CN104949561A - 一种应用于换热器的翅片 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种应用于换热器的翅片，涉及换热器技术领域，能够实现换热器较高的换热效率和较低的压降。所述翅片包括用于容纳换热管的定位孔，所述定位孔均匀分布在所述翅片中心线两侧，在所述翅片上除设置所述定位孔外的区域设置有开缝。所述翅片的换热面积占所述翅片面积的比率大于等于预设值，所述翅片的面积为翅片板除所述定位孔外的面积，所述翅片的换热面积为所述翅片板除所述定位孔以及所述开缝外的面积；所述翅片中心线与所述翅片处于同一平面，将所述翅片分为面积相同的两部分，且所述翅片中心线垂直于所述翅片较短的边缘。

Description

一种应用于换热器的翅片

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，尤其涉及一种应用于换热器的翅片。

背景技术

换热器是工业传热过程中必不可少的设备，广泛应用于动力机械、低温领域、航空、航天等工业领域。衡量换热器的性能的参数为换热效率以及压降，高换热效率、低压降的换热器即为性能好的换热器。

目前，翅片管换热器是研究最多的换热器之一。影响翅片管换热器的换热效率和压降的主导因素是翅片的开缝形式，目前的翅片管换热器的翅片的开缝形式主要有：百叶窗式开缝、波纹式开缝、三角形开缝、放射式开缝等。其中，百叶窗式开缝翅片换热器和波纹式开缝翅片换热器可以加强换热但压降相对较大。放射式开缝翅片换热器具有较小的压降，但是容易产生“烟气走廊”效应，使空气不能充分换热，导致换热器的换热效率不高。三角形开缝翅片换热器虽然具有较小的压降也可以提高换热效率，但换热面积(翅片上除定位孔、开缝以外的面积)很小，导致换热量较小。

综上，目前已有的翅片管换热器很难兼顾高效换热和低压降。

发明内容

本发明实施例提供一种应用于换热器的翅片，在提高换热器的换热效率，降低换热管的压降的同时，保证较大的换热面积，实现较大的换热量。

为达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：

第一方面，提供一种应用于换热器的翅片，包括用于容纳换热管的定位孔，所述定位孔均匀分布在所述翅片中心线两侧，所述翅片上除设置所述定位孔的区域外设置有开缝，所述翅片的换热面积占所述翅片面积的比率大于等于预设值，所述翅片的面积为所述翅片上除所述定位孔外的面积，所述翅片的换热面积为所述翅片上除所述定位孔以及所述开缝外的面积；

其中，所述翅片中心线与所述翅片处于同一平面，将所述翅片分为面积相同的两部分，且所述翅片中心线垂直于所述翅片较短的边缘。

结合第一方面，所述开缝为矩形。

结合第一方面，所述翅片上除设置所述定位孔外的区域设置有垂直所述翅片中心线的开缝；和/或，所述翅片上除设置所述定位孔外的区域设置有平行所述翅片中心线的开缝。

结合第一方面，所述平行所述翅片中心线的开缝均匀地设置于所述翅片的中心线上。

结合第一方面，所述平行所述翅片中心线的开缝部分设置于任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间，部分均匀地设置于所述翅片的中心线上。

结合第一方面，所述垂直所述翅片中心线的开缝设置于任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间，且所述任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间设置有至少一个垂直所述翅片中心线的开缝。

结合第一方面，所述平行所述翅片中心线的开缝均匀地设置于所述翅片的中心线上且所述垂直所述翅片中心线的开缝设置于任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间，其中，所述任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间设置有一个垂直所述翅片中心线的开缝。

