专利名称：盘管结构、冷凝盘管结构及气冷式冰水机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种鳍管式热交换器，特别是指一种盘管结构，以及采用上述结构的冷凝盘管结构及具有上述冷凝盘管结构的气冷式冰水机。
背景技术：
如图1所示，公知的气冷式冰水机(冷冻系统)100，是广被使用的热交换器，在框架4上设有多组的鳍管式冷凝盘管5，各组冷凝盘管上均有多个轴流式风扇风机1，同一组冷凝盘管被区分成两半，各由其风扇将位于盘管底部的空气往外抽出，达到冷却的要求，由于风扇的设置无法更动，相对地，空气通过盘管的设计变得更重要，故需针对特定的结构进行风流速度分析，发现盘管表面速度在垂直方向有明显不均勻的现象，会降低盘管的热传性能，导致冷凝温度升高，进而降低冰水机100的能源效率，经试验改变盘管的角度对热传有影响，却无法改善气流分布大小不均与内外不一致的问题。为了提供更符合实际需求的物品，发明人乃进行研发，以解决公知使用上易产生的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种盘管结构，使其提高传热性能，以克服现有技术的缺陷。为此，本发明提出一种盘管结构，该盘管结构具有第一部及第二部，上述第一部的端部及第二部的端部相连接以形成ν型结构，且上述第一部及第二部分别分为第一区与第二区，上述第一区远离上述端部，上述第二区邻近上述端部，其中上述第一区的管排数比上述第二区的管排数多。上述第一部及第二部更包含中间区，上述中间区位于上述第一区与上述第二区之间，且上述中间区的管排数比上述第二区的管排数多。上述第一部的该第一区的管排数与该中间区的管排数相同。或者，上述第二部的该第一区的管排数与该中间区的管排数相同。本发明还提出一种冷凝盘管结构，其以成对ν型设置成左部与右部，并于冷凝盘管的开口设有风机，该左、右部依距离该风机远近将盘管管排分为一上区、一中区与一下区；其中离该风机较远的该右部的该下区的管排数为至少一排，且该右部的该上区与该右部的该中区是呈朝内突出。本发明同时提出一种气冷式冰水机，包含一压缩机、一节流装置、一蒸发器及一冷凝盘管，其中，该冷凝盘管以成对ν型设置成一左部与一右部，并于该冷凝盘管的一开口是设有一风机，左、右两部依距离风机远近将盘管管排分为三等分，分别为近区、中区与远区， 该中区排数设为该远区的排数加至少二排，让最靠近该风机的该近区的管排数设为该远区的排数加至少一排，离该风机最远的该远区的管排数设为该中区的排数至少为一排，即冷凝盘管中间部分的中区则为3排，让最靠近风机冷凝盘管的近区的管排数设为4排，近区比中区朝内或朝外突伸出，离风机最远的远区的管排数设为2排，亦可使近、中、远区的排数分别增加一排或减少一排，中区比远区朝内或朝外突伸出。
本发明还提出另一种气冷式冰水机，包含一压缩机、一节流装置、一蒸发器及一冷凝盘管，其中，该冷凝盘管以成对ν型设置成一左部与一右部，并于该冷凝盘管的一开口是设有一风机，该左、右部依距离该风机远近将盘管管排分为一上区与一下区，该下区盘管数比该上区至少有少一排，即左、右两部亦能设为二等分，将盘管管排分为两等分，分别是上区与下区，使距风机较近的上区的管排数为4排，离风机较远的下区的管排数为2排，亦可使上、下区的排数比为2 1，且上区是呈朝内突出；靠风机较近的管排数皆设为4排，距风机较远管排数则设为2排，让左部的冷凝盘管管排数为4排的长度与管排数为2排长度为 2 1，让右部凝盘管管排数为4排的长度与管排数为2排长度为1 2，亦可使上、下区的排数比为2 1或5 3。本发明提出的气冷式冰水机(冷冻系统)冷凝盘管结构，利用数值计算流体力学 (Computational fluiddy namics,C F D)气流模拟热交换器热传分析法并透过实验验证， 探讨改变冷凝盘管空气侧压降分布，对于盘管气流分布的影响，试图找出较佳气流分布及提升热交换器热传性能的管排配置方式，解决气流分布大小不均与内外不一致的缺点。在不增加成本及能源消耗限制下，依管排数将冷凝盘管分为二或三部分，以分区增加或减少鳍片间距与管排数的方式，设计数种创新盘管，成功解决传统设计盘管的问题症结，提升气冷式冰水机冷凝系统散热能力。
