CN117367192A - 换热翅片、热交换器以及热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种换热翅片，所述换热翅片上形成有用于穿设换热管的管孔，所述管孔的附近设置有波纹结构，所述波纹结构包括沿流体介质流动方向设置的波段，所述波段的相邻的两个波峰或者波谷之间的间距为一个波长，所述波段的总长度是1‑1.5倍的波长，其中，在所述波段的波峰和波谷处还设置有桥片，所述桥片相对于所述波峰和波谷偏折一个预设距离。本发明还提出了一种设置有该换热翅片的热交换器，以及配置有该热交换器的热泵系统。根据本发明的换热翅片能够大幅提高换热翅片的传热效率，从而显著增强换热效果。

Description

换热翅片、热交换器以及热泵系统
技术领域
本发明涉及散热技术领域，尤其涉及一种换热翅片，还涉及一种设置有该换热翅片的热交换器以及配置有该热交换器的热泵系统。
背景技术
热交换器也称换热器，是实现热量从热流体传递给冷流体的装置。热交换器是工程传热中的重要设备，广泛应用于石油、化工、动力、建筑、机械等领域。例如，热泵系统或者空调系统中通常需要使用热交换器来进行热量交换，以便实现制冷和/或制热，这种热交换器具有结构紧凑、体积小、重量轻和传热效率高等优点。
随着换热技术的发展，热交换器的体积大小受到严格的限制，而对热交换器的换热性能的要求也越来越高，现有技术中的热交换器的主要换热功能来源于其内部设置的换热翅片，换热翅片一般使用铝材制造。影响翅片换热效率的主要因素是换热翅片表面与经过热交换器的流体介质之间的传热系数和接触面积，在热交换器整体体积固定的情况下，使用波纹形的换热翅片是增加翅片换热接触面积的有效方法。如图1所示，换热翅片上设有管孔11，管孔11可以与金属换热管（未示出）连接。当金属换热管内的制冷剂流动时，制冷剂可以将温度传递到翅片本体上，并通过翅片本体与外部的流体介质、例如空气进行对流换热。换热翅片的基底通常具有较强的导热能力，可以将与金属换热管的热量快速扩散到换热翅片的基底的其他位置。为了增强换热效果，所述管孔11的附近设置有波纹结构12，所述波纹结构12包括沿空气流动方向设置的波段，所述波段的相邻的两个波峰或者波谷之间的间距为一个波长，所述波段的总长度采用2倍的波长。换而言之，如图1所示的换热翅片采用“2波/排”的波纹结构12，即在一排波纹结构中所述波段的总长度采用2倍的波长的设计。此外，在所述波段的波峰和波谷处还设置有向外侧偏折的桥片13。
然而，上述换热翅片仍然在例如结构构造、换热效果等方面存在着弊端和不足之处，可以进一步地改进和优化。
发明内容
有鉴于此，根据本发明的第一方面，它提供了一种换热翅片，从而有效地解决了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题。在根据本发明的换热翅片中，所述换热翅片上形成有用于穿设换热管的管孔，所述管孔的附近设置有波纹结构，所述波纹结构包括沿流体介质流动方向设置的波段，所述波段的相邻的两个波峰或者波谷之间的间距为一个波长，所述波段的总长度是1-1.5倍的波长，
其中，在所述波段的波峰和波谷处还设置有桥片，所述桥片相对于所述波峰和波谷偏折一个预设距离。
在根据本发明的换热翅片的再一个实施方式中，所述波段沿流体介质流动方向的纵向截面方向构成具有正弦形截面、余弦形截面、梯形截面或三角形截面的波纹。
在根据本发明的换热翅片的又一个实施方式中，所述波纹结构在竖直方向上位于所述管孔的上方或者下方，并且相对于所述管孔的中线所在的竖直平面对称布置。
在根据本发明的换热翅片的另一个实施方式中，相邻的桥片在竖直方向上朝向相反的方向偏折。
在根据本发明的换热翅片的再一个实施方式中，所述桥片相对于所述波峰和波谷偏折的预设距离在0.6-1.0mm的范围之间；和/或所述桥片的宽度在2.6-3.0mm的范围之间。
在根据本发明的换热翅片的另一个实施方式中，所述桥片通过冲压的方式形成。
在根据本发明的换热翅片的另一个实施方式中，所述换热翅片由铝合金制成。
另外，根据本发明的第二方面，它也提供了一种热交换器，所述热交换器包括:
多个供制冷剂流动的换热管，所述换热管相互间隔开；以及
多个上述的换热翅片，所述换热翅片被所述换热管垂直插入并且相互间隔开预定的距离。
在根据本发明的热交换器的再一个实施方式中，所述桥片相对于所述波峰和波谷偏折的预设距离为相邻的换热翅片之间的距离的一半。
在根据本发明的热交换器的另一个实施方式中，所述热交换器为冷凝器或蒸发器。
此外，根据本发明的第三方面，它也提供了一种热泵系统，所述热泵系统包括上述的热交换器。
