用于换热器的散热翅片、换热器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、换热器和制冷设备。

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。

因此，如何利用强化传热叠加的技术原理提供了一种用于换热器的散热翅片及具有该翅片的换热器，是目前本领域技术人员亟需解决的问题。

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，可以较大提升管翅式换热器空气侧的传热与阻力性能。

本发明的第二个目的在于提供一种具有上述翅片的换热器。

本发明的第三个目的在于提供一种具有上述换热器的制冷设备。

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：翅片本体，所述翅片本体具有在厚度方向上的第一表面和第二表面；第一凸起部和第二凸起部，且所述第一凸起部设置在所述第一表面上，所述第二凸起部设置在所述第二表面上。

根据本发明实施例的用于换热器的散热翅片，利用了强化传热的原理，较大提升了管翅式换热器空气侧的传热与阻力性能，具有高效散热低阻力的特点。

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：

进一步地，所述翅片本体上设置有适于换热管穿过的过孔，所述第一凸起部和所述第二凸起部均邻近所述过孔设置。流体经过凸起部时会产生涡流，可以延缓换热管上流动边界层的分离，这样可以强化凸起部附近局部区域的传热。

进一步地，所述第一凸起部和所述第二凸起部均为多组，多组所述第一凸起部沿所述过孔的周向间隔分布，多组所述第二凸起部沿所述过孔的周向间隔分布；多组所述第一凸起部和多组所述第二凸起部沿所述过孔的周向交错设置；所述第一表面上设置有与所述第二凸起部正对的第一凹陷部，所述第二表面上设置有与所述第一凸起部正对的第二凹陷部。流体经过凹陷部时可以产生薄壁湍流边界层，减小尾流形状阻力，具有增强传热的同时增加的压降小的特点。

进一步地，所述第一表面或/和所述第二表面上设置有开缝桥片。这样设置可以破坏流体边界层，增强局部对流换热。

进一步地，所述第一表面或/和所述第二表面上设置有加强筋；所述加强筋沿所述翅片本体的长度方向延伸。这样可以增加翅片的强度，防止穿换热管时倒片。

进一步地，所述第一凸起部和所述第二凸起部均构造为椭球形或圆球形。流体经过椭球或圆球凸起由于压力变化、剪切层与壁面的相互作用，更容易形成马蹄形的涡流，有利于增加传热以及减小形状阻力。

根据本发明的第二方面的实施例提出一种换热器，所述换热器包括本发明的第一方面的实施例所述的散热翅片。这样的换热器具有优越的传热性能，特别适合于空调系统中的蒸发器和冷凝器。

根据本发明的第三方面的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换热器。

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用于换热器的散热翅片结构示意图；

图2是图1的用于换热器的散热翅片左视图；

图3是本发明和百叶窗翅片在仿真不同风速下传热量、压损的对比图；

图4是本发明和百叶窗在仿真不同风速下传热综合性能对比图；

图5是本发明和水平布置的开缝桥片在仿真不同风速下的综合性能对比图。

附图标记：

散热翅片100，

翅片本体1，第一表面11，第二表面12，

第一凸起部2，第一凹陷部21，

第二凸起部3，第二凹陷部31，

过孔4，开缝桥片5，加强筋6。

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与图2描述根据本发明实施例的用于换热器的散热翅片100，包括翅片本体1、第一凸起部2和第二凸起部3。

翅片本体1的厚度方向上有上下两个表面，分别为第一表面11和第二表面12。

第一凸起部2设置在所述第一表面11上，第二凸起部3设置在第二表面12上。当主流经过第一凸起部2或第二凸起部3时，由于压力变化、剪切层与壁面的相互作用形成马蹄形的涡流，第一凸起部2或第二凸起部3相当于一个涡发生器，二次涡可延缓换热管附近的流动边界层分离情况，有利于增加传热以及减小形状阻力，利用了强化传热的原理，较大提升了管翅式换热器空气侧的传热与阻力性能，具有高效散热低阻力的特点。

根据本发明实施例的用于换热器的散热翅片100，通过在翅片本体1厚度方向上的两个表面设置第一凸起部2和第二凸起部3，利用了强化传热的原理，较大提升了管翅式换热器空气侧的传热与阻力性能，使本发明具有高效散热低阻力的特点。

本发明的一个实施例中，为了提高空气侧传热，通常在换热管外套有翅片本体1，换热管从翅片本体1上的过孔4穿过，第一表面11上的第一凸起部2布和第二表面12上的第二凸起部3分布在过孔4的周围。其中,第一表面2上设置有与第二凸起部3正对的第一凹陷部21，第二表面2上设置有与第一凸起部2正对的第二凹陷部31；第一表面11上的第一凸起部2和第一凹陷部21交错排列，可能为单个交错排列，也可能为多组交错排列；第二表面12上的第二凸起部3和第二凹陷部31交错排列，可能为单个交错排列，也可能为多组交错排列。交错排列的方式有利于二次涡流传递更远的距离，延缓换热管附近的流动边界层分离，增强传热以及减小形状阻力的优点。

