换热器及其翅片的制作方法

1.本技术涉及换热器，尤其涉及翅片管式换热器用翅片的改进。


背景技术：

2.翅片管式换热器是一种在工业(例如冰箱、空调、食品处理、化学处理等)中广泛应用的换热器，它能够以较小的体积提供较大的换热面积。翅片管式换热器具有一系列间隔开布置的板状的翅片，以及和贯通这一系列翅片延伸的多个换热管。换热管中流通的流体(通常为制冷剂)与在翅片之间流动的流体(通常为空气)之间进行热交换，以达到换热的目的。翅片为平板状，上面开设有百叶窗，用于提高制冷剂与空气的换热效率。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种翅片，所述翅片包括数个翅片子单元，所述数个翅片子单元布置成数排，并且相邻两排中的所述翅片子单元错位布置，其中，每一个所述翅片子单元包括：
4.孔，所述孔位于所述翅片子单元的中心部分；
5.第一方向中心线和第二方向中心线，所述第二方向中心线垂直于所述第一方向中心线，并在所述孔的中心线与所述第一方向中心线相交；
6.四个开窗区，所述四个开窗区围绕所述孔布置，并且所述四个开窗区中相邻的两个开窗区相对于经过它们之间的所述第一方向中心线或所述第二方向中心线镜像布置；
7.平坦区，所述平坦区设置在所述孔和所述四个开窗区中的每一个的周围；
8.其中，所述四个开窗区中的每一个包括第一边界和第二边界，其中，所述第一边界位于所述四个开窗区中的每一个面向所述孔的一侧，所述第二边界位于所述四个开窗区中的每一个背向所述孔的一侧；
9.其中，在垂直于所述孔的中心线的平面上，所述四个开窗区中的每一个形成开窗区投影，在所述开窗区投影上，所述第一边界和所述第二边界的至少一部分为波浪形，从而形成第一边界波浪形投影部分和第二边界波浪形投影部分。
10.如上所述的用于换热器的翅片，沿着所述第一方向中心线的方向，所述开窗区投影包括第一端和第二端，所述第一边界波浪形投影部分的近端与所述第一端相连接，所述第一边界波浪形投影部分的远端与所述第二端之间具有一定间距，所述第二边界波浪形投影部分的近端与所述第二端相连接，所述第二边界波浪形投影部分的远端与所述第一端之间具有一定间距。
11.如上所述的用于换热器的翅片，所述第一边界波浪形投影部分和第二边界波浪形投影部分在从各自的近端到远端的方向上具有逐渐缩小的振幅和周期。
12.如上所述的用于换热器的翅片，所述第一边界波浪形投影部分和第二边界波浪形投影部分的形状满足以下公式：其中，a为常数，w为角频率，t为长度数值。
13.如上所述的翅片，在所述第一边界波浪形投影部分中，a的取值范围为1-1.5，w的
取值为1.5rad/s，t的取值范围为6-36mm；在所述第二边界波浪形投影部分中，a的取值范围为1-3，w的取值为2rad/s，t的取值范围为6-36mm。
14.如上所述的用于换热器的翅片，所述四个开窗区中的每一个开窗区中开设有数个百叶窗片，每个百叶窗片为长条形，并沿着平行于第一方向中心线x的方向延伸，每个百叶窗片与所述平坦区之间形成夹角，沿着第二方向中心线y的方向，每个百叶窗片具第一侧和第二侧，其中所述第一侧和第二侧中的至少一侧的边缘的形状为波形。
15.如上所述的用于换热器的翅片，所述第一侧的边缘和第二侧的边缘的形状均为波形。
16.如上所述的用于换热器的翅片，所述波形为三角形波、梯形波或圆弧形波。
17.本技术还提供一种换热器，包括：数个如上所述的翅片，所述数个翅片并排布置，并且相邻的翅片之间相互间隔一定的距离；以及数个管，所述数个管中的每个管通过每个所述翅片的所述孔贯穿所述述数个翅片延伸。
18.本技术中的翅片具有多个翅片子单元，每个翅片子单元具有四个开窗区。本技术中通过翅片子单元中开窗区一对边界设置为波浪形，并将开窗区中百叶窗片的边缘的形状设置为波形，提高了翅片表面的空气扰动，从而能够提高由本技术中翅片制成的换热器的换热效率。
附图说明
19.图1a是根据本技术的翅片管式换热器的一个实施例的立体图；
20.图1b是图1a中翅片管式换热器的局的示意图；
21.图2a是根据本技术的翅片的一个实施例的立体图；
22.图2b是图2a所示的翅片的翅片子单元的正面立体图；
