CN220602256U - 一种翅距非均布式飞翼翅片管及换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种翅距非均布式飞翼翅片管及换热器，属于间壁式换热器技术领域，包括基管和设置在所述基管外表面的飞翼翅片；沿着内侧介质流动的方向，根据相对位置关系将所述飞翼翅片划分为第一飞翼翅片区、第二飞翼翅片区和第三飞翼翅片区；所述第二飞翼翅片区的翅片间距小于第一飞翼翅片区的翅片间距，所述第二飞翼翅片区的翅片间距小于第三飞翼翅片区的翅片间距。本申请采用翅距非均布式飞翼翅片管及由该种翅片管装配组成的换热器，可将有限空间内换热器非均匀分布进口风调整为均匀分布的出口风；能够改善换热器所处有限空间的流场特性。

Description

一种翅距非均布式飞翼翅片管及换热器

技术领域

本实用新型属于间壁式换热器技术领域，具体涉及一种翅距非均布式飞翼翅片管及换热器。

背景技术

众所周知，换热器是化工、石油、动力、食品及它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。间壁式换热器的特点是冷，热两流体被一层固体壁面(管或板)隔开，不相混合，通过间壁进行热交换。

冷却***作为耗功装备/装置的主要冷端，通过流体机械(一般指风机)强迫冷却介质(一般指空气)流经热交换装置(一般指换热器)吸热，进而将***废热及热损等外排至大气环境，因此保证了装备/装置的合理热状态。以特种车辆动力舱内冷却模块为例，通常情况下，冷却风扇与换热器(组)总是呈前后串联式排布的，整个动力舱空间流场的速度分布是由冷却风扇、换热器、动力舱结构等因素共同匹配决定的，而流场特性又直接影响着冷却***的工作效能。

目前，各工程领域中应用的间壁式换热器，其翅片均为均匀排布的形式。由于提供风压的风扇向空气流动方向法面的投影一般为圆形，而换热器的投影为方形，二者无法做到完全重叠覆盖，即便是通过导风罩等辅助结构来组织气流，匹配出冷却风的速度分布在换热器的正投影面上也并非是均匀的。一般情况是，与风扇正对的换热器局部区域匹配出高风速，而其余区域则匹配出相对较低风速，尤其是远离风扇的换热器四个顶角区域的风速更低，金属翅片的利用率差。

上述情况普遍存在于现今各种装备/装置冷却***的换热器中，存在明显问题、局限以及改进空间。

实用新型内容

本实用新型针对目前翅片间距均匀排布的常规换热器与冷却风扇匹配出的出风流场不均匀，以及无法于有限空间内匹配出任意分布形式换热器出风流场的技术现状，提出了一种翅距非均布式飞翼翅片管及由该种翅片管装配组成的换热器，可将有限空间内换热器的出风组织为任意速度分布形式，从而有效提高换热器的金属利用率并增强换热，同时也可改善换热器所处有限空间的流场特性(减阻并增强通流性，改善通风换热条件)。

本实用新型的第一目的是提供一种翅距非均布式飞翼翅片管及换热器，包括基管和设置在所述基管外表面的飞翼翅片；沿着内侧介质流动的方向，根据相对位置关系将所述飞翼翅片划分为第一飞翼翅片区、第二飞翼翅片区和第三飞翼翅片区；所述第二飞翼翅片区的翅片间距小于第一飞翼翅片区的翅片间距，所述第二飞翼翅片区的翅片间距小于第三飞翼翅片区的翅片间距。

优选地，翅距非均布式飞翼翅片管为一体成型结构。

优选地，所述基管为矩形管。

优选地，所述翅距非均布式飞翼翅片管的整体结构为长方体。

本实用新型的第二目的是提供一种换热器，包括由M根飞翼翅片管组成的散热管组；在M根飞翼翅片管的入口安装有进口集流室，在M根飞翼翅片管的出口安装有出口集流室，所述散热管组包括：M-2N根上述的翅距非均布式飞翼翅片管；该M-2N根翅距非均布式飞翼翅片管依次叠放成长方体结构的中心散热管组；在所述中心散热管组的上侧和下侧分别设置有N根均布式飞翼翅片管；其中：M-2N根翅距非均布式飞翼翅片管的第二飞翼翅片区组成翅片密集区；M-2N为大于0的自然数，N为自然数。

优选地，所述散热管组通过安装板分别与进口集流室、出口集流室连接。

优选地，所述翅片密集区为圆形。

优选地，所述进口集流室上安装有进口法兰；所述出口集流室上安装有出口法兰。

优选地，所述第一飞翼翅片区的翅片间距和第三飞翼翅片区的翅片间距相等。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

