CN201407940Y - 热交换器翅片结构和热交换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种热交换器翅片结构和热交换器，所述热交换器翅片结构包括并行设置的两条翅片，所述两条翅片上设有多个用于承插散热管的连接孔，且一条翅片上的连接孔与另一条翅片上的连接孔交错设置，所述两条翅片中的至少一条翅片在与该翅片上每两个连接孔的孔心连线平行的方向上，并排设有多条翼片，所述翼片呈百叶窗结构，形成用于气流通过的裂隙，所述连接孔的圆周区域还设有控制圆，所述控制圆的直径与所述连接孔的直径的比值在1.5～1.9范围内。该热交换器包括该热交换器翅片结构。本实用新型热交换器翅片结构和热交换器的换热效率高，制造成本低，可成功替代现有产品。

Description

热交换器翅片结构和热交换器

技术领域

本实用新型涉及一种热交换器翅片结构和热交换器，尤其涉及一种百叶窗型的热交换器翅片结构和热交换器，属于空调制造技术领域。

背景技术

热交换器是一种用于加热和制冷循环的设备，它可以对不同温度的介质进行冷热变换，通过换热达到不同介质的使用温度。热交换器被广泛地应用于空调机、冷库以及冰箱等产品中。热交换器主要由翅片以及散热管组成。每个翅片上具有多个用于承插散热管的连接孔。翅片间彼此并行设置，且散热管通过连接孔将这些翅片并联在一起，气流从垂直于散热管的方向吹入，并穿越翅片间的裂隙，从而在各个翅片间达到换热的效果。

现有的热交换器主要存在两种规格。一种是散热管的管径为7mm，翅片宽度为13.3mm，另一种是管径为9.52mm，翅片宽度为21.65mm。现有技术中这两种技术方案由于管径较宽，管壁对空气流动的扰动较大，导致管后尾部绕流区明显增大，空气流动阻力增大，从而导致换热效率较低；而且，由于管径较大、翅片宽度较宽，还导致制造成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种热交换器翅片结构和热交换器，以解决现有技术中换热效率较低以及制造成本较高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种热交换器翅片结构，所述热交换器翅片结构包括并行设置的两条翅片，所述两条翅片上设有多个用于承插散热管的连接孔，且一条翅片上的连接孔与另一条翅片上的连接孔交错设置，所述两条翅片中的至少一条翅片在与该翅片上每两个连接孔的孔心连线平行的方向上，并排设有多条翼片，所述翼片呈百叶窗结构，形成用于气流通过的裂隙，所述连接孔的圆周区域还设有控制圆，所述控制圆的直径与所述连接孔的直径的比值在1.5～1.9范围内。

所述连接孔的直径为5.28毫米，所述控制圆的直径为8.0毫米。

所述连接孔的直径为5.28毫米，所述控制圆的直径为8.4毫米。

所述连接孔的直径为5.28毫米，所述控制圆的直径为9.0毫米。

所述连接孔的直径为5.28毫米，所述控制圆的直径为10.0毫米。

所述翼片的投影高度为0.35～0.40毫米，投影宽度为1.1～1.3毫米。

所述翅片的厚度为0.090～0.11毫米。

所述翼片的数目为10条，10条翼片分为沿所述孔心连线对称的两组翼片，每组各5条，且两组翼片的翻转方向相反；或者所述翼片的数目为8条，8条翼片分为沿所述孔心连线对称的两组翼片，每组各4条，且两组翼片的翻转方向相反。

为实现上述目的，本实用新型还提供一种热交换器，包括间隔排列的多个翅片结构以及穿设在所述翅片结构上的连接孔内的散热管，所述翅片结构包括上述的热交换器翅片结构。

所述间隔排列的多个翅片结构之间的间隔距离为1.1～1.6毫米。

本实用新型能够获取的最优换热量为0.2512222W，最优单位迎风面换热量为21807.48W/m2。因此，本实用新型通过将控制圆的直径和连接孔的直径的比值设置在1.5～1.9之间，在降低管径的同时，增大控制圆的直径，使得翼片的长度有效增长，从而使得通过交错突出的翼片上的裂隙的气流增加，减小了换热死区的面积，有效提高换热效率。热交换器翅片结构中，通过设置翼片的投影高度、投影宽度以及翅片的厚度，可以获取最优的换热效率。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型热交换器翅片结构第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型热交换器翅片结构第一实施例的俯视结构示意图；