可以了解，本发明的换热翅片采用特殊设计的波纹结构，从而在减小流体介质通过换热翅片的阻力的同时，也增加了换热翅片的换热能力，达到了高效换热的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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示出了现有技术的换热翅片的波纹结构在流体介质流动方向上的纵向截面图；
图2示出了本发明的换热翅片的实施例的结构示意图；
图3示出了根据图2的换热翅片安装在热交换器中时的结构示意图；以及
图4示出了根据图2的换热翅片的波纹结构在流体介质流动方向上的纵向截面图。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明的是，在本发明中提到或可能提到的上、下、左、右、前、后、内侧、外侧、前侧、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“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实施例的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不是必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
随着热泵或者空调技术的发展和国内外空调能效标准的提高，为了满足空调能效的要求，在更换高性能压缩机的基础上，需要通过强化传热技术，对热交换器进行优化设计，同时，由于热交换器的换热热阻主要是空气侧换热热阻，所以热交换器强化技术方法主要是通过对空气侧翅片进行优化设计，从而提高热交换器的性能。
如图2所示，它在总体上示意性地图示出了本发明的换热翅片的一个实施例的结构。在图2和图3中清楚可见，所述换热翅片100上开设有多个管孔110，用于使金属换热管（未示出）穿设于管孔110内。制冷剂或者冷媒在金属换热管（例如圆管、椭圆管或扁平管等）内流动，流体介质、例如空气在金属换热管外沿图3中箭头所示方向（即与换热翅片平行的方向）流动，通过管壁和换热翅片在制冷剂和空气之间进行热传导，从而实现换热。所述管孔110的附近设置有波纹结构120，有利于进一步增大翅片本体与流体介质的接触面积。所述波纹结构120包括沿空气流动方向设置的波段，所述波段的相邻的两个波峰或者波谷之间的间距为一个波长，所述波段的总长度是1-1.5倍的波长。例如，如图4所示的换热翅片采用“1.5波/排”的波纹结构120，即在一排波纹结构120中所述波段的总长度采用1.5倍的波长的设计。此外，在所述波段的波峰和波谷处还设置有桥片130，所述桥片130相对于所述波峰和波谷偏折一个预设距离，使得气流在流过所述桥片时得以打破连续发展的热边界层，增强扰流，致使传热系数显著提升。相较于现有技术中采用2倍波长的波段，根据本发明的波段具有更大的波纹宽度、更大的桥片宽度和更小的连续波纹截面长度，从而导致更大的传热效率。因此，根据本发明的“1-1.5波/排”形换热翅片可以提供比传统“2波/排”形换热翅片更好的换热性能。
结合上述实施例在其他优选的实施例中，所述波段设计成沿流体介质流动方向的纵向截面方向构成具有正弦形截面的波纹，从而在同等尺寸的热交换器内能有更多流体介质通过，进而达到更高的换热效率和传热系数。当然，本领域技术人员容易想到，所述波段沿流体介质流动方向还可以设计成具有梯形截面、余弦形截面或三角形截面的波纹等。
同时结合图2和3可见，换热翅片100通常在竖直方向上并排布置在热交换器内，而流体介质或者说空气的流动方向通常垂直于所述竖直方向。具体而言，空气流动方向可以是从左至右（如图3中箭头所示）或从右向左。在此基础上，为了进一步提高换热效果，所述波纹结构120可以设置成在竖直方向上位于所述管孔110的上方或者下方，并且相对于所述管孔110的中线所在的竖直平面对称布置。也就是说，至少一个桥片130位于所述管孔110的中线所在的竖直平面上。
继续参考图4，相邻的波峰和波谷的桥片130在竖直方向上朝向相反的方向偏折。例如，所述桥片130相对于所述波峰和波谷在竖直方向上偏折的预设距离在0.6-1.0mm的范围之间；和/或所述桥片130的宽度在2.6-3.0mm的范围之间。如此设计，使得空气能够轻易地穿过桥片与翅片本体之间的缝隙，从而在充分提高换热效果的同时，也降低了空气阻力。当然，相邻的波峰和波谷的桥片130在竖直方向上朝向相同的方向偏折也是可行的。需要说明的是，波峰的桥片和波谷的桥片之间，可以相互平行，也可以不平行。如果多个桥片不平行，从波纹结构中通过的气流更为复杂。出于便于制造的目的，所述桥片130可以通过冲压的方式形成。
优选地，所述换热翅片100可以由铝合金制成。本领域技术人员已知的是，铝材具有较好的加工工艺性，并具有较好的换热性能。
