一种换热器翅片、换热器、热泵系统及电器设备

文档序号:1813536 发布日期:2021-11-09 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 一种换热器翅片、换热器、热泵系统及电器设备 (Heat exchanger fin, heat exchanger, heat pump system and electrical equipment ) 是由 孙建涛 白树钊 李学忠 于 2021-07-29 设计创作,主要内容包括:本发明实施例提供一种换热器翅片,该换热器翅片包括:基片和设置在基片上且用于切割换热气流的多个桥片,桥片设置有沿厚度方向贯穿桥片的桥片孔。本发明实施例中的换热器翅片通过在桥片上设置桥片孔,来进一步破坏流经换热器翅片的换热气流的边界层,有效提高了空气侧对流传热系数,显著降低了热阻,减小了压降,从而进一步提高了换热器翅片的换热效果。(An embodiment of the present invention provides a heat exchanger fin, including: the heat exchanger comprises a substrate and a plurality of bridge pieces arranged on the substrate and used for cutting heat exchange airflow, wherein the bridge pieces are provided with bridge piece holes penetrating through the bridge pieces in the thickness direction. The heat exchanger fin in the embodiment of the invention further destroys the boundary layer of the heat exchange airflow flowing through the heat exchanger fin by arranging the bridge piece holes on the bridge pieces, effectively improves the convection heat transfer coefficient of the air side, obviously reduces the thermal resistance, and reduces the pressure drop, thereby further improving the heat exchange effect of the heat exchanger fin.)

一种换热器翅片、换热器、热泵系统及电器设备

技术领域

本发明涉及电器领域,具体涉及一种换热器翅片、换热器、热泵系统及电器设备。

背景技术

换热器,是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。

翅片式换热器通过在用于传输流体的散热管上加装翅片来达到强化传热的目的。

相关技术中,传统翅片式换热器的换热效率不高,压降较大。

发明内容

有鉴于此,本申请实施例期望提供一种能够提高换热效果的换热器翅片。

为达到上述目的,本申请实施例的技术方案是这样实现的:

本发明实施例提供一种换热器翅片,所述换热器翅片包括:

基片;

设置在所述基片上且用于切割换热气流的多个桥片,所述桥片设置有沿厚度方向贯穿所述桥片的桥片孔。

在一些实施例中,多个所述桥片由所述基片冲压而成。

在一些实施例中,所述桥片孔的等效直径不超过所述桥片沿换热气流流动方向的尺寸的二分之一。

在一些实施例中,沿换热气流流动方向,相邻的两个所述桥片凸出设置于所述基片的相对两侧。

在一些实施例中,沿换热气流流动方向,上游的所述桥片孔的等效直径不小于下游的所述桥片孔的等效直径。

在一些实施例中,所述换热器翅片的所有所述桥片分为多个桥片组,每个所述桥片组内的桥片孔的等效直径相同,各所述桥片组沿换热气流流动方向依次布置,相邻两个桥片组中,下游的所述桥片组内的所述桥片孔的等效直径为上游的桥片组内的桥片孔的等效直径的0.7~0.8。

在一些实施例中,在所述基片所在平面的投影中,所述换热器翅片的各所述桥片沿同一直线布置。

在一些实施例中,所述基片设置有用于供换热管穿过的多个安装孔,安装孔沿所述基片的厚度方向贯穿所述基片。

在一些实施例中,相邻两个所述安装孔之间设置有至少一个所述桥片。

本发明实施例还提供了一种换热器,所述换热器包括换热管和多个前述任一项所述的换热器翅片,所述换热管与所述基片导热接触;多个所述换热器翅片层叠设置,相邻两个所述换热器翅片的所述基片之间形成气流通道,至少部分所述桥片伸入所述气流通道中。

在一些实施例中,所述换热管包括导热平板,各所述换热器翅片与所述导热平板的表面接触。

在一些实施例中,各所述换热器翅片构造为:由一块金属板连续往复弯折而形成。

在一些实施例中,所述基片设置有沿所述基片的厚度方向贯穿所述基片的安装孔,所述换热管穿设于各所述基片的所述安装孔中。

本发明实施例还提供了一种热泵系统,其特征在于,包括压缩机、冷凝器和蒸发器,所述冷凝器和/或所述蒸发器采用前述实施例中任一项所述的换热器。

本发明实施例还提供了一种电器设备,该电器设备包括前述实施例中所述的热泵系统。

本发明实施例中的换热器翅片通过在桥片上设置桥片孔,来进一步破坏流经换热器翅片的换热气流的边界层,有效提高了空气侧对流传热系数,显著降低了热阻,减小了压降,从而进一步提高了换热器翅片的换热效果。