本实用新型针对目前翅片间距均匀排布的常规换热器与冷却风扇匹配出的出风流场不均匀，以及无法于有限空间内匹配出任意分布形式换热器出风流场的技术现状，采用翅距非均布式飞翼翅片管及由该种翅片管装配组成的换热器，可将有限空间内换热器的出风组织为任意速度分布形式，从而有效提高换热器的金属利用率并增强换热，同时也可改善换热器所处有限空间的流场特性(减阻并增强通流性，改善通风换热条件)。以车用冷却***为例予以说明。对于翅片间距均匀分布的常规方形换热器，当与圆形风扇装配组合形成冷却模块进而运行工作时，冷却模块于空气侧匹配出的冷却空气流场并非均匀分布，一般为换热器的风扇正投影中心区域匹配出高速度通量，换热器的四边角区域匹配出较低速度通量(翅片流道内空气雷诺数较低)，因而这些边角区域空气侧传热翅片的努塞尔数较之中心区域要低，无法充分发挥二次换热面的优势，金属利用率无法进一步提高。当换热器采用本实用新型的方案，则可根据换热器所处环境具体的压头分布情况，事先设计出有一定疏密规律的特定翅距非均布式飞翼翅片管换热器，其与圆形风扇可匹配出流速相对均匀的通流冷却风，如此一来，换热器四边角低流速区的弊端则可以消除：在提高风扇压头的前提下，换热器全域风速可以得到提升，不存在低速区，如此，换热器四边角区域的翅片金属利用率则得到了一定程度的提升，在相同热流体进口温度的前提下，冷却模块的散热能力可得到提升。

本实用新型的另一巨大优势在于，可以根据换热器具体应用场景，匹配得到任意的出风场。此独特有益效果对于各类装备可带来的具体有益效果，包括但不限于：对风量均匀度有要求时，可以匹配出满足要求的均匀风；降低因流动局部滞止区而带来的流动能量损失；匹配得到非均匀出风以满足装备特定要求(如，风冷件需要局部高速冷却空气)。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例中换热器的结构图；

图2为本实用新型优选实施例中散热管组迎风面的结构图；

图3为本实用新型优选实施例中单根翅距非均布式飞翼翅片管的结构图；

图4为本实用新型优选实施例中换热器的使用状态图。

其中：1、基管；1-11、第一飞翼翅片区；1-12、第二飞翼翅片区；1-13、第三飞翼翅片区；2、进口法兰；3、进口集流室；4、出口集流室；5、出口法兰；6、安装板；101、翅片密集区；102、翅片稀疏区。

具体实施方式

为了使本实用新型的上述目的、设计的控制系及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的技术方案为：

如图3所示，一种翅距非均布式飞翼翅片管，包括基管1和设置在所述基管1外表面的飞翼翅片，所述基管1为矩形管，在基管1内设置有矩形结构的内侧流道，在所述基管1的外侧设有飞翼翅片；沿着内侧介质A流动的方向，根据相对位置关系将所述飞翼翅片划分为第一飞翼翅片区1-11、第二飞翼翅片区1-12和第三飞翼翅片区1-13；所述第二飞翼翅片区1-12的翅片间距小于第一飞翼翅片区1-11的翅片间距，所述第二飞翼翅片区1-12的翅片间距小于第三飞翼翅片区1-13的翅片间距；工作时，外侧介质B(此处为空气)与翅片进行热交换。为了提高结构强度，所述翅距非均布式飞翼翅片管为一体成型结构。所述第一飞翼翅片区1-11、第二飞翼翅片区1-12和第三飞翼翅片区1-13位于基管1的上表面和下表面。所述翅距非均布式飞翼翅片管的整体结构为长方体。

如图1至图4所示，一种换热器，包括由M根飞翼翅片管组成的散热管组；在M根飞翼翅片管的入口安装有进口集流室3，在M根飞翼翅片管的出口安装有出口集流室4，所述散热管组包括：M-2N根上述的翅距非均布式飞翼翅片管；该M-2N根翅距非均布式飞翼翅片管依次叠放成长方体结构的中心散热管组；在所述中心散热管组的上侧和下侧分别设置有N根均布式飞翼翅片管；其中：M-2N根翅距非均布式飞翼翅片管的第二飞翼翅片区1-12组成翅片密集区；M-2N为大于0的自然数，N为自然数。所述散热管组通过安装板6分别与进口集流室3、出口集流室4连接。所述进口集流室3上安装有进口法兰2；所述出口集流室4上安装有出口法兰5。

如图2，散热管组的迎风面为矩形结构，中间为翅片密集区101，四周为翅片稀疏区102，翅片密集区101的特征是：翅片间距比稀疏区小，稠密区翅片间距不变化。翅片稀疏区102的特征是：翅片间距比稠密区大，稀疏区翅片间距不变化。翅片密集区101、翅片稀疏区102的段数、位置、长度占比，对于换热器芯体的不同翅片管来说，有差异。总体特征：多根翅距非均布式飞翼翅片管并排拼成芯体后，翅片密集区101组成的形状、大小，与换热器所在冷却模块使用的风扇投影相一致；如图3所示，风扇的出风面为圆形，因此，在本优选实施例中，所述翅片密集区为圆形。

