翅片管式换热器及其制作方法 【技术领域】
本发明涉及一种翅片管式换热器及其制作方法。背景技术 参见图 1， 传统的空调室内机的多折式换热器通过围绕在贯流风扇 9 的周围来提 高贯流风扇 9 的利用效率并缩小空调室内机的尺寸。制作该多折式换热器时， 是采用边缘 为平行直线的翅片， 首先通过对边缘为平行直线的翅片在局部 2 进行切除， 然后通过折叠 将其围绕在贯流风扇 9 的周围。但是， 如图 2 所示， 在冲压生产这种边缘为平行直线的翅片 时， 在折叠处需要切除位于第一边角处 22 的部分翅片， 这样会浪费材料。在折叠时需要一 定的额外空间， 这样将会增加空调室内机的宽度和尺寸。而且折叠处 8 会扰乱空气流动， 增 大风阻和噪音。
另外由于采用边缘为平行直线的翅片， 折叠后， 翅片的下侧部下风边缘距离贯流 风扇的距离 S 将会比较小， 空气从该处流过时会造成较大的噪音。
当空调室内机的换热器用做蒸发器时， 换热器表面生成的冷凝水会堆积在折叠角 8 处， 进一步增大阻力和运行噪音。并且， 堆积的冷凝水还可能被吸入贯流风扇 9， 从出风口 6 吹出。
参照中国专利文献号 CN1869535A 公开的如图 9 中的左侧所示的第二换热器翅片， 这种第二换热器翅片的上部和下部均采用边缘为平行直线的翅片， 上部翅片和下部翅片相 交形成一种整体的弯折形状， 但是这种整体弯折翅片没有解决弯折处的对空气流的扰动问 题， 而且弯折处由于角度和宽度发生突然变化， 冷凝水有可能会在弯折处滴下。 另外中国专 利文献号 CN1833142A 和 CN1576728A 公开如图 9 中的右侧所示的第二换热器翅片， 该第二 换热器翅片的上部和下部采用边缘为平行直线的翅片， 在上部和下部连接处用边缘为弧形 的翅片相连。 这样虽然缓解了折叠角带来的问题， 但是， 由于弧形翅片的连接处存在角度和 宽度变化， 还是会在一定程度上对流动的造成扰动， 冷凝水也有可能在弧形翅片的连接处 滴下或被吸入贯流风扇。另外， 这两个方案都没有能够解决第二换热器的下部由于采用边 缘为平行直线翅片而造成的翅片下风边缘距离贯流风扇过近而带来的噪音增大问题。
另外， 由于空调室内机的进风口 5 位于室内机的顶部， 出风口 6 位与室内机的下 侧， 所以位于进风口 5 附件的第一换热器 1 和第二换热器 2 的上侧的风量较大风速较快， 第 二换热器 2 的下侧的风量较小， 风速较慢， 不能充分发挥此处换热器的性能， 为了充分发挥 第二换热器 2 的下侧部分性能， 需要使得换热器上各处的风速分布尽量均匀， 提升第二换 热器 2 的下侧部分风速。
空调室内机的多折式换热器的传热管一般采用同样管径设计， 但是在空调室内机 的管内流动的冷媒可能处于气态区、 液态区以及气液二相共存的二相区， 在这些不同的区 域中的传热性能和压力损失都不同， 将导致换热器的换热能力不均匀， 降低整体换热能力。
发明内容 本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、 能提升换热能力、 平均风速分布、 增大 风量、 降低噪音并促进冷凝水排出的翅片管式换热器及其制作方法， 以克服现有技术中的 不足之处。
按此目的设计的一种翅片管式换热器， 设置在带进风口和出风口的室内机框体 内， 室内机框体内还设置有贯流风扇， 翅片管式换热器设置在贯流风扇的周围， 其结构特征 是翅片管式换热器包括第一换热器翅片和第二换热器翅片， 第二换热器翅片包括上部翅片和 中下部翅片， 该中下部翅片边缘为弧线， 设定流经整个第二换热器翅片的平均气流方向为 X 方向， 沿着该平均气流方向， 第二换热器翅片各处的上风边缘和下风边缘之间的距离相等 ；
