CN108507235A - 一种非对称式换热器和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非对称式换热器和空调器，所述换热器包括：第一侧边板和第二侧边板，且定义风机的出风平面为出风面；在换热器的横截面内，且隔板与出风面之间存在夹角α，第二侧边板与出风面法向之间存在夹角β，隔板与出风面法向之间存在夹角γ，且当α≤预设角度时，β≤γ，当α＞预设角度时，β≥γ；并且第一侧边板与出风面法向之间存在夹角θ，且有θ≥β。通过本发明能够有效保证第一侧边板的形状与左侧的自由气流等速面尽可能地相匹配，第二侧边板的形状与右侧由于隔板设置而受限气流的等速面尽可能的相匹配，以保证各部分进风角度适应于含隔板的结构进行整体流动，减小气流经过换热器偏折引起的局部流动损失、降低风机能耗。

Description

一种非对称式换热器和空调器

技术领域

本发明属于空调技术领域，具体涉及一种非对称式换热器和空调器。

背景技术

现有U型换热器为制作安装方便，其形状为对称式结构。但在实际外机中，由于进风壁面限制、隔板影响一侧的进风面积与方向，因而两侧进风不再相对称，使原未对称进风设计的换热器进风型面与实际进风速度匹配度(进风速度与换热器进风型面夹角大)较差，引起进风阻力大，影响出风量与风机能耗。

由于现有技术中的U型换热器由于隔板的影响而导致换热器进风型面与实际进风速度匹配度较差，引起进风阻力大，影响出风量与风机能耗等技术问题，因此本发明研究设计出一种非对称式换热器和空调器。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的U型换热器由于隔板的影响而导致换热器进风型面与实际进风速度匹配度较差，引起进风阻力大，影响出风量与风机能耗的缺陷，从而提供一种非对称式换热器和空调器。

本发明提供一种非对称式换热器，其包括：

相对远离隔板设置的第一侧边板和相对靠近隔板设置的第二侧边板，且定义风机的出风平面为出风面，且风机具有中心轴、所述中心轴与所述出风面垂直；

在换热器的横截面内，且所述隔板与所述出风面之间存在夹角α，所述第二侧边板与所述出风面法向之间存在夹角β，所述隔板与所述出风面法向之间存在夹角γ，且当α≤预设角度时，β≤γ，当α＞预设角度时，β≥γ；并且所述第一侧边板与所述出风面法向之间存在夹角θ，且有θ≥β。

优选地，

所述预设角度的取值范围在55°-80°之间。

优选地，

在换热器的横截面内，且所述第一侧边板的自由端与所述中心轴之间的间距为第一中轴间距Lb，所述第二侧边板的自由端与所述中心轴之间的间距为第二中轴间距Rb，且有Rb<Lb。

优选地，

并且有(Rb-Lb)＝C(1-cosα)，C为与换热器机型相关的第一常数项。

优选地，

所述C的取值范围为2％D～50％D，其中D为风机的直径。

优选地，

所述换热器还包括连接在所述第一侧边板和所述第二侧边板之间的中部平直段，所述中部平直段的中间位置位于所述中心轴上、或者所述中部平直段的中间位置位于所述中心轴和所述第一侧边板之间。

优选地，

所述中部平直段与所述第一侧边板相接位置为第一圆弧段，所述第一圆弧段的圆角为第一圆角R1，所述中部平直段与所述第二侧边板相接位置为第二圆弧段，所述第二圆弧段的圆角为第一圆角R2，且有R1>R2。

优选地，

并且有R₂-R₁＝k(1-cosα)，其中k为与换热器机型相关的第二常数项。

优选地，

当还包括第一常数项C时，所述k的取值范围为5％C～70％C。

优选地，

所述中部平直段与所述第一侧边板相接位置为第一圆弧段，所述第一圆弧段的圆角为第一圆角R1，所述中部平直段与所述第二侧边板相接位置为第二圆弧段，所述第二圆弧段的圆角为第一圆角R2，且有R1＝R2。

优选地，

所述中部平直段的中间位置位于所述中心轴和所述第一侧边板之间，且所述中间位置与所述中心轴之间的间距为其中所述Lb为第一中轴间距、即第一侧边板的自由端与所述中心轴之间的间距，所述Rb为第二中轴间距、即第二侧边板的自由端与所述中心轴之间的间距。

