换热器及其翅片的制作方法

1.本技术涉及翅片，尤其涉及翅片管式换热器用的翅片的改进。


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.本技术提供一种波纹翅片，所述翅片包括数个翅片子单元，所述数个翅片子单元并排布置，每一个所述翅片子单元包括：数个孔、数个平坦区和波纹区，所述数个孔沿着翅片子单元的长度方向布置，所述数个孔的中心位于所述翅片子单元的中心线上；所述数个平坦区中的每一个围绕相应的孔布置；所述波纹区围绕所述数个平坦区设置，所述波纹区具有自所述平坦区所在的平面向上凸起而形成的一对波纹单元，所述一对波纹单元沿着所述翅片子单元的宽度方向并排布置，并相对于所述翅片子单元的中心线对称，每个所述波纹单元的波纹形状沿着所述翅片子单元的宽度方向延伸；其中，在所述翅片子单元的宽度方向上，每个所述波纹单元包括依次连接的第一波谷部分、第一倾斜部分、波峰部分、第二倾斜部分和第二波谷部分，所述第一波谷部分、波峰部分和第二波谷部分平行于所述平坦区延伸，所述第一倾斜部分和第二倾斜部分相对于所述平坦区倾斜延伸。
4.根据以上所述的翅片，所述第一波谷部分、第一倾斜部分、波峰部分、第二倾斜部分和第二波谷部分中的每个部分为平板状。
5.根据以上所述的翅片，在所述翅片子单元的宽度方向的横截面上，所述第一倾斜部分的宽度小于所述第二倾斜部分的宽度。
6.如上所述的翅片，所述第一波谷部分的宽度与所述孔的内径的比值范围为：0.05-0.09；所述第一倾斜部分的宽度与所述孔的内径的比值范围为：0.42-0.51。所述第二倾斜部分的宽度与所述孔的内径的比值范围为：0.466-0.571，所述第二波谷部分与所述孔的内径的比值范围为0.022-0.038。所述波峰部分到所述平坦区所在的平面的距离与所述孔的直径的比值范围为：0.1-0.123，所述平坦区的外径与所述孔的内径的比值范围为：1.5-1.85。
7.如上所述的翅片，所述翅片具有自所述平坦区的外边缘向上并向外延伸而形成的侧壁，所述侧壁相对于所述平坦区所在的平面的倾斜角为60
°‑
75
°
；所述孔的直径范围为5-7mm，在一个翅片子单元中，相邻的孔的中心之间的距离为18-20mm。
8.如上所述的翅片，所述平坦区的外轮廓为椭圆形，所述椭圆形的长轴沿着翅片子单元的宽度方向延伸。
9.如上所述的翅片，所述波纹区的一对波纹单元中的每一个包括通风通道，所述通风通道自所述波纹区的顶部向下凹陷形成，从而形成底部以及一对侧部，所述通风通道沿着所述一对波纹单元宽度方向延伸。
10.如上所述的翅片，所述通风通道的底部与所述平坦区齐平，所述通风通道的一对侧部自所述底部向上并朝向远离彼此的方向延伸。
11.如上所述的翅片，所述底部具有一对波浪形的侧边，一对波浪形侧边中的每一条侧边具有依次连接的第一直线段、第一圆弧段和第二圆弧段，所述第二圆弧段的弯曲方向与第一圆弧段的弯曲方向相反。
12.本技术还提供一种换热器，包括数个根据以上所述的翅片，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
13.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。
14.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波纹区。本技术中通过翅片子单元中波纹区的形状设置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
15.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；
16.图1b是图1a中翅片管式换热器的局的示意图；
17.图2a是根据本技术的翅片的第一实施例的局部立体图；
18.图2b是图2a中一个翅片子单元的立体图；
19.图3是图2b中翅片子单元沿着a-a线的截面视图；
20.图4是图2b中翅片子单元沿着j-j线的截面视图；
21.图5a是本技术中翅片第二实施例的局部立体图；
22.图5b是图5a中翅片的一个翅片子单元的立体图；
23.图6是图5b中平坦区与侧壁的示意图；
24.图7是图5b中翅片子单元的局部俯视图；
25.图8示出通风通道的侧边的示意图；
具体实施方式
26.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。
27.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。
28.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。
