CN110726324A - 用于换热器的散热翅片、散热组件和制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于换热器的散热翅片、散热组件和制冷设备,所述散热翅片包括：基片，所述基片上设置有多个在垂直于空气流向的方向上间隔开的翅片管孔；桥片组，所述桥片组设置在相邻的两个所述翅片管孔之间，所述桥片组包括间隔开的多个桥片；其中所述桥片包括：第一侧壁、第二侧壁和顶壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁形成在所述基片上且彼此间隔开，所述顶壁连接在所述第一侧壁的自由端和所述第二侧壁的自由端之间，所述顶壁相对于所述基片倾斜设置。根据本发明实施例的用于换热器的散热翅片，利用桥片组破坏流动边界层，其中具有倾斜角度桥片的顶壁提高了空气侧对流传热系数，增强了对来流的扰动作用，使换热器具有更好的换热性能。

Description

用于换热器的散热翅片、散热组件和制冷设备

技术领域

本发明涉及翅片散热技术领域，尤其是涉及一种用于换热器的散热翅片、散热组件和制冷设备。

背景技术

换热器的主要用途是藉由温差进行热量的交换。换热器作为空调系统中的一个重要部件，其换热和阻力性能对空调系统的能效、成本有重要的影响。

空气侧对流强化传热技术从物理机制上可归类为：破坏边界层、引入二次流动和增强湍流扰动。目前，空调系统中的蒸发器和冷凝器通常设计为管翅式换热器，为了提高空气侧传热，通常在管外套有各种形状的翅片。翅片的强化传热发展历程可分为三大阶段：第一代翅片是平片和波纹片，也称为表面连续型翅片，主要靠增加换热面积来提高换热量；第二代翅片是百叶窗和开缝翅片，也称为间断性翅片，主要通过不断破坏流体边界层增强换热；第三代翅片是各种涡发生器翅片，主要通过产生纵向涡二次流动，延缓边界层分离，强化管体后部的传热来增强传热。但是，第一代翅片对破坏流动边界层强化传热的效果较弱，散热效果不好；第二代翅片带来风阻较大，流体的扰动会引起泵功的增加；第三代翅片单位体积传热量小，不能满足空调中蒸发器和冷凝器对散热的大量需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于换热器的散热翅片，桥片组可以破坏流动边界层，增加传热效果，同时将更多的流体导入在换热管壁上，延缓边界层的分离，改善换热管后部的温度速度协同，进一步增强传热效果。

本发明的第二个目的在于提供一种具有上述散热翅片的散热组件。

本发明的第三个目的在于提供一种具有上述散热组件的制冷设备。

根据本发明的第一方面的实施例提出一种用于换热器的散热翅片，包括：基片，所述基片上设置有多个在垂直于空气流向的方向上间隔开的翅片管孔；桥片组，所述桥片组设置在相邻的两个所述翅片管孔之间，所述桥片组包括间隔开的多个桥片；其中所述桥片包括：第一侧壁、第二侧壁和顶壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁形成在所述基片上且彼此间隔开，所述顶壁连接在所述第一侧壁的自由端和所述第二侧壁的自由端之间，所述顶壁相对于所述基片倾斜设置。

根据本发明实施例的用于换热器的散热翅片，利用桥片组破坏流动边界层，其中具有倾斜角度桥片的顶壁提高了空气侧对流传热系数，增强了对来流的扰动作用，使换热器具有更好的换热性能。

另外，根据本发明上述实施例的用于换热器的散热翅片还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，多个所述桥片在所述空气流动方向上间隔设置。

进一步地，所述第一侧壁和所述第二侧壁在朝向远离所述基片的方向上逐渐靠近彼此。

进一步地，所述顶壁具有上游端和下游端，所述上游端的高度与所述下游端的高度不同。

进一步地，多个所述桥片中的至少部分的所述顶壁的倾斜方向不同。

进一步地，所述顶壁与所述基片之间的夹角为θ，所述θ满足：10°≤θ≤25°。

根据本发明一个实施例，相邻的两个所述翅片管孔之间设置有多个间隔开的所述桥片组，相邻的两个所述桥片组间隔设以限定出第一空气流路。

进一步地，在每个所述桥片组中，位于下游侧的所述桥片的宽度不小于位于上游侧的所述桥片的宽度。

进一步地，所述第一侧壁与所述基片之间的夹角和所述第二侧壁与所述基片之间的夹角为β，所述顶壁的长度为S，所述β满足：30°≤β≤60°，所述S满足：1mm≤S≤4mm。