优选地，

所述隔板为直段结构时，在换热器的横截面内，所述直段结构与所述出风面相接位置的夹角为所述α角；

所述隔板为曲段结构时，在换热器的横截面内，在所述曲段的长度中点位置处做切线、该切线与所述出风面之间的夹角为所述α角；

所述隔板为弯折段结构时，在换热器的横截面内，每一条折线边均能与所述出风面之间形成夹角、将所有折线边与出风面之间形成的夹角取平均值，便为所述α角。

优选地，

所述换热器的横截面为U型结构，所述风机设置于所述U型结构的凹面一侧。

本发明还提供一种空调器，其包括前任一项所述的非对称式换热器，还包括隔板和风机，所述第一侧边板远离所述隔板设置、所述第二侧边板远离所述隔板设置。

本发明提供的一种非对称式换热器和空调器具有如下有益效果：

1.本发明的非对称式换热器和空调器，通过将隔板与所述出风面之间存在的夹角α≤预设角度时、第二侧边板与出风面法向之间的夹角β≤隔板与出风面法向之间的夹角γ，将隔板与所述出风面之间存在的夹角α＞预设角度时、第二侧边板与出风面法向之间的夹角β≥隔板与出风面法向之间的夹角γ，以及第一侧边板与出风面法向之间的夹角θ≥第二侧边板与出风面法向之间的夹角β，能够有效保证第一侧边板的形状与左侧的自由气流等速面尽可能地相匹配，第二侧边板的形状与右侧由于隔板设置而受限气流的等速面尽可能的相匹配，以保证各部分进风角度适应于含隔板的结构进行整体流动，减小气流经过换热器偏折引起的局部流动损失、降低风机能耗；

2.本发明的非对称式换热器和空调器，换热器邻近隔板侧与中轴间距Rb<换热器自由侧与中轴间距Lb，由于等速型面以左扩右收的方式变化，则换热器型面应适应其变化，改善左右侧进风均匀性，降低入流阻力，提高换热效率，优选以(Rb-Lb)＝C(1-cosα)为规律变化，C为与机型相关的第一常数项，能够进一步使得换热器型面贴近气流等速(或等压)型面；

3.本发明的非对称式换热器和空调器，换热器中部平直段的中间位置应与风机中心轴重合，左右部圆角大小可按等大小设计，也可按不等大小设计，如按不等大小设计，优选方案为依据上述等速型面左大右小的形式，形成左圆角R1大、右圆角R2小(R1>R2)的换热器型线结构，以此提高换热器型线与等速型面匹配度，改善圆角部分进风均匀性，降低入流阻力，提高换热效率，优选左右圆角关系R₁-R₂＝k(1-cosα)(k为机型相关的第二常数项)，能够进一步使得换热器型面贴近气流等速(或等压)型面。

附图说明

图1是本发明的非对称式换热器的气流流动等压线(或等速线)；

图2是本发明的非对称式换热器的横截面结构图；

图3是现有的对称式换热器与本发明的非对称式换热器的风量对比柱状图。

图中附图标记表示为：

1、隔板；2、第一侧边板；3、第二侧边板；4、出风面；5、风机；50、中心轴；6、中部平直段；7、第一圆弧段；8、第二圆弧段；10、换热器。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明提供一种非对称式换热器，其包括：

相对远离隔板1设置的第一侧边板2和相对靠近隔板1设置的第二侧边板3，优选所述换热器设置于风机5的上游侧，且定义风机5的出风平面为出风面4，且风机具有中心轴50、所述中心轴50与所述出风面4垂直；

在换热器的横截面内，且所述隔板1与所述出风面4之间存在夹角α，所述第二侧边板3与所述出风面4法向之间存在夹角β，所述隔板1与所述出风面4法向之间存在夹角γ，且当α≤预设角度时，β≤γ，当α＞预设角度时，β≥γ；并且所述第一侧边板2与所述出风面4法向之间存在夹角θ，且有θ≥β。