图1为公知气冷式冰水机主视图；图2为本发明的基本状态侧视图；图3为本发明的第一较佳实施例的侧视图；图4为本发明的第一较佳实施例单组冷凝盘管侧视图；图5为本发明的第二较佳实施例的侧视图；图6为本发明的第二较佳实施例单组冷凝盘管侧视图；图7为本发明的第三较佳实施例的侧视图；图8为本发明的第三较佳实施例单组冷凝盘管侧视图；图9为本发明的第四较佳实施例的侧视图；图10为本发明的第四较佳实施例单组冷凝盘管侧视图；图11为本发明的第五及六较佳实施例气冷式冰水机系统图；图12为各机组测试压焓图。附图标记说明1-风机；2、3_盘管；11-近区；12-中区；13-远区；21、31、；34、41、 44-上区；32、35、42、45_ 中区；22、33、36、43、46_ 下区；10-冷凝盘管；IOa-右部；IOb-左部；500-气冷式冰水机；51-压缩机；52-冷凝器；53-节流装置；Ma-干膨式蒸发器； 54b-满液式蒸发器；Pl P7-压力；Tl T7、Tai, Tao, Twi, Two-温度；Fc-水流量。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
。本发明提供一种盘管结构，具有第一部及第二部，上述第一部的端部及第二部的端部相连接以形成ν型结构，且上述第一部及第二部分别地分为第一区与第二区，其中上述第一区的管排数比上述第二区的管排数多。上述第一部或第二部更包含中间区，上述中间区的管排数比上述第二区的管排数多。在本发明实施方式中以气冷式冰水机冷凝盘管结构作为说明，本领域技术人员可知，此盘管结构亦可用于其它等效的盘管结构，例如蒸发盘管结构，并不限于此实施例所说明的冷凝盘管结构。如图2至图10所示，为本发明例示的气冷式冰水机冷凝盘管结构，冷凝盘管10以成对ν型设置成右部IOa与左部IOb (即第一部及第二部)，并于冷凝盘管10的开口处设有风机，也就是在ν型的左部IOb盘管与右部IOa盘管所在的框架顶端产生的类似开口处设有风机1。图2所示是本发明的基本状态，其具有一直部的盘管2与一斜部的盘管3，其与公知的直立型盘管已有所不同。如图3、4所示为本发明的第一较佳实施例，其中右部IOa与左部IOb依距离风机 1远近将盘管管排分为(均等)三等分，但本发明并不以此为限，分别为近区11、中区12与远区13(即第一区、中间区与第二区)。在本实施例中，中区12为3排，而最靠近风机1的冷凝盘管10的近区11的管排数设为比中区12的管排数多1排(成为4排)，且近区11的盘管比中区12呈朝外突伸出(图3、4)。此外，离风机1最远的远区13的管排数设为比中区12管排数少1排(为2排)，且中区12的盘管比远区13朝外突伸出(图3、4)。本领域技术人员当知亦可使近、中、远区的排数分别增加一排或减少一排，也就是可以是4 :3:2 或3 2 1或5 4 3，但本发明并不以此为限。经模拟发现，本实施例相对基本状态的总平均风速高出14. 17%，总热传量增加8. 27%。如图5、6所示为本发明的第二较佳实施例冷凝盘管10，其中右部IOa与左部IOb 依距离风机1远近将盘管管排分为(均等)三等分，但本发明并不以此为限，分别为近区 11、中区12与远区13 (即第一区、中间区与第二区)。在本实施例中，中间部分的中区12则为3排，让最靠近风机1的冷凝盘管10的近区11的管排数设为比中区12的管排数多1排 (成为4排)，且使近区11的盘管比中区12呈朝内突伸出(图5、6)，离风机1最远的远区 13的管排数设为比中区12管排数少1排(为2排)，使中区12的盘管比远区13朝内突伸出(图5、6)。亦可使近、中、远区的排数分别增加一排或减少一排，也就是可以是4 :3:2 或3 2 1或5 4 3，但本发明并不以此为限。经模拟发现与基本状态的总平均风速高出17. 56%，总热传量增加10. 40%。