附图说明

图1为本发明一实施例中换热器翅片的示意图;

图2为图1中A位置的放大示意图;

图3为图1的实施例中的换热器翅片在另一视角下的局部示意图;

图4为本发明另一实施例中换热器翅片的示意图;

图5为图4中B位置的放大示意图;

图6为本发明一实施例中换热器的示意图;

图7为图6中C位置的放大示意图;

图8为本发明另一实施例中换热器的示意图;

图9为本发明一实施例中的换热器,与相关技术中具有相同尺寸规格但未设置桥片孔的换热器的流动换热性能对比示意图。

附图标记说明

基片10;安装孔10a;桥片20;桥片孔20a;换热管30;导热平板31;气流通道40

具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合,具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明,不应视为对本申请的不当限制。

在本申请的描述中,“换热气流流动方向”方位或位置关系为基于附图1 或者图4所示的方位或位置关系,需要理解的是,这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述,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申请的限制。

本发明实施例提供一种换热器翅片,参阅图1和图4,换热器翅片包括:基片10、设置在基片10上且用于切割换热气流的多个桥片20,桥片20设置有沿厚度方向贯穿桥片20的桥片孔20a。

本发明实施例还提供一种换热器,参阅图6、图7和图8,换热器包括换热管30和多个本申请任意实施例的换热器翅片,换热管30与基片10导热接触。换热管30内用于供流体换热介质流过,流体换热介质可以是制冷剂、水或者空气等,在此不做限制。流体换热介质将热量传递给换热管30,换热管30将热量传递至换热器翅片。

多个换热器翅片层叠设置,相邻两个换热器翅片的基片10之间形成气流通道40,换热气流流经气流通道40,以使得换热气流和换热器翅片之间进行热量交换。

可以理解的是,多个换热器翅片层叠设置提高了在单位容积内换热器翅片的布置数目,提高了换热效果。

可以理解的是,气流通道40为换热气流提供了流动的空间,对换热气流的流动进行限制和引导,使换热气流能够沿预设的路径或者方向进行流动,便于规划和布置换热器翅片的位置,以获得更好的换热效果。将至少部分桥片20 伸入到气流通道40中,便于桥片20切割流经气流通道40的换热气流,以破坏换热气流的边界层,起到更好的换热效果。

至少部分桥片20伸入气流通道40中。当换热气流在气流通道40内流动的过程中,换热气流会流经桥片20,因此,桥片20会切割换热气体。

换热气流在流经桥片20的过程中,桥片20切割换热气流,增大了对换热气流的扰动效果,提高了换热效率。桥片孔20a破坏了流经桥片20表面的换热气流的边界层,提高了空气侧对流传热系数,降低了热阻,提升了换热效果。桥片孔20a的边缘能够对流入桥片孔20a中的气流再次进行切割,进一步提高换热效率。此外,桥片孔20a可以使桥片20两侧的气流发生交换、混合,产生二次流,增强换热的效果。

本发明实施例中的换热器翅片通过在桥片20上设置桥片孔20a,来进一步破坏流经换热器翅片的换热气流的边界层,有效提高了空气侧对流传热系数,显著降低了热阻,减小了压降,从而进一步提高了换热器翅片的换热效果。

可以理解的是,基片10与换热气流接触的过程中,通过热传导效应,能够实现一定的换热效果。

可以理解的是,基片10与桥片20可以采用分装结构,即基片10和桥片 20分别制作完成后再进行装配、连接以形成换热器翅片,所采用的连接方式不限,例如螺钉连接、粘接、焊接等,所采用的连接方式应降低对基片10与桥片 20之间传热效果的影响。

可以理解的是,基片10与桥片20也可以采用一体成型结构,以减少制造过程中的工艺步骤。

示例性地,在一些实施例中,桥片20由基片10冲压而成。采用冲压工艺制作换热器翅片,一方面,基片10和桥片20由同一板材制作而成,材料性质相同,保证基片10和桥片20之间的传热效果;另一方面,制作工艺简单快速,适合批量制造,减少了材料成本,能够有效降低生产成本。