29.图2a是根据本技术的翅片的第一实施例的局部立体图，示出了一个翅片的局部。如图2a所示，翅片190大体呈平板状。翅片190包括两个相同的翅片子单元210，两个翅片子单元210并排连接从而形成翅片190。每个翅片子单元210的设有一排孔201。相邻的翅片子单元210中的一排孔201与相邻翅片子单元210的一排孔201错开布置。
30.图2a示出了翅片190的局部，翅片190的长度和宽度可以根据翅片管式换热器100的尺寸调整。翅片190可以有多个翅片子单元210，每个翅片子单元210的长度也可以更长。
31.图2b是图2a中一个翅片子单元210的立体图，如图2b所示，翅片子单元210具有长度方向l1和宽度方向w1，长度方向l1和宽度方向w1互相垂直。当在换热器中使用时，流体经翅片表面的方向是大体上平行于宽度方向w1。为方便描述，在图2b中以箭头b1表示流体经翅片表面的方向。
32.翅片子单元210包括多个孔201，多个孔201沿着翅片子单元210的长度方向依次布置。翅片子单元210上的孔201用于供换热管191贯穿通过。每个孔201的周围具有围绕孔201设置的环形的平坦区212。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延伸的圆筒206。圆筒206的内径与孔201的内径相同。翅片子单元210还包括台阶部285，台阶部285围绕圆筒206设置，并与圆筒206的外壁连接。台阶部285的上表面高于平坦区212所在的平面。台阶部285的底部与平坦区212连接。台阶部285能够对圆筒206进行一定的支撑，以防止圆筒206相对于翅片190发生倾斜。
33.在本实施例中，平坦区212为圆环形。平坦区212所在的平面与孔201所在的平面齐平。也就是说，圆筒206自平坦区212向上延伸而形成。
34.相邻的平坦区212之间设有波纹区214，波纹区214围绕所述数个平坦区212设置。在翅片子单元210的宽度方向上，波纹区214的宽度大于平坦区212的宽度。在翅片子单元210的长度方向上，波纹区214的长度大体上等于翅片子单元210的长度。波纹区214具有自平坦区212所在的平面向上凸起而形成的一对波纹单元261和262，波纹单元261和262沿着述翅片子单元210的宽度方向并排布置，并相对于翅片子单元210的中心线c1对称，每个波纹单元261和262的波纹形状沿着所述翅片子单元210的宽度方向延伸。
35.图3是图2b中翅片子单元210沿着a-a线的截面视图，如图3所示，在翅片子单元210的宽度方向上，波纹单元261包括依次连接的第一波谷部分311、第一倾斜部分312、波峰部分313、第二倾斜部分314和第二波谷部分315。其中第一波谷部分311靠近翅片子单元210一
侧的外边缘，第二波谷部分315靠近中心线c1。第一波谷部分311、第一倾斜部分312、波峰部分313、第二倾斜部分314和第二波谷部分315中的每个部分为平板状。第一波谷部分311、波峰部分313和第二波谷部分315平行于所述平坦区212延伸。其中第一波谷部分311和第二波谷部分315与平坦区212所在的平面齐平，波峰部分313高于平坦区212所在的平面。第一倾斜部分312自第一波谷部分311朝向中心线c1向上倾斜延伸，第二倾斜部分314自波峰部分313朝向中心线c1向下倾斜延伸。第一倾斜部分312、波峰部分313和第二倾斜部分314的横截面大致为梯形。其中第一倾斜部分312的宽度小于第二倾斜部分314的宽度，也就是说上述梯形为两腰不相等的梯形。
36.波纹单元262与波纹单元261相对于中心线c1对称，波纹单元262包括依次连接的第一波谷部分311、第一倾斜部分312、波峰部分313、第二倾斜部分314和第二波谷部分315，其中波纹单元262的第一波谷部分311靠近翅片子单元210另一侧的外边缘，第二波谷部分315靠近中心线c1。波纹单元261和波纹单元262各自的第一波谷部分311位于翅片子单元210的宽度方向上的两侧，波纹单元261和波纹单元262各自的第二波谷部分315位于翅片子单元210的宽度方向上的中部，并分别位于中心线c1的两侧。
37.在本技术的一个实施例中，第一波谷部分311的宽度与孔201的内径的比值范围为：0.05-0.09；第一倾斜部分312的宽度与孔201的内径的比值范围为：0.42-0.51。第二倾斜部分314的宽度与孔201的内径的比值范围为：0.466-0.571，第二波谷部分315与孔201的内径的比值范围为0.022-0.038。波峰部分313到平坦区212所在的平面的距离与所述孔201的直径的比值范围为：0.1-0.123，平坦区212的外径与孔201的内径的比值范围为：1.5-1.85。
