CN103673718B - 换热器的翅片及换热器 - Google Patents

Abstract

一种换热器及其翅片，所述翅片包括并排且交替设置的若干第一翅片单元及若干第二翅片单元，其中每一个第一翅片单元包括面向流体流入方向的第一窗翅，每一个第二翅片单元包括面向流体流入方向的第二窗翅，所述第一窗翅与所述第二窗翅并排设置，所述第一窗翅与所述第二窗翅在所述流体流入方向上错开以在所述第一窗翅与所述第二窗翅之间形成第一间隙，所述第一窗翅与所述第二窗翅中的至少一个具有不相等的上半部分面积与下半部分面积。由于上、下半部分面积不同，对流体的阻碍就不同，由此便会产生竖直方向上的压力差进而在竖直方向上产生较佳的扰流效果。

Description

换热器的翅片及换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器的翅片及换热器，尤其涉及一种具有较强流体扰动的翅片及具有该翅片的板翅式换热器。

背景技术

板翅式换热器通常是由隔板、翅片、封条和导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片和封条从而组成一个夹层，这就是通道。将这样的夹层根据实际需要以不同的方式叠置起来，钎焊成为一个整体便组成了板束。将板束和对应的封头、接管、支撑等零件装配起来，就组成了板翅式换热器。

板翅式换热器被定义为由流通板和翅片组成的传热元件，翅片是其核心部件，常见的翅片类型有：平直形、锯齿形、波纹形、多孔形和百叶窗形等。为了增强板翅式换热器的换热效果，人们对其翅片结构进行了不断的研发和改进。

相比于传统的换热器，板翅式换热器具有强化换热表面，结构十分紧凑；多用铝合金材料制造，十分轻巧；翅片对流体的扰动使流体的边界层不断破坏，同时由于隔板和翅片的高导热性，使得板翅式换热器具有很高的效率。因此，板翅式换热器的适应性很强，可以用于各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热；通过流道的布置和组合能够适应逆流、错流、多股流和多层流等不同的换热工况；通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要。目前，板翅式换热器被广泛应用于空分设备、石油化工、制冷及低温领域、汽车和航空工业等领域。

由于板翅式换热器的结构紧凑轻巧，安装空间有限，其流道结构改进和优化的空间相对较小，而板翅式换热器翅片的结构设计却可以灵活多样，具有进一步改进和优化的空间和条件。随着设备散热量的增大，板翅式换热器的换热效率也需要加强，在这种大环境的要求之下，改进和优化板翅式换热器的翅片结构，强化翅片与流过的高、低温媒介之间的换热效率成为了研究的主要方向之一。

请参考图1所示，图1为现有油冷却器的结构示意图，其包括若干板片1’及位于相邻两个板片’中间的开窗翅片2’。通过所述开窗翅片2’使冷、热媒介改变流动方向，并且使其流动边界层被破坏进而产生紊流作用。

图2所示的是开窗翅片2’的局部结构。所述开窗翅片2’由多个翅片单元3’组成，其中每一个翅片单元3’包括顶部4’、底部5’及对称布置的两个窗翅6’、7’。相邻的翅片单元3’是平行交错布置，即左右相邻的窗翅之间留有间隙8’。当冷、热媒介沿箭头方向流向翅片窗翅6’、7’时，就会受到窗翅6’、7’的阻碍而不断产生横向平面上的分流。冷、热媒介在分流的过程中，其边界层不断被开窗翅片2’破裂，就会在产生局部平面上的扰动，这会在一定程度上强化板翅式换热器的换热能力。但是，由于翅片窗翅6’、7’结构形状的限制，冷、热媒介在分流的过程中主要产生的是横向上的扰动，而纵向(竖直方向)上的扰动相对较少。