图3为本实用新型热交换器翅片结构第二实施例的结构示意图；

图4为本实用新型热交换器翅片结构第二实施例的俯视结构示意图；

图5为本实用新型热交换器翅片结构第三实施例的结构示意图；

图6为本实用新型热交换器翅片结构第三实施例的俯视结构示意图；

图7为本实用新型热交换器翅片结构第四实施例的结构示意图；

图8为本实用新型热交换器翅片结构第四实施例的俯视结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种热交换器翅片结构，该翅片结构包括并行设置的两条翅片，这两条翅片上设有多个用于承插散热管的连接孔，且一条翅片上的连接孔与另一条翅片上的连接孔交错设置，这两条翅片中的至少一条翅片在与该翅片上每两个连接孔的孔心连线平行的方向上，并排设有多条翼片，该翼片呈百叶窗结构，形成用于气流通过的裂隙，连接孔的圆周区域还设有控制圆，该控制圆的直径与连接孔的直径的比值在1.5～1.9范围内。

由此可知，本实用新型热交换器翅片结构中，至少有一个翅片是百叶窗结构。在具体实施过程中，该热交换器翅片结构中的一个翅片可以采用该百叶窗结构的翅片，另一个翅片可以采用现有技术中的任意一种翅片，例如平片或者其它结构的翅片。该热交换器翅片结构中的两个翅片还可以均采用该百叶窗结构的翅片。

发明人在实现本实用新型的过程中，主要通过数学建模，研究空气侧翅片在不同翅片参数下的传热性能，使用数值模拟的方法，对翅片的结构和各项参数进行优化。发明人通过大量试验获知，当散热管的管径，也就是连接孔的直径减小时，散热管的管壁对空气流动的扰动作用减弱，导致管后尾部绕流区明显减小，使得流动阻力减小，但是使靠近散热管的管壁附近的最高流速降低，从而传热核心区域的有效流量降低，使传热能力减小。而且，在大管径条件下，靠近管壁壁面处流体的平均温度要高于小管径条件下对应位置流体的平均温度，而且翅片出口的温度要高于小管径下翅片出口的温度。所以管径即连接孔的直径减小会降低翅片的效率，导致换热性能的降低。

当控制圆直径适当减小时，翼片的长度增加，可以使更多的流体贴近散热管的管壁，使得近壁处的流体的局部速度增加。而近壁面处是翅片上局部热流密度最大的区域，对传热的影响具有正面影响，但是由于翼片长度的增加而产生的导热热阻作用对传热具有负面影响的作用更为突出。

综合考虑上述连接孔的尺寸和控制圆的尺寸对换热效率的影响，本实用新型可以适当减小该连接孔的直径，减小连接孔的直径而产生的换热效率降低可以通过适当增大控制圆的直径来补偿，甚至能够获取更高的换热效率。因此，该直径减小后的连接孔与直径增大后的控制圆之间的尺寸可以存在一定关系，从而保证获取较高的换热效率。

据此，本实用新型可以设该控制圆的直径D与该连接孔的直径d的比值在1.5～1.9范围内。而且，发明人通过反复试验证明，比值在该范围内的翅片结构能够获取较好的换热效率。

发明人通过试验得到，以下四种符合上述比值范围的连接孔的直径和控制圆的直径能够获取较好的换热效果，即：连接孔的直径d为5.28mm，所述控制圆的直径D为8.0mm；连接孔的直径d为5.28mm，控制圆的直径D为8.4mm；连接孔的直径d为5.28mm，控制圆的直径D为9.0mm；连接孔的直径d为5.28mm，控制圆的直径D为10.0mm。且发明人对满足上述四种条件的不同翅片规格进行了试验，试验结果如表1所示。

表1

连接孔直径d	翅片宽度	孔间距	片间距	压差Δp	控制圆直径D	换热量	单位迎风面换热量	入口速度	片型
										5.28	13.3	10.5	1.35	47.53	9.0	0.3040	21452	1.89	宽1.2高0.37
5.28	12.1	10.5	1.35	41.99	9.0	0.2961	20890	1.89	宽1.2高0.37
										5.28	11.2	9.75	1.2	48.49	9.0	0.2526	21593	1.89	宽1.3高0.4
5.28	11	9.75	1.2	48.29	9.0	0.2522	21560	1.89	宽1.3高0.4
										5.28	11.2	9.5	1.2	48.76	9.0	0.2474	21705	1.89	宽1.2高0.37
5.28	10.8	9.5	1.2	46.76	9.0	0.2465	21631	1.89	宽1.2高0.37