可以理解的是,参阅图1和图4,冲压形成的桥片20沿换热气流流动方向的两端进行裁切,以实现桥片20对换热气流进行切割的目的。

可以理解的是,桥片孔20a采用冲裁工艺形成,以简化桥片孔20a的制造工艺流程,提高生产效率,降低生产成本。

可以理解的是,对桥片孔20a的尺寸进行优化,在保证桥片孔20a的换热效果的同时,使桥片20具有一定的结构强度。

在一些实施例中,桥片孔20a的等效直径不超过桥片20沿换热气流流动方向的尺寸的二分之一。降低了在制造桥片孔20a的过程中,由于桥片孔20a的边缘与桥片20外轮廓边缘距离较近而使桥片20强度降低,易于发生变形甚至断裂的风险。

需要说明的是,桥片孔20a的等效直径指的是,与桥片孔20a的面积相等的圆的直径。

桥片孔20a的形状不限,可以是三角形孔、矩形孔等。

示例性地,桥片孔20a为圆孔,圆孔能够减少在桥片孔20a位置所产生的应力集中,既有利于冲裁制造桥片孔20a,又有利于提高桥片20的结构强度。

可以理解的是,单一桥片20上所设置的桥片孔20a的数量可以为一个,也可以为多个,根据所需实现的换热效果灵活进行选择。多个桥片孔20a可以不断破坏换热气流的边界层,使边界层维持在一个相对较薄的厚度,有利于换热效率的提升。

示例性地,同一换热器翅片上,各桥片20的尺寸是一致的,从而便于桥片 20的统一制作,提高制造效率。

可以理解的是,一些实施例中,不同桥片20在基片10表面的凸起高度可以不同,通过不同桥片20之间形成高度差,使流经的换热气流的边界层能够不断被破坏,提高换热效果。另一些实施例中,各桥片20在基片10表面的凸起高度相同。

可以理解的是,不同桥片20在基片10上的凸出方向可以相同,也可以不同,根据需求进行设置,以进一步优化换热效果。

示例性地,在一些实施例中,参阅图3,沿换热气流流动方向,相邻的两个桥片20凸出设置于基片10的相对两侧,也就是说,任意相邻两个桥片20 在基片10上的凸起方向相反,如此,使得各桥片20在基片10上呈现凹凸不平的交错布置,一方面,使基片10两侧的换热气流都能够流经桥片20,进一步加强对换热气流的扰流效果;另一方面,基片10的两侧均设有桥片20,降低了基片10所受负载偏斜的可能性,使换热器翅片的整体结构更加稳固。

在一些实施例中,位于基片10相对两侧的桥片20距离基片10的距离相等。一方面,便于冲压制造桥片20的过程中,采用相同的冲压模具来制造各桥片 20,减少了制造成本,提高了生产效率;另一方面,使换热气流能够更加均匀地在基片10两侧流动,在提高换热效果的同时,使基片10的两侧受力均匀。

在一些实施例中,沿换热气流流动方向,各桥片20间隔布置,相邻的两个桥片20之间的部位为基片10的一部分。即,制造完成一个桥片20后,沿换热气流流动方向间隔一定距离再制造另一个桥片20。一方面,使得流经相邻两个桥片20之间的换热气流可以被该部分基片10所切割、扰动,进一步提高了换热效率;另一方面,进一步提高了整体的强度,使整个换热器翅片结构更加稳固。

在一些实施例中,参阅图2和图5,沿换热气流流动方向,相邻的两个桥片20连续布置。即,沿换热气流流动方向紧靠上一个桥片20制造下一个桥片 20。使得在保证结构强度要求的前提下,在同一尺寸范围内尽可能多地设置桥片20,进一步提高对换热气流的边界层的破坏作用,提高换热效果。

可以理解的是,不同桥片20上的桥片孔20a的具体尺寸可以进行调整,以提高换热效果。

在一些实施例中,参阅图1和图4,沿换热气流流动方向,上游的桥片孔 20a的等效直径不小于下游的桥片孔20a的等效直径。

其中,当上游的桥片孔20a的等效直径等于下游的桥片孔20a的等效直径时,便于桥片孔20a的批量制造,有利于降低生产成本。

当上游的桥片孔20a的等效直径大于下游的桥片孔20a的等效直径时,由于沿换热气流流动方向上游的桥片20与换热气流之间的温差大,因此通过扩大桥片孔20a尺寸的方式来进一步破坏换热气流的边界层提升换热效果;而沿换热气流流动方向下游的桥片20与换热气流之间的温差小,通过破坏换热气流的边界层来提升换热效果的作用降低,因此缩小桥片孔20a尺寸,通过增大桥片 20与换热气流的接触面积来提高换热效果。