根据本发明一个实施例，多个所述桥片限定出第二空气流路，所述第二空气流路构造为弧形。

进一步地，所述第一侧壁和所述第二侧壁构造为弧形以与所述顶壁限定出弧形的桥片通道，多个所述桥片通道限定出所述第二空气流路。

进一步地，相邻的两个所述翅片管孔之间设置有第一桥片组、第二桥片组和第三桥片组，所述第一桥片组和所述第三桥片组分别邻近对应的所述翅片管孔；所述第一桥片组中的桥片的第一侧壁和第二侧壁的分别朝向远离对应的所述翅片管孔的方向弯曲，所述第三桥片组中的桥片的第一侧壁和第二侧壁分别朝向远离对应的所述翅片管孔的方向弯曲。

进一步地，所述第一桥片组和所述第二桥片组之间的所述第一空气流路和所述第二桥片组和所述第三桥片组之间的所述第一空气流路分别朝向远离对应的所述翅片管孔的方向弯曲。

进一步地，所述翅片管孔的周缘与相邻的所述桥片组间隔开以形成第三空气流路。

根据本发明的第二方面的实施例提出一种散热组件，所述散热组件包括本发明的第一方面的实施例所述的散热翅片，多个所述散热翅片在空气流向上依次排布。

进一步地，在相邻的两个所述基片中，其中一个所述基片上的多个所述翅片管孔和另外一个基片上的多个所述翅片管孔交错设置。

进一步地，在相邻的两个所述基片中，其中一个所述基片上的多个所述翅片管孔的中心连线和另外一个基片上的多个所述翅片管孔的中心连线之间的距离为10mm-28mm。

根据本发明第三方面实施例提出一种制冷设备，所述制冷设备包括本发明的第二方面的实施例所述的散热组件。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的散热翅片中的桥片的部分侧视图；

图2是根据本发明实施例的散热组件的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的散热组件的结构示意图；

图4是现有技术中桥片的顶壁水平时空气的流动示意图；

图5是本发明实施例中的桥片的顶壁倾斜时空气的流动示意图；

图6是桥片的顶壁倾斜时和顶壁水平时散热翅片的换热系数与压降对比折线图；

图7是桥片的顶壁倾斜时和顶壁水平时散热翅片与百叶窗翅片的性能对比图。

附图标记：

散热翅片100，散热组件200，

第一空气流路101，第二空气流路102，第三空气流路103，

基片1，桥片11，顶壁111，

翅片管孔2。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例中的用于换热器的散热翅片100包括：基片1和桥片组。

具体的，基片1上设置有多个在垂直于空气流向的方向上间隔开的翅片管孔2；桥片组设置在相邻的两个翅片管孔2之间，桥片组包括间隔开的多个桥片11。其中，桥片11包括：第一侧壁、第二侧壁和顶壁111，第一侧壁和第二侧壁形成在基片1上且彼此间隔开，顶壁111连接在第一侧壁的自由端和第二侧壁的自由端之间，顶壁111相对于基片1倾斜设置。

根据本发明实施例中的用于换热器的散热翅片100，利用桥片组破坏流动边界层，提高了空气侧对流传热系数，其中具有倾斜角度的顶壁111可增大垂直于基片1方向上的分流速，利于流体向下游侧流动，同时增强了对来流的扰动作用，使换热器具有更好的换热性能。

进一步地，多个桥片11在空气流动方向上间隔设置。这样可以在开缝桥片的位置增加流体扰动，破坏换热管的热边界层，强化传热。

进一步地，第一侧壁和第二侧壁在朝向远离基片1的方向上逐渐靠近彼此。在要设置桥片11的基片1位置上先划两个口，再用模具冲出形成开缝桥片11；根据常理可知，没冲出前为0°，冲出后完全冲断为90°，因此冲出的第一侧壁或第二侧壁与基片1夹角一定在0-90°范围内，保证开缝桥片11的强度和散热效果。