因此，有必要对现有的技术进行改进，以解决以上技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换热效率较高的换热器的翅片及其换热器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种换热器的翅片，所述翅片包括并排且交替设置的若干第一翅片单元及若干第二翅片单元，其中每一个第一翅片单元包括面向流体流入方向的第一窗翅，每一个第二翅片单元包括面向流体流入方向的第二窗翅，所述第一窗翅与所述第二窗翅并排设置，所述第一窗翅与所述第二窗翅在所述流体流入方向上错开以在所述第一窗翅与所述第二窗翅之间形成第一间隙，所述第一窗翅与所述第二窗翅中的至少一个具有不相等的上半部分面积与下半部分面积。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一窗翅与所述第二窗翅中的任何一个均具有不相等的上半部分面积与下半部分面积。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一窗翅与所述第二窗翅相互平行，并且所述第一窗翅的上半部分面积大于下半部分面积，所述第二窗翅的上半部分面积小于下半部分面积。

作为本发明进一步改进的技术方案，沿所述流体流入方向观察，所述第一窗翅的上端比下端宽，所述第二窗翅的上端比下端窄。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一窗翅呈梯形、或者三角形、或者半圆形、或者阶梯形；所述第二窗翅呈梯形、或者三角形、或者半圆形、或者阶梯形。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一翅片单元包括自第一窗翅的顶部水平延伸的第一顶部及自第一窗翅的底部水平延伸的第一底部，所述第二翅片单元包括自第二窗翅的顶部水平延伸的第二顶部及自第二窗翅的底部水平延伸的第二底部，所述第一顶部与所述第二顶部相互贴合，所述第一底部与所述第二底部相互贴合，所述第一顶部沿所述流体流入方向的长度大于所述第二顶部沿所述流体流入方向的长度，所述第一底部沿所述流体流入方向的长度小于所述第二底部沿所述流体流入方向的长度。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一翅片单元包括自第一顶部向下倾斜延伸的第三窗翅，所述第一窗翅与所述第三窗翅对称设置；所述第二翅片单元包括自第二顶部向下倾斜延伸的第四窗翅，所述第二窗翅与所述第四窗翅对称设置；所述第三窗翅与所述第四窗翅在所述流体流入方向上错开以在所述第三窗翅与所述第四窗翅之间形成第二间隙。

为实现上述目的，本发明还提供了一种换热器，其包括支座、安装于支座上且交叉堆叠设置的若干第一流通板与若干第二流通板、以及收容于第一流通板及第二流通板内的若干翅片，所述第一流通板包括用以收容对应翅片的第一收容空间，所述第二流通板包括用以收容对应翅片的第二收容空间，其特征在于，所述翅片为上述的换热器的翅片。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一流通板包括第一底座及围绕在所述第一底座外围的第一框体，所述第一收容空间由所述第一底座及所述第一框体围成，所述翅片贴置于所述第一底座上；所述第二流通板包括第二底座及围绕在所述第二底座外围的第二框体，所述第二收容空间由所述第二底座及所述第二框体围成，所述翅片贴置于所述第二底座上；所述第一框体与所述第二框体具有相互配合的凸起与凹槽。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一底座设有第一平面孔及第一凸面孔，所述翅片设有对应于所述第一平面孔与所述第一凸面孔的第一缺口；所述第二底座设有第二平面孔及第二凸面孔，所述翅片设有对应于所述第二平面孔与所述第二凸面孔的第二缺口；所述翅片的高度与所述第一凸面孔及第二凸面孔平齐。

与现有技术相比，本发明由于所述第一窗翅与所述第二窗翅中的至少一个具有不相等的上半部分面积与下半部分面积，因而对流体的阻碍就不同，由此便会产生竖直方向上的压力差进而在竖直方向上产生较佳的扰流效果。