需要说明的是,沿换热气流流动方向,上游和下游为相对位置关系,而非特指某一段区域。即,以某一桥片孔20a为位置基准,其上游的桥片孔20a指的是位于该桥片孔20a沿换热气流流动方向的上游,其下游的桥片孔20a指的是位于该桥片孔20a沿换热气流流动方向的下游。

在一些实施例中,参阅图1和图4,换热器翅片的所有桥片20分为多个桥片组(图中未示出),每个桥片组内的桥片孔20a的等效直径相同,各桥片组沿换热气流流动方向依次布置。同一桥片组内的桥片孔20a可以采用同一方法进行制作,提高生产效率,降低生产成本。

在一些实施例中,相邻两个桥片组中,下游的桥片组内的桥片孔20a的等效直径为上游的桥片组内的桥片孔20a的等效直径的0.7~0.8,例如,具体取值可以为0.70、0.75、0.80等。采用以上范围内的数值,沿换热气流流动方向的桥片孔20a在破坏换热气流的边界层的作用逐渐降低的同时,接触换热的作用逐渐增加,使得换热器翅片各个位置的换热效果保持稳定。

示例性地,上述各桥片组之间等效直径的比值为固定数值,例如,将一换热器翅片的桥片孔20a沿换热气流流动方向依次分为第一组、第二组和第三组,其中,第二组的桥片孔20a的等效直径为第一组的桥片孔20a的等效直径的 0.75,第三组的桥片孔20a的等效直径为第二组的桥片孔20a的等效直径的0.75。便于人员按照固定比值逐一制作桥片孔20a,提高制造效率。

可以理解的是,桥片20与基片10的布置方式应当便于制造且便于桥片20 切割换热气流。

在一些实施例中,参阅图1和图4,在基片10所在平面的投影中,换热器翅片的各桥片20沿同一直线布置。各桥片20沿直线布置,便于制造。

可以理解的是,各桥片20可以沿换热气流流动方向沿同一直线布置。换热气流穿过各桥片20的过程中,换热气流沿直线方向流动,使换热气流在实现与换热器翅片进行换热的同时,减少了换热气流因转向而引起的动能损失,使换热气流在流过换热器翅片后速度损失较少,降低了对后续进入的换热气流的阻碍,提高了换热效率。

可以理解的是,各桥片20可以沿垂直于换热气流流动方向沿同一直线布置。以使得在换热气流在其流动方向的截面上尽可能多地与桥片20接触,从而提高换热效果。

可以理解的是,换热器翅片需要与换热器中的换热管30相互配合以实现换热功能,因此,在换热器翅片上需要设置相应的结构以便于实现与换热管30 进行热传导。

在一些实施例中,参阅图4,基片10设置有用于供换热管30穿过的多个安装孔10a,安装孔10a沿基片10的厚度方向贯穿基片10。安装孔10a为基片 10与换热管30之间实现热传导提供了安装位置。安装孔10a沿厚度方向贯穿能够减少换热管30穿过基片10。

在一些实施例中,安装孔10a可以采用冲裁工艺制造,以简化安装孔10a 的制造工艺流程,提高生产效率,降低生产成本。

在一些实施例中,参阅图4,相邻两个安装孔10a之间设置有至少一个桥片20。使得换热气流在相邻的两个安装孔10a之间流动的过程中,能够穿过桥片20以获得更好的换热效果。

可以理解的是,换热管30的材料应当采用热传导性能较好且便于制造的材料,例如,镀锌板等。

可以理解的是,换热管30与基片10之间的接触可以采用可拆连接,例如螺钉连接、卡扣连接等,便于日常维护和检修工。

换热管30与基片10之间的接触也可以采用粘接,以简化安装的步骤,粘接剂应当选用导热性能良好的粘接剂。

在一些实施例中,参阅图7,相邻两个换热器翅片的桥片20以板面对板面的方式对齐,即,上述两个桥片20的延展方向平行且两个桥片20沿换热气流流动方向的两侧对齐。此外,相互对齐的桥片20的凸起方向相同。避免相邻的换热器翅片之间相互接触而阻挡气流通道40中换热气流的流动,便于换热气流与换热器翅片之间发生热量的传导,提升换热效果。