23.图2c是图2b所示的翅片子单元的俯视图；
24.图3为图2b所示的翅片子单元的第一区域的俯视图；
25.图4是图2c中的翅片子单元沿着a-a线剖切的剖视图；
26.图5a是图4中百叶窗片的第一侧或第二侧的边缘形状的第一实施例的示意图；
27.图5b是图4中百叶窗片的第一侧或第二侧的边缘形状的第二实施例的示意图；
28.图5c是图4中百叶窗片的第一侧或第二侧的边缘形状的第三实施例的示意图；
29.图5d是图4中百叶窗片的第一侧或第二侧的边缘形状的第四实施例的示意图；
30.图5e是是图4中百叶窗片的第一侧或第二侧的边缘形状的第五实施例的示意图；
31.图6a是流经现有技术的翅片时空气的流速和分布的效果图；
32.图6b是流经图2a中的翅片时空气的流速和分布的效果图；
33.图7是不同流速下本技术的翅片与现有技术的换热效果的对比图；
34.图8是不同流速下空气流经本技术的翅片与现有技术的压降的对比图。
具体实施方式
35.下面将参考构成本说明书一部分的附图对本技术的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是，虽然在本技术中使用表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等描述本技术的各种示例结构部分和元件，但是在此使用这些术语只是为了方便说明
的目的，基于附图中显示的示例方位而确定的。由于本技术所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。
36.图1a是根据本技术的翅片管式换热器100的一个实施例的立体图，图1b是图1a中翅片管式换热器的局的示意图。如图1a和图1b所示，翅片管式换热器100包括数个换热管 110和翅片部140。翅片部140具有第一侧141和第二侧142。翅片部140数个相互平行地并排布置的翅片190的翅片组件。数个翅片190中的每一个沿着自翅片部140的第一侧141 向翅片部140的第二侧142的方向延伸。相邻的翅片之间间隔一定的距离，以在其间形成供第一流体(例如空气)流过的翅片流体通道196，从而第一流体能够流通经过翅片部140。数个换热管191贯穿各个翅片190延伸。数个换热管191中每个换热管通过弯管192与相邻的换热管连通，从而形成换热管流体通道197。换热管流体通道内能够流通第二流体(例如冷却剂)，换热管流体通道197内的第二流体能够通过换热管110以及翅片190与翅片流体通道196中流动的第一流体进行热量交换。
37.换热管191可以具有任何合适的尺寸。换热管191的数量可以是任意的。换热管191可以由具有良好传热性能的任何合适的材料制成。翅片190的数量也可以是任意的。翅片190 也可以具有任意合适的尺寸。翅片190可以由铝或者任何具有良好传热性能的合适的金属材料制成。
38.图2a是根据本技术的翅片190的一个实施例的立体图，其示出了一个翅片。如图2a 所示，翅片190大体呈平板状。翅片190包括数个相同的翅片子单元210，每个翅片子单元 210依次连接从而形成翅片190。每个翅片子单元210的中心位置设有一个孔201，孔201 的圆心与翅片子单元210的中心点重合。数个翅片子单元210布置成两排，每排中的各个翅片子单元210依次连接。这两排翅片子单元210是错位布置的，以使得两排翅片子单元210 中的孔201错位布置，其中一排翅片子单元210中的孔201与另一排中的相邻翅片子单元 210的连接处对齐。
39.图2b是图2a所示的翅片190的翅片子单元210的正面立体图，图2c是图2b所示的翅片子单元210的俯视图，示出了翅片子单元210的结构。如图2b-2c所示，翅片子单元 210大体呈长方形。翅片子单元210的中心处的孔201用于供换热管191贯穿通过。孔201 的内径与换热管191的外径相匹配，以使得翅片190能够通过孔201大体垂直于换热管191 被换热管191支撑。翅片190还具有自孔201的边缘垂直于翅片190延伸的翻边206。翻边 206形成环状结构，环状结构的内径与孔201的内径相同。翅片190还包括围绕孔201设置的台阶部219，台阶部219为环状。
