CN104501638A - 一种换热翅片、换热器及空调 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种换热翅片、换热器及空调，涉及空调技术领域，能够提高换热翅片的换热效率。该换热翅片，基片，所述基片上设有向一侧翻边的管孔，所述基片包括多个阶梯平台，相邻的所述阶梯平台之间通过过渡平面连接，所述管孔设置于中间阶梯平台，在所述多个阶梯平台延伸方向上所述中间阶梯平台两侧的阶梯平台高度变化趋势相反。本发明的实施例用于空调换热器制造。

Description

一种换热翅片、换热器及空调

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种换热翅片、换热器及空调。

背景技术

随着变频空调能效新标确立，变频空调能效标准引入APF(AnnualPerformanceFactor，全年能源消耗效率)评价指标，既考虑了空调的制冷能力又包含制热因素，相对于之前采用的SEER(seasonal energyefficiency ratio，季节能效比)标准，对空调整体产品的节能水平提出了更全面的要求，大幅度提高了产品的准入门槛，对空调厂家在制冷系统匹配提出了更高的要求，对于空调换热器的制冷制热兼容性要求更高。

目前空调换热器通常使用平直的换热翅片，该种换热翅片沿着空气流动的方向，空气在换热翅片表面形成的边界层会逐渐增厚，使空气速度和稳定梯度的协同性变差，从而使换热性能下降。

发明内容

本发明的实施例提供一种换热翅片、换热器及空调，能够提高换热翅片的换热效率。

本发明的实施例提供一种换热翅片，包括：基片，所述基片上设有管孔，

所述基片包括多个阶梯平台，相邻的所述阶梯平台之间通过过度平面连接，所述管孔设置于中间阶梯平台，在所述多个阶梯平台延伸方向上所述中间阶梯平台两侧的阶梯平台高度变化趋势相反。

上述提供的换热翅片，在基片上设置有多个阶梯平台，阶梯平台之间通过过度平面连接，在所述多个阶梯平台延伸方向上所述中间阶梯平台两侧的阶梯平台高度变化趋势相反，因此当气流经过时，阶梯平台之间过度平面的迎风面对气流有一定的切割作用，从而不断破坏气流的边界层，降低气流热阻，使气流在整个换热翅片表面得到充分利用，提高了换热翅片的换热效率；此外，由于阶梯平台之间的高差会对气流产生风阻，在本申请中由于在所述多个阶梯平台延伸方向上所述中间阶梯平台两侧的阶梯平台高度变化趋势相反，避免了气流在换热翅片之间的气流通道中连续向同一个方向改变方向，从而降低了气流在气流通道中的风阻。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例提供的一种换热器的结构示意图；

图2为本发明的实施例提供的一种换热翅片的结构示意图；

图3为本发明的实施例提供的图2所示的换热翅片的AA’剖面结构示意图；

图4为本发明的另一实施例提供的一种换热翅片的结构示意图；

图5为本发明的实施例提供的图4所示的换热翅片的BB’剖面结构示意图；

图6为本发明的实施例提供的图4所示的换热翅片的CC’剖面结构示意图；

图7为本发明的实施例提供的一种换热翅片的气流通道的计算区域的结构示意图；

图8为本发明的实施例提供的一种换热翅片在图10所示的计算区域的模拟结果温度分布示意图；

图9为现有技术提供一种换热翅片在图10所示的计算区域的模拟结果温度分布示意图；

图10为本发明的实施例提供的换热翅片和平片结构的换热翅片换热系数比较示意图；

图11为本发明的实施例提供的换热翅片和平片结构的换热翅片综合性能比较示意图；

图12为本发明的又一实施例提供的一种换热翅片的结构示意图。

附图标记：

换热器管道-1；

基片-2；

中间阶梯平台-21；

第二阶梯平台-22；

第一阶梯平台-23；

第四阶梯平台-24；

第三阶梯平台-25；

管孔-26；

凹包-27。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

一种换热翅片，参照图1、2、3所示，包括：基片2，基片2上设有管孔26，基片2包括多个阶梯平台(21-25，图中仅是以5个阶梯平台为例，其他数量的阶梯平台也可是实施，这里并不是对本发明的限制)，相邻的阶梯平台之间通过过度平面连接，管孔26设置于中间阶梯平台21，在多个阶梯平台延伸方向上中间阶梯平台21两侧的阶梯平台高度变化趋势相反。

