换热装置及翅片

技术领域

本发明涉及换热技术领域，特别是涉及换热装置及翅片。

背景技术

燃气热水器使用过程中，高温烟气流过翅片和换热管而进行换热。一方面，高温烟气直接将热量传递至换热管以与换热管内的换热介质进行热交换；另一方面，高温烟气将热量传递至翅片，翅片再将热量传递至换热管，从而对换热管内的换热介质进行热交换。传统的燃气热水器中，大部分的高温烟气只能与换热管的迎风面发生接触而进行换热，换热管的背面无法与高温烟气进行换热，导致换热效率较低。

发明内容

本发明所解决的第一个技术问题是要提供一种翅片，其能够使得高温烟气与换热管的周向均发生接触而进行换热，换热效率高。

本发明所解决的第二个技术问题是要提供一种换热装置，其能够使得高温烟气与换热管的周向均发生接触而进行换热，换热效率高。

上述第一个技术问题通过以下技术方案进行解决：

一种翅片，包括：

翅片本体，所述翅片本体设有安装面及至少两个沿长度方向间隔设置的安装通孔；

第一导流件，所述第一导流件凸设于所述安装面上，相邻的两个所述安装通孔之间均设有一个所述第一导流件，所述第一导流件设有对应所述安装通孔设置、并与所述安装通孔间隔设置的第一导流侧壁，沿高温烟气流通方向，所述第一导流侧壁的最上端设置于所述安装通孔的最上端的上方或所述第一导流侧壁的最上端与所述安装通孔的最上端平齐，所述第一导流侧壁的最下端设置于所述安装通孔的最上端的下方，且所述第一导流侧壁至所述安装通孔的中心轴线的距离沿所述高温烟气流通方向递减。

本发明所述的翅片，与背景技术相比所产生的有益效果：当高温烟气从下方朝向靠近上方的翅片本体流动时，高温烟气先与换热管的迎风面发生接触而进行换热。高温烟气继续朝向上方流动时，在第一导流件的第一导流侧壁的导流作用下，使得高温烟气沿第一导流侧壁与换热管的外侧壁之间的流通通道流通，由于第一导流侧壁的最上端设置于所述安装通孔的最上端的上方，所述第一导流侧壁的最下端设置于所述安装通孔的最上端的下方或第一导流侧壁的最上端与安装通孔的最上端平齐，从而使得高温烟气能够通过流通通道流至换热管的背面。并且，由于所述第一导流侧壁至所述安装通孔的中心轴线的距离沿高温烟气流通方向递减，从而使得高温烟气的流速不变或变大，进而减小高温烟气在换热管处的边界层的厚度，从而能够延迟高温烟气与换热管的分离，使得高温烟气能够尽可能的流动至换热管的背面或尽可能的朝向换热管的背面靠拢，进而使得高温烟气能够与换热管的背面进行换热，即高温烟气能够与换热管的周向均进行换热，提高了换热效率。

在其中一个实施例中，所述翅片还包括至少两个凸设于所述安装面上的第二导流件，相邻的两个所述第一导流件之间设有至少两个相对间隔设置的所述第二导流件，沿所述高温烟气流通方向，每个所述第二导流件的最下端设置于所述第一导流侧壁的最上端的上方。

在其中一个实施例中，所述第一导流侧壁的最上端的切线与对应的所述第二导流件的外侧壁相切。

在其中一个实施例中，相邻的两个所述第一导流件之间设有两个相对间隔设置的所述第二导流件，且两个所述第二导流件关于所述安装通孔的中心轴线在竖直方向上的中心平面对称设置。

在其中一个实施例中，每个所述第一导流件均设有两个相对间隔设置的所述第一导流侧壁、及用于连接两个所述第一导流侧壁的第二导流侧壁，每个所述第一导流件中的两个所述第一导流侧壁分别对应一个所述安装通孔设置。

在其中一个实施例中，沿所述高温烟气流通方向，所述翅片本体的下端设有至少两个相对间隔设置的第一扰流件，每个所述第一扰流件均凸设于所述安装面上，相邻的两个所述安装通孔之间设有两个呈第一间隙设置并呈夹角设置的所述第一扰流件，所述第一间隙与所述第二导流侧壁对应设置。