40.如图2b所示，孔201具有垂直于翅片190的延伸方向延伸的中心线c。翅片子单元 210具有平行于翅片190的延伸方向延伸的虚拟的第一方向中心线x和第二方向中心线y，第二方向中心线y垂直于第一方向中心线x。当在换热器中使用时，空气流经翅片表面的方向是大体上平行于第一方向中心线x的延伸方向。为方便描述，在图2b中以箭头b表示空气流经翅片表面的方向。
41.第一方向中心线x和第二方向中心线y将翅片子单元210划分成四个相同的矩形的区域242、243、244、245。每个翅片子单元210包括四个开窗区202、203、204、205以及平坦区212。平坦区212大致为环形，并围绕孔201布置。平坦区212的内侧与台阶部219连接，其中，在沿着中心线c的方向上，台阶部219与平坦区212错开从而形成台阶。四个开窗区202、203、
204、205分别位于四个相同的矩形的区域242、243、244、245中。平坦区212位于孔201和四个开窗区202、203、204、205之间。平坦区212包括四个平坦区部分261、262、263、264，四个平坦区部分261、262、263、264分别位于四个相同的矩形的区域242、243、244、245中并位于相应的开窗区周围。
42.四个区域242、243、244、245的开窗区202、203、204、205分别包括第一开窗区 202、第二开窗区203和第三开窗区204和第四开窗区205。这四个开窗区按照如下方式围绕孔201布置：第一开窗区202和第四开窗区205相对于第二方向中心线y(即以第二方向中心线y为中心)镜像布置，第二开窗区203和第三开窗区204相对于第二方向中心线y 镜像(即以第二方向中心线y为中心)布置，第一开窗区202和和第二开窗区203相对于第一方向中心线x(即以第一方向中心线x为中心)镜像布置，第三开窗区204和第四开窗区205相对于第一方向中心线x(即以第一方向中心线x为中心)镜像布置。
43.四个开窗区202、203、204、205中的每一个开窗区中开设有数个百叶窗片218。每个百叶窗片218大致呈条形，其通过将翅片190的板材料切割成片状，然后将切割开的片状材料翻转成倾斜于翅片190而形成。每个条形的百叶窗片218沿着平行于第二方向中心线y 的方向延伸。每个开窗区中的数个百叶窗片218相互间隔开，每个开窗区中的数个百叶窗片 218中每一个所在的平面与平坦区212所在的平面呈夹角，并且每个开窗区中的数个百叶窗片218所在的平面互相平行。
44.四个平坦区部分261、262、263、264在区域242、243、244、245中的每一个中围绕相应的开窗区布置。以下以第一区域242为例介绍平坦区部分261与开窗区202的位置关系。平坦区部分262包括孔周平坦区251、第一边缘平坦区254、窗间平坦区253和第二边缘平坦区252。孔周平坦区251位于孔201和第一开窗区202之间，第二边缘平坦区252与孔周平坦区251相对，位于第一开窗区202的背向孔201的一侧。窗间平坦区253位于第一开窗区202靠近第四开窗区205的一侧，并由第一方向中心线x限定。第一边缘平坦区254与窗间平坦区253相对，位于第一开窗区202的背向窗间平坦区253的一侧。孔周平坦区251、第一边缘平坦区254、第二边缘平坦区252和窗间平坦区253连续相接，将第一开窗区202与孔201以及相邻的各个开窗区隔开。
45.图3为图2b所示的翅片子单元210的第一区域242的俯视图，用于展示开窗区202的形状。如图3所示，在垂直于孔201的中心线c的平面上，也就是在平行于翅片190的延伸方向的平面上，开窗区202形成开窗区投影309。开窗区投影309包括相对布置的第一边界331和第二边界332以及相对布置的第一端336和第二端337。具体而言，第一边界331 位于第一开窗区202的面向孔201的一侧，构成孔周平坦区251与第一开窗区202的分界线。第二边界332构成第四开窗区205与第二边缘平坦区252的分界线。第一端336构成第四开窗区205与第一边缘平坦区254的分界线。第二端337构成第四开窗区205与窗间平坦区253的分界线。