本申请的目的之一是将不均匀的进风调配成均匀的出风，为此，所述第一飞翼翅片区的翅片间距和第三飞翼翅片区的翅片间距相等。

如图4所示，圆形的轴流风扇通过圆-方过渡的文丘里式导风罩与翅距非均布式飞翼翅片管换热器串接，装配组成一整套***。空气在风扇的抽吸作用下，经由导风罩的引导最终通过换热器芯体的空气侧翅片流道而流出***。由于本实用新型的芯体部分是由多根具备“稀疏翅片间距段”和“稠密翅片间距段”的翅距非均布式飞翼翅片管并排形成的，则根据风扇的大小尺寸与投影位置，相应将各单根翅距非均布式飞翼翅片管的外侧翅片区域设置为“稠密翅片间距段”、而其余位置设置为“稀疏翅片间距段”，如此一来：可实现风速分布相对更均匀的出风场(相较普通常规换热器)，特别适用于对风速均匀性有要求的工程应用场合。

在上述实施例的基础之上，可以自然地作进一步的延伸与拓展：在特定场景下，根据有限空间内的风扇与其余设备的布局情况，通过本实用新型按需实现流场调控，保证换热器所在空间(如车辆动力舱、固定装备冷却模块)内流场的合理布局。本申请提出的换热器，可在其外部翅片一侧(一般为开式空气侧)的大空间，与任意形式的有压进风流场匹配出任意速度分布的出风流场。

根据实际应用场景与配风策略，可实现如下主要三种布风方式：

①来流均匀，出流非均匀。

②来流非均匀，出流均匀。

③来流非均匀，出流非均匀。

提升换热器有效度。与翅片均布的常规换热器相比，沿有压回路一侧的循环流体流动方向，可于流程末段的空气侧适当加密翅片，在一定程度上提升换热功率，从而提升换热器的有效度。

在沙漠环境等高浓度沙尘条件下，对于车载(或固定装备)常规换热器，当沙粒粒径大到一定程度或工作足够长时间后，极易发生全尺寸堵塞；而本发明翅片管及换热器，翅片间距呈非均匀式排布，存在翅片稀疏区，如此，则规避了换热器全尺寸堵塞的危险，提高了沙漠环境下可移动装备及固定装备的适应能力。

本发明调控流场的实质属被动式调控，对于换热器所属装备的原始***而言，无须增设流体机械、辅助设备等额外零部件，节约了空间、能源，提升了***可靠性。

在布风方式②的基础上，对于与换热器串联的其余“常规换热器”而言，换热器空气侧宽、高方向的各处翅片均可以获得均匀冷却风，不存在低换热系数的换热低效区。这意味着“常规换热器”的金属利用率得到了提高，可以相应减少设计厚度，变相提升了***紧凑性、可靠性以及装备/装置的许用环境温度，降低了***成本、总重。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，包括单根翅距非均布式飞翼翅片管所包含的“稀疏翅片间距段”和“稠密翅片间距段”的数目、长度占比、分布位置；多根翅距非均布式飞翼翅片管的排布方案；以及其他与本实用新型间接相关的技术方案。故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种翅距非均布式飞翼翅片管，包括基管(1)和设置在所述基管(1)外表面的飞翼翅片；其特征在于，沿着内侧介质流动的方向，根据相对位置关系将所述飞翼翅片划分为第一飞翼翅片区(1-11)、第二飞翼翅片区(1-12)和第三飞翼翅片区(1-13)；所述第二飞翼翅片区(1-12)的翅片间距小于第一飞翼翅片区(1-11)的翅片间距，所述第二飞翼翅片区(1-12)的翅片间距小于第三飞翼翅片区(1-13)的翅片间距。

2.根据权利要求1所述的翅距非均布式飞翼翅片管，其特征在于，所述翅距非均布式飞翼翅片管为一体成型结构。

3.根据权利要求1所述的翅距非均布式飞翼翅片管，其特征在于，所述基管(1)为矩形管。

4.根据权利要求1所述的翅距非均布式飞翼翅片管，其特征在于，所述翅距非均布式飞翼翅片管的整体结构为长方体。

5.一种换热器，包括由M根飞翼翅片管组成的散热管组；在M根飞翼翅片管的入口安装有进口集流室(3)，在M根飞翼翅片管的出口安装有出口集流室(4)，其特征在于，所述散热管组包括：M-2N根权利要求3所述的翅距非均布式飞翼翅片管；该M-2N根翅距非均布式飞翼翅片管依次叠放成长方体结构的中心散热管组；在所述中心散热管组的上侧和下侧分别设置有N根均布式飞翼翅片管；其中：M-2N根翅距非均布式飞翼翅片管的第二飞翼翅片区(1-12)组成翅片密集区；M-2N为大于0的自然数，N为自然数。

6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述散热管组通过安装板(6)分别与进口集流室(3)、出口集流室(4)连接。

7.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述翅片密集区为圆形。

8.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述进口集流室(3)上安装有进口法兰(2)；所述出口集流室(4)上安装有出口法兰(5)。

9.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述第一飞翼翅片区(1-11)的翅片间距和第三飞翼翅片区(1-13)的翅片间距相等。