用于换热器的散热翅片、散热组件和制冷设备的制作方法

本发明涉及翅片散热技术领域，尤其是涉及一种用于换热器的散热翅片、散热组件和制冷设备。

背景技术：

换热器的主要用途是藉由温差进行热量的交换。换热器作为空调系统中的一个重要部件，其换热和阻力性能对空调系统的能效、成本有重要的影响。

目前，空调系统中的蒸发器和冷凝器通常设计为管翅式换热器，为了提高空气侧传热，通常在管外套有各种形状的翅片。翅片的强化传热发展历程可分为三大阶段：第一代翅片是平片和波纹片，也称为表面连续型翅片，主要靠增加换热面积来提高换热量；第二代翅片是百叶窗和开缝翅片，也称为间断性翅片，主要通过不断破坏流体边界层增强换热；第三代翅片是各种涡发生器翅片，主要通过产生纵向涡二次流动，延缓边界层分离，强化管体后部的传热来增强传热。但是，第一代翅片对破坏流动边界层强化传热的效果较弱，散热效果不好；第二代翅片带来风阻较大，流体的扰动会引起泵功的增加；第三代翅片单位体积传热量小，不能满足空调中蒸发器和冷凝器对散热的大量需求。

bergels学者指出，同时使用两种或者多种强化技术的换热性能好于单一使用一种强化技术的换热性能；减小边界层厚度可以增强传热，管翅式换热器中的换热管后部温度梯度小，温度速度协同较差。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种用于换热器的散热翅片，桥片组可以破坏流动边界层，增加传热效果，同时将更多的流体导入在换热管壁上，延缓边界层的分离，改善换热管后部的温度速度协同，进一步增强传热效果。

本发明的第二个目的在于提供一种具有上述散热翅片的散热组件。

本发明的第三个目的在于提供一种具有上述散热组件的制冷设备。

根据本发明的第一方面的实施例提出一种用于换热器的散热翅片，包括：基片，所述基片上设置有多个在垂直于空气流向的方向上间隔开的翅片管孔；多个桥片组，多个所述桥片组设置在相邻的两个所述翅片管孔之间，且相邻的两个所述桥片组间隔设以限定出第一空气流路。

根据本发明实施例的用于换热器的散热翅片，利用桥片组破坏流动边界层，提高了空气侧对流传热系数，增强了传热效果，使换热器具有更好的换热性能。

另外，根据本发明上述实施例的用于换热器的散热翅片还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明一个实施例，每个所述桥片组包括在空气流向上间隔开的多个桥片。

根据本发明一个实施例，在每个所述桥片组中，位于下游侧的所述桥片的宽度不小于位于上游侧的所述桥片的宽度。

根据本发明一个实施例，每个所述桥片组中相邻的两个所述桥片之间的间隙不小于1mm。

根据本发明一个实施例，每个所述桥片包括：第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁形成在所述基片上且在垂直于空气流向的方向上彼此正对；顶壁，所述顶壁连接在所述第一侧壁的自由端和所述第二侧壁的自由端之间；其中所述第一侧壁、所述第二侧壁和所述顶壁的同侧一端与所述基片之间限定出第一开口，所述第一侧壁、所述第二侧壁和所述顶壁的同侧另一端与所述基片之间限定出第二开口；所述第一侧壁和所述第二侧壁在朝向远离所述基片的方向上逐渐靠近。

根据本发明一个实施例，所述第一侧壁与所述基片之间的夹角和所述第二侧壁与所述基片之间的夹角为β，所述顶壁的长度为s，所述β满足：30°≤β≤60°，所述s满足：1mm≤s≤4mm。

根据本发明一个实施例，所述翅片管孔的周缘与相邻的所述桥片组间隔开以形成第二空气流路。

根据本发明一个实施例，所述第二空气流构造为弧形且至少部分环绕所述翅片管孔。

根据本发明一个实施例，相邻的两个所述翅片管孔之间的距离为10mm-25mm。

根据本发明的第二方面的实施例提出一种散热组件，所述散热组件包括本发明的第一方面的实施例所述的散热翅片，多个所述散热翅片在空气流向上依次排布。

根据本发明一个实施例，在相邻的两个所述基片中，其中一个所述基片上的多个所述翅片管孔和另外一个基片上的多个所述翅片管孔交错设置。

根据本发明一个实施例，在相邻的两个所述基片中，其中一个所述基片上的多个所述翅片管孔的中心连线和另外一个基片上的多个所述翅片管孔的中心连线之间的距离为10mm-28mm。