其中，需要说明的是，如图1所示，基片2上的管孔26中穿有换热器管道1，并且通过换热器管道1的弯折形成特定形状的换热器。

上述提供的换热翅片，在基片上设置有多个阶梯平台，阶梯平台之间通过过度平面连接，在多个阶梯平台延伸方向上中间阶梯平台两侧的阶梯平台高度变化趋势相反，因此当气流经过时，阶梯平台之间过度平面的迎风面对气流有一定的切割作用，从而不断破坏气流的边界层，降低气流热阻，使气流在整个换热翅片表面得到充分利用，提高了换热翅片的换热效率；此外，由于阶梯平台之间的高差会对气流产生风阻，在本申请中由于在多个阶梯平台延伸方向上中间阶梯平台两侧的阶梯平台高度变化趋势相反，避免了气流在换热翅片之间的气流通道中连续向同一个方向改变方向，从而降低了气流在气流通道中的风阻；进一步的，由于各阶梯平台之间平滑过渡可以起到加强筋的作用，克服了翅片厚度减薄使强度变差的问题，进而达到了翅片在加工成形时不容易弯曲，避免翅片压弯或成形过程中的倒片现象。

进一步的参照图3、4、5所示，中间阶梯平台21上相邻的管孔26之间设置有凹包27，凹包27凹下的方向与多个阶梯平台形成的凹槽的凹陷方向相反，例如，图5所示凹包27凹下的方向与多个阶梯平台(21-25)上升的方向相反。当气流遇到凹包凸起的一面时，由于凸起结构的反作用力，气流绕流凸包，使气流改变流动方向，增加了气流扰动换热，气流集中通过换热器管道周围，而减小换热器管道后的尾流区域，进一步改善了换热翅片换热效果。此外，若凹包27凹下的方向与多个阶梯平台形成的凹槽的凹陷方向相同，则会使得气流在换热翅片(如可以采用图5所示的换热翅片)之间的气流通道中进一步抬升，从而提高气流在气流通道中的风阻，因此通过设置凹包27凹下的方向与多个阶梯平台(21-25)形成的凹槽的凹陷方向相反是为了在增大气流扰流的同时减小气流在翅片之间流动换热的通道，并且在增大换热的同时尽量减小风阻，避免了换热翅片强化换热后，相同功耗的风机下风量减小较多。

其中可选的，参照图2或4所示，所述中间阶梯平台21的一侧连接第一阶梯平台23的一侧，中间阶梯平台21的另一侧连接第二阶梯平台22的一侧；第一阶梯平台23的另一侧连接第三阶梯平台25，第二阶梯平台22的另一侧连接第四阶梯平台24；第一阶梯平台23和第二阶梯平台22关于中间阶梯平台21对称；第三阶梯平台25和第四阶梯平台24关于中间阶梯平台对称。其中，由于中间阶梯平台两侧的多节阶梯平台关于中间阶梯平台对称，因此换热翅片之间形成的气流通道的入口和出口之间无高差(参见图7所示)，并且由于中间阶梯平台两侧的多节阶梯平台关于中间阶梯平台对称从而使得大部分气流能够从入口通过平直的气流通道并在出口排出，最大限度的降低了气流在气流通道中的风阻，从而避免在采用本发明的实施例提供的换热翅片强化换热后，同功耗的风机风量减小的现象发生。

可选的，凹包27的高度小于或等于相邻的两个换热翅片的间距，以避免凹包的顶端直接接触相邻的换热翅片，或对相邻的换热翅片造成支撑换热翅片变形。其中，管孔26可以通过冲孔工艺形成，冲孔工艺形成的管孔26的翻边可以在中间阶梯平台的任一一侧，并且可以通过形成的翻边的高度控制相邻两片换热翅片的间距，此种情况下，凹包27的高度小于或等于翻边的高度。本发明的实施例对翻边的方向不做限制，即按照冲孔工艺的方向，管孔26的翻边可以在基片的上侧也可以在基片的下侧。