发明人在试验过程中，考察了在其它条件相同的情况下，直接改变百叶窗型翼片的投影高度h对流动和换热特性的影响，该投影高度h即为该百叶窗型翼片在垂直于翅片表面的方向上的投影的高度。试验表明，增加百叶窗型翼片的投影高度h可以使传热和阻力都得到增加，因此，反复试验优化后，获取的投影高度h可以在0.35～0.40mm范围内。而且，百叶窗型翼片的宽度涉及到开缝的翅片个数和百叶窗形翼片的投影高度h，也是影响翅片换热量十分重要的参数。通过反复试验，获知该翼片的投影宽度可以在1.1～1.3mm范围内。由表1可知，百叶窗的投影宽度L为1.3mm，由于对应的投影高度h为0.4mm，故这种片型的阻力压降一般较大，换热量和单位迎风面积换热量也稍高。综合考虑阻力和换热因素，优选地，该百叶窗型翼片的投影宽度L为1.2mm，该百叶窗型翼片的投影高度h最佳为0.37mm。

本实用新型热交换器翅片结构中，翅片的厚度w可以设为0.090～0.11mm。发明人在试验中，依次采用翅片厚度0.11mm、0.105mm和0.095mm进行试验。试验结果如表2所示。

表2

连接孔直径d	翅片宽度	孔间距	片间距	压差	控制圆直径D	换热量	单位迎风面换热量	入口速度	翅片厚度
										5.28	11.2	9.6	1.2	45.86	4.5	0.2484	21564	1.89	0.11
5.28	11.2	9.6	1.2	46.56	4.5	0.2512	21807	1.89	0.105
										5.28	11.2	9.6	1.2	39.16	4.5	0.2376	20627	1.89	0.095

由表2可知，随着厚度的减小，阻力压降也减小。但对换热量而言，存在一个最优的片厚，即当厚度为0.105mm时，换热量和单位迎风面积换热量达到最大值，因此优选地，本实用新型中的翅片厚度为0.105mm。

本实用新型热交换器翅片结构采用上述规格时，能够获取的最优换热量为0.2512222W，最优单位迎风面换热量为21807.48W/m2。因此，本实用新型通过将控制圆的直径和连接孔的直径的比值设置在1.5～1.9之间，在降低管径的同时，增大控制圆的直径，使得翼片的长度有效增长，从而使得通过交错突出的翼片上的裂隙的气流增加，减小了换热死区的面积，有效提高换热效率。

下面介绍本实用新型热交换器翅片结构的几种具体结构。在这几种具体结构主要包含两类，第一类的翼片的数目为10条，10条翼片分为沿所述孔心连线对称的两组翼片，每组各5条，且两组翼片的翻转方向相反；第二类的翼片的数目为8条，8条翼片分为沿所述孔心连线对称的两组翼片，每组各4条，且两组翼片的翻转方向相反。但是本领域技术人员可以理解的是，该翼片的分布结构以及数目可以根据需要改变而不限于下述结构和数目。

图1为本实用新型热交换器翅片结构第一实施例的结构示意图，如图1所示，本实施例的热交换器翅片结构包括并行设置的两条翅片，即翅片11和翅片12。该翅片11为百叶窗结构的翅片，该翅片12为平片。该翅片11和翅片12上均设有用于承插散热管的连接孔13，该连接孔13的直径d可以优选地设为5.28mm。翅片11上的连接孔13和翅片12上的连接孔13交错设置。图2为本实用新型热交换器翅片结构第一实施例的俯视结构示意图，如图2所示，对于该翅片11来说，与其上每两个连接孔13的孔心连线平行的方向上，并排设有10条翼片111，这些翼片111呈百叶窗结构，从而形成用于气流通过的裂隙。对于这10条翼片来说，分为沿孔心连线对称的两组翼片，每组各5条，且两组翼片的翻转方向相反。

本实施例的热交换器翅片结构中，翅片11和翅片12上的连接孔13的直径d均可设为5.28mm，设在连接孔13周围的控制圆14的直径D可以优选地设为9mm。翅片11和翅片12的厚度w可以优选地设为0.105mm。且翼片的投影高度h可优选地设为0.37mm，翼片的投影宽度L优选地为1.2mm。