38.波纹单元261与波纹单元262的设置增大了翅片190的换热面积，能够提高翅片190的换热效率。其中第一倾斜部分312的宽度小于第二倾斜部分314的宽度，也就是说，第一倾斜部分312相对于平坦区212所在的平面的倾斜角度大于第二倾斜部分314相对于平坦区212所在的平面的倾斜角度。从而流体在第二倾斜部分314的流速较低，以便于充分地与换热管进行换热。波峰部分313沿着水平方向延伸，有利于减小流体的流动阻力。
39.波纹单元261与波纹单元262由金属片弯折形成，波纹单元261与波纹单元262的横截面厚度均匀。
40.图4是图2b中翅片子单元210沿着j-j线的截面视图，如图4所示，剖切线j-j穿过了一个孔的直径。平坦区212的内边缘与台阶部285的底部连接。平坦区212的外边缘与波纹单元261和波纹单元262之间通过侧壁392连接。侧壁392自平坦区的外边缘向上并向外延伸。侧壁392相对于平坦区212所在的平面的倾斜角为60
°‑
75
°
。在本技术的一个实施例中，侧壁392相对于平坦区212所在的平面的倾斜角为65
°‑
72
°
，在本技术的又一个实施例中，侧壁392相对于平坦区212所在的平面的倾斜角为70
°
。侧壁392相对于平坦区212所在的平面的倾斜角越大，流体流经侧壁392附近的阻力越大，产生的扰动也会越大，有利于增加换热管后的换热。但同时，侧壁392相对于平坦区212所在的平面的倾斜角越大，翅片190的换热面积越小，翅片190的换热效率越低。随着侧壁392相对于平坦区212所在的平面的倾斜角的增大，流体扰动增加的换热大于换热面积下降降低的换热效率。本技术中的角度范围在经过实验后得出的较优范围，使得换热面积以及流体流动阻力均在合适的范围。
41.在本技术的一个实施例中，翅片的孔的直径较小，在本技术的一个实施例中，孔的
直径范围为5-7mm，在一个翅片子单元中，相邻的孔的中心之间的距离为16-19mm，相邻的翅片子单元的中心线之间的间距为18-20mm。在本技术又一个实施例中，孔的直径为6.65mm，在一个翅片子单元中，相邻的孔的中心之间的距离为19.05mm，相邻的翅片子单元的中心线之间的间距为16.5mm。在本技术的其它实施例中，翅片的孔的直径以及相邻的孔的中心之间的距离可以进行同比例的扩大，以适应不同的换热器的需要。
42.与现有技术中的波纹翅片相比，图2a所示的实施例中的翅片190具有波峰部分，使得翅片的换热性能更好及并且压降更低，几何结构简单，工艺简单，制造过程更稳定，不易变形。并且图2a中的翅片190通过软件分析和实验调整了翅片190的几何形状，优化波纹区几何形状的参数，使翅片本身的导热，翅片与空气的换热效率达到最优，同时增强了翅片的强度，减少高风速时的翅片的晃动，降低噪音。与现有波纹专利相比，图2a中的翅片换热性能更高与现有不具备波峰部分的翅片相比，换热性能提升5.2％，同时压降低1.2％。
43.图2a中翅片的侧壁的角度设置增加流体的冲击与扰动，可改善换热管后部流体速度，提高翅片的换热性能。
44.图5a是本技术中翅片第二实施例的局部立体图，图5b是图5a中翅片的一个翅片子单元的立体图。图5a所示的实施例与图2a所示的实施例类似，所不同的是平坦区的形状不同，并且图5a所示的实施例还具有通风通道。
45.类似地，如图5a所示，翅片590包括两个相同的翅片子单元510，两个翅片子单元510并排连接从而形成翅片590。每个翅片子单元510的设有一排孔501。相邻的翅片子单元510中的一排孔501与相邻翅片子单元510的一排孔501错开布置。
46.如图5b所示，翅片子单元510具有长度方向l2和宽度方向w2，长度方向l2和宽度方向w2互相垂直。当在换热器中使用时，流体经翅片表面的方向是大体上平行于宽度方向w2。为方便描述，在图5b中以箭头b1表示流体经翅片表面的方向。
47.每个孔501的周围具有围绕孔501设置的环形的平坦区512，在本实施例中，平坦区212的外轮廓为椭圆形，平坦区212的内轮廓为圆形。其中椭圆形的长轴沿着翅片子单元的宽度方向w2延伸，短轴沿着翅片子单元的长度方向l2延伸。
48.类似地，平坦区512的外边缘与波纹单元561和波纹单元562之间通过侧壁592连接，侧壁592从平坦区512的外边缘向外并向上延伸。侧壁592的顶部612也围成椭圆形。
49.图6是图5b中平坦区与侧壁的示意图。如图6所示，侧壁592的底部611与平坦区512的外边缘的外边缘重合，围成椭圆形e，侧壁592的顶部612围成椭圆形f。椭圆形e和椭圆形f的焦点与孔501的圆心重合。