可选的，为保证气流流动的均匀性，并最大限度增大换热翅片的表面积提高换热效率。凹包27的表面为球面。此外可选的，凹包27设置于相邻的两个管孔中心连线的中点，凹包27的形状关于相邻的两个管孔中心连线对称，凹包27的形状关于相邻的两个管孔中心连线的中垂线对称，从而保证气流在换热翅片之间流动时尽量均匀分布，以提高换热效率。进一步的，相邻管孔之间设置的球面形凹包，也可以增加翅片的强度，其中凹包与中间阶梯平台交界圆的半径为1.5-3毫米。

其中可选的，基片的厚度为0.09～0.11毫米，并且基片的宽度为15～26毫米，相邻的阶梯平台之间的阶梯高度为0.2～0.6毫米。由于换热翅片上相邻阶梯平台之间的阶梯高度h在0.2～0.6mm之间，使阶梯过渡比较平缓，阶梯平台表面光滑且每个阶梯平台在重力方向上无明显阻水结构，相对于现有技术中包含开缝结构的换热翅片，本发明的实施例提供的换热翅片不易形成水桥，使结霜工况不易结霜。

其中，在本发明的实施例中，换热翅片的尺寸参数采用如下设置：基片厚度采用0.1mm，基片宽度采用21mm，阶梯高度采用0.25mm，凹包与中间阶梯平台交界圆的半径为1.7mm，第一阶梯平台和第二阶梯平台采用1.5mm宽度，第三阶梯平台和第四阶梯平台采用2.5mm宽度，通过CFD(英文：Computational Fluid Dynamics，计算流体力学)的计算分析模拟计算了一种本发明的实施例提供的换热翅片在空调室外机提供的常用风速0.5-2m/s下的换热，其他的尺寸参数由于主要受换热翅片的制作工艺限定这里不再给出具体示例，如管孔的孔径受换热器管道的限制，在以下的计算分析中采用7.3±0.03mm，中间阶梯平台的宽度应满足管孔孔径的尺寸要求，管孔翻边尺寸由冲孔工艺决定，过度平面的投影宽度由折弯工艺或压膜工艺决定。

计算时考虑到换热翅片结构的对称性，选取的换热翅片的气流通道的计算区域如图7所示(其中换热翅片只是一种示例，该换热翅片可以为本发明的实施例提供的换热翅片，也可以为现有技术的平片)，沿换热管轴线方向(y方向)取一个换热翅片间距的距离，换热翅片位于计算区域中间。计算时，计算区域从翅片通道入口向上游延长了1倍翅片宽度W，从通道出口向下游延长了5倍翅片宽度W，以保证出口无回流。

换热翅片通道中的流动为一个三维稳态常物性层流流动，其控制方程如下：

连续方程： $\frac{\∂}{{\∂x}_i}\left({\mathrm{\ρu}}_i\right)=0$

动量方程： $\frac{\∂}{{\∂x}_i}\left({\mathrm{\ρu}}_i{u}_k\right)=\frac{\∂}{{\∂x}_i}\left(\mathrm{\μ}\frac{{\∂u}_k}{{\∂x}_i}\right)-\frac{\∂p}{{\∂x}_k}$

能量方程： $\frac{\∂}{{\∂x}_i}\left({\mathrm{\ρu}}_{i}T\right)=\frac{\∂}{{\∂x}_i}\left(\mathrm{\Γ}\frac{\∂T}{{\∂x}_i}\right)$

计算区域的边界条件做如下设置：

进口：速度边界条件，均匀来流，进口空气速度u＝u_in，v＝0，w＝0，同时给定进口空气的温度，T＝T_in；

出口：采用局部单向化条件；

y方向的上下表面：采用周期性边界条件；

z方向的前后表面：采用对称性边界条件，对于换热管壁面采用给定温度T_w的速度无滑移固体边界，注：u，v，w分别代表进口空气在x轴、y轴、z轴方向上的速度大小。

计算区域中换热翅片壁面为速度无滑移固体边界，温度由流固换热耦合计算得出。借助数值模拟方法，计算中采用有限容积法对控制方程进行离散，压力和速度的耦合采用SIMPLE算法，对流项和扩散项均采用一阶迎风格式进行离散。