附图说明

图1是现有技术中的换热器的侧视图；

图2是现有技术中的换热器的翅片的立体图；

图3是本发明换热器的立体图；

图4是本发明换热器沿图3中A-A线的剖视图，其中所述顶板及支座未被显示出来；

图5是图4中第一流通板的立体图；

图6是沿图5中B-B线的剖视图；

图7是沿图5中C-C线的剖视图；

图8是图4中第二流通板的立体图；

图9是图4中第一流通板与翅片组装后的立体图；

图10是图9的俯视图，并且标明了流体的大致流动方向；

图11是图9中翅片的立体图，其中第一翅片单元与第二翅片单元交替并排布置；

图12是图11中第二翅片单元的立体图；

图13是图11中标明流体流动反向的立体示意图；

图14是图13中流体在通过第一翅片单元的第一窗翅时而发生扰动的示意图；

图15是图13中流体在通过第二翅片单元的第二窗翅时而发生扰动的示意图。

具体实施方式

请参图3至图10所示，本发明揭示了一种换热器100，其包括支座1、安装于支座1上且交叉堆叠设置的若干第一流通板2与若干第二流通板3、收容于第一流通板2及第二流通板3内的若干翅片4、以及安装于顶端的顶板7。在本发明图示的实施方式中，所述换热器100为板翅式换热器。为了便于以下描述以及更好地理解本发明的技术方案，第一流通板2与第二流通板3相互堆叠的方向被定义为“竖直方向”或者“上下方向”。

所述支座1设有周向凸出于所述第一流通板2与第二流通板3的安装板11。所述安装板11设有若干供螺丝穿过的安装孔12，以实现对所述换热器100的固定。

所述顶板7包括平板状的顶面71及凸出顶面71的若干圆柱形的法兰。所述法兰包括分别位于对角线的两个第一法兰72及分别位于另一对角线的两个第二法兰73。所述两个第一法兰72中其中一个为第一流体的进口，另一个为第一流体的出口。所述两个第二法兰73中其中一个为第二流体的进口，另一个为第二流体的出口。所述第一法兰72及第二法兰73均用以与管道(未图示)相连接。在以下描述中，第一流体与第二流体统称为流体。

请参图5所示，所述第一流通板2包括第一底座21及围绕在所述第一底座21外围的第一框体22。所述第一框体22向上凸出于所述第一底座21，并且所述第一框体22与所述第一底座21共同形成收容对应翅片4的第一收容空间23。所述第一底座21设有若干第一平面孔211及若干第一凸面孔212。请参图6所示，所述第一凸面孔212是冲压形成的并且包括位于顶端的第一凸台面213。在本发明图示的实施方式中，所述第一平面孔211为两个且分布于所述第一底座21的一个对角，所述第一凸面孔212为两个且分布于所述第一底座21的另一个对角。当然，在其他实施方式中，所述第一平面孔211也可以设置在同一侧且对齐排列，相应地，所述第一凸面孔212可以设置在另一侧且对齐排列，即图5中的其中一个第一平面孔211与其中一个第一凸面孔212调换位置。

请参图8所示，所述第二流通板3包括第二底座31及围绕在所述第二底座31外围的第二框体32。所述第二框体32向上凸出于所述第二底座31，并且所述第二框体32与所述第二底座31共同形成收容对应翅片4的第二收容空间33。所述第二底座31设有若干第二平面孔311及若干第二凸面孔312。所述第二凸面孔312是冲压形成的并且包括位于顶端的第二凸台面313。在本发明图示的实施方式中，所述第二平面孔311为两个且分布于所述第二底座31的一个对角，所述第二凸面孔312为两个且分布于所述第二底座31的另一个对角。当然，在其他实施方式中，所述第二平面孔311也可以设置在同一侧且对齐排列，相应地，所述第二凸面孔312可以设置在另一侧且对齐排列，即图8中的其中一个第二平面孔311与其中一个第二凸面孔312调换位置。

需要说明的是：在本发明图示的实施方式中，第一流通板2的第一平面孔211与第二流通板3的第二平面孔311相互错位；第一流通板2的第一凸面孔212与第二流通板3的第二凸面孔312也相互错位。所述第一流通板2的第一平面孔211对应于所述第一法兰72，所述第二流通板3的第二平面孔311对应于所述第二法兰73。