其中， 中下部翅片的下风边缘与上部翅片的下风边缘相切于第一切点， 中下部翅 片的上风边缘与上部翅片的上风边缘相切于第二切点 ；
第一切点与第二切点之间的连线与平均气流方向平行。
所述第一换热器翅片及第二换热器翅片的上部翅片的边缘为直线， 第一换热器翅 片及第二换热器翅片的上部翅片的宽度相同， 且将第一换热器翅片和第二换热器翅片组 装在室内机框体内时， 第二换热器翅片的上部翅片的边缘切线与垂线之间的第一夹角在 25°～ 45°之间， 第一换热器翅片的边缘切线与垂线之间的第二夹角在 25°～ 45°之间。
所述第二换热器翅片的上部翅片的边缘切线与平均气流方向之间形成第五夹角， 第二换热器翅片的中下部翅片的最上端的边缘切线与平均气流方向之间也形成第五夹角 ； 这里的最上端是指上述的第一切点和第二切点 ；
第二换热器翅片的中下部翅片的最下端的边缘切线与平均气流方向之间形成第 四夹角， 有第五夹角＞第四夹角，
其中， 位于中下部翅片的最上端与中下部翅片的最下端之间的部分的边缘切线与 平均气流方向之间形成第三夹角， 沿着从中下部翅片的最上端朝向中下部翅片的最下端的 方向， 该第三夹角从第五夹角逐步减少到第四夹角。
所述第二换热器翅片的中下部翅片的上风边缘和下风边缘均为相同半径、 相同弧 度的圆弧， 且该圆弧的半径大于贯流风扇的半径。
所述第二换热器翅片的中下部翅片的上端、 且靠向第一切点和第二切点附近的第 二传热管的直径， 比位于中下部翅片其他部分的第一传热管的直径大。
所述第一换热器翅片和第二换热器翅片在贯流风扇的上方折叠成倒 V 状， 第二换 热器翅片呈 C 形。
一种翅片管式换热器的制作方法， 其特征是所述第一换热器翅片和第二换热器翅 片分别采用连续冲压的方式制造， 其中， 第二换热器翅片的送料方法为 ： 第二换热器翅片的 送料方向为沿着流经整个第二换热器翅片的平均气流方向 ； 每步送料长度为沿着该平均气 流方向且与第二换热器翅片在平均气流方向上的上风边缘和下风边缘之间的距离相等 ； 第 一换热器翅片的送料方法和每步送料长度与第二换热器翅片相同 ；
所述第一换热器翅片和第二换热器翅片首先连在一起同时采用连续冲压的方式 制造， 送料方向为沿着流经整个第二换热器翅片的平均气流方向， 每步送料长度为沿着该 平均气流方向且与第二换热器翅片在平均气流方向上的上风边缘和下风边缘之间的距离 相等， 而后再通过切除第三边角部分， 将第一换热器翅片和第二换热器翅片分开。
第二换热器翅片的上部翅片及第一换热器翅片中的传热管为 2 ～ 3 排， 第二换热 器翅片的中下部翅片中的传热管为 1 ～ 2 排 ； 其中的传热管根据需要， 为第一传热管和 / 或 第二传热管。
在翅片管式换热器的冷媒入口处和冷媒出口处分别采用管径较粗的传热管， 并采 用 1 ～ 2 路的流路， 来提高冷媒在冷媒入口处和冷媒出口处的单相区内的流速， 提高其换热 能力 ； 在翅片管式换热器的中部的二相区采用管径较细的传热管， 并采用 3 ～ 8 路的流路， 来降低冷媒在气液二相区内的冷媒流动阻力 ； 其中的传热管根据需要， 为第一传热管和 / 或第二传热管。