进一步地，顶壁111具有上游端和下游端，上游端的高度与下游端的高度不同。顶壁111倾斜设置，形成倾斜的开缝桥片11，桥片顶壁111与来流呈一定倾角，迫使流体在与基片1垂直的方向上下起伏流动，这样可以增强与基片1垂直方向上的流体混合程度，使散热翅片100传热效果更好。需要具体说明的是，相对于一个桥片11而言，流体最先通过桥片顶壁111的一端为上游端；流体后流过桥片顶壁111的一端为下游侧。

具体的，如图1所示，多个桥片11中的至少部分的顶壁111的倾斜方向不同。在散热翅片100中，桥片顶壁111的倾斜方向可以部分上游端的高度大于或小于下游端的高度，其余部分上游端和下游端的高度一致，也可以其余上游端的高度小于或大于下游端的高度；这样的顶壁111可增大垂直于基片1方向上的分流速，垂直方向流体混合程度高，散热程度变强，上下起伏流动大可以产生横向涡流，利于流体向下游侧流动，同时增强了对来流的扰动作用，使换热器具有更好的换热性能。

优选的，顶壁111与基片1之间的夹角为θ，θ满足：10°≤θ≤25°。角度过大会增加来流流体的阻力，换热效果不好；角度过小对来流流体的冲击小，换言之对来流的扰动变小，换热效果变差。

根据本发明一个实施例中，如图4-图5所示，空气来流速度为1m/s时现有技术中桥片顶壁111水平的散热翅片和本发明桥片顶壁倾斜的散热翅片100的空气流动示意图。通过实验图像对比可以看出，本发明桥片顶壁倾斜的散热翅片100可以使流体蜿蜒流向下游侧，流体在流向下游侧的过程中上下起伏流动，垂直于基片1方向上呈现波纹流动。

实验结果表明，开缝桥片11的顶壁111倾斜设置，桥片顶壁111与来流呈一定倾角，迫使流体在与基片1垂直的方向上下起伏流动，增强了与基片1垂直方向上的流体混合程度，对流体扰动更加剧烈，相对于顶壁111为水平的散热翅片，本发明传热效果更好。

根据本发明一个实施例中，如图6所示，是桥片的顶壁倾斜时和顶壁水平时的散热翅片在来流速度1-3m/s范围内换热系数与压降的对比折线图。图中横坐标为来流速度，纵坐标dp为压降、h为换热系数。

从图中可以看出，在来流速度1-3m/s变化时，由于流体通过本发明的桥片11后形成了局部横向涡流，增加了流体阻力，因此桥片顶壁倾斜时的散热组件200相对于顶壁111水平时的散热翅片压降分别增加了24％-38％，换热系数增加了6％-14％。

根据本发明一个实施例中，如图7所示，是在来流速度1-3m/s范围内桥片的顶壁倾斜时和顶壁水平时的散热翅片分别与百叶窗翅片的性能对比图；图中横坐标为泵功，纵坐标为传热比值Q/Q₀。

从图中可以看出，在来流速度1-3m/s变化时，桥片顶壁水平时的散热翅片比百叶窗翅片传热性能增加了9％-14％，桥片顶壁倾斜时的散热组件200比百叶窗翅片传热性能增加了14％-16％。通过以上数据可以得出，桥片顶壁倾斜时的散热组件200的综合传热性能优于桥片顶壁水平时的散热翅片，特别是当空气来流速度2m/s或以上时，传热性能更好。

根据本发明一个实施例中，如图2所示，相邻的两个翅片管孔2之间设置有多个间隔开的桥片组，相邻的两个桥片组间隔设以限定出第一空气流路101。利用桥片组破坏流动边界层，提高了空气侧对流传热系数，增强了传热效果，使散热翅片100具有更好的换热性能；两个桥片组间隔出第一空气流路101，使上游侧更多的流体通过第一空气流路101流向下游侧，这样的设计在带走上游侧被换热管加热的流体的同时，增加了下游侧单位内的流体流量，使下游侧散热效果更好。

需要具体说明的是，相对于一个散热翅片100而言，流体进入散热翅片100的局部区域为上游侧；流体流出散热翅片100的局部区域为下游侧。

进一步地，在每个桥片组中，位于下游侧的桥片11的宽度不小于位于上游侧的桥片11的宽度。根据流体原理，边界层厚度由绕流物体头部起，厚度从零开始沿流动的方向逐渐增厚；由于散热翅片100空气流动下游侧边界层较厚，为了强化传热、增加传热面积和流体边界层扰动；因此，在多个桥片组中，上游侧的多个桥片11宽度小于下游侧最后一个桥片11宽度，最后一个桥片11宽度比上游侧更宽，一方面可以增加换热管尾部传热面积，另一方面可以增加尾部对流体边界层的扰动，使下游侧散热效果更好。