请参图3所示，所述第一流通板2的第一框体22与所述第二流通板3的第二框体32具有相互配合的凸起23与凹槽33。通过所述凸起23与凹槽33的配合能够起到防止误装配的作用，并且一旦发生误装配(例如两块第一流通板2不小心叠在一起了)，因为会产生缝隙，所以很容易被发现。在本发明图示的实施方式中，所述凸起23设置于第一框体22上，所述凹槽33设置于第二框体32上。当然，在其他实施方式中，所述凸起23也可以设置于第二框体32上，所述凹槽33设置于第一框体22上，同样能够实现防止误装配的作用。

请参图5及图8所示，因为第一流通板2与第二流通板3结构类似，以下仅以第一流通板2为例，详细介绍第一流通板2与对应翅片4的组装关系。

请参图9及图10所示，收容于第一收容空间23内的翅片4设有对应于所述第一平面孔211与所述第一凸面孔212的若干第一缺口(未标号)，并且所述翅片4的高度与所述第一凸面孔212的第一凸台面213平齐。可以理解的是：收容于第二收容空间33内的翅片4设有对应于所述第二平面孔311与所述第二凸面孔312的若干第二缺口(未图示)，并且所述翅片4的高度与所述第二凸面孔312的第二凸台面313平齐。所述第一凸台面213及所述第二凸台面313均与其相贴合的部分(分别对应于第二平面孔311及第一平面孔211)焊接在一起，从而保证流体在翅片4中流通时不会流入第一凸面孔212或者第二凸面孔312内。

请参图10所示，左下角的第一平面孔211为进口，右上角的第一平面孔211为出口，图中的箭头方向表示的是第一流体从进口流向出口的示意路线。

类似地，请参图8所示，可以理解，第二流体从左上角的第二平面孔311流进，从右下角的第二平面孔311流出。

本发明第一流通板2与第二流通板3分别流通的第一流体与第二流体是两种不同的媒介，并且在换热器100内相互不会混合，本发明的换热器100也就是为这两种不同的媒介提供热交换的场所。

请参图11至图15所示，以下对翅片4的结构进行详细介绍。所述翅片4包括并排且交替设置的若干第一翅片单元5及若干第二翅片单元6。每一个第一翅片单元5包括面向流体流入方向(在本发明图示的实施方式中为前后方向)的第一窗翅51、自第一窗翅51的顶部水平延伸的第一顶部52、自第一窗翅51的底部水平延伸的第一底部53及自第一顶部52向下倾斜延伸的第三窗翅54。所述第一窗翅51与所述第三窗翅54对称设置。

类似地，所述每一个第二翅片单元6包括面向流体流入方向的第二窗翅61、自第二窗翅61的顶部水平延伸的第二顶部62、自第二窗翅61的底部水平延伸的第二底部63及自第二顶部62向下倾斜延伸的第四窗翅64。所述第二窗翅61与所述第四窗翅64对称设置。在本发明图示的实施方式中，所述第一窗翅51与所述第二窗翅61在左右方向上并排设置。所述第一底部53沿所述流体流入方向的长度小于所述第二底部63沿所述流体流入方向的长度。所述第一窗翅51与所述第二窗翅61在所述流体流入方向上错开以在所述第一窗翅51与所述第二窗翅61之间形成第一间隙50。在本发明图示的实施方式中，所述第一窗翅51先于所述第二窗翅61与所述流体接触。另外，所述第一顶部52沿所述流体流入方向的长度大于所述第二顶部62沿所述流体流入方向的长度。所述第三窗翅54与所述第四窗翅64同样在所述流体流入方向上错开以在所述第三窗翅54与所述第四窗翅64之间形成第二间隙60。在本发明图示的实施方式中，所述第四窗翅64先于所述第三窗翅54与所述流体接触。

所述第一翅片单元5与所述第二翅片单元6相互贴合在一起(例如焊接)，以形成一个整体，提高换热性能。具体地，所述第一顶部52与所述第二顶部62相互贴合，所述第一底部53与所述第二底部63相互贴合。另外，所述第一底部53及所述第二底部63均焊接固定于所述第一流通板2的第一底座21上及所述第二流通板3的第二底座31上。