由于室内机框体的结构， 所以空气流的方向主要是由进风口吸入， 经过换热器和 贯流风扇后， 从出风口吹出。 本发明中的换热器包括第一换热器和第二换热器， 第二换热器 作为表面积较大的主要换热器， 设定流经第二换热器的平均气流方向为 X 方向， 沿着该平 均气流方向， 该第二换热器中的第二换热器翅片各处的上风边缘和下风边缘之间的距离相 等， 这样能提升第二换热器的换热性能的均匀性， 并能为连续冲压生产这种翅片减小无用 残料的产生。本发明将第二换热器翅片中的中下部翅片的边缘设计为弧形， 使得第二换热 器翅片不用进行多段折叠就可收容在空调器的室内机框体内， 并可以增大中下部翅片的下 风边缘与贯流风扇之间的距离 ； 且没有折叠处对气流造成扰动， 可以减小通风阻力， 提高风 量， 并可以减小运行噪音 ； 并且， 也可以更好的促进冷凝水流下。 本发明将第二换热器翅片的中下部翅片的下风边缘与上部翅片的下风边缘相切 于第一切点， 中下部翅片的上风边缘与上部翅片的上风边缘相切于第二切点 ； 第一切点与 第二切点之间的连线与平均气流方向平行， 通过该设计， 第二换热器翅片的上部翅片和中 下部翅片可以平滑过渡， 这样能进一步减小紊流、 减低噪音。
本发明中的第二换热器翅片的上部翅片的边缘切线与垂线之间的第一夹角在 25°～ 45°之间， 第一换热器翅片的边缘切线与垂线之间的第二夹角在 25°～ 45°之间。 若该第一夹角或第二夹角过小， 则在一定大小的室内机框体内部可以放置的整个换热器的 体积会比较小， 并将造成换热器与贯流风扇之间的间距变近， 从而造成噪音增加 ； 但是， 若 该第一夹角或第二夹角过大， 将会造成冷凝水难以沿着换热器流下， 会被吸入贯流风扇内， 并从出风口吹出到室内。当第一夹角或第二夹角设计在 25°～ 45°时， 可以比较好的避免 上述问题。
本发明中的第二换热器翅片的中下部翅片的最上端边缘与上部翅片的边缘分别 相切于第一切点和第二切点， 这里的最上端边缘是指中下部翅片的下风边缘和上风边缘的 最上端边缘 ； 由于第二换热器翅片的中下部翅片边缘为弯向贯流风扇的连续的弧形， 所以 沿着从中下部翅片的最上端朝向中下部翅片的最下端的方向， 该第三夹角从第五夹角逐步 减少到第四夹角。第二换热器翅片的中下部翅片的上风边缘和下风边缘为了加工设计方 便， 可以设计为相同半径、 相同弧度的圆弧 ； 该圆弧的上端与第二换热器翅片的上部翅片的 下端相切。 另外， 该圆弧的半径大于贯流风扇的半径， 其目的在于 ： 如果圆弧的半径过小， 会 带来第二换热器翅片中的中下部翅片的角度和宽度变化急剧， 增大对气流的扰动， 增加通 风阻力。
本发明将第二换热器翅片的中下部翅片的最上端， 也就是靠近第一切点和第二切 点附近处的传热管的直径设计的比其他部分的传热管的直径大， 目的在于 ： 能使得在第一
切点和第二切点附近的通风阻力稍微增大， 从而可以让更多的空气流向中下部翅片的下 侧， 以提升该处的换热能力。
本发明中的第一换热器翅片和第二换热器翅片既可以同时生产， 也可以分开生 产， 其具有较大的灵活性。
本发明通过保证沿着送料方向是沿着平均气流方向且送料长度与第二换热器翅 片的上风边缘与上风边缘之间的距离相同的原则设计， 且第二换热器翅片的上部翅片与第 一换热器翅片的边缘为平行直线， 因此， 沿着送料方向采用连续冲压的方式制造时， 每次送 料长度均为相等的距离， 故可以保证在连续加工的时候不会产生除了边角切除部分以外的 多余残料。另外， 第一换热器翅片与第二换热器翅片的上部翅片的上风边缘和下风边缘的 形状相同， 还可以利用同一形状的冲压模具制造， 以节约模具成本， 简化加工工序， 可以提 高制造效率， 降低制造成本。