本发明实施例提供的应用于换热器的翅片，所述定位孔均匀分布在所述翅片中心线两侧，所述定位孔均匀分布在所述翅片中心线两侧，在所述翅片上除设置所述定位孔外的区域设置有垂直所述翅片中心线的开缝；和/或，在所述翅片上除设置所述定位孔外的区域设置有平行所述翅片中心线的开缝；所述开缝为矩形开缝。相比现有技术三角形开缝翅片(波纹开缝翅片)无法兼顾高效换热和低压降，本发明提供的翅片，通过开缝使得相邻翅片之间导通，增加了空气的扰动性，提高散热效率。同时，散热面积较大，散热率较高，换热量较大。另外，由于翅片开缝，增加了空气的流通面积，使得空气的流通阻力变小，进而减少空气对管壁的压降。综上，本发明提供的翅片能够实现换热器较高的换热效率和较低的压降。

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，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例1提供的翅片的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的另一翅片的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的另一翅片的结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的另一翅片的结构示意图；

图5为本发明实施例1提供的另一翅片的结构示意图；

图6为现有的一种翅片的结构示意图；

图7为本发明实施例1提供的另一翅片的结构示意图；

图8为本发明实施例1提供的换热管管壁压降变化示意图；

图9为本发明实施例1提供的换热管管壁温度变化示意图。

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做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。

散热器的工作原理是，当散热流体到达换热管中，散热流体通过与翅片以及空气的热交换达到散热效果。进一步，通过在翅片上开缝，使得相邻翅片之间导通，增加了空气的扰动性，增强换热管与空气的热交换就可以提高换热器的散热效率。但是，如果开缝面积过大，就会导致散热面积过小。由于散热效率提高的程度小于散热面积减小的程度，最终的散热量还是会较低。虽然开缝面积大空气的流通面积也会变大，进而大大减小空气的流通阻力，降低换热管管壁的压降。高性能的散热器需要兼顾散热效率与压降这两个因素，因此有必要提供一种能够兼顾散热效率与压降的散热器。

需要说明的是，所谓空气扰动性，即空气的流动路径不是平直的，会绕着流动。通常，若翅片未开缝，空气只能在外界和相邻两个翅片中间的空间流动。若是翅片开缝，空气可以在相邻翅片间扰动，也就是说翅片开缝会增强空气的扰动性。另外，空气在相邻翅片间扰动，能够增强换热管与空气的热交换，进而增强换热效率。

实施例1：

本发明实施例提供一种应用于换热器的翅片，如图1所示，所述翅片包括用于容纳换热管的定位孔101，所述定位孔均匀分布在所述翅片中心线103两侧，在所述翅片上除设置所述定位孔的区域外设置有若干规则分布的开缝102。

具体的，在所述翅片上除设置所述定位孔外的区域设置有垂直所述翅片中心线的开缝。当然，开缝也可以是平行所述翅片中心线的开缝。所述翅片的换热面积占所述翅片面积的比率大于等于预设值，所述翅片的面积为翅片板除所述定位孔外的面积，所述翅片的换热面积为所述翅片板除所述定位孔以及所述开缝外的面积。其中，所述翅片板即未设置定位孔和开缝的翅片。

由于翅片的换热面积占所述翅片面积的比例大于等于预设值，就可以保证较大的散热面积，同时翅片上的开缝增强空气扰动提高了散热效率，就可以实现较大的换热量。另外，由于翅片开缝，增加了空气的流通面积，使得空气的流通阻力变小，进而减少空气对管壁的压降。综上，本发明提供的翅片能够实现换热器较高的换热效率和较低的压降。

需要说明的是，所述翅片上均匀分布两列定位孔，所述翅片的中心线将所述翅片分为面积相等的两部分，其中每一部分上分布的定位孔竖直排成一列。所述翅片的中心线与所述翅片处于同一平面，将所述翅片分为面积相同的两部分，且所述翅片中心线垂直于所述翅片较短的边缘。所述换热管的材质可以是铜，所述翅片的材质可以是铝。所述翅片的厚度为0.5mm～1.5mm，所述翅片与相邻翅片的间距均为2.5mm～3.5mm。具体实现中，各个翅片平行设置且相邻翅片完全重叠，各翅片上的定位孔一一对应，以保证容纳换热管，同时保证换热管穿过各个翅片。相邻翅片上设置的开缝可以一一对应，也可以将开缝错位设置，以进一步增强空气在相邻翅片流通时的扰动性，进而进一步提高换热效率。所述预设值是一经过测试所得的数值，使得翅片换热面积为该预设值时能够保证较大的换热量，本实施例后续将详细说明。另外，图1只是本发明提供的翅片的一种示例图，本发明实施例提供的翅片并不局限于图1。