50.椭圆形e的长轴为a1，短轴为b1，椭圆形f的长轴为a2，短轴为b2，侧壁592相对于平坦区512的倾斜角度由a1，b1，a2，b2共同控制，各个位置的倾斜角度不同。在每个翅片子单元510中，相邻的孔501之间的间距为pt，相邻的翅片子单元510中心线c2之间的间距为pl。则a1，b1，a2，b2和pt之间满足以下比例关系:a1/pt∈[0.61,0.79],a2/pt∈[0.71，0.89]，b1/pt∈[0.59,0.71],b2/pt∈[0.65,0.83]。以上参数能够使得翅片达到较低的流体流动阻力以及较好的换热效率。在图6所示的一个实施例中，孔的直径范围为5-7mm，在一个翅片子单元中，相邻的孔的中心之间的距离为16-19mm，相邻的翅片子单元的中心线之间的间距为18-20mm。在图6所示的又一个实施例中，孔的直径为6.65mm，在一个翅片子单元中，相邻的孔的中心之间的距离为19.05mm，相邻的翅片子单元的中心线之间的间距为16.5mm。波纹
区514的顶部与底部之间的距离为1.5875mm。
[0051]
图7是图5b中翅片子单元的局部俯视图，示出了通风通道。如图5b和图7所示，波纹区514的一对波纹单元561和波纹单元562中包含分别具有通风通道585和586，通风通道585和586相对于翅片子单元510的中心线c2对称。通风通道585和586大体上沿着翅片子单元510的宽度方向延伸。以下以通风通道585为例介绍通风通道的结构。
[0052]
通风通道585由波纹区514的顶部向下凹陷形成。通风通道585具有底部771和一对侧部772和773。其中，底部771与平坦区512所在的平面齐平。底部771的两端分别与波纹单元561的第一波谷部分511以及波纹单元562的第一波谷部分511齐平。也就是说，通风通道585沿着翅片子单元510的宽度方向穿过波纹区514的高于平坦区512(也就是高于第一波谷部分511)的部分。一对侧部772和773自底部771向上并朝向远离彼此的方向倾斜延伸。从而通风通道585大致形成上宽下窄的槽。一对侧部772和773与底部771所在的平面的夹角的范围为30
°‑
60
°
，一对侧部772和773的倾斜角度的设置能够在提高换热效率。通风通道的设置能够减小流体的流动阻力。
[0053]
底部771具有一对侧边751和752，在翅片子单元510的长度方向的截面上，侧边751和752之间的距离相等，从而通风通道585的宽度均匀。在翅片子单元510的长度方向的截面上，侧边751和752之间的距离与孔501的直径之间的比值范围为0.12-0.2。通风通道585的宽度需要大于一定数值使得流体中的少量液态流体(例如冷凝水)易于通过，而不易滞留在通风通道中，同时小于一定数值，避免过多地减少翅片的换热面积。侧边751和752的形状相同，均为波浪形。侧边751和752的形状设置使得通风通道585和586能够增加对气流的扰动，提高翅片换热效率。
[0054]
类似地，通风通道586的底部775具有一对侧边753和754，侧边753和751相对于翅片子单元510的中心线c2对称，侧边754和752相对于翅片子单元510的中心线c2对称。
[0055]
在图5a与图7所示的实施例中，在翅片子单元的长度方向l上，每个翅片子单元的孔501的两侧均设置有一对通风通道585和586。通风通道585和586各自的第二圆弧段803均朝向相应的孔501弯曲。也就是在每个翅片子单元的相邻的孔501之间具有两对并排布置的通风通道585和586。
[0056]
图8示出通风通道的侧边751和753的形状，如图8所示，侧边751包括第一直线段801、第一圆弧段802和第二圆弧段803。其中第一圆弧段802的弯曲方向与第二圆弧段803的弯曲方向相反。侧边751和753的形状的延伸趋势连续，侧边751和753各自的第二圆弧段803在同一个圆周上。
[0057]
在翅片子单元的宽度方向上，第一直线段801的的宽度为d1，第一圆弧段802的宽度为d2，第二圆弧段803的宽度为d3。第一圆弧段802的半径为r1，第二圆弧段的半径为r2。在每个翅片子单元510中，相邻的孔501之间的间距为pt，相邻的翅片子单元510中心线c2之间的间距为pl。则d1、d2、d3、r1、r2、pt和pl满中以下关系：d1/pt∈[1/4,3/8]，d2+d3＝pl/2，r1/pt∈[1/5,1/2]，r2/pt∈[1/6,1/3]。以上参数设置使得翅片590的换热效率较高。
[0058]
翅片590中的通风通道586和585的形状设置以及具有椭圆形外轮廓的平坦区的形状设置增强了空气扰动，能够较大提高换热性能，同时会增加流体流动阻力，使压降升高，但压降升高的幅度较小。与现有技术中的波纹翅片相比，在不同风速下，具有通风通道的翅片的换热性能提升4.58％-7.19％，风速越高，换热越好，压降比现有技术波纹片上升
0.5％-1％。具有通风通道的翅片是一种在满足压降的要求下，能够提高换热性能的翅片。
[0059]
其中翅片的通风通道586和585和椭圆形外轮廓的平坦区均能提高翅片的换热性能，在一些实施例中，以上两个特征可以根据需要单独使用。
[0060]
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。