本发明中的翅片管式换热器上的传热管在不同的位置可以采用不同的管排数。 在 距离进风口较近的第二换热器翅片的上部翅片及第一换热器翅片， 由于风速较大， 故可以 采用 2 ～ 3 排传热管 ； 第二换热器翅片的中下部翅片采用 1 ～ 2 排传热管， 以此来平衡风速 分布， 提升换热能力。 本发明在翅片管式换热器的冷媒入口处和冷媒出口处分别采用管径较粗的传热 管， 比如管径为 φ6mm ～ φ9mm， 并采用 1 ～ 2 路的流路， 来提高冷媒在冷媒入口处和冷媒出 口处的单相区内的流速， 提高其换热能力 ； 在翅片管式换热器的中部的二相区采用管径较 细的传热管， 比如管径为 φ3mm ～ φ6mm， 并采用 3 ～ 8 路的流路， 来降低冷媒在气液二相区 内的冷媒流动阻力。
本发明具有结构简单合理、 能提升换热能力、 增大风量、 降低噪音并促进冷凝水排 出的特点。
附图说明
图 1 为传统的空调室内机局部剖视结构示意图。
图 2 为传统的翅片加工图。
图 3 为本发明一实施例结构示意图。
图 4 为本发明中的换热器的端面结构示意图。
图 5 为本发明中的第一换热器翅片和第二换热器翅片同时加工的放大结构示意 图。
图 6 为第二换热器翅片单独加工的放大结构示意图。
图 7 为第一换热器翅片和第二换热器翅片加工后的放大结构图。
图 8 为本发明中的翅片宽度的计算方法图。
图 9 为现有的整体弯折式翅片结构示意图。
图中 ： 1 为第一换热器翅片， 2 为第二换热器翅片， 3 为第二换热器翅片的上部， 4为 第二换热器翅片的下部， 5 为进风口， 6 为出风口， 7 为室内机框体， 8 为折叠处， 9 为贯流风 扇， 10 为第一传热管， 24 为边角处， 11 为第一换热器翅片， 12 为第二换热器翅片， 13 为第二 换热器翅片的上部翅片， 14 为第二换热器翅片的中下部翅片， 15 为第二传热管， 16 为第一 换热器翅片的下风边缘， 17 为第一换热器翅片的上风边缘， 18 为第二换热器翅片的上部翅片的下风边缘， 19 为第二换热器翅片的上部翅片的上风边缘， 20 为第二换热器的中下部翅 片的下风边缘， 21 为第二换热器的中下部翅片的上风边缘， 22 第一边角处， 23 为第二边角 处， 24 为第三边角处， 25 为第四边角处， a 为第一夹角， b 为第二夹角， e 为第三夹角， e1 为 第四夹角， e2 为第五夹角， e3 为第六夹角， I 为第一切点， II 为第二切点。 具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图 3- 图 4， 本翅片管式换热器的第二换热器翅片 12 是一个成弯曲状的整体， 通过将第二换热器翅片 12 和第一换热器翅片 11 折叠形成如图 3 所示的换热器， 第一换热 器翅片 11 和第二换热器翅片 12 在贯流风扇 9 的上方折叠成倒 V 状， 第二换热器翅片 12 呈 近似的 C 形 ； 然后， 再将该换热器组装在室内换热器的框体内形成如图 2 所示的空调室内 机。
第二换热器翅片的上部翅片 13 和第一换热器翅片 11 的边缘均为平行直线。第二 换热器翅片中下部翅片 14 的边缘为弧形。在平均气流方向上， 也就是沿着图中的 X 方向， 第二换热器翅片 12 各处在上风边缘和下风边缘之间的距离 B 相等。第二换热器翅片 12 的 中下部翅片 14 的下风边缘 20 与上部翅片 13 的下风边缘 18 相切于第一切点 I， 中下部翅片 14 的上风边缘 21 与上部翅片 13 的上风边缘 19 相切于第二切点 II。第一切点 I 与第二切 点 II 之间的连线与平均气流方向 X 平行。图 4 中的虚线代表上述的连线， 这样可以使得从 第二换热器翅片的上部翅片 13 平滑过渡到第二换热器翅片的中下部翅片 14， 形成大致 C 形 的整体形状。第二换热器翅片 12 中的上部翅片 13 的边缘切线与垂线之间的第一夹角 a 在 25°～ 45°之间， 第一换热器翅片 11 的边缘切线与垂线之间的第二夹角 b 在 25°～ 45° 之间。 参见图 5- 图 6， 对上述翅片管式换热器的设计、 加工方法进行说明。