通过将隔板与所述出风面之间存在的夹角α≤预设角度时、第二侧边板与出风面法向之间的夹角β≤隔板与出风面法向之间的夹角γ，将隔板与所述出风面之间存在的夹角α＞预设角度时、第二侧边板与出风面法向之间的夹角β≥隔板与出风面法向之间的夹角γ，以及第一侧边板与出风面法向之间的夹角θ≥第二侧边板与出风面法向之间的夹角β，能够有效保证第一侧边板的形状与左侧的自由气流等速面尽可能地相匹配，第二侧边板的形状与右侧由于隔板设置而受限气流的等速面尽可能的相匹配，以保证各部分进风角度适应于隔板的结构进行整体流动，减小气流经过换热器偏折引起的局部流动损失、降低风机能耗；

具体地，通过将隔板与所述出风面之间存在的夹角α≤预设角度时、第二侧边板与出风面法向之间的夹角β≤隔板与出风面法向之间的夹角γ，能够使得如图2所示隔板朝右下倾斜时、尽可能将右边侧边板向隔板侧靠近，而不至于与隔板之间相隔过远而导致中间间隙过大带来气流无法被有效换热(此时隔板对气流影响相对较小、则应将右边侧边板按照类似无隔板情况向右扩)，这样使得右边侧边板的表面形状与该周围的气流等速型面保持一致；通过将隔板与所述出风面之间存在的夹角α＞预设角度时、第二侧边板与出风面法向之间的夹角β≥隔板与出风面法向之间的夹角γ，能够使得如图所示隔板朝左靠近时、尽可能将右边侧边板向隔板侧远离，而不至于与隔板之间相隔过近而导致中间间隙过小带来气流挤压等损失，这样使得右边侧边板的表面形状与该周围的气流等速型面保持一致；并且由于板侧由于进风受限，其对应等速进风型面发生变化，右侧受限部分等速面向风机侧收缩，而左侧自由部分等速面则向环境侧扩张，本发明将第一侧边板与出风面法向之间的夹角θ≥第二侧边板与出风面法向之间的夹角β，使得右侧受限部分换热器型面向风机侧收缩，而左侧自由部分换热器型面则向环境侧扩张，本发明能够有效保证左侧边板的形状与气流等速面尽可能地相匹配，右侧边板的形状与该处受限气流的等速面尽可能的相匹配，以保证各部分进风角度适应于含隔板整体流动，减小气流经过换热器偏折引起的局部流动损失、降低风机能耗。

含隔板外机实际进风并不符合对称进风，原对称型换热器与整体等速进风型面适配性差，使进风阻力高。本发明特针对此进行减阻优化，隔板侧由于进风受限，其对应等速进风型面发生变化，右侧受限部分等速面向风机侧收缩，而左侧自由部分等速面则向环境侧扩张，中部等速部分无明显变化，依据此设计的U形换热器也需依此规律变化，形成适应含隔板的非对称U形换热器。

优选地，

依据换热器机型的不同，可以选择所述预设角度的取值范围在55°-80°之间。这是本发明的预设角度的优选数值范围，进一步优选为80°，根据大量的实验研究表明，在隔板与出风面之间的夹角α＝80°时，隔板与第二侧边板相对于出风面的法向对称、此时进风气流的等速型面与第一侧边板基本相贴合，而当α<80°的话、则等速型面向右偏移，则需要将第一侧边板向右偏移，α>80°时、等速型面向左偏移，则需要将第一侧边板向左偏移，以满足第一侧边板的形状与气流等速型面相匹配，而减小风阻、降低风机能耗。

为应对实际外机中所出现的进风非对称情况，原对称型换热器与实际进风不相匹配，因而采用满足如下非对称换热器进风设计要求的换热器形状：右侧的不对称进风主要由右侧隔板与出风面夹角α决定，当α≤80°，适应的非对称U形换热器邻近边与出风面法向夹角β不大于隔板与出风面法向的夹角γ，当α＞80°适应的非对称U形换热器邻近边与出风面法向夹角β必大于隔板与出风面法向的夹角γ，换热器左侧边与出风面法向的夹角θ应不小于右侧β角，以保证各部分进风角度适应于含隔板整体流动，减小气流经过换热器偏折引起的局部流动损失。