如图7、8所示为本发明第三较佳实施例，其中冷凝盘管10以成对ν型设置成左部 IOb与右部10a，其中右部IOa与左部IOb (即第一部及第二部)的盘管亦能设为二等分，将盘管管排分为(均等)两等分，分别是上区21与下区22 (即第一区与第二区)，使距风机1 较近的上区21的管排数为4排(为下区的两倍，但至少多一排即可)，离风机较远的下区 22的管排数为2排，且左、右两部上区21是呈朝内突出，但本发明并不以此为限，在其它实施例中左、右两部上区21也可以是呈朝外突出。经测试结果时发现相比基本状态，风速高于18. 09%，总热传量增加10. 27%。也就是说上区与下区的管排数比数至少为2，如4 2 或2 1的比例设置。如图9、10所示为本发明第四较佳实施例，其中冷凝盘管10以成对ν型设置成右部IOa与左部IOb (即第一部及第二部)，并于冷凝盘管10的开口是设有风机1，左、右两部依距离风机1远近将盘管管排分为(均等的三分)上区31 (34)、中区32 (35)与下区33 (36) (即第一区、中间区与第二区)；离风机1较远的左部IOb下区33的管排数为2排；且左部 IOb的上区31与左部IOb中区32是呈向内的突出状；靠风机较近的左部IOb上区31、左部 IOb中区32的管排数皆设为左部IOb下区33的2倍；距风机较远管排数的右部IOa下区 36与右部IOa中区35则设为2排，让右部IOa上区34的管排数为右部IOa下区36或右部IOa中区35的2倍，且右部IOa的上区34是呈向内的突出状。图9、10所示的左半的靠风机较近的管排数皆设为4排(亦可以为5排)，距风机较远管排数则设为2排。另外，图 9的右半，是左半的镜像图示，冷凝盘管10以成对ν型设置成左部IOb与右部10a，并于冷凝盘管10的开口设有风机，右、左两部依距离风机远近将盘管管排分为上区41 (44)、中区 42(45)与下区43 06)(即第一区、中间区与第二区)；离风机1较远的右部IOa下区43的管排数为2排；且右部IOa的上区41与右部IOa中区42是呈朝内突伸出；靠风机1较近的右部IOa上区41、右部IOa中区42的管排数皆设为右部IOa下区43的两倍；距风机1较远管排数的左部IOb下区46与左部IOb中区45则设为2排，让左部IOb上区44的管排数为左部IOb下区46的两倍，且左部IOb的上区44是呈朝内突伸出。经测试结果时发现比基本状态，总平均风速高于20. 42%，总热传量高于10. 28%。所以管排数的设定除了 4 2(2 倍模式)外还有2 1或6 3，更能有5 3的设定，所以，将比例界定为1.67 2倍的设定模式于专利范围中。且所达到的热传增加的效果都近似，均比公知的结构来得好。如图11所示为本发明第五及六较佳实施例的系统图，第五及六较佳实施例的气冷式冰水机500皆具有压缩机51、冷凝器52、蒸发器、节流装置53，不同处在于蒸发器型式。以下先为气冷式冰水机的实验方式做出说明。气冷式冰水机使用冷媒为R-13^， 标示制冷能力为15RT，采用全密式涡卷式压缩机、鳍管式冷凝器、壳管式冰水器、节流装置为热动式外均压膨胀阀。在冰水机中共设置七个测量点，，供测量压力P1-P7及温度T1-T7， 如图11所示。在空气侧分别在冷凝器入风口及出风口，供测量温度Tai、Tao及湿度。在水侧分别在冰水入口及出口，供测量温度Twi、Two及水流量Fe。本发明中的实验可分成四阶段，如下所示。本实验当环控室环境达到测试条件之后，先让机组运转到稳定状态，而且运转时间不得少于一小时，并观察所测量到的物理量均达到稳定的状态，最后将所需要测量的物理量记录并储存。每次间隔20分钟取值一次，共计4次，并取平均值。第一阶段冷凝盘管为定管排(以下简称CV)，而蒸发器为干膨式(以下简称DX)， 并且依上述测试条件及方法进行实验取得数据，并定义此机组为Unitl。第二阶段冷凝盘管为变管排(以下简称VV)，而蒸发器为干膨式，并且依上述测试条件及方法进行实验取得数据，并定义此机组为Unit2。第三阶段冷凝盘管为定管排，而蒸发器为满液式(以下简称FL)，并且依上述测试条件及方法进行实验取得数据，并定义此机组为Unit3。第四阶段冷凝盘管为变管排，而蒸发器为满液式，并且依上述测试条件及方法进行实验取得数据，并定义此机组为Unit4。经实验后得到的相关压力、温度、湿度及水流量等数据，并经过一连串热力分析关系式计算后，得出如图12各机组测试压焓图。由图中可发现，第五较佳实施例气冷式冰水机的蒸发器为干膨式蒸发器Ma，冷凝器采用第四较佳实施例的冷凝盘管10管排配置(亦