本发明的换热器100及其翅片4为了增强在竖直方向的扰动，将所述第一窗翅51、第二窗翅61、第三窗翅54及第四窗翅64中的至少一个设置成具有不相等的上半部分面积S1与下半部分面积S2。所述上半部分面积S1与下半部分面积S2以中心线(参图13中的虚线)作为区分，下同。

具体地，在本发明图示的实施方式中，所述第一窗翅51与所述第二窗翅61中的任何一个均具有不相等的上半部分面积S1与下半部分面积S2。同时，所述第三窗翅54与所述第四窗翅64中的任何一个均具有不相等的上半部分面积S1与下半部分面积S2。

请参图11所示，在本发明图示的实施方式中，沿所述流体流入方向观察，所述第一窗翅51呈上端宽、下端窄的梯形，其上半部分面积S1大于下半部分面积S2；所述第二窗翅61呈上端窄、下端宽的梯形，其上半部分面积S1小于下半部分面积S2。所述第一窗翅51与所述第二窗翅61相互平行，并且所述第一窗翅51旋转180度后与所述第二窗翅61完全相同，以实现模具共用。

请参图13至图15所示，以下就本发明的换热器100及其翅片4为何能够增强竖直方向上的扰动进行详细说明。

因为所述第一窗翅51比所述第二窗翅61更靠近流体，所以第一窗翅51先于第二窗翅61与流体接触。当流体触碰到第一窗翅51时，受到第一窗翅51的阻碍，一方面，流体会向两侧横向扩散并穿越所述第一间隙50后继续向后流动；另一方面，由于所述第一窗翅51的上半部分面积S1大于下半部分面积S2，流体在第一窗翅51的上半部分受到的阻力要大于在下半部分受到的阻力，因此流体在第一窗翅51的上半部分的流量要小于流体在第一窗翅51的下半部分的流量，换句话说，即第一窗翅51的上半部分的后方会产生流体缺失。请参图14所示，无论是从流量的角度还是从流体缺失的角度分析，由于压力差的存在，第一窗翅51的下半部分的流体会顺着第一间隙50流向第一窗翅51的上半部分，从而由下向上产生较佳的扰流效果。

当流体流过第一窗翅51后，剩下的流体就会与第二窗翅61相互作用，这时候的流体还应当包括流过第一窗翅51时分流而来的那部分。类似地，流体受到第二窗翅61的阻碍，一方面，流体会向两侧横向扩散并穿越所述第一间隙50继续向后流动；另一方面，由于所述第二窗翅61的上半部分面积S1小于下半部分面积S2，流体在第二窗翅61的上半部分受到的阻力小于在下半部分受到的阻力，因此流体在第二窗翅61的下半部分的流量要小于流体在第二窗翅61的上半部分的流量，换句话说，即第二窗翅61的下半部分的后方会产生流体缺失。无论是从流量的角度还是从流体缺失的角度分析，由于压力差的存在，第二窗翅61的上半部分的流体会顺着第一间隙50流向第二窗翅61的下半部分，从而由上向下产生较佳的扰流效果。

流体流过第三窗翅54与所述第四窗翅64的方式及效果与第二窗翅61及第一窗翅51分别相同，在此不再赘述。

需要说明的是：虽然本发明图示的实施方式中所显示的第一窗翅51与第二窗翅61均为梯形，但是，可以理解，其它形状(例如三角形、半圆形、阶梯型等)只要满足上半部分与下半部分面积不同也都是可以的。