在其中一个实施例中，相邻的两个所述安装通孔之间设有两个相互垂直的所述第一扰流件；和/或，所述翅片本体的下端还设有第一镂空槽。

在其中一个实施例中，所述翅片还包括至少两个间隔设置的第二扰流件，每个所述第二扰流件均凸设于所述安装面上，沿所述高温烟气流通方向，至少两个所述第二扰流件环绕所述安装通孔的下半部分间隔设置；和/或，所述安装面设有环绕所述安装通孔的周向设置的第一翻边。

在其中一个实施例中，沿所述翅片本体的宽度方向，所述翅片本体的侧边设有凸出所述安装面设置的第二翻边；和/或，所述第一导流件设有第二镂空槽。

上述第二个技术问题通过以下技术方案进行解决：

一种换热装置，包括换热管及所述的翅片，所述换热管穿设于所述安装通孔内。

本发明所述的换热装置，与背景技术相比所产生的有益效果：高温烟气流时，能够与换热管和翅片接触，使得高温烟气能够直接将热量传递至换热管或通过翅片间接将热量传递至换热管。其中，高温烟气能够与换热管的周向均进行接触以换热，换热效率高。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为现有的高温烟气绕换热管的流动示意图；

图2为一个实施例的翅片的高温烟气的流动示意图；

图3为图2的翅片一视角下的结构示意图；

图4为图2的翅片另一视角下的结构示意图；

图5为图2的至少两个翅片叠合的结构示意图；

图6为图2的翅片的两个第一扰流件之间的夹角与换热效率之间的关系图；

图7为图2的翅片的两个第一扰流件之间的夹角与翅片最高温度之间的关系图。

附图标记：

10、翅片；110、翅片本体；111、安装面；112、安装通孔；120、第一导流件；121、第一导流侧壁；122、第二导流侧壁；123、第二镂空槽；130、流通通道；140、第二导流件；150、切线；160、中心平面；170、第一扰流件；171、第一间隙；172、第一镂空槽；180、第二扰流件；191、第一翻边；192、第二翻边。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

需要进行解释的是，为了便于说明本申请实施例的相关原理和结构，以高温烟气的流通方向(如图2的A方向所示)为从下往上流动进行举例说明，不得理解为对本申请实施例的限定，在其他实施例中，高温烟气的流通方向也可以根据实际情况而为其他方向。

在一个实施例中，提供了一种换热装置。具体地，换热装置包括换热管(未图示)及翅片10，翅片10套设于换热管的外侧壁上。如此，高温烟气流过换热装置时，能够与换热管和翅片10接触，使得高温烟气能够直接将热量传递至换热管或通过翅片10间接将热量传递至换热管。其中，高温烟气能够与换热管的周向均进行接触以换热，换热效率高。

需要进行说明的是，换热装置可以是换热器、燃气热水器等能够进行热交换的设备。

在一个实施例中，请参考图2至图4，翅片10包括翅片本体110及第一导流件120。

其中，请参考图2至图4，翅片本体110设有安装面111及至少两个沿长度方向(如图2的B方向所示)间隔设置的安装通孔112。如此，将至少两个换热管一一对应的穿设于翅片本体110的安装通孔112内，从而使得翅片本体110套设于换热管的外侧壁上。优选为至少两个安装通孔112的中心轴线处于同一水平面上。

其中，请参考图2及图4，第一导流件120凸设于安装面111上。相邻的两个安装通孔112之间均设有一个第一导流件120。第一导流件120设有对应安装通孔112设置、并与安装通孔112间隔设置的第一导流侧壁121。沿高温烟气流通方向(如图2的A方向所示)，第一导流侧壁121的最上端设置于安装通孔112的最上端的上方或第一导流侧壁121的最上端与安装通孔112的最上端平齐(如图4所示，当第一导流侧壁121的最上端设置于安装通孔112的最上端的上方时，第一导流侧壁121的最上端设置于虚线D的上方；当第一导流侧壁121的最上端与安装通孔112的最上端平齐时，第一导流侧壁121的最上端设置于虚线D上)，第一导流侧壁121的最下端设置于安装通孔112的最上端的下方，并且，第一导流侧壁121至安装通孔112的中心轴线的距离沿高温烟气流通方向递减(如图2及图4所示，L

