條狀且其兩末端凸起的高度不同而具有一較高端與一較低端，各擾流凸塊是環(huán)繞分布于冷媒導(dǎo)管周緣且是相互間隔一適當(dāng)距離，并且，位于冷媒導(dǎo)管前端流體入口附近處的擾流凸塊的較高端是向前朝向流體入口處方向，而位于冷媒導(dǎo)管后端流體出口附近處的擾流凸塊的較高端則是向后朝向流體出口處方向。
為進一步對本實用新型有更深入的說明，
以下結(jié)合附圖對及實用新型進行詳細說明。


圖1是本實用新型的肋條型渦流產(chǎn)生器以單一鰭片為例說明的較佳實施例立體示意圖。
圖2是圖1中的其中的一肋條型渦流產(chǎn)生器與冷媒導(dǎo)管的部份放大圖標。
圖3是本實用新型使用染料注射法技巧的鰭片表面的冷媒導(dǎo)管與肋條型渦流產(chǎn)生器之間的流體軌跡示意圖。
圖4是本實用新型使用染料注射法技巧的鰭片表面冷媒導(dǎo)管后方的流體軌跡示意圖。
圖5是本實用新型使用染料注射法技巧的鰭片表面的流體軌跡示意圖。
圖6A及圖6B分別是肋條型渦流產(chǎn)生器、平板型鰭片與VG5型渦流產(chǎn)生器的壓降實驗資料統(tǒng)計表與統(tǒng)計圖。
圖7A與圖7B是本實用新型的肋條型渦流產(chǎn)生器的擾流凸塊的兩個不同實施例。
附圖標號說明10、10a、10c冷媒導(dǎo)管；11、11d、11e第一擾流凸塊；111、111d、111e較低端；113、113d、113e較高端；12第二擾流凸塊；121較低端；123較高端；13、13a、13b、13d、13e第三擾流凸塊；131、131d、131e較低端；133、133d、133e較高端；14、14b第四擾流凸塊；141較低端；143較高端；15散熱鰭片；16左染料軌跡；17右染料軌跡；18旋轉(zhuǎn)渦流；19流體入口；21流體出口；A流體流動方向；
目前市面上可見的傳統(tǒng)熱交換器大多具有復(fù)數(shù)片散熱鰭片且各鰭片是相互平行間隔設(shè)置，以供流體(氣流或液流)由各散熱鰭片之間流過并進行熱交換。然而，為求敘述上的方便，以下的本實用新型實施例說明將僅以單一鰭片進行介紹，然而，本實用新型的具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片同樣適用于具有復(fù)數(shù)片散熱鰭片的熱交換器。
請參閱圖1及圖2，其是本實用新型以單一散熱鰭片15進行說明的較佳實施例。如圖所示，于該散熱鰭片15上是設(shè)有多數(shù)個冷媒導(dǎo)管10。該多數(shù)個冷媒導(dǎo)管10是以交錯式(stagger)的排列方式布設(shè)于鰭片15上，且每一冷媒導(dǎo)管10周緣均設(shè)置有一肋條型渦流產(chǎn)生器(未編圖號)。各冷媒導(dǎo)管10及其周緣的肋條型渦流產(chǎn)生器相互交錯布設(shè)于鰭片15表面，以促進流體流經(jīng)過鰭片15時的紊流及擾動現(xiàn)象。而若依據(jù)流體(可為氣體流或是液體流)流經(jīng)過該冷媒導(dǎo)管10的方向A來進行前后方向的定義時，將可針對每一冷媒導(dǎo)管10分別定義出一位于冷媒導(dǎo)管10前端的流體入口19、以及一位于冷媒導(dǎo)管10后端的流體出口21。
各肋條型渦流產(chǎn)生器是分別由若干擾流凸塊所構(gòu)成，于本較佳實施例中，每一肋條型渦流產(chǎn)生器是包括有四個擾流凸塊，分別為第一擾流凸塊11、第二擾流凸塊12、第三擾流凸塊13、及第四擾流凸塊14，當(dāng)然，于其它的實施例中該肋條型渦流產(chǎn)生器亦可具有不同數(shù)量的擾流凸塊。各擾流凸塊11、12、13、14均呈凸起的狹長直肋條狀結(jié)構(gòu)，且各擾流凸塊11、12、13、14的狹長方向上的兩末端凸起高度不同，但寬度則相同，而具有一較高端113、123、133、143與一較低端111、121、131、141，使各擾流凸塊11、12、13、14的頂面并非水平面而是自較高端113、123、133、143逐漸下傾斜至較低端111、121、131、141處。各擾流凸塊11、12、13、14是環(huán)繞分布于一冷媒導(dǎo)管10周緣且是相互等距間隔一適當(dāng)距離。由于本實施例中的冷媒導(dǎo)管10是圓形管，所以各狹長直肋條狀的擾流凸塊11、12、13、14的狹長延伸的方向?qū)⑹瞧叫杏诶涿綄?dǎo)管10的切線方向為佳，且各擾流凸塊11、12、13、14是大致將冷媒導(dǎo)管10周緣的相位等分。