CN116772640A - 高性能锯齿正弦波翅片构造 - Google Patents

高性能锯齿正弦波翅片构造 Download PDF

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CN116772640A CN202310235654.1A CN202310235654A CN116772640A CN 116772640 A CN116772640 A CN 116772640A CN 202310235654 A CN202310235654 A CN 202310235654A CN 116772640 A CN116772640 A CN 116772640A
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M·科兹
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Abstract

本发明涉及高性能锯齿正弦波翅片构造，具体而言，公开了一种热交换器，其包括多个板状翅片。至少一个板状翅片具有布置成一行或多行的多个孔，以及邻近多个孔的其中一个孔形成的具有正弦波形的波状区域。波状区域包括多个细长的可调节锯齿元件。多个细长的可调节锯齿元件相对于布置在正弦波纹的振幅的中点处的中心平面降低。

Description

高性能锯齿正弦波翅片构造
技术领域
本公开的实施例涉及翅片管热交换器盘管的技术，且更具体地，涉及用于加热、通风和空调的包括锯齿(lanced)正弦波形传热表面的板状翅片及其制造方法。
背景技术
之前已经使用了锯齿翅片来提供表面变化，该表面变化增强了通过管状构件和板状翅片表面的流体之间的热能传递。尽管现有的锯齿翅片设计(其中锯齿元件相对于板状翅片向上移动)已经使用了多年，但是由于锯齿翅片的几何形状的固有复杂性，没有对这种构造进行优化。在大多数应用中，使用单翅片模具设备来制造具有一系列翅片密度的热交换器系列。尽管翅片表面设计保持不变，但翅片之间的间距会通过改变翅片套环高度而变化。虽然翅片间距是一定范围内的可变参数，但对于指定的翅片模具，锯齿偏移是一个固定的设计参数，并且是两个相邻翅片之间间距的函数。
发明内容
根据一个实施例，热交换器包括多个板状翅片。至少一个板状翅片具有布置成一行或多行的多个孔，以及邻近多个孔中的一个孔形成的具有正弦波纹的波状区域。波状区域包括多个细长的可调节锯齿元件。多个细长的可调节锯齿元件相对于布置在正弦波纹的振幅的中点处的中心平面降低。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，波状区域布置在一个或多个行的其中一个行内的相邻孔之间。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，正弦波纹在至少一个正弦波纹波长上延伸。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个正弦波纹波长包括两个正弦波纹波长，并且两个正弦波纹波长是恒定的。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个正弦波纹波长包括两个正弦波纹波长，并且两个正纹波形波长变化。
除了本文所述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，多个细长可调节锯齿元件中的每一个都具有为正弦波纹的一段的横截面。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，正弦波纹包括至少一个波峰和至少一个波谷。多个细长可调节锯齿元件中的至少一个细长可调节锯齿元件形成在至少一个波谷处。
除了本文所述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，在至少一个波谷处形成的多个细长可调节锯齿元件中的至少一个细长可调节锯齿元件具有大致凸形的曲率。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，正弦波纹包括至少一个波峰和至少一个波谷。多个细长锯齿元件中的至少一个细长可调节锯齿元件形成在至少一个波谷处。
除了本文所述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，在至少一个波峰处形成的多个细长锯齿元件中的至少一个细长锯齿元件具有大致凹形的曲率。
根据一个实施例，热交换器包括多个板状翅片。至少一个板状翅片具有布置成一行或多行的多个孔，以及邻近多个孔中的一个孔形成的具有正弦波纹的波状区域。波状区域包括多个细长的可调节锯齿元件。所述多个细长可调锯齿元件中的每一个与布置在正弦波纹的振幅的中点处的中心平面隔开比正弦波纹更远的距离。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，波状区域布置在一行或多行的其中一行内的相邻孔之间。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，正弦波纹在至少一个正弦波纹波长上延伸。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个正弦波纹波长包括两个正弦波纹波长，并且两个正弦波纹波长是恒定的。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，至少一个正弦波纹波长包括两个正弦波纹波长，并且两个正弦波纹波长变化。