参照图8和9所示，其中图8公开了本发明的实施例提供的换热翅片在计算区域的模拟结果温度分布，图9公开了平片结构的换热翅片在计算区域的模拟结果温度分布，其中在平片结构的换热翅片的计算区域中，空气流动上游速度场和温度场的协同性比较好，而在空气流动下游，速度场和温度场的协同性比较差；而在本发明的实施例提供的换热翅片的计算区域，由于阶梯平台和圆形凹包的存在可以明显改善空气流动下游速度场和温度场的协同情况。

此外如图10所示，本发明的实施例提供的换热翅片和平片结构的换热翅片换热系数比较图，其中横坐标是风速，纵坐标是换热翅片换热系数。由此可以看出本发明的实施例提供的换热翅片的换热系数提高明显。如图11所示，本发明的实施例提供的换热翅片和平片结构的换热翅片综合性能比较图，横坐标是Re(Reynolds number，雷诺数)数，纵坐标是综合换热j/f因子，本发明的实施例提供的换热翅片的综合换热j/f因子有明显优越性。

本发明的实施例提供一种换热器，如图1所示，包括上述实施例提供的任一换热翅片。其中根据换热换热器管道的弯折形状，该换热器可以包含一列由所述换热管道串连固定的换热翅片，也可以包括多列由所述换热管道串连固定的换热翅片。具体的，在包括两列以上的换热翅片时，每一层换热翅片的形式可以是上述实施例中提供的换热器翅片的简单组合，也可以是如图12所示，通过将两个以上的换热器翅片一体成型，图12中示出3片换热翅片一体成型的结构示意图。

本发明的实施例提供一种空调，包括上述实施例提供的换热器。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种换热翅片，包括：基片，所述基片上设有管孔，其特征在于，

所述基片包括多个阶梯平台，相邻的所述阶梯平台之间通过过度平面连接，所述管孔设置于中间阶梯平台，在所述多个阶梯平台延伸方向上所述中间阶梯平台两侧的阶梯平台高度变化趋势相反。

2.根据权利要求1所述的换热翅片，其特征在于，

所述中间阶梯平台上相邻的管孔之间设置有凹包，所述凹包凹下的方向与所述多个阶梯平台形成的凹槽的凹陷方向相反。

3.根据权利要求1所述的换热翅片，其特征在于，所述中间阶梯平台的一侧连接第一阶梯平台的一侧，所述中间阶梯平台的另一侧连接第二阶梯平台的一侧；

所述第一阶梯平台的另一侧连接第三阶梯平台，所述第二阶梯平台的另一侧连接第四阶梯平台；

所述第一阶梯平台和所述第二阶梯平台所述中间阶梯平台对称；

所述第三阶梯平台和所述第四阶梯平台关于所述中间阶梯平台对称。

4.根据权利要求2所述的换热翅片，其特征在于，所述凹包的高度小于或等于相邻的两个所述换热翅片的间距。

5.根据权利要求2所述的换热翅片，其特征在于，所述凹包的表面为球面。

6.根据权利要求2所述的换热翅片，其特征在于，所述凹包设置于相邻的两个管孔中心连线的中点，所述凹包的形状关于所述相邻的两个管孔中心连线对称，所述凹包的形状关于所述相邻的两个管孔中心连线的中垂线对称。

7.根据权利要求5所述的换热翅片，其特征在于，所述凹包与所述中间阶梯平台交界圆的半径为1.5-3毫米。

8.根据权利要求1-6任一项所述的换热翅片，其特征在于，所述基片的厚度为0.09-0.11毫米，并且所述基片的宽度为15-26毫米。

9.根据权利要求1-6任一项所述的换热翅片，其特征在于，相邻的阶梯平台之间的阶梯高度为0.2-0.6毫米。

10.一种换热器，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的换热翅片。

11.一种空调，其特征在于，包括权利要求10所述的换热器。