并且，位于冷媒導(dǎo)管10前端流體入口19處的一對擾流凸塊11、13的較高端113、133是向前朝向流體入口19處方向，而位于冷媒導(dǎo)管10后端流體出口21處的另一對擾流凸塊12、14的較高端123、143則是向后朝向流體出口21處方向。如此一來，各擾流凸塊11、12、13、14的較低端111、121、131、141則將位于冷媒導(dǎo)管10旁側(cè)且是在流體入口19與流體出口21之間近中間附近處。一般而言，本實用新型的擾流凸塊11、12、13、14的較高端113、123、133、143的高度，是以不大于兩平行設(shè)置的鰭片15之間之間隔距離的二分的一為較佳。至于該擾流凸塊的較低端111、121、131、141，于本較佳實施例中則是貼平于鰭片15表面，然而，其亦可能是略高于鰭片15表面。
于以下的說明中，由于大部份組件是相同于前述實施例，因此，相同或類似的組件將給予相同的命名及編號、或是僅在原編號后增加一英文字母茲以辨別且不再予以贅述，和先敘明。
如圖3所示，其是本實用新型使用染料注射法技巧的鰭片表面的單一冷媒導(dǎo)管與兩對肋條型渦流產(chǎn)生器流體軌跡的示意圖。雷諾數(shù)Re＝1000的染料軌跡情形，測試樣品為放大尺寸的交錯排列鰭管式熱交換器，空氣進入熱交換器后，撞擊到冷媒導(dǎo)管10a的馬蹄型渦流(左染料軌跡16)因第三擾流凸塊13a的影響，產(chǎn)生逆向旋轉(zhuǎn)的渦流，因而大幅增加渦流的運動，使得流體混合效果更佳。而撞擊到相對位置的另一對肋條型渦流產(chǎn)生器的第三擾流凸塊13b的右染料軌跡17同樣也產(chǎn)生逆向旋轉(zhuǎn)的渦流，此逆向旋轉(zhuǎn)的渦流橫越下游的第四擾流凸塊14b時，將會改變渦流的旋轉(zhuǎn)方向，此渦流可將新鮮流體卷入熱交換器表面，增加其熱傳效果。
圖4是本實用新型使用染料注射法技巧的鰭片表面冷媒導(dǎo)管后方的流體軌跡示意圖。冷媒導(dǎo)管10c后方會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)渦流18，此渦流除了可以改善冷媒導(dǎo)管10c后方停滯區(qū)的熱傳的外，并可將新鮮氣流卷入熱交換器表面，增加其熱傳效果。此一設(shè)計與傳統(tǒng)型百葉窗(Louver)、裂口(Slit)型式的設(shè)計關(guān)念有很大的不同，前者是以破壞熱邊界層的方式來提升熱傳性能，但同時更大幅增加了壓損，本實用新型可適度提升熱傳，但熱交換器的壓損又不會大幅增加。以下將由實際的數(shù)值進行驗證。
如圖5所示，其是本實用新型使用染料注射法技巧的鰭片表面的流體軌跡示意圖。該圖是根據(jù)實驗的實際狀況所繪的流體軌跡示意圖，若與附圖3及圖4所示的流體流過渦流產(chǎn)生器的軌跡示意圖比對，將可明顯地比對出圖5在藉由該渦流產(chǎn)生器的各個肋條型凸部引導(dǎo)流體由流體入口進入，沿著渦流產(chǎn)生器與冷媒導(dǎo)管間的信道流動，再由流體出口流出所引起的渦流與卷流的復(fù)雜度的提升。因著其間的流體擾動增加，且將冷媒導(dǎo)管后方流體出口的尾流區(qū)的尾流帶出。因此可知，本實用新型的紊流與不穩(wěn)定流、渦流與卷流的產(chǎn)生量的加增而導(dǎo)致流體混合的狀況隨的增加。
圖6A及圖6B分別是本實用新型肋條型渦流產(chǎn)生器、傳統(tǒng)平板型鰭片、以及VG5型渦流產(chǎn)生器的壓降實驗資料統(tǒng)計表與統(tǒng)計圖。其中，該VG5型渦流產(chǎn)生器是依據(jù)中國臺灣專利公告446109號所揭露的‘圓弧狀’且為‘等高突起’的擾流凸部結(jié)構(gòu)所設(shè)計出的渦流產(chǎn)生器。該實驗的范圍是從Re＝500到Re＝5000。從三種數(shù)值看來，本實用新型的肋條型渦流產(chǎn)生器的壓降是介于中間的，因此得知本實用新型的肋條型渦流產(chǎn)生器的設(shè)計在壓降方面較傳統(tǒng)技術(shù)的VG5型為佳，亦即，本實用新型的肋條型渦流產(chǎn)生器的壓降相對于傳統(tǒng)VG5型渦流產(chǎn)生器而言是壓降較小。
對于本實用新型的肋條型渦流產(chǎn)生器的各項效能，在圖5的軌跡圖標與圖6的實際數(shù)值都在在顯示了其充分達到本實用新型的目的，即降低壓降量與提高渦流量的目的?；诠?jié)約能源的考量，開發(fā)更高效率，更省能源的機型已成為當(dāng)前的重要目標，而使用本實用新型的肋條型渦流產(chǎn)生器的技術(shù)，將有助于此一目標的達成。