46.第一端336和第二端337大致沿着平行于第二方向中心线y的方向延伸，其分别连接第一边界331和第二边界332两侧的端点。第一端336相较于第二端337离第二方向中心线 x之间的距离较远。
47.第一边界331大致沿着平行于第一方向中心线x的方向延伸，第一边界331大致为弯曲的弧形。第一边界331具有第一前端351和第一后端352，第一边界331自第一后端352 向第一前端351大体呈逐渐靠近孔201的趋势。在开窗区投影309上，第一边界331和第二边
界332的至少一部分为波浪形，从而形成第一边界波浪形投影部分334和第二边界波浪形投影部分335。第一边界波浪形投影部分334具有近端361和远端362，其中近端361与第一端336相连接，远端362与第二端337之间具有一定间距。第二边界波浪形投影部分335 具有近端363和远端364，近端363与第二端337相连接，远端364与第一端336之间具有一定间距。第一边界波浪形投影部分334和第二边界波浪形投影部分335的形状均为波浪形，并且第一边界波浪形投影部分334和第二边界波浪形投影部分335的波浪形状在从各自的近端到远端的方向上具有逐渐缩小的振幅和周期。
48.在本技术的一个实施例中，孔201的直径范围为4-6mm。在本技术的另一个实施例中，孔201的直径为5mm。第一边界波浪形投影部分334和第二边界波浪形投影部分335的形状为抽样信号型曲线，并满足以下公式：其中，a为常数，w为角频率，t 为长度数值。在第一边界波浪形投影部分334中，a的取值范围为1-1.5，w的取值为1.5 rad/s，t的取值范围为6-36mm。在第二边界波浪形投影部分335中，a的取值范围为1-3， w的取值为2rad/s，t的取值范围为6-36mm。
49.区域243、244、245与区域242具有类似的形状，在此不再重复描述。
50.图4是图2c中的翅片子单元沿着a-a线剖切的剖视图。如图4所示，在翅片子单元中，每个百叶窗片218为长条形，并沿着平行于第一方向中心线x的方向延伸，每个百叶窗片218与所述平坦区212之间形成夹角。在第二方向中心线y的两侧的两个开窗区(例如第二开窗区203和第三开窗区204)中的百叶窗片218呈相反的倾斜方向，其中，第二开窗区203中的百叶窗片218相对于空气沿翅片表面的流动方向b成前向角，而第三开窗区 204中的百叶窗片218相对于空气沿翅片表面的流动方向b成后向角。沿着第二方向中心线 y的方向，每个百叶窗片218具第一侧271和第二侧272，其中第一侧271位于翅片的正面，第二侧272位于翅片的反面。在第二开窗区203中，百叶窗片218的第一侧271相对于第二侧272位于空气流动方向上的上游；在第三开窗区204中，百叶窗片218的第一侧271 相对于第二侧272位于空气流动方向上的下游。
51.在百叶窗片218中，第一侧271和第二侧272中的边缘的形状为波形。
52.图5a是图4中百叶窗片的第一侧或第二侧的边缘形状的第一实施例的示意图，图5b 是图4中百叶窗片的第一侧或第二侧的边缘形状的第二实施例的示意图，图5c是图4中百叶窗片的第一侧或第二侧的边缘形状的第三实施例的示意图，图5d是图4中百叶窗片的第一侧或第二侧的边缘形状的第四实施例的示意图，图5e是是图4中百叶窗片的第一侧或第二侧的边缘形状的第五实施例的示意图。
53.如图5a所示，第一侧271和第二侧272中的边缘的形状为三角波，其形状满足以下公式：
[0054][0055]
其中x为沿翅片长度方向的尺寸。a的取值范围为0≤a≤0.2mm，l的取值范围为2a≤ l≤5a。
[0056]
如图5b所示，第一侧271和第二侧272中的边缘的形状为三角波，其形状满足以下公式：
[0057][0058]
其中，l为周期，a为幅值，φ为相位。其中a的取值范围为0≤a≤0.2mm，l的取值范围为4a≤l≤8a，φ可随意调整。
[0059]
在本技术的一个实施例中，每个开窗区的百叶窗片数为3片，每个百叶窗片相对于平坦区所在的平面的倾斜角度为24