上述实施例的翅片10，当高温烟气从下方朝向靠近上方的翅片本体110流动时，高温烟气先与换热管的迎风面发生接触而进行换热。高温烟气继续朝向上方流动时，在第一导流件120的第一导流侧壁121的导流作用下，使得高温烟气沿第一导流侧壁121与换热管的外侧壁之间的流通通道130流通，由于第一导流侧壁121的最上端设置于安装通孔112的最上端的上方或第一导流侧壁121的最上端与安装通孔112的最上端在水平方向上平齐，第一导流侧壁121的最下端设置于安装通孔112的最上端的下方，从而使得高温烟气能够通过流通通道130流至换热管的背面。并且，由于第一导流侧壁121至安装通孔112的中心轴线的距离沿高温烟气流通方向递减，从而使得高温烟气的流速不变或变大，进而减小高温烟气在换热管处的边界层的厚度，从而能够延迟高温烟气与换热管的分离，使得高温烟气能够尽可能的流动至换热管的背面或尽可能的朝向换热管的背面靠拢，进而使得高温烟气能够与换热管的背面进行换热，即高温烟气能够与换热管的周向均进行换热，提高了换热效率。

此外，为了提高换热效率，传统的方式还通过在翅片本体110上设置扰流部件以增强对高温烟气的扰动，从而延长高温烟气与翅片本体110和换热管的热交换时间，进而提升换热效率，但传统的方式会导致燃气燃烧不充分，使得排放的有害气体的浓度较高。上述实施例的翅片10，高温烟气能够进行顺畅的流通，风阻小，使得燃气能够充分的进行燃烧，排放的有害气体的浓度低或不会排放有害气体。

上述实施例的翅片10，在相同热负荷、同等质量的换热装置中使用时，能够有效的将换热效率提升1.5％～2％；在相同换热效率的情况下，使用上述实施例的翅片10的水箱，能够减少翅片10的数量(能够减少3片至5片)，降低了使用成本。在使用成本相同的情况下，使用上述翅片10的换热装置的换热效率高，产品的可靠性强，也节省了材料。

需要进行说明的是，第一导流件120可以与翅片本体110一体成型，也可以单独成型后通过焊接等方式进行装配连接。

其中，第一导流侧壁121的轮廓可以为弧形或直线，优选为弧形，使得高温烟气流动的更加顺畅，进而使得高温烟气能够更好的流动至换热管的背面。

其中，换热管的迎风面是指换热管迎向高温烟气的一面，背面是指与迎风面相对的另一面。

其中，安装通孔112的最上端是指安装通孔112的内侧壁在高温烟气流通方向的最远端。

其中，第一导流侧壁121的最上端与安装通孔112的最上端之间的竖直距离可以根据实际使用情况进行灵活的选择，同理，第一导流侧壁121的最下端与安装通孔112的最上端之间的竖直距离也可以根据实际使用情况进行灵活的选择，只需满足使得流通通道130能够将高温烟气朝向换热管的背面进行引导即可。

请参考图1，现有技术中，高温烟气在流动过程中与翅片本体110进行换热，从而使得高温烟气的流速降低，进而使得高温烟气与换热管的边界层厚度变大，而高温烟气的边界层的厚度增大会导致高温烟气与换热管的外侧壁的分离现象提前，从而使得尾迹区增大，进而使得高温烟气无法与换热管的背面接触。上述实施例的翅片10，由于第一导流侧壁121至安装通孔112的中心轴线的距离沿高温烟气流通方向递减，使得高温烟气在流通通道130内流动过程中其流速不变或持续变大，使得高温烟气与换热管的边界层厚度变小，进而使得高温烟气与换热管的外侧壁的分离现象延迟，从而使得尾迹区变小乃至消失，进而使得高温烟气与换热管的背面接触而进行换热。