除了本文所述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，多个细长可调节锯齿元件中的每一个都具有为正弦波纹的一段的横截面。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，正弦波纹包括至少一个波峰和至少一个波谷。多个细长可调节锯齿元件中的至少一个细长可调锯齿元件形成在所述至少一个波谷处。
除了本文所述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，在至少一个波谷处形成的多个细长可调节锯齿元件中的至少一个细长锯齿元件具有大致凸形的曲率。
除了本文描述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，正弦波纹包括至少一个波峰和至少一个波谷。多个细长锯齿元件中的至少一个细长可调节锯齿元件形成在至少一个波峰处。
除了本文所述的一个或多个特征之外，或者作为备选，在进一步的实施例中，在至少一个波峰处形成的多个细长可调节锯齿元件中的至少一个细长锯齿元件具有大致凹形的曲率。
本发明涉及一种间断板状翅片式热交换器结构，其具有从连接相邻管环的波纹翅片的波峰和波谷移位的多个锯齿。这种独特的锯齿构造增强了翅片的传热特性，并允许使用更薄的材料来降低成本，而不会减弱空气侧的热工水力性能。
附图说明
以下描述不应被视为任何形式的限制。参考附图，类似元件被相似地编号：
图1是根据一个实施例的示例性圆管板状翅片式热交换器盘管的透视图；
图2是根据一个实施例的图1的圆管板状翅片式热交换器盘管的板状翅片的平面图；
图3是根据一个实施例的板状翅片的示例性波状区域的透视截面图；
图4是根据一个实施例的图3的波状区域的截面图；以及
图5是根据一个实施例的板状翅片的另一波状区域的截面图。
具体实施方式
本文通过参考附图的示例而非限制的方式呈现了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
参照图1，示出了示例性板状翅片式管状热交换器盘管20。如图所示，热交换器盘管20包括至少一个板状翅片22，比方说例如多个板状翅片。每个板状翅片22具有形成在其中的一个或多个孔24，孔24用于接收热交换器盘管20的一个或多个管26。多个板状翅片22通过相对定位的管板28保持在一起，管板28具有贯穿其中与管孔24轴向对齐的孔30。多个管26穿透有形成在板状翅片22和管板28中的孔24、30，并使它们的开口端通过U形回流弯管32流体连通地连接在一起，U形回流弯管32通过焊接、钎焊等固定到管26上。在一个实施例中，管26和管板28之间没有干涉；相反，管26仅布置成与板状翅片22接触。
在操作中，待冷却或加热的第一流体流过管26，然后第二冷却或加热流体沿箭头A所示的方向在翅片板22之间并在管26的外表面上通过。热能通过管26和板状翅片22从第一流体传递到另一流体或从另一流体传递到第一流体。流体可以是不同类型的，例如，流过管26的流体可以是制冷剂，而在板状翅片22之间和管26上流动的流体可以为空气。然而，本文也设想了其中流体是相同类型流体的实施例。
在图1所示的非限制性实施例中，板状翅片式管状热交换器盘管20是交错的两排盘管，因为每个板状翅片22在其中都具有用于接收管的两排交错的孔。然而，应当理解的是，具有任意行数管的板状翅片式管状热交换器盘管20，比方说只有单行管或有不止两行管，以及其中用于接收管的孔24与相邻行的孔24交错或对齐的板状翅片式管状换热盘管20也在本公开的范围内。
参照图2，更详细地示出了示例性板状翅片22。如图所示，多个孔24布置成一行或多行，且指定行中的所有孔具有平行于翅片边缘34a、34b定向的公共中心线。在每行的管孔24之间是行间区域36。在一个实施例中，翅片套环38围绕每个管孔24。翅片套环38被构造成在第一方向上从板状翅片22的表面向外延伸。通过它们从翅片22的表面延伸的长度，多个翅片套环38用来确定指定的热交换器盘管20中的多个板状翅片22之间的间隔。多个翅片套环38还可用于确保在板状翅片22和管26之间有足够的接触面积和紧密的机械配合，并因此具有良好的热传导。
图3是图2的板状翅片22的横截面的透视图，该横截面在大致横向于板状翅片22定向的平面(线3-3)中截取。如图所示，板状翅片22包括设置在同一行中的相邻孔24之间的波状区域40。波状区域40可以包括平行于气流A的方向并垂直于板状翅片22的边缘34a、34b延伸的正弦波纹或正弦状波形。如本文所用，术语“正弦”旨在涵盖可能是真实正弦曲线或近似正弦曲线的波形或图案。此外，应当理解，术语“正弦波纹”还可以包括表示带有相移的正弦波的波形，例如，产生余弦状波形。在制备工具和制造翅片22时固有的设计要求和实际考虑意味着波形不一定是数学上精确的正弦曲线。