根据本发明第三方面实施例提出一种制冷设备，所述制冷设备包括本发明的第二方面的实施例所述的散热组件。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的散热组件的结构示意图；

图2是图1中a-a的剖视图；

图3是本发明和平片、百叶窗传热性能对比图；

图4是相同泵工下，本发明和平片、百叶窗传热性能对比图。

附图标记：

散热翅片100，散热组件200，

基片1，

桥片组2，桥片21，第一侧壁211，第二侧壁212，顶壁213，

翅片管孔3，第一空气流路4，第二空气流路5。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的用于换热器的散热翅片100，包括基片1和多个桥片组2。

具体的，基片1上设置有多个在垂直于空气流向的方向上间隔开的翅片管孔；多个桥片组2设置在相邻的两个翅片管孔之间，且相邻的两个桥片组2间隔设以限定出第一空气流路4。

根据本发明实施例的用于换热器的散热翅片100，利用桥片组2破坏流动边界层，提高了空气侧对流传热系数，增强了传热效果，使散热翅片100具有更好的换热性能；两个桥片组间隔出第一空气流路，使上游侧更多的流体通过第一空气流路流向下游侧，这样的设计在带走上游侧被换热管加热的流体的同时，增加了下游侧单位内的流体流量，使下游侧散热效果更好。

需要注意的是，相对于一个散热翅片100而言，流体进入散热翅片100的局部区域为上游侧；流体流出散热翅片100的局部区域为下游侧。

本发明的一个实施例中，每个桥片组2包括在空气流向上间隔开的多个桥片21；具体的，在与空气流向垂直的水平线上，设置有三个桥片组2，每个桥片组2内有多个桥片21；其中，散热翅片100下游侧的桥片21宽度大于上游侧桥片21宽度。根据流体原理，边界层厚度由绕流物体头部起，厚度从零开始沿流动的方向逐渐增厚；由于散热翅片100空气流动下游侧边界层较厚，为了强化传热、增加传热面积和流体边界层扰动；因此，在多个桥片组2中，上游侧的多个桥片21宽度小于下游侧最后一个桥片21宽度，最后一个桥片2宽度比上游侧更宽，一方面可以增加换热管尾部传热面积，另一方面可以增加尾部对流体边界层的扰动，使下游侧散热效果更好。

优选的，根据加工工艺的要求，每个桥片组中相邻的两个桥片组2之间的间隙不小于1mm。根据不同材料倔服强度、弹性极限等性质的关系，若两个相邻桥片组2之间的距离过近，基片1在单位面积内由于受到的冲压次数过多，导致基片1局部材料受到的拉伸过大，冲压部位强度降低，导致桥片组2之间的基片1容易断裂，造成材料浪费；若两个相邻桥片组2之间的距离过远，一方面会对流体边界层的扰动效果降低，另一方面传热面积减少，使散热翅片100的传热效果变差。

优选的，在模具对基片1的冲压下，形成顶壁213、第一侧壁211和第二壁侧壁212，形似桥状。具体如图2所示，第一侧壁211和第二侧壁212形成在基片1上且在垂直于空气流动的方向上彼此正对,并在朝向远离基片1的方向上逐渐靠近；顶壁213在第一侧壁211的自由端和第二侧壁212的自由端之间，第一侧壁211、第二侧壁212和顶壁213的同侧一端与基片1之间限定出第一开口，第一侧壁211、第二侧壁212和顶壁213的同侧另一端与基片1之间限定出第二开口。因顶壁213、第一侧壁211和第二侧壁212冲出导致基片1被开缝，换热管的热量可以从开缝散出，开缝的位置可以破坏流动边界层，增加传热。

优选的，为了满足散热翅片100加工工艺要求，第一侧壁211与基片1之间的夹角和第二侧壁212与基片1之间的夹角β满足30°≤β≤60°；顶壁213的长度s满足1mm≤s≤4mm。根据不同材料倔服强度、弹性极限等性质的关系，若β角和顶壁长度s过大，则可能导致基片1被模具冲裂，造成材料损坏；若β角和顶壁长度s过小，一方面会对流体边界层的扰动效果降低，另一方面传热面积减少，使散热翅片100的传热效果变差。

本发明的一个实施例中，翅片管孔3的周缘与相邻的桥片组2间隔开以形成第二空气流路5；第二空气流路5围绕换热管的设计不仅可以带走一部分被换热管加热的流体，还可将更多流体引导至换热管后部，延缓流体边界层分离，增强换热管后部的传热。