图3为本实用新型热交换器翅片结构第二实施例的结构示意图，如图3所示，本实施例与本实用新型热交换器翅片结构第一实施例类似，对应的尺寸相同。其区别在于，在翅片11上的每两个连接孔13的孔心连线平行的方向上，可以并排设有8条翼片111，这些翼片111呈百叶窗结构，从而形成用于气流通过的裂隙。对于这8条翼片来说，分为沿孔心连线对称的两组翼片，每组各4条，且两组翼片的翻转方向相反。图4为本实用新型热交换器翅片结构第二实施例的俯视结构示意图，如图4所示，并排设置的8条翼片111呈百叶窗结构。

本实用新型上述第一实施例和第二实施例的热交换器翅片结构中，一条翅片为百叶窗结构的翅片，另一条翅片为平片结构。通过将控制圆的直径和连接孔的直径的比值设置在1.5～1.9之间，可以降低管径并增大控制圆的直径，可以使百叶窗结构的翅片上的翼片长度有效增长，从而增大了裂隙的长度，使得通过的裂隙的气流增加，减小了换热死区的面积，有效提高换热效率，且减小连接孔的直径即管径，还可以降低生产成本。

图5为本实用新型热交换器翅片结构第三实施例的结构示意图，如图5所示，本实施例的热交换器翅片结构包括并行设置的两条翅片，即翅片11和翅片15。该翅片11为百叶窗结构的翅片，该翅片15为与翅片11结构相同的百叶窗结构的翅片。该翅片11和翅片15上均设有用于承插散热管的连接孔13，该连接孔13的直径d可以优选地设为5.28mm。翅片11上的连接孔13和翅片15上的连接孔13交错设置。图6为本实用新型热交换器翅片结构第三实施例的俯视结构示意图，如图6所示，分别对于该翅片11和翅片15来说，与其上每两个连接孔13的孔心连线平行的方向上，并排设有10条翼片111，这些翼片111呈百叶窗结构，从而形成用于气流通过的裂隙。对于这10条翼片来说，分为沿孔心连线对称的两组翼片，每组各5条，且两组翼片的翻转方向相反。

本实施例的热交换器翅片结构中，且翅片11和翅片15上的连接孔13的直径d均可设为5.28mm，设在连接孔13周围的控制圆14的直径D可以优选地设为9mm。翅片11和翅片15的厚度w可优选地设为0.105mm。且翅片11和翅片和15上的翼片的投影高度h可优选地设为0.37mm，投影宽度L可优选地设为1.2mm。

图7为本实用新型热交换器翅片结构第四实施例的结构示意图，如图7所示，本实施例与本实用新型热交换器翅片结构第三实施例类似，对应的尺寸相同。其区别在于，在翅片11和翅片15的每一个上的每两个连接孔13的孔心连线平行的方向上，可以并排设有8条翼片，这些翼片111呈百叶窗结构，从而形成用于气流通过的裂隙。对于这8条翼片来说，分为沿孔心连线对称的两组翼片，每组各4条，且两组翼片的翻转方向相反。图8为本实用新型热交换器翅片结构第四实施例的俯视结构示意图，如图8所示，并排设置的8条翼片形成百叶窗结构。

本实用新型上述第三实施例和第四实施例的热交换器翅片结构中，通过将控制圆的直径和连接孔的直径的比值设置在1.5～1.9之间，在降低管径的同时，增大控制圆的直径，可以使双桥结构的翅片上的翼片长度有效增长，从而增大了裂隙的长度，使得通过的裂隙的气流增加，减小了换热死区的面积，有效提高换热效率；通过设置翼片的投影高度、投影宽度以及翅片的厚度，可以获取最优的换热效率。

上述实施例给出了多种翅片上翼片的分布结构，从而可以方便不同的产品进行灵活选择。需要说明的是，上述实施例仅给出了两条翅片中一条为百叶窗结构的翅片，一条为平片的情况，以及两条翅片均为百叶窗结构的翅片的情况。事实上，本领域技术人员根据需要，可以将满足上述尺寸条件以及翼片分布结构的翅片进行组合，例如将满足上述尺寸条件以及翼片分布结构的双桥翅片、单桥翅片与上述百叶窗翅片的结构进行组合。