在图3所示的非限制性实施例中，波状区域40包括在流动方向A上延伸两个波数的正弦波纹。因此，正弦波纹具有与其相关的两个波峰和两个波谷。然而，本文还考虑了具有波状区域40的实施例，该波状区域40包括延伸少于两个波数的正弦波形，比方说单个波数或1.5个波数，或者备选地，多于两个波数。例如，在图4和图5的非限制性实施例中，正弦波纹延伸约2.5个波数。波数的每个波都具有各自的波长L。此外，尽管波数内的每个波的波长L被示出为大致相等，但本文也考虑了波长可以在气流方向上变化的实施例。
在一个实施例中，包括位于板状翅片22的波状区域40处的至少一个波峰和至少一个波谷的正弦波纹不具有连续表面。相反，至少一个细长锯齿元件44由纵向狭缝42形成和限定。在图3所示的非限制性实施例中，板状翅片22的波状区域40中的6个纵向狭缝42形成总共7个锯齿元件44。在另一实施例中，如图4和图5所示，波状区域40包括11个锯齿元件44。因此，应当理解，具有任何合适数量的锯齿元件(比方说例如5个锯齿元件、6个锯齿元件，8个锯齿元件、9个锯齿元件、10个锯齿元件、12个锯齿元件或13个锯齿元件)的波状区域40也在本公开的范围内。
尽管狭缝42被示出为垂直于气流A的方向延伸，或者平行于板状翅片22的边缘34a、34b延伸，但是其中一个或多个狭缝42与板状翅片22的边缘34b、34a成一定角度布置的实施例也在本公开的范围内。在一个实施例中，锯齿元件44仅位于与管孔24的一部分轴向对齐的正弦波纹的一部分处。因此，在相邻管行之间形成的槽，比方说例如在行间区域36内，不具有形成在其中的任何锯齿元件44。
如图3-5所示，锯齿元件44的第一部分46沿着正弦波纹的曲率固定就位。这些锯齿元件在本文中也称为固定锯齿“元件”。锯齿元件44的第二部分48在其形成之后被移动，例如平移，比方说相对于正弦波纹的中间线，其被示出为中心平面P(见图4和图5)。具有调整位置的锯齿元件48在本文中也可以称为“调节锯齿元件”。在图3所示的实施例中，正弦波纹包括4个固定锯齿元件46和3个调节锯齿元件48。在图4和图5的非限制性实施例中，正弦波纹包括6个固定锯齿元件46和5个可调节锯齿元件48。
在一个实施例中，多个锯齿元件44保持正弦波纹的曲率。换言之，多个细长锯齿元件44中的每一个都具有为正弦波纹的一段的横截面形状。可调节的细长锯齿元件48可以被切开或割开，使得限定可调节锯齿元件48的狭缝42设置在正弦波纹的波峰和波谷的相对侧上。因此，布置在正弦波纹波峰处的可调节锯齿元件48具有大致凹形的曲率，而布置在正弦波纹波谷处的可调节锯齿元件48则具有大致凸形的曲率。在这样的实施例中，正弦波纹在其上延伸的波数将至少部分地确定所包括的锯齿元件44的总数。尽管可调节锯齿元件48被示出为分别位于正弦波纹的波峰和波谷处，但是应当理解，可调节锯齿元件48可以形成在沿着正弦波纹的任何位置。
现在参考图4和图5，其示出了板状翅片22的波状区域40的端视图。如图所示，水平中心平面P通常在波形的振幅或高度的中点处延伸通过正弦波纹。因此，平面P与正弦波纹的波峰之间的距离等于平面P与正弦波纹的波谷之间的距离。在一个实施例中，如图4和图5所示，至少一个调节锯齿元件48可以从正弦波纹偏移称为锯齿偏移的距离。
如图4所示，在一个实施例中，至少一个调节锯齿元件44在向下方向上移动超过板状翅片22的下表面46。在一个实施例中，该向下方向是第二方向，与翅片套环38从板状翅片22延伸的第一方向相反。如图所示，源自正弦波纹波谷的每个调节锯齿元件48a从平面P向下移开，使得锯齿元件48b的上表面竖直地位于板状翅片22的下表面50的下方。由于该移动，锯齿元件48a与平面P之间的距离增加。源于正弦波纹波峰的每个锯齿元件48b可以类似地在相同的第二向下方向上移动，使得锯齿元件48b的上表面竖直地位于板状翅片22的下表面50的下方。然而，向下移动使锯齿元件48b朝向平面P移动，使得锯齿元件48b与平面P之间的距离减小。因此，平面P与锯齿元件44a之间的距离不同于锯齿元件44b与平面P之间的距离。在一个实施例中，沿垂直于流方向A的方向，锯齿元件44a和锯齿元件44b从正弦波纹偏移的距离，比方说例如相对于平面P(本文也称作锯齿偏移)可以是一致的。
在另一个实施例中，如图5最佳所示，布置在正弦波纹波谷处的至少一个锯齿元件48a在与布置在正弦波纹的波峰处的至少一个锯齿元件48b相反的方向上移动。如图所示，布置在正弦波纹波谷处的每个锯齿元件44a在第二方向上移动，向下远离平面P。结果，锯齿元件48a的上表面竖直地定位在板状翅片22的下表面50的下方。由于该移动，锯齿元件48a与平面P之间的距离增加。类似地，在正弦波纹波峰处形成的每个锯齿元件48b在第一向上方向上移动，在该方向上翅片套环38从板状翅片22延伸。随着该远离平面P的运动，锯齿元件48b的下表面可以竖直地定位在板状翅片22的上表面52的上方。在一个实施例中，每个锯齿元件48a、48b在垂直于流方向A的方向(比方说例如相对于平面P)上移动的总距离可以相等，或者备选地可以变化。
术语“大约”旨在包括与基于提交本申请时可用的设备测量特定数量相关的误差程度。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确规定。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数，步骤、操作、元组件和/或它们的组的存在或添加。