优选地，

在换热器的横截面内，且所述第一侧边板2的自由端与所述中心轴50之间的间距为第一中轴间距Lb，所述第二侧边板3的自由端与所述中心轴50之间的间距为第二中轴间距Rb，且有Rb<Lb。换热器邻近隔板侧与中轴间距Rb<换热器自由侧与中轴间距Lb，由于等速型面以左扩右收的方式变化，则换热器型面应适应其变化，改善左右侧进风均匀性，降低入流阻力，提高换热效率。

优选地，

并且有(Rb-Lb)＝C(1-cosα)，C为与换热器机型相关的第一常数项，所述C的取值范围为2％D～50％D，进一步优选为5％D～15％D，其中D为风机的直径。通过建立这样的公式能够使得第一中轴间距Lb、第二中轴间距Rb与隔板夹角α之间建立其相互关系，即第一中轴间距Lb和第二中轴间距Rb之间的差值与1-cosα成直接关系，例如隔板向右倾斜、α减小，1-cosα减小，此时隔板对风机和换热器的进气气流的影响较小，此时应将Rb与Lb之间的差值也减小，以适应气流等速型面(或等压型面)的变化；隔板向左倾斜、α增大，1-cosα增大，此时隔板对风机和换热器的进气气流的影响较大，此时应将Rb与Lb之间的差值也增大，以适应气流等速型面(或等压型面)的变化；通过上述关系能够使得因为隔板的影响而调整非对称换热器型面、以最大程度地与气流等速型面相一致，从而降低阻力，提高换热效率。将C的取值范围选择为2％D～50％D，进一步优选为5％D～15％D，根据风机直径的不同而限制该第一常数项的大小，能够使得Lb、Rb、α与风机直径之间产生关系，使得能够进一步产生出与风机尺寸大小相匹配的换热器等速型面或等压型面。

优选地，

所述换热器还包括连接在所述第一侧边板2和所述第二侧边板3之间的中部平直段6，所述中部平直段6的中间位置位于所述中心轴50上、或者所述中部平直段6的中间位置位于所述中心轴50和所述第一侧边板2之间。换热器中部平直段的中间位置应与风机中心轴重合、或者不与风机中心轴重合，但是不与风机中心轴重合时应尽量使得中部平直段的中间位置靠左设置、即位于中心轴50和所述第一侧边板2之间，这是因为这样能够使得换热器型面尽可能地远离隔板，从而减小隔板的设置而带来的对气流分布的影响，使得换热器型面与气流等速型面相匹配，减小风阻、降低风机能耗。

优选地，

所述中部平直段6与所述第一侧边板2相接位置为第一圆弧段7，所述第一圆弧段7的圆角为第一圆角R1，所述中部平直段6与所述第二侧边板3相接位置为第二圆弧段8，所述第二圆弧段8的圆角为第一圆角R2，且有R1>R2。左右部圆角大小可按等大小设计，也可按不等大小设计，如按不等大小设计，优选方案为依据上述等速型面左大右小的形式，形成左圆角R1大、右圆角R2小(R1>R2)的换热器型线结构，以此提高换热器型线与等速型面匹配度，改善圆角部分进风均匀性，降低入流阻力，提高换热效率。优选左右圆角关系R₁-R₂＝k(1-cosα)(k为机型相关的特定常数项)，这样的设置能够进一步使得换热器型面贴近气流等速(或等压)型面。