除了局部切除部位 ： 第二边角处 23、 第三边角处 24 和第四边角处 25， 由于切除而 产生残料以外， 对其他部分都可以连续无残料的加工。加工出来的第二换热器翅片 12 和第 一换热器翅片 11 如图 7 所示， 再通过在第一换热器翅片和第二换热器翅片的连接处折叠形 成图 4 所示的换热器。当然， 也可如图 6 所示， 将整体式的第二换热器翅片 12 单独生产， 再 加上第一换热器翅片 11， 也可形成如图 4 所示的换热器。
为了保证上述加工过程可以连续无残料的进行， 需要对设计加工过程进行设计。 设计时， 需要且仅满足在送料方向 X 上的第一换热器翅片 11 和第二换热器翅片 12 各处的 上缘与下缘之间的距离 B 处处相同且等于送料长度。其中， 第一换热器翅片 11 的上风边缘 与下风边缘之间的距离与第二换热器翅片 12 的上风边缘与下风边缘之间的距离相等， 都 为距离 B。
这样在加工时， 沿着送料方向 X， 每步送料长度 B， 即可达成连续无残料加工的目 的。而且， 通过这样加工的第一换热器翅片 11 和第二换热器翅片 12 的上风边缘和下风边 缘的轮廓形状相同， 可以沿着送料方向 X 平移距离 B 后重合， 所以第一换热器翅片 11 和第 二换热器翅片 12 的上风边缘和下风边缘可以通过同一形状的模具进行加工， 从而能节省 模具成本和加工成本。
定义翅片宽度 A 为翅片的两侧边缘的切线间的垂直距离， 见图 8， 由图中的几何关
系满足以下关系式 ：
A ＝ B×Sin(e) 公式一，
其中， B 为送料长度， A 为翅片宽度， e 为翅片的边缘切线方向与送料方向 X 之间的 第三夹角。
如图 7 所示， 由于整体式的第二换热器翅片 12 的上部翅片 13 和第一换热器翅片 11 的边缘为平行直线， 所以第二换热器翅片 12 的上部翅片 13 和第一换热器翅片 11 的翅片 边缘与送料方向 X 之间夹角为一定值， 分别为第六夹角 e3 和第五夹角 e2。 由于第二换热器 翅片 12 的中下部翅片 14 的最上端的边缘与上部翅片 13 的边缘分别相切于第一切点 I 和 第二切点 II， 所以， 在第一切点 I 和第二切点 II 处的切线与平均气流方向， 也就是 X 方向， 之间形成的夹角等于第五夹角 e2。
第二换热器翅片 12 的中下部翅片 14 的最下端的边缘切线与平均气流方向之间形 成第四夹角 e1。由于第二换热器翅片 12 的中下部翅片 14 的边缘为弯向贯流风扇 9 的连续 的弧形， 所以沿着从中下部翅片 14 的最上端朝向中下部翅片 14 的最下端的方向， 第二换热 器翅片 12 的中下部翅片 14 的边缘切线与平均气流方向之间形成的第三夹角 e 从第五夹角 e2 连续减小到第四夹角 e1。
如图 7 所示， 由公式一可知， 当第三夹角 e 越接近 90 度时， 则翅片的宽度越宽， 反 之， 则越窄。