多个换热器翅片之间的间隔距离相等,以便于换热气流在各个换热器翅片之间均匀流动,提高换热器翅片的利用效率。

可以理解的是,换热管30的具体结构形式应当有利于换热管30与换热器翅片之间进行热传导。

在一些实施例中,参阅图6,换热管30包括导热平板31,各换热器翅片与导热平板31的表面接触。导热平板31扩大了换热管30与外界接触的面积,使得能够布置更多的换热器翅片与换热管30接触,提高了换热效果。同时,换热器翅片也便于设置于平直的导向平板上,便于安装和后续检修维护。

可以理解的是,可以由多块导热平板31围设形成矩形截面的换热管30。

可以理解的是,换热器翅片应当便于制造,以提高生产效率,且减少生产过程中材料的损耗。

在一些实施例中,参阅图6和图7,各换热器翅片构造为:由一块金属板连续往复弯折而形成。在实现换热器翅片制造的同时,节省了材料,降低了生产过程中材料的损耗。同时,使得多个换热器翅片之间实现层叠设置并形成气流通道40。

可以理解的是,经连续往复弯折后所形成的换热器翅片沿换热气流流动方向的截面为“U”形或者“V”形。

其中,将弯折成“U”形能够减少弯折过程中换热器翅片的弯折位置的应力集中,同时,也便于将弯折的部分与换热管30的外表面导热接触。

在一些实施例中,换热器翅片由单独一块金属板制成,多个换热器翅片沿金属板的厚度方向层叠布置。从而简化了换热气翅片的生产工艺,降低了生产成本。

可以理解的是,在换热器中,换热管30可以布置在层叠设置的换热器翅片之间,也可以穿过换热器翅片与换热器翅片导热接触。

在一些实施例中,参阅图4、图7和图8,基片10设置有沿基片10的厚度方向贯穿基片10的安装孔10a,换热管30穿设于各基片10的安装孔10a中。每个换热管30沿延伸方向穿过多个基片10,提高了对每个换热管30中流体的换热效果。每个基片10上可以穿过多个换热管30,提高对每个换热器翅片的换热能力的利用率。

可以理解的是,换热气流在基片10之间流动时,能够与穿过基片10的换热管30发生撞击,从而使得换热气流沿换热管30的表面发生转向并产生涡流,从而有利于破坏换热气流的边界层,提高换热效果。

在一些实施例中,换热器翅片的加工过程如下:

先将一块金属板作为基片10,并在金属板上冲裁形成多个桥片孔20a;而后,根据预先设计,将一个或者多个桥片孔20a的周边区域进行分割;再通过冲压方向相反的两个模具冲压相邻的两个分割后的区域,使两个分割后的区域凸出于基片10,形成桥片20。

在一些实施例中,在加工过程中,冲裁形成桥片孔20a后,可以切割或者冲裁形成用于换热管30穿过的安装孔10a。

在一些实施例中,在加工过程中,在形成桥片20后,将金属板连续往复弯折。

本发明一实施例中的换热器与相关技术中具有相同尺寸规格但未设置桥片孔20a的换热器的流动换热性能进行对比,参阅图9,纵坐标为PEC(Performance EvaluationCriterion,综合换热性能评价因子),PEC=(Nu/Nu)/(f/f),其中,Nu为设有桥片孔20a的换热器的努赛尔数,Nu为未设有桥片孔20a的换热器的努赛尔数,f为设有桥片孔20a的换热器的摩擦系数,f为未设有桥片孔20a的换热器的摩擦系数;横坐标为Re(Reynolds number,雷诺数),在 Re为400~1600的范围内,相比未设置桥片孔20a的换热器,本发明一实施例的换热效果提升了至少1.5%。

本发明实施例还提供了一种热泵系统,包括的压缩机、冷凝器和蒸发器,冷凝器和/或蒸发器采用前述实施例中任一项换热器。压缩机能够使流体换热介质流动,流体换热介质不断在冷凝器和/或蒸发器中的换热器中穿行,从而实现对流体换热介质进行循环换热。

本发明实施例还提供了一种电器设备,该电器设备包括前述实施例中的热泵系统。电器设备可以为热泵干衣机、空调、冰箱等设备。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

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