具体的，在上述的三段桥片组2中，两侧的桥片组2与中间的桥片组2形成两条第一空气流路4指向翅片管孔3，引导流体流向翅片管孔3周缘；这样的设计可以使流体沿第一空气流路4的方向流动，第一空气流路4可以使流体流动时的阻力减小，使流体更易于流向下游侧。

优选的，第二空气流路5构造为弧形且至少部分环绕翅片管孔3。具体的，靠近翅片管孔3的桥片组2边缘呈弧形布置，与翅片管孔3形成第二空气流路5。上游侧流体通过第一空气流路4引导至翅片管孔3周缘，从翅片管孔3左右两侧环绕后继续向下游侧流动。特别注意的是，靠近翅片管孔3的桥片组2边缘呈弧形布置，因为换热管截面为圆形，弧形的设计可以使流体更好的围绕换热管周缘流动，带走被换热管加热的流体，达到更好的散热效果。

优选的，相邻的两个翅片管孔3之间的距离为10mm-25mm。翅片管孔3相距太近，换热管热量不易散出，蒸发器或冷凝器散热效果不好，进而导致过热造成机器损坏；翅片管孔3相距太远，虽然散热效果变好，但是必然机器体积会变大，不仅制造成本增加，还会使制冷系统占用面积变大，使用不便，影响美观。

本发明实施例中的散热组件200，利用如上所述的用于换热器的散热翅片100，多个散热翅片100在空气流动方向上依次排布；其中，相邻的两个基片1上的翅片管孔3交错设置，一个基片1上的多个翅片管孔3中心连线与另外一个基片1上多个翅片管孔3的中心连线之间的距离为10mm-28mm。两个基片1上的翅片管孔3交错布置，易引导流体从第一空气流路4流过时，流向指向翅片管孔3形成第二空气流路5，交错布置可以将更多地流体导入换热管壁面上，延缓边界层分离，改善换热管后部的温度速度协同，增强传热效果。

本发明的一个实施例中，是在相同来流速度1m/s下，采用cfd仿真模拟的某个截面速度分布矢量图。

仿真模拟实验中，分别对平片、百叶窗翅片和本发明散热组件200的管后部的尾流区进行了对比：

平片中，主要靠增加换热面积来提高换热量，流体均匀流过翅片管孔3，由于边界层内流体质点收到的黏性作用不可忽略，翅片管孔3后部有较大的一片尾流区，处在下游侧的尾管散热效果不好；百叶窗翅片中，主要通过不断破坏流体边界层增强换热，流体在路过翅片管孔3的流速明显比平片大，尾流区也比平片的尾流区小，处在下游侧的尾管散热效果得到了改善，但尾流区造成换热管尾管散热不佳的影响仍不能被忽略；本发明散热组件200中，由于第一空气流路4、第二空气流路5和尾部桥片更宽的作用，使流体更易通向下游侧的换热管尾部，开缝变大、增加传热面积，使尾部换热管的热量更好的从开缝中传出；实验结果证明，流体路过翅片管孔3的流速和流量明显比平片和百叶窗翅片都大，尾流区几乎没有，处在下游侧的换热尾管散热效果得到了改善，增强了换热管后部的传热。

本发明的一个实施例中，如图3所示是本发明的散热组件200与平片和百叶窗翅片的传热性能对比图。横坐标是雷诺数re，可代表来流速度，纵坐标是传热因子j。从图3中可以看出，在不同来流速度下，即不同雷诺数re下，本发明的散热组件200比平片传热能力高49％-71％，比百叶窗翅片传热能力高12％-16％。证明了本发明的散热组件200通过复合多种强化技术，其传热性能优于平片和百叶窗的传热性能。

本发明的一个实施例中，如图4所示是在相同泵功下，本发明的散热组件200与平片和百叶窗翅片的性能对比图。横坐标是雷诺数re，可代表来流速度，纵坐标是泵功。在所考察的范围内，本发明比平片传热性能高出了15％-40％，比百叶窗翅片传热性能高出了10％-17％。通过以上分析可知，本发明利用了强化传热的原理，传热性能较于常规的平片和百叶窗翅片有较大的提升。

下面简单描述本发明实施例的制冷设备。

根据本发明实施例中的制冷设备，包括上述实施例中的散热组件200，由于根据本发明实施例的制冷设备设置有上述实施例的散热组件200，因此具有优越的传热性能，使制冷设备具有高效散热低阻力的特点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“宽度”、“垂直”、“远离”、“正对”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

根据本发明实施例的雷诺数、边界层和边界层厚度等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。