优选地，所述开缝为矩形开缝。当然，所述开缝也可以是其他形状，在此不做限定。但是，无论什么形状的开缝，都需保证各个开缝的形状相同、大小相等。

具体地，如图2所示，是本发明提供的一种应用于换热器的翅片20。所述翅片20包括定位孔201以及均匀分布在所述翅片的中心线上的开缝202。需保证所述翅片的换热面积占翅片面积的比例大于等于预设值。所述翅片的面积为所述翅片上除所述定位孔外的面积，所述翅片的换热面积为所述翅片上除所述定位孔以及所述开缝外的面积。经过定位孔201的散热流体与翅片20、空气进行热交换，达到散热效果。另外，空气流经换热器时，也可以通过与翅片进行热交换从而达到散热效果。空气从翅片21(与翅片20相邻的翅片)通过开缝202流动到翅片20，使得相邻翅片之间导通，增加了空气的扰动性，从而大大提高散热效率。另外，在散热流体到达换热管之前，导流作用，空气就已到达换热管管壁，就可以减少散热流体流过换热管时对管壁的压降。另外，由于翅片开缝202，增加了空气的流通面积，使得空气的流通阻力变小，进而减少空气对管壁的压降。综上，本发明提供的翅片20能够实现换热器较高的换热效率和较低的压降。

具体地，如图3所示，是本发明的一种应用于换热器的翅片30。所述翅片30包括定位孔301以及开缝302。其中，任意两个分布于所述翅片30中心线303同侧的定位孔301之间设置有一个平行所述翅片中心线303的开缝302，且所述翅片的中心线303上设置有若干均匀分布的所述开缝302。需保证所述翅片的换热面积大于等于预设值，所述翅片的面积为所述翅片上除所述定位孔外的面积，所述翅片的换热面积为所述翅片上除所述定位孔以及所述开缝外的面积。本发明提供的翅片30能够实现换热器较高的换热效率和较低的压降，具体理由参见本实施例对翅片20的详述，在此不做赘述。

具体地，如图4所示，是本发明提供的一种应用于换热器的翅片40。所述翅片40包括定位孔401以及开缝402。任意两个分布于所述翅片中心线403同侧的定位孔401之间设置有一个垂直所述翅片中心线的开缝402。另外，位于所述中心线403同侧的任意两个定位孔之间可以设置至少一个垂直所述中心线403的开缝402，当然同侧的任意两个定位孔之间的开缝的数量不可能无限大，需要结合两个定位孔之间的距离，以及开缝的宽度综合考量，确定同侧任一两个定位孔之间设置的开缝的数量。需保证所述翅片的换热面积占翅片面积的比例大于等于预设值。

本发明提供的翅片40能够实现换热器较高的换热效率和较低的压降，具体理由参见本实施例对翅片20的详述，在此不做赘述。

具体地，如图5所示，是本发明提供的一种应用于换热器的翅片50。所述翅片50包括定位孔501以及开缝502。任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间设置有一个垂直所述翅片中心线的开缝，且所述翅片的中心线上设置有若干均匀分布的所述开缝。需保证所述翅片的换热面积占翅片面积的比例大于等于预设值，所述翅片的面积为所述翅片上除所述定位孔外的面积，所述翅片的换热面积为所述翅片上除所述定位孔以及所述开缝外的面积。本发明提供的翅片50能够实现换热器较高的换热效率和较低的压降，具体理由参见本实施例对翅片20的详述，在此不做赘述。