雖然，如前所述的本實用新型的肋條型渦流產(chǎn)生器的較佳實施例中，其擾流凸塊均是兩末端高度不同，但寬度維持相同不變的狹長直條狀結(jié)構(gòu)。然而，該擾流凸塊亦可為其它的構(gòu)型。例如，如圖7A所示的實施例中，該擾流凸塊11d、13d是兩末端高度與寬度均不相同的狹長直肋條狀結(jié)構(gòu)，且擾流凸塊11d、13d的較高端113d、133d的寬度是大于較低端111d、131d的寬度。又如圖7B所示，為擾流凸塊11e、13e的又另一較佳實施例，其中，該擾流凸塊11e、13e的較高端113e、133e的寬度是小于較低端111e、131e的寬度。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，而不是用來限定本實用新型的范圍。因此凡依本實用新型權(quán)利要求所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬于本實用新型的范圍。
權(quán)利要求1.一種具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片，其特征在于包括至少一冷媒導(dǎo)管，穿設(shè)于該鰭片上，依據(jù)一流體流過該冷媒導(dǎo)管的方向定義有一前端流體入口及一后端流體出口；以及，至少一肋條型渦流產(chǎn)生器，各肋條型渦流產(chǎn)生器分別包括有若干擾流凸塊，各擾流凸塊均呈凸起的狹長直肋條狀且其兩末端凸起的高度不同而具有一較高端與一較低端，各擾流凸塊是環(huán)繞分布于冷媒導(dǎo)管周緣且相互間隔一適當(dāng)距離，并且，位于冷媒導(dǎo)管前端流體入口處的擾流凸塊的較高端是向前朝向流體入口處方向，而位于冷媒導(dǎo)管后端流體出口處的擾流凸塊的較高端則是向后朝向流體出口處方向。
2.如權(quán)利要求1所述的具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片，其特征在于中，流體是氣體。
3.如權(quán)利要求1所述的具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片，其特征在于，該擾流凸塊為兩末端高度不同但寬度相同的狹長直肋條狀結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片，其特征在于，擾流凸塊是兩末端高度與寬度均不相同的狹長直肋條狀結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片，特征在于，該擾流凸塊的較低端貼平于鰭片表面。
6.如權(quán)利要求1所述的一種具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片，其特征在于，至少一冷媒導(dǎo)管是以交錯式(stagger)的排列方式布設(shè)于鰭片上，且每一冷媒導(dǎo)管周緣均設(shè)置有一肋條型渦流產(chǎn)生器。
專利摘要本實用新型是一種具有肋條型渦流產(chǎn)生器的新型鰭片，可應(yīng)用于空調(diào)機等的熱交換裝置上。其主要是于散熱鰭片上的各冷媒導(dǎo)管周緣分別環(huán)繞布設(shè)有多個擾流凸塊，各擾流凸塊均呈狹長直肋條狀且是一端較高而另一端貼平散熱鰭片表面的三角立體狀結(jié)構(gòu)。環(huán)繞于冷媒導(dǎo)管周緣的各擾流凸塊是相互間隔一適當(dāng)距離，并且，以氣流流動的方向來看，位于冷媒導(dǎo)管前端氣流入口處的擾流凸塊的較高端是向前朝向氣流入口方向，而位于冷媒導(dǎo)管后端氣流出口處的擾流凸塊的較高端則是向后朝向氣流出口方向，以達到減少氣流壓差卻同時增進擾流效果，從而達到增加熱傳效率的目的。
文檔編號F28F9/24GK2530236SQ0127502
公開日2003年1月8日 申請日期2001年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月23日
發(fā)明者劉敏生, 王啟川, 張育瑞, 廖建順 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院