第一换热器翅片 11 和第二换热器翅片 12 的上部翅片 13 的边缘切线方向与送料 方向 X 之间的第六夹角 e3 和第五夹角 e2 较接近于 90 度。其中， 第五夹角 e2 可以等于第 六夹角 e3， 也可以不等于第六夹角 e3， 比如 ： 第五夹角 e2 位于 75 度到 90 度之间的角度范 围， 当然该角度范围包含 90 度。第二换热器的中下部翅片 14 的最下端边缘切线方向与送 料方向 X 之间的第四夹角 e1 较小， 比如位于 30 度到 60 度之间。
这样加工出来的换热器翅片的宽度 A ＝ B×Sin(e)， 由于第五夹角 e2 和第六夹角 e3 较大， 所以第一换热器翅片 11 和第二换热器翅片 12 中的上部翅片 13 的宽度较大。由于 第一换热器翅片 11 和第二换热器翅片 12 的上部翅片 13 处靠近气流的进风口 5， 所以风速 较大， 故采用较宽的翅片能提高换热器能力。另外， 由于第二换热器翅片 12 的中下部翅片 14 的边缘与送料方向 X 之间的第三夹角 e 从第五夹角 e2 连续减小到第四夹角 e1， 所以第 二换热器翅片 12 的中下部翅片 14 的宽度从 B×Sin(e2) 到 B×Sin(e1) 逐步连续变窄。这 样， 能减小由于宽度变化以及连接过渡处对空气流动造成的扰动。 而且， 由于第二换热器翅 片 12 的中下部翅片 14 的风速从上到下逐步减小， 所以中下部翅片 14 逐步变窄可以更好的 利用翅片的换热能力， 提高换热器的能力。
参见图 9， 相对于图中所示的现有的两种整体弯折式翅片 30 的中部， 也就是图中 的虚线所包围的部分， 本发明的第二换热器翅片 12 的中部翅片具有厚度小、 角度变化小且 过渡平稳的特点。
另外， 可以将第二换热器翅片 12 的中下部翅片 14 的上风边缘和下风边缘同时设 计为圆弧状， 以便于模具加工和维护。该圆弧的半径 R 大于贯流风扇的半径。如果圆弧的 半径 R 过小， 会带来第二换热器翅片 12 的中下部翅片 14 的角度和宽度变化急剧， 增大对气 流的扰动， 增加通风阻力。另外， 为了提升上述技术方案中的第二换热器翅片 12 的中下部 翅片 14 下侧部分的风速， 将第二换热器翅片 12 的上部翅片 13 和中下部翅片 14 连接处附近处的第二传热管 15 的直径比翅片其他部分的第一传热管 10 的直径大。
上述技术方案中的换热器的第二换热器翅片 12 的上部翅片 13 及第一换热器翅片 11 由于风速较大， 所以采用 2 ～ 3 排管间距较小的传热管， 而第二换热器翅片 12 的中下部 翅片 14 由于风速较小， 所以采用 1 ～ 2 排管间距较大的传热管。这样能提高整个翅片的工 作效率， 提高换热器的工作能力。当然， 此处的传热管根据需要， 为第一传热管 10 和 / 或第 二传热管 15。
本发明在翅片管式换热器的冷媒入口处和冷媒出口处分别采用管径较粗的传热 管， 比如管径为 φ6mm ～ φ9mm， 并采用 1 ～ 2 路的流路， 来提高冷媒在冷媒入口处和冷媒出 口处的单相区内的流速， 提高其换热能力 ； 在翅片管式换热器的中部的二相区采用管径较 细的传热管， 比如管径为 φ3mm ～ φ6mm， 并采用 3 ～ 8 路的流路， 来降低冷媒在气液二相区 内的冷媒流动阻力。此处的传热管根据需要， 为第一传热管 10 和 / 或第二传热管 15。
另外， 设计每个流路流经的传热管的管数相同， 传热管的管径也相同。 这样可以使 得冷媒流经每一流路的压力损失尽量接近， 能使得每个流路的分流尽可能的均匀。此处的 传热管根据需要， 为第一传热管 10 和 / 或第二传热管 15。