此外，本发明还提供了一种热交换器。所述热交换器包括:多个供制冷剂流动的换热管，所述换热管相互间隔开；以及多个上述的换热翅片，所述换热翅片被所述换热管垂直插入并且相互间隔开预定的距离。如图3所示，在本发明的实施方式中，所述换热翅片并排设置，使得每个换热翅片的波峰与波峰对齐，波谷与波谷对齐，且每个桥片的形状、高度、宽度、以及倾斜角度等均相同，以使同等尺寸的热交换器内具有更多的换热表面，并且提升热交换器的换热面积和换热效率。根据本发明的热交换器能够大幅提高气流的振动，使换热过程更加剧烈，进而提升了热交换器的换热效果。作为举例，所述热交换器可以为冷凝器或蒸发器。
在本发明的一些实施例中，所述桥片相对于所述波峰和波谷偏折的预设距离为相邻的换热翅片之间的距离的一半。也就是说，所述桥片处于相邻翅片的中间位置，使得气流可以均匀地分布在所述桥片的两侧，从而实现较低的流动阻力和较高的传热系数，进而提升所述换热翅片整体的换热性能。
另外，本发明还提供了一种热泵系统。所述热泵系统通常具有制冷模式、制热模式和除湿模式（或称除雾模式）等多种工作模式。具体而言，热泵系统主要包括冷媒循环回路和水回路，冷媒循环回路中依次设置有压缩机、热水换热器、节流装置和室外热交换器。冷媒经压缩机被压缩成高温高压气体，高温高压气体进入热水换热器与循环水进行热交换以将水加热。经过热水换热器后的冷媒再通过节流装置的节流后，形成低温低压的液体（或气液混合态的制冷剂），低温低压的液体制冷剂在室外热交换器中蒸发，从外界空气中吸收热量转化成气态制冷剂，气态制冷剂可在必要时进一步通过气液分离器等回到压缩机中，完成冷媒循环回路。上述热泵系统可用于其它家用、商用或者工业设备中，以提高这些设备的制冷效率，这里不作具体限定。
综上所述，相比于现有技术的换热翅片，本发明的换热翅片在不改变现有传热翅片的加工工艺、加工设备和换热翅片的整体尺寸的前提下，采用“1-1.5波/排”的波纹结构的设计，不仅能够提高传热翅片的传热效率，而且使板翅式热交换器的结构更加紧凑。由此可知，设置有本发明的换热翅片的热交换器可以显著提高热泵系统中热交换器的换热性能，从而大幅提升热泵系统的制冷性能以及制热性能。
以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明的换热翅片、设置有该换热翅片的换热翅片以及配置有该换热翅片的热泵系统，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (11)

1.一种换热翅片，所述换热翅片上形成有用于穿设换热管的管孔，所述管孔的附近设置有波纹结构，其特征在于，所述波纹结构包括沿流体介质流动方向设置的波段，所述波段的相邻的两个波峰或者波谷之间的间距为一个波长，所述波段的总长度是1-1.5倍的波长，
其中，在所述波段的波峰和波谷处还设置有桥片，所述桥片相对于所述波峰和波谷偏折一个预设距离。
2.根据权利要求1所述的换热翅片，其特征在于，所述波段沿流体介质流动方向的纵向截面方向构成具有正弦形截面、余弦形截面、梯形截面或三角形截面的波纹。
3.根据权利要求2所述的换热翅片，其特征在于，所述波纹结构在竖直方向上位于所述管孔的上方或者下方，并且相对于所述管孔的中线所在的竖直平面对称布置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的换热翅片，其特征在于，相邻的桥片在竖直方向上朝向相反的方向偏折。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的换热翅片，其特征在于，所述桥片相对于所述波峰和波谷偏折的预设距离在0.6-1.0mm的范围之间；和/或所述桥片的宽度在2.6-3.0mm的范围之间。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的换热翅片，其特征在于，所述桥片通过冲压的方式形成。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的换热翅片，其特征在于，所述换热翅片由铝合金制成。
8.一种热交换器，其特征在于，所述热交换器包括:
多个供制冷剂流动的换热管，所述换热管相互间隔开；以及
多个根据权利要求1-7中任一项所述的换热翅片，所述换热翅片被所述换热管垂直插入并且相互间隔开预定的距离。
9.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于，所述桥片相对于所述波峰和波谷偏折的预设距离为相邻的换热翅片之间的距离的一半。
10.根据权利要求8或9所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器为冷凝器或蒸发器。
11.一种热泵系统，其特征在于，所述热泵系统包括根据权利要求8-10中任一项所述的热交换器。
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