°‑
31
°
。
[0060]
如图5c所示，第一侧271和第二侧272中的边缘的形状为三角波，其形状满足以下公式：
[0061][0062]
其中x为沿翅片长度方向的尺寸；a的取值范围为0≤a≤0.25mm，l的取值范围为 2a≤l≤5a，a≤t≤0.5l。
[0063]
如图5d所示，第一侧271和第二侧272中的边缘的形状为梯形波，其形状满足以下公式：
[0064][0065]
其中x为沿翅片长度方向的尺寸。a的取值范围为0≤a≤0.25mm，l的取值范围为 2a≤l≤5a，a≤t≤a。
[0066]
如图5e所示，第一侧271和第二侧272中的边缘的形状为梯形波，其形状满足以下公式：
[0067][0068]
其中x为沿翅片长度方向的尺寸。a的取值范围为0≤a≤0.3mm，l的取值范围为 2a≤l≤5a，t1和t2的取值范围为：0≤t1《l/2,0≤t2《l/2，t1+t2＝(1-4)a。
[0069]
在换热器中，当空气流经翅片190表面时，翅片上的各个百叶窗片218由于横向于
气流的方向延伸，因此会阻挡空气的流动，从而使空气流产生扰动，进而提高换热效果。在开窗区的第一边界331和第二边界332的波浪形状能够进一步增加气流的扰动，提高换热效果。其中第一边界331受限于平坦区域的空间，将波浪的形状设置为自第一边界331的近端向远端振幅和频率逐渐缩小的波浪形。第二边界332将波浪的形状设置为自第二边界332近端向远端振幅和频率逐渐缩小的波浪形是因为振幅和周期较大的波浪形状有利于提高空气扰动。在第二边界332的远端更为靠近孔201，在第二边界332的远端处产生更强的气流扰动。孔 201中安装有换热管，增加换热管附近的空气扰动有利于提高换热效率。
[0070]
百叶窗片218的第一侧271和272的形状为波浪形，能够进一步加强流经第一侧271和 272的空气的气流扰动，有利于提高换热效果。
[0071]
图6a是流经现有技术的翅片时空气的流速和分布的效果图，图6b是流经图2a中的翅片190时空气的流速和分布的效果图。具体地说，图6a和图6b示出的是换热管191的直径为5mm，空气进入换热器翅片组时的流速为2.5m/s时，空气流经翅片190和现有技术的翅片时的流速和分布效果图。图中的气流状阴影的颜色深度表示了空气流速的大小，颜色越深表示气流越密集，空气流速越大。如图6b所示，翅片190在换热管后部低速区域面积明显比现有技术更小，因此本技术中翅片的空气流度更高，从而使换热性能更高。
[0072]
相邻的换热管191之间的空气流速明显大于现有技术相应位置的空气流速，这说明空气在流经翅片190时压降小于现有技术的翅片。
[0073]
图7是不同流速下本技术的翅片190与现有技术的换热效果的对比图。在图7中，横坐标表示空气进入换热器翅片组时的流速，纵坐标表示换热效率dq。如图7所示，在不同流速下，本技术的翅片190的换热效率dq均大于现有技术的翅片的换热效率，并且空气流速越大，换热效率之间的差异越大。
[0074]
图8是不同流速下空气流经本技术的翅片190与现有技术的压降的对比图。在图8 中，横坐标表示空气进入换热器翅片组时的流速，纵坐标表示压降dp。如图8所示，在不同流速下，本技术的翅片190的压降dp均小于现有技术的翅片的压降，并且空气流速越大，压降之间的差异越大。
[0075]
值得注意的是，在图2a所示的实施例中，翅片只有两排翅片子单元，但是本领域技术人员应当知道，本技术关于翅片子单元的结构设计可以适用于具有任意排数翅片子单元的翅片。
[0076]
本技术通过上述对翅片子单元中的开窗区的边界位置及形状的设计，合理优化了开窗区的边界的形状，以及百叶窗片的边缘的形状，提高了翅片表面的空气扰动，从而能够提高换热效率。
[0077]
尽管参考附图中出示的具体实施方式将对本技术进行描述，但是应当理解，在不背离本技术教导的精神和范围和背景下，本技术的翅片可以有许多变化形式。本领域技术普通技术人员还将意识到有不同的方式来改变本技术所公开的实施例中的结构细节，均落入本技术和权利要求的精神和范围内。