优选地，

并且有R₂-R₁＝k(1-cosα)，其中k为与换热器机型相关的第二常数项，当还包括第一常数项C时，所述k的取值范围为5％C～70％C，优选8％C～30％C。通过建立这样的公式能够使得第一圆角R1、第二圆角R2与隔板夹角α之间建立其相互关系，即第二圆角R2和第一圆角R1之间的差值与1-cosα成直接关系，例如隔板向右倾斜、α减小，1-cosα减小，此时隔板对风机和换热器的进气气流的影响较小，此时应将R1与R2之间的差值也减小，以尽可能使得左右两侧边板接近对称，以适应气流等速型面(或等压型面)的变化；隔板向左倾斜、α增大，1-cosα增大，此时隔板对风机和换热器的进气气流的影响较大，此时应将R2与R1之间的差值也增大，以尽可能使得左侧边板自由端朝外(左)伸出、右侧边板自由端朝内缩回(朝左)，以适应气流等速型面(或等压型面)的变化；通过上述关系能够使得因为隔板的影响而调整非对称换热器型面、以最大程度地与气流等速型面相一致，从而降低阻力，提高换热效率。将k的取值范围选择为5％C～70％C，优选8％C～30％C，根据风机直径的不同而限制该第二常数项的大小，能够使得R1、R2、α与风机直径之间产生关系，并且使得该第二常数项与第一常数项形成相互关联，使得能够通过两个圆角和两个中轴间距同时地进一步地产生出与风机尺寸大小相匹配的换热器等速型面或等压型面。

优选地，

所述中部平直段6与所述第一侧边板2相接位置为第一圆弧段7，所述第一圆弧段7的圆角为第一圆角R1，所述中部平直段6与所述第二侧边板3相接位置为第二圆弧段8，所述第二圆弧段8的圆角为第一圆角R2，且有R1＝R2。换热器邻近隔板侧的第二圆角R2＝换热器远离隔板侧的第一圆角R1，即形成两侧等大小圆角，改善左右侧进风均匀性，降低入流阻力，提高换热效率。

优选地，

所述中部平直段6的中间位置位于所述中心轴和所述第一侧边板2之间，且所述中间位置与所述中心轴50之间的间距为其中所述Lb为第一中轴间距、即第一侧边板2的自由端与所述中心轴50之间的间距，所述Rb为第二中轴间距、即第二侧边板3的自由端与所述中心轴50之间的间距。这是本发明等大小圆角时换热器的优选设置形式，即将中部平直段、第一侧边板和第二侧边板整体向左平移，此时由于圆角相等、第一侧边板自由端处形成的角度θ也与第二侧边板自由端处形成的角度β相等，此时将换热器整体往左平移，能够尽可能减少隔板对换热器进气端气流的影响，减小风阻，提高换热效率。

优选地，

所述隔板1为直段结构时，在换热器的横截面内，所述直段结构与所述出风面4相接位置的夹角为所述α角；

所述隔板1为曲段结构时，在换热器的横截面内，在所述曲段的长度中点位置处做切线、该切线与所述出风面4之间的夹角为所述α角；

所述隔板1为弯折段结构时，在换热器的横截面内，每一条折线边均能与所述出风面4之间形成夹角、将所有折线边与出风面4之间形成的夹角取平均值，便为所述α角。

这是本发明的隔板的几种不同结构形式，即分别为直段结构、曲段结构和弯折段结构，并且明确了每种结构形式下的α角的形成方式，使得α角能够被方便地确定出。

优选地，

所述换热器的横截面为U型结构，所述风机5设置于所述U型结构的凹面一侧。这样能够通过吸风或吹风而使得换热器的几段部分均能够进行与气流之间的换热，提高换热效率。

本发明还提供一种空调器，其包括前任一项所述的非对称式换热器10，还包括隔板1和风机5，所述第一侧边板2远离所述隔板1设置、所述第二侧边板3远离所述隔板1设置，优选所述非对称式换热器10位于所述风机5的迎风侧。

为应对实际外机中所出现的进风非对称情况，原对称型换热器与实际进风不相匹配，因而采用满足如下非对称换热器进风设计要求的换热器形状：右侧的不对称进风主要由右侧隔板与出风面夹角α决定，当α≤80°，适应的非对称U形换热器邻近边与出风面法向夹角β不大于隔板与出风面法向的夹角γ，当α＞80°适应的非对称U形换热器邻近边与出风面法向夹角β必大于隔板与出风面法向的夹角γ，换热器左侧边与出风面法向的夹角θ应不小于右侧β角，以保证各部分进风角度适应于含隔板整体流动，减小气流经过换热器偏折引起的局部流动损失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种非对称式换热器，其特征在于：包括：

相对远离隔板(1)设置的第一侧边板(2)和相对靠近隔板(1)设置的第二侧边板(3)，且定义风机(5)的出风平面为出风面(4)，且风机具有中心轴(50)、所述中心轴(50)与所述出风面(4)垂直；