虽然已经参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改型，并且可以用等价物替代其元件。此外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，其意图在于本公开不限于作为实施本公开的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种热交换器，包括多个板状翅片，至少一个板状翅片包括：
布置成一行或多行的多个孔；和
邻近所述多个孔中的一个孔形成的具有正弦波纹的波状区域，所述波状区域包括多个细长可调节锯齿元件，其中所述多个细长可调节锯齿元件相对于布置在所述正弦波纹的振幅的中点处的中心平面降低。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述波状区域布置在所述一行或多行的其中一行内的相邻孔之间。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述正弦波纹在至少一个正弦波纹波长上延伸。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个正弦波纹波长包括两个正弦波纹波长，并且所述两个正弦波纹波长是恒定的。
5.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个正弦波纹波长包括两个正弦波纹波长，并且所述两个正弦波纹波长变化。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个细长可调节锯齿元件中的每一个都具有为所述正弦波纹的一段的横截面。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述正弦波纹包括至少一个波峰和至少一个波谷，所述多个细长可调节锯齿元件中的至少一个细长可调节锯齿元件形成在所述至少一个波谷处。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，在所述至少一个波谷处形成的所述多个细长可调节锯齿元件中的所述至少一个细长可调节锯齿元件具有大致凸形的曲率。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述正弦波纹包括至少一个波峰和至少一个波谷，所述多个细长锯齿元件中的至少一个细长可调节锯齿元件形成在所述至少一个波峰处。
10.根据权利要求9所述的热交换器，其特征在于，在所述至少一个波峰处形成的所述多个细长锯齿元件中的所述至少一个细长锯齿元件具有大致凹形的曲率。
11.一种热交换器，包括多个板状翅片，至少一个板状翅片包括：
布置成一行或多行的多个孔；和
波状区域，其布置在所述一行或多行的其中一行内的相邻孔之间并具有正弦波纹，所述波状区域包括多个细长可调节锯齿元件，其中，所述多个细长可调节锯齿元件中的每一个与布置在所述正弦波纹的振幅的中点处的中心平面隔开比所述正弦波纹更远的距离。
12.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述波状区域布置在所述一行或多行的其中一行内的相邻孔之间。
13.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述正弦波纹在至少一个正弦波纹波长上延伸。
14.根据权利要求13所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个正弦波纹波长包括两个正弦波纹波长，并且所述两个正弦波纹波长是恒定的。
15.根据权利要求13所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个正弦波纹波长包括两个正弦波纹波长，并且所述两个正弦波纹波长变化。
16.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述多个细长可调节锯齿元件中的每一个具有为所述正弦波纹的一段的横截面。
17.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述正弦波纹包括至少一个波峰和至少一个波谷，所述多个细长可调节锯齿元件中的至少一个细长可调节锯齿元件形成在所述至少一个波谷处。
18.根据权利要求17所述的热交换器，其特征在于，在所述至少一个波谷处形成的所述多个细长可调节锯齿元件中的至少一个细长锯齿元件具有大致凸形的曲率。
19.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述正弦波纹包括至少一个波峰和至少一个波谷，所述多个细长锯齿元件中的至少一个细长可调节锯齿元件形成在所述至少一个波峰处。
20.根据权利要求19所述的热交换器，其中，在所述至少一个波峰处形成的所述多个细长可调节锯齿元件中的至少一个细长锯齿元件具有大致凹形的曲率。
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