另外，本实用新型还提供了一种热交换器，该热交换器包括间隔排列的多个翅片结构以及穿设在该翅片结构上的连接孔内的散热管，本实用新型中的翅片结构可以采用上述任一实施例所述的热交换器翅片结构。

进一步地，发明人通过试验获知，随着翅片结构之间的间隔距离减小，气流流通的阻力压降增加，换热量减小，单位迎风面积换热量却增加，因此，减小间隔距离，可以有效地增大单位迎风面积换热量，但是阻力压降会相应地增加。因此，本实用新型热交换器中，优化后的间隔排列的多个翅片结构之间的间隔距离可以设为1.1～1.6mm，通过试验，发明人获得表3所示的试验结果。

表3

连接孔直径d	翅片宽度	孔间距	片间距	压差	控制圆直径D	换热量	单位迎风面换热量	入口速度	片型
										5.28	12.1	9.25	1.35	43.21	9.0	0.26444	21180	1.89	宽1.2高0.37
5.28	12.1	9.25	1.2	53.31	9.0	0.24424	22003	1.89	宽1.2高0.37
										5.28	12.1	9.25	1.25	49.78	9.0	0.2514	21744	1.89	宽1.2高0.37

有表3可知，综合考虑换热量和单位迎风面换热量，该间隔距离可以优选地设为1.2mm。

本实用新型热交换器的具体实施方式与上述热交换器翅片结构的实施方式类似，不再赘述。因此，本实用新型热交换器能够获取的最优的换热量为0.2512222W，单位迎风面换热量为21807.48W/m2。本实用新型热交换器的翅片结构中，通过将控制圆的直径和连接孔的直径的比值设置在1.5～1.9之间，在降低管径的同时，增大控制圆区域的直径，使得翼片的长度有效增长，从而使得通过交错突出的翼片上的裂隙的气流增加，减小了换热死区的面积，有效提高换热效率；通过设置翼片的投影高度、投影宽度以及翅片的厚度，可以获取最优的换热效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1、一种热交换器翅片结构，所述热交换器翅片结构包括并行设置的两条翅片，所述两条翅片上设有多个用于承插散热管的连接孔，且一条翅片上的连接孔与另一条翅片上的连接孔交错设置，其特征在于，所述两条翅片中的至少一条翅片在与该翅片上每两个连接孔的孔心连线平行的方向上，并排设有多条翼片，所述翼片呈百叶窗结构，形成用于气流通过的裂隙，所述连接孔的圆周区域还设有控制圆，所述控制圆的直径与所述连接孔的直径的比值在1.5～1.9范围内。

2、根据权利要求1所述的热交换器翅片结构，其特征在于，所述连接孔的直径为5.28毫米，所述控制圆的直径为8.0毫米。

3、根据权利要求1所述的热交换器翅片结构，其特征在于，所述连接孔的直径为5.28毫米，所述控制圆的直径为8.4毫米。

4、根据权利要求1所述的热交换器翅片结构，其特征在于，所述连接孔的直径为5.28毫米，所述控制圆的直径为9.0毫米。

5、根据权利要求1所述的热交换器翅片结构，其特征在于，所述连接孔的直径为5.28毫米，所述控制圆的直径为10.0毫米。

6、根据权利要求1～5中任一权利要求所述的热交换器翅片结构，其特征在于，所述翼片的投影高度为0.35～0.40毫米，投影宽度为1.1～1.3毫米。

7、根据权利要求1～5中任一权利要求所述的热交换器翅片结构，其特征在于，所述翅片的厚度为0.090～0.11毫米。

8、根据权利要求1～5中任一权利要求所述的热交换器翅片结构，其特征在于，所述翼片的数目为10条，10条翼片分为沿所述孔心连线对称的两组翼片，每组各5条，且两组翼片的翻转方向相反；或者所述翼片的数目为8条，8条翼片分为沿所述孔心连线对称的两组翼片，每组各4条，且两组翼片的翻转方向相反。

9、一种热交换器，包括间隔排列的多个翅片结构以及穿设在所述翅片结构上的连接孔内的散热管，其特征在于，所述翅片结构包括权利要求1～8中任一权利要求所述的热交换器翅片结构。

10、根据权利要求9所述的热交换器，其特征在于，所述间隔排列的多个翅片结构之间的间隔距离为1.1～1.6毫米。

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