进一步地，第一侧壁与基片1之间的夹角和第二侧壁与基片1之间的夹角为β，顶壁111的长度为S，β满足：30°≤β≤60°，S满足：1mm≤S≤4mm。根据不同材料倔服强度、弹性极限等性质的关系，若β角和顶壁111长度S过大，则可能导致基片1被模具冲裂，造成材料损坏；若β角和顶壁111长度S过小，一方面会对流体边界层的扰动效果降低，另一方面传热面积减少，使散热翅片100的传热效果变差。

根据本发明一个实施例中，如图3所示，多个桥片11限定出第二空气流路102，第二空气流路102构造为弧形。限定出第二空气流路102的多个桥片11相当于涡发生器，可以产生与主流流动方向垂直的二次流动，强化换热管后部的传热。结合以上两者的技术特点，可以再次提升单一强化技术的传热效果，相当于本发明通过强化传热技术组合，实现1+1>2的传热效果。

进一步地，第一侧壁和第二侧壁构造为弧形以与顶壁111限定出弧形的桥片通道，多个桥片通道限定出第二空气流路102。由于第二空气流路102构造为弧形，因此限定出第二空气流路102的桥片11是与初始空气的流动方向具有夹角，从而空气可以撞击到桥片11的第一侧壁或第二侧壁上，更易使流入桥片11的流体沿桥片11壁面旋转，形成与主流方向一致的纵向涡，增强换热管下游侧的传热。

进一步地，相邻的两个翅片管孔2之间设置有第一桥片组、第二桥片组和第三桥片组，第一桥片组和第三桥片组分别邻近对应的翅片管孔2；第一桥片组中的桥片11的第一侧壁和第二侧壁的分别朝向远离对应的翅片管孔2的方向弯曲，第三桥片组中的桥片11的第一侧壁和第二侧壁分别朝向远离对应的翅片管孔2的方向弯曲。第一桥片组的第一侧壁和第二侧壁与第三桥片组的第一侧壁和第二侧壁在基片1上，都以邻近的翅片管孔2为圆心，周围冲有可以产生纵向涡流的圆弧形的桥片11，相当于涡发生器，提高邻近换热管下游侧的传热效果。

具体的，第一桥片组和第二桥片组之间的第一空气流路101和第二桥片组和第三桥片组之间的第一空气流路101分别朝向远离对应的翅片管孔2的方向弯曲。两个桥片组间隔出第一空气流路101，使上游侧更多的流体通过第一空气流路流向下游侧，这样的设计在带走上游侧被换热管加热的流体的同时，增加了下游侧单位内的流体流量，使下游侧散热效果更好。

进一步地，翅片管孔2的周缘与相邻的桥片11组间隔开以形成第三空气流路103。第三空气流路103围绕换热管的设计不仅可以带走一部分被换热管加热的流体，还可将更多流体引导至换热管后部，延缓流体边界层分离，增强换热管后部的传热。

本发明实施例中的散热组件200，利用如上所述的用于换热器的散热翅片100，多个散热翅片100在空气流动方向上依次排布。由于在一个制冷设备中有多个换热管且平铺面积较大，在一个基片1上一次性开多个桥片11和多个翅片管孔2不方便操作，冲压不好会浪费材料过多，因此将所需的散热组件200划分为多个小的散热翅片100单元，有利于进行开缝、冲压等操作，且在单个散热翅片100损坏时，利于进行替换。

其中，在相邻的两个基片1中，其中一个基片1上的多个翅片管孔2和另一个基片上的多个翅片管孔2交错设置。交错设置有利于换热管散热，不会出现局部温度过高的情况。易引导流体从第一空气流路101流过时，流向指向翅片管孔2形成第二空气流路102，交错布置可以将更多地流体导入换热管壁面上，延缓边界层分离，改善换热管后部的温度速度协同，增强传热效果。