6即变管排配置)时，比冷凝盘管为定管排的气冷式冰水机的COP (能效比)还要高，更明确地说COP由2. 72提升至2. 90。第六较佳实施例气冷式冰水机的蒸发器为满液式蒸发器Mb，冷凝器采用第四较佳实施例的冷凝盘管10管排配置时，比冷凝盘管为定管排的气冷式冰水机的COP还要高， 更明确地说COP将由3. 06提升至3. 26。然而，本领域技术人员当知只要是冷冻或空调系统采用本发明第一至四实施例的冷凝盘管10，皆可提升COP值。综上所述的结构，本发明在不增加成本及能源消耗限制下，依管排数将盘管组分为二或三部分，以分段增加或减少管排数的方式，设计四种盘管结构，已成功解决传统设计盘管的问题症结，提升气冷式冰水机冷凝系统散热能力，根据模拟与实验验证可得以下结论，所以能提供很好的COP。以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解， 在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种盘管结构，具有一第一部及一第二部，该第一部的端部及该第二部的端部相连接以形成V型结构，且该第一部及该第二部分别分为一第一区与一第二区，该第一区远离该端部，该第二区邻近该端部，其特征在于，该第一区的管排数比该第二区的管排数多。
2.如权利要求1所述的盘管结构，其特征在于，该第一部更包含一中间区，该中间区位于该第一区与该第二区之间，且该中间区的管排数比该第二区的管排数多。
3.如权利要求1所述的盘管结构，其特征在于，该第二部更包含一中间区，该中间区位于该第一区与该第二区之间，且该中间区的管排数比该第二区的管排数多。
4.如权利要求2所述的盘管结构，其特征在于，该第一部的该第一区的管排数与该中间区的管排数相同。
5.如权利要求3所述的盘管结构，其特征在于，该第二部的该第一区的管排数与该中间区的管排数相同。
6.一种冷凝盘管结构，其特征在于，该冷凝盘管以成对ν型设置成一左部与一右部，并于该冷凝盘管的一开口设有一风机，该左、右部依距离该风机远近分为一上区、一中区与一下区；其中离该风机较远的该右部的该下区的管排数为至少一排，且该右部的该上区与该右部的该中区的管排数是该右部的该下区的两倍。
7.如权利要求6所述的冷凝盘管结构，其特征在于，该右部的该上区与该右部的该中区是呈朝内突出，且该左部的该上区是呈朝内突出。
8.如权利要求6所述的冷凝盘管结构，其特征在于，靠该风机较近的该左部的该上区与该左部的该中区的管排数皆设为该左部的该下区的两倍。
9.一种气冷式冰水机，包含一压缩机、一节流装置、一蒸发器及一冷凝盘管，其特征在于，该冷凝盘管以成对ν型设置成一左部与一右部，并于该冷凝盘管的一开口是设有一风机，该左、右部依距离该风机远近分为一近区、一中区与一远区；其中离该风机较远的该右部的该远区的管排数为至少一排，且该右部的该上区与该右部的该中区的管排数是该右部的该远区的两倍
10.一种气冷式冰水机，包含一压缩机、一节流装置、一蒸发器及一冷凝盘管，其特征在于，该冷凝盘管以成对ν型设置成一左部与一右部，并于该冷凝盘管的一开口是设有一风机，该左、右部依距离该风机远近将分为一上区与一下区，该下区管排数比该上区至少少一排。
全文摘要
本发明提供一种盘管结构，具有第一部及第二部，上述第一部的端部及第二部的端部相连接以形成v型结构，且上述第一部及第二部分别分为第一区与第二区，其中上述第一区的管排数比上述第二区的管排数多。此外，更提供采用上述结构的冷凝盘管结构及具有上述冷凝盘管结构的气冷式冰水机。
文档编号F28F1/00GK102374813SQ20101025171
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者李宗兴 申请人:李宗兴