测试人员可以对分别上述翅片20、翅片30、翅片40、翅片50、翅片60(如图6所示的现有三角形开缝翅片)以及翅片70(如图7所示，翅片中心线同侧的任意两个定位孔之间设置两个垂直所述中心线的开缝)的换热量以及压降效果进行测试。具体实现中，多个翅片平行设置，且各翅片上的定位孔一一对应，以保证容纳换热管。通常，使用的换热管的管径比定位孔的孔径稍小，以便通过胀管固定翅片。如：测试用的换热管的管径为9.53mm，翅片孔的孔径为9.85，通过胀管使得相邻翅片连接并固定。另外，设置开缝的长度为10mm～14mm，开缝的宽度为1.2mm～1.8mm。测试人员将换热管分别装置于翅片上20-70的定位孔中，当散热流体流经换热管时，测量管壁温度以及管壁压降。得到如图6的管壁压降变化图和如图7的管壁温度变化图。可以得出，翅片20-50以及翅片70的压降效果均好于翅片60，其中，使用翅片70换热管的管壁压降最小但管壁温度较低，散热效果相对差一点。使用翅片30换热管的散热最好，但是由图6可得使用翅片30管壁压降较大。使用翅片40管壁温度与使用翅片30管壁温度相差无几，且使用翅片40管壁压降较小，因此综合考虑，使用翅片40效果最优。需要说明的是，换热管管壁的初始温度相同，测试过程中管壁温度变化越大(即最终测得的管壁温度越低)，换热量越大，说明翅片换热管的散热效果越好。

同理，可以用管径为7mm或5mm的换热管替换管径9.53mm的换热管进行上述测试，能够得出同样结论。因此，本发明提供的翅片优于现有的翅片，能够在提高换热器的换热效率，降低换热管的压降的同时，保证较大的换热面积，实现较大的换热量。

需要说明的是，所述翅片的换热面积占翅片面积的比例大于等于预设值，其中所述预设值可以是根据翅片40获得的数值，具体地，测量计算翅片40的面积A(翅片上除定位孔外的面积)、翅片40的换热面积B(翅片上除定位孔、开缝外的面积)，将B/A作为所述预设值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种应用于换热器的翅片，包括用于容纳换热管的定位孔，所述定位孔均匀分布在所述翅片中心线两侧，所述翅片上除设置所述定位孔的区域外设置有开缝，其特征在于，

所述翅片的换热面积占所述翅片面积的比率大于等于预设值，所述翅片的面积为所述翅片上除所述定位孔外的面积，所述翅片的换热面积为所述翅片上除所述定位孔以及所述开缝外的面积；

其中，所述翅片中心线与所述翅片处于同一平面，将所述翅片分为面积相同的两部分，且所述翅片中心线垂直于所述翅片较短的边缘。

2.根据权利要求1所述的应用于换热器的翅片，其特征在于，所述开缝为矩形。

3.根据权利要求2所述的应用于换热器的翅片，其特征在于，所述翅片上除设置所述定位孔外的区域设置有垂直所述翅片中心线的开缝；和/或，所述翅片上除设置所述定位孔外的区域设置有平行所述翅片中心线的开缝。

4.根据权利要求3所述的应用于换热器的翅片，其特征在于，所述平行所述翅片中心线的开缝均匀地设置于所述翅片的中心线上。

5.根据权利要求3所述的应用于换热器的翅片，其特征在于，所述平行所述翅片中心线的开缝部分设置于任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间，部分均匀地设置于所述翅片的中心线上。

6.根据权利要求3所述的应用于换热器的翅片，其特征在于，所述垂直所述翅片中心线的开缝设置于任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间，且所述任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间设置有至少一个垂直所述翅片中心线的开缝。

7.根据权利要求3所述的应用于换热器的翅片，其特征在于，所述平行所述翅片中心线的开缝均匀地设置于所述翅片的中心线上且所述垂直所述翅片中心线的开缝设置于任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间，其中，所述任意两个分布于所述翅片中心线同侧的定位孔之间设置有一个垂直所述翅片中心线的开缝。