优选的，在相邻的两个基片1中，其中一个基片1上的多个翅片管孔2中心连线与另外一个基片1上多个翅片管孔2的中心连线之间的距离为10mm-28mm。换热管距离过小、间距太近，散热效果不好，局部区域可能会温度过高导致换热器损坏；距离太远换热器体积变大，成本变高且影响美观；本发明一个基片上的换热管与另一个基片上的多个换热管的中心连线的距离为10mm-28mm，即可满足散热需求，又不会体积太大影响美观。

下面简单描述本发明实施例的制冷设备。

根据本发明实施例中的制冷设备，包括上述实施例中的散热组件200，由于根据本发明实施例的制冷设备设置有上述实施例的散热组件200，因此具有优越的传热性能，使制冷设备具有高效散热低阻力的特点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“顶”、“周向”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。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”、“第三特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (18)

1.一种用于换热器的散热翅片，其特征在于，包括：

基片，所述基片上设置有多个在垂直于空气流向的方向上间隔开的翅片管孔；

桥片组，所述桥片组设置在相邻的两个所述翅片管孔之间，所述桥片组包括间隔开的多个桥片；其中

所述桥片包括：第一侧壁、第二侧壁和顶壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁形成在所述基片上且彼此间隔开，所述顶壁连接在所述第一侧壁的自由端和所述第二侧壁的自由端之间，所述顶壁相对于所述基片倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，多个所述桥片在所述空气流动方向上间隔设置。

3.根据权利要求2所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，所述第一侧壁和所述第二侧壁在朝向远离所述基片的方向上逐渐靠近彼此。

4.根据权利要求3所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，所述顶壁具有上游端和下游端，所述上游端的高度与所述下游端的高度不同。

5.根据权利要求4所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，多个所述桥片中的至少部分的所述顶壁的倾斜方向不同。

6.根据权利要求4所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，所述顶壁与所述基片之间的夹角为θ，所述θ满足：10°≤θ≤25°。

7.根据权利要求1所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，相邻的两个所述翅片管孔之间设置有多个间隔开的所述桥片组，相邻的两个所述桥片组间隔设以限定出第一空气流路。

8.根据权利要求7所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，在每个所述桥片组中，位于下游侧的所述桥片的宽度不小于位于上游侧的所述桥片的宽度。

9.根据权利要求7所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，所述第一侧壁与所述基片之间的夹角和所述第二侧壁与所述基片之间的夹角为β，所述顶壁的长度为S，所述β满足：30°≤β≤60°，所述S满足：1mm≤S≤4mm。

10.根据权利要求1所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，多个所述桥片限定出第二空气流路，所述第二空气流路构造为弧形。

11.根据权利要求10所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，所述第一侧壁和所述第二侧壁构造为弧形以与所述顶壁限定出弧形的桥片通道，多个所述桥片通道限定出所述第二空气流路。

12.根据权利要求11所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，相邻的两个所述翅片管孔之间设置有第一桥片组、第二桥片组和第三桥片组，所述第一桥片组和所述第三桥片组分别邻近对应的所述翅片管孔；

所述第一桥片组中的桥片的第一侧壁和第二侧壁的分别朝向远离对应的所述翅片管孔的方向弯曲，所述第三桥片组中的桥片的第一侧壁和第二侧壁分别朝向远离对应的所述翅片管孔的方向弯曲。

13.根据权利要求12所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，所述第一桥片组和所述第二桥片组之间的所述第一空气流路和所述第二桥片组和所述第三桥片组之间的所述第一空气流路分别朝向远离对应的所述翅片管孔的方向弯曲。

14.根据权利要求7所述的用于换热器的散热翅片，其特征在于，所述翅片管孔的周缘与相邻的所述桥片组间隔开以形成第三空气流路。

15.一种散热组件，其特征在于，包括：多个权利要求1-14中任一项所述的散热翅片，多个所述散热翅片在空气流向上依次排布。

16.根据权利要求15所述的散热组件，其特征在于，在相邻的两个所述基片中，其中一个所述基片上的多个所述翅片管孔和另外一个基片上的多个所述翅片管孔交错设置。

17.根据权利要求16所述的散热组件，其特征在于，在相邻的两个所述基片中，其中一个所述基片上的多个所述翅片管孔的中心连线和另外一个基片上的多个所述翅片管孔的中心连线之间的距离为10mm-28mm。

18.一种制冷设备，其特征在于，包括权利要求15-17中任一项所述散热组件。

Images