综上所述，本发明的换热器100及其翅片4在保留横向扰动的同时，增强了在竖直方向上的扰动，并且竖直方向上的扰动是变化的(由上而下、由下而上)，因此具有明显的扰流效果。这种扰流效果使换热器100内的流体在各个位置处的温度能够保持比较小的差别，从而提升了换热器100整体的换热效率。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种换热器的翅片，所述翅片包括并排且交替设置的若干第一翅片单元及若干第二翅片单元，其中每一个第一翅片单元包括面向流体流入方向的第一窗翅，每一个第二翅片单元包括面向流体流入方向的第二窗翅，所述第一窗翅与所述第二窗翅并排设置，所述第一窗翅与所述第二窗翅在所述流体流入方向上错开以在所述第一窗翅与所述第二窗翅之间形成第一间隙，其特征在于：所述第一窗翅与所述第二窗翅中的至少一个具有不相等的上半部分面积与下半部分面积。

2.如权利要求1所述的换热器的翅片，其特征在于：所述第一窗翅与所述第二窗翅中的任何一个均具有不相等的上半部分面积与下半部分面积。

3.如权利要求2所述的换热器的翅片，其特征在于：所述第一窗翅与所述第二窗翅相互平行，并且所述第一窗翅的上半部分面积大于下半部分面积，所述第二窗翅的上半部分面积小于下半部分面积。

4.如权利要求3所述的换热器的翅片，其特征在于：沿所述流体流入方向观察，所述第一窗翅的上端比下端宽，所述第二窗翅的上端比下端窄。

5.如权利要求1至4项中任意一项所述的换热器的翅片，其特征在于：所述第一窗翅呈梯形、或者三角形、或者半圆形、或者阶梯形；所述第二窗翅呈梯形、或者三角形、或者半圆形、或者阶梯形。

6.如权利要求2所述的换热器的翅片，其特征在于：所述第一翅片单元包括自第一窗翅的顶部水平延伸的第一顶部及自第一窗翅的底部水平延伸的第一底部，所述第二翅片单元包括自第二窗翅的顶部水平延伸的第二顶部及自第二窗翅的底部水平延伸的第二底部，所述第一顶部与所述第二顶部相互贴合，所述第一底部与所述第二底部相互贴合，所述第一顶部沿所述流体流入方向的长度大于所述第二顶部沿所述流体流入方向的长度，所述第一底部沿所述流体流入方向的长度小于所述第二底部沿所述流体流入方向的长度。

7.如权利要求6所述的换热器的翅片，其特征在于：所述第一翅片单元包括自第一顶部向下倾斜延伸的第三窗翅，所述第一窗翅与所述第三窗翅对称设置；所述第二翅片单元包括自第二顶部向下倾斜延伸的第四窗翅，所述第二窗翅与所述第四窗翅对称设置；所述第三窗翅与所述第四窗翅在所述流体流入方向上错开以在所述第三窗翅与所述第四窗翅之间形成第二间隙。

8.一种换热器，其包括支座、安装于支座上且交叉堆叠设置的若干第一流通板与若干第二流通板、以及收容于第一流通板及第二流通板内的若干翅片，所述第一流通板包括用以收容对应翅片的第一收容空间，所述第二流通板包括用以收容对应翅片的第二收容空间，其特征在于，所述翅片为权利要求1至7项中任意一项所述的换热器的翅片。

9.如权利要求8所述的换热器，其特征在于：所述第一流通板包括第一底座及围绕在所述第一底座外围的第一框体，所述第一收容空间由所述第一底座及所述第一框体围成，所述翅片贴置于所述第一底座上；所述第二流通板包括第二底座及围绕在所述第二底座外围的第二框体，所述第二收容空间由所述第二底座及所述第二框体围成，所述翅片贴置于所述第二底座上；所述第一框体与所述第二框体具有相互配合的凸起与凹槽。

10.如权利要求9所述的换热器，其特征在于：所述第一底座设有第一平面孔及第一凸面孔，所述翅片设有对应于所述第一平面孔与所述第一凸面孔的第一缺口；所述第二底座设有第二平面孔及第二凸面孔，所述翅片设有对应于所述第二平面孔与所述第二凸面孔的第二缺口；所述翅片的高度与所述第一凸面孔及第二凸面孔平齐。