在换热器的横截面内，且所述隔板(1)与所述出风面(4)之间存在夹角α，所述第二侧边板(3)与所述出风面(4)法向之间存在夹角β，所述隔板(1)与所述出风面(4)法向之间存在夹角γ，且当α≤预设角度时，β≤γ，当α＞预设角度时，β≥γ；并且所述第一侧边板(2)与所述出风面(4)法向之间存在夹角θ，且有θ≥β。

2.根据权利要求1所述的非对称式换热器，其特征在于：

所述预设角度的取值范围在55°-80°之间。

3.根据权利要求1或2所述的非对称式换热器，其特征在于：

在换热器的横截面内，且所述第一侧边板(2)的自由端与所述中心轴(50)之间的间距为第一中轴间距Lb，所述第二侧边板(3)的自由端与所述中心轴(50)之间的间距为第二中轴间距Rb，且有Rb<Lb。

4.根据权利要求3所述的非对称式换热器，其特征在于：

并且有(Rb-Lb)＝C(1-cosα)，C为与换热器机型相关的第一常数项。

5.根据权利要求4所述的非对称式换热器，其特征在于：

所述C的取值范围为2％D～50％D，其中D为风机的直径。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的非对称式换热器，其特征在于：

所述换热器还包括连接在所述第一侧边板(2)和所述第二侧边板(3)之间的中部平直段(6)，所述中部平直段(6)的中间位置位于所述中心轴(50)上、或者所述中部平直段(6)的中间位置位于所述中心轴(50)和所述第一侧边板(2)之间。

7.根据权利要求6所述的非对称式换热器，其特征在于：

所述中部平直段(6)与所述第一侧边板(2)相接位置为第一圆弧段(7)，所述第一圆弧段(7)的圆角为第一圆角R1，所述中部平直段(6)与所述第二侧边板(3)相接位置为第二圆弧段(8)，所述第二圆弧段(8)的圆角为第一圆角R2，且有R1>R2。

8.根据权利要求7所述的非对称式换热器，其特征在于：

并且有R₂-R₁＝k(1-cosα)，其中k为与换热器机型相关的第二常数项。

9.根据权利要求8所述的非对称式换热器，其特征在于：

当还包括第一常数项C时，所述k的取值范围为5％C～70％C。

10.根据权利要求6所述的非对称式换热器，其特征在于：

所述中部平直段(6)与所述第一侧边板(2)相接位置为第一圆弧段(7)，所述第一圆弧段(7)的圆角为第一圆角R1，所述中部平直段(6)与所述第二侧边板(3)相接位置为第二圆弧段(8)，所述第二圆弧段(8)的圆角为第一圆角R2，且有R1＝R2。

11.根据权利要求10所述的非对称式换热器，其特征在于：

所述中部平直段(6)的中间位置位于所述中心轴和所述第一侧边板(2)之间，且所述中间位置与所述中心轴(50)之间的间距为其中所述Lb为第一中轴间距、即第一侧边板(2)的自由端与所述中心轴(50)之间的间距，所述Rb为第二中轴间距、即第二侧边板(3)的自由端与所述中心轴(50)之间的间距。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的非对称式换热器，其特征在于：

所述隔板(1)为直段结构时，在换热器的横截面内，所述直段结构与所述出风面(4)相接位置的夹角为所述α角；

所述隔板(1)为曲段结构时，在换热器的横截面内，在所述曲段的长度中点位置处做切线、该切线与所述出风面(4)之间的夹角为所述α角；

所述隔板(1)为弯折段结构时，在换热器的横截面内，每一条折线边均能与所述出风面(4)之间形成夹角、将所有折线边与出风面(4)之间形成的夹角取平均值，便为所述α角。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的非对称式换热器，其特征在于：

所述换热器的横截面为U型结构，所述风机(5)设置于所述U型结构的凹面一侧。

14.一种空调器，其特征在于：包括权利要求1-13中任一项所述的非对称式换热器(10)，还包括隔板(1)和风机(5)，所述第一侧边板(2)远离所述隔板(1)设置、所述第二侧边板(3)远离所述隔板(1)设置。