第一凸起部2、第二凸起部3、第一凹陷部21和第二凹陷部22均是在翅片本体1表面冲压形成的。因翅片本体1很薄，在翅片本体1第一表面11冲压过程中，其第一表面11冲压凹进形成第一凹陷部21，其第二表面必然凸出形成第二凸起部3；第二表面12工作原理与第一表面11相同；冲压后的第一凸起部2、第二凸起部3、第一凹陷部21和第二凹陷部31形状均为椭球形或圆球形。流体经过椭球形或圆球形第一凸起部2或第二凸起部3后由于压力变化、剪切层与壁面的相互作用，更容易形成马蹄形的涡流，有利于增加传热以及减小形状阻力；当主流经过椭球形或圆球形的第一凹陷部21或第二凹陷部31时，一部分流体会产生流动分离形成回流区，另一部分会冲击在凹坑表面上，附着在凹坑表面流动，随之与外部的剪切层混合，形成剪切层附着区快速向后流动，由于流动速度梯度较大，因此剪切层附着区有较高的传热系数。强化空气侧对流传热，同时还可以产生涡流强化换热管尾部的传热。

本发明的一个实施例中，空气垂直于翅片本体1流过，第一表面11或第二表面12上过孔4周围若全部为第一凸起部2或第二凸起部3，则不利于二次涡流传递，纵向涡流将被破坏，影响传热以及减小形状阻力；对比第一凸起部2与第一凹陷部21的交错设置或第二凸起部3与第二凹陷部31的交错设置，后一种方式更有利于二次涡流传递更远的距离，延缓换热管附近的流动边界层分离。

本发明的一个实施例中，第一表面或/和第二表面上布置了多个开缝桥片5，主要布置在背离过孔4的侧部。

优选的，开缝桥片是通过对翅片本体1冲压形成的，与翅片本体1形成破口，其主要作用为破坏流体边界层，增强流体的扰动进而强化传热；开缝桥片5在翅片本体1长度方向上延伸，其作用是扩大换热面积，提高热传递效率。

本发明的一个实施例中，第一表面11或/和第二表面12上设置有加强筋6。

优选的，沿翅片本体1的长度方向上两端设有两条加强筋6。一般在换热器内部具有上下左右排布的若干根换热管，距离较近，且翅片本体1较薄，因此在穿换热管时容易发生倒片；在翅片本体1长度方向上的两端添加加强筋6结构，可以增加翅片本体1的强度，防止穿过换热管时倒片。

本发明的一个实施例中，如图3所示，是本发明和百叶窗翅片在仿真不同风速下传热量、压损的对比线形图，纵坐标为压损或传热量的比值，横坐标为风速，单位m/s。本发明压损为p，传热量为q；百叶窗翅片压损为p0，热传量为q0；压损的增加量为p/p0，传热的增加量为q/q0。

从图3可以看出，在来流风速为1.0m/s时，压损增加量为+13.7％，传热增加量为+11.5％，压损的增加量高于传热增加量；在来流风速为2.0m/s时，压损增加量为+18.4％，传热增加量为+16.6％，压损的增加量与传热增加量相当；在来流风速为3.0m/s时，压损增加量为+18.3％，传热增加量为+24.5％，压损的增加量低于传热增加量。仿真实验结果表明，风速越大，本发明的传热效果越好，特别适合来流风速3.0m/s或以上的场合。

本发明的一个实施例中，如图4所示是本发明和百叶窗传热综合性能对比图，横坐标是摩擦因子f乘雷诺数re³，代表消耗的泵功(流速从1.0m/s-3.0m/s对应雷诺数908-2725)；纵坐标为传热量比值q/q0。从图中可以看出，随着流速的升高，本发明比百叶窗翅片传热能力高9.8％-22.2％，说明本发明流速越高比百叶窗翅片的综合传热效果越好。

本发明的一个实施例中，如图5所示是本发明和水平布置的开缝桥片的综合性能对比图，纵坐标为考虑传热和泵功的评价因子；横坐标为风速，单位m/s。从图中可以看出，本发明传热能力始终高于水平布置的开缝桥片，且随着流速的变大，本发明相对于开缝桥片传热效果更好；换言之，本发明通过复合多种强化技术设计的翅片表面散热效果，优于单一强化技术设计的开缝桥片。

本发明实施例中的换热器，利用如上所述的用于换热器的散热翅片100。在空调系统蒸发器(室内机)和冷凝器(室外机)中，制冷剂在管内流动，空气在管外对流传热，蒸发器和冷凝器的传热热阻主要集中在空气侧；因此，通常在管外侧附加散热翅片100以加速散热，以便让热量散失到四周的空气中。

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换热器，由于根据本发明实施例的制冷设备设置有上述实施例的换热器，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“长度”、“厚度”、“水平”、“周向”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，“多组”的含义是两组或两组以上。

根据本发明实施例的开缝桥片和加强筋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”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。