可选地，请参考图2至图5，翅片10还包括至少两个凸设于安装面111上的第二导流件140。具体地，第二导流件140可以为凸包状、圆柱状或块状等结构，只需满足能够对高温烟气进行导流与分流即可；并且，第二导流件140可以与翅片本体110一体成型，也可以单独成型后通过焊接等方式进行装配连接。其中，相邻的两个第一导流件120之间设有至少两个相对间隔设置的第二导流件140。并且，沿高温烟气流通方向，每个第二导流件140的最下端设置于第一导流侧壁121的最上端的上方。如此，高温烟气沿流通通道130流动至换热管的背面，持续向上流动过程中，在两个相对间隔设置的第二导流件140的导流作用下，使得高温烟气能够进一步朝向换热管的中间部位(如图的所示)靠拢，进而使得高温烟气能够更好的与换热管的背面接触而进行换热。

进一步地，请参考图2及图4，第一导流侧壁121的最上端的切线150与对应的第二导流件140的外侧壁相切。如此，高温烟气在第一导流侧壁121的导流作用下能够顺畅的流入换热管的背面，并且，使得从第一导流侧壁121的最上端导流出来的高温烟气朝向换热管的中间部位靠拢，使得高温烟气与换热管的背面接触的更好。

其中，第一导流侧壁121对应的第二导流件140，是指以换热管的中间部位(即安装通孔112的中心轴线在竖直方向上的中心平面160)为分界，与第一导流侧壁121处于同一侧的第二导流件140。例如，同时处于换热管的中间部位的左侧的第一导流侧壁121和第二导流件140相互对应；同时处于换热管的中间部位的右侧的第一导流侧壁121和第二导流件140相互对应。

可选地，请参考图2及图5，相邻的两个第一导流件120之间设有两个相对间隔设置的第二导流件140。并且，两个第二导流件140关于安装通孔112的中心轴线在竖直方向上的中心平面160对称设置。如此，使得从换热管两侧的流通通道130流出的高温烟气更好的朝向换热管的背面靠拢，进一步增强了高温烟气与换热管背面的换热效率。当然，结合第一导流侧壁121的最上端的切线150与对应的第二导流件140的外侧壁相切，能够更好的引导高温烟气流向换热管的背面，对换热效率的提升效果更好。

可选地，请参考图2至图4，每个第一导流件120均设有两个相对间隔设置的第一导流侧壁121、及用于连接两个第一导流侧壁121的第二导流侧壁122。每个第一导流件120中的两个第一导流侧壁121分别对应一个安装通孔112设置。如此，第一导流件120的两侧分别设有一个第一导流侧壁121，第一导流件120设置在相邻的两个安装通孔112之间时，每个第一导流侧壁121均对应一个安装通孔112，换热管插设于安装通孔112内后，一个第一导流件120上的两个第一导流侧壁121能够与对应的换热管的外侧壁形成一个流通通道130，从而利用第一导流件120即可将高温烟气引导至两个换热管的背面以与换热管的背面进行热交换。并且，利用第二导流侧壁122将高温烟气分流至两个流通通道130内，利于高温烟气流入换热管的背面。其中，第二导流侧壁122的轮廓形状优选为弧形，对高温烟气的导流和分流效果好，使得高温烟气流动的更加顺畅。

进一步地，请参考图2至图4，沿高温烟气流通方向，翅片本体110的下端设有至少两个相对间隔设置的第一扰流件170，每个第一扰流件170均凸设于安装面111上。如此，利用设置于翅片本体110下端的第一扰流件170能够将流向翅片本体110和换热管的高温烟气打散，使得高温烟气能够更好的与翅片本体110和换热管接触而进行换热。具体地，请参考图2至图4，相邻的两个安装通孔112之间设有两个呈第一间隙171设置并呈夹角设置的第一扰流件170，并且，第一间隙171与第二导流侧壁122对应设置。如此，朝向两个安装通孔112之间流动的高温烟气在两个第一扰流件170的引流作用下朝向第一间隙171靠拢并流向第二导流侧壁122，在第二导流侧壁122的导流与分流作用下，从第一间隙171处流出的高温烟气流入第一导流件120两侧的流通通道130内并最终流入换热管的背面。

其中，第一扰流件170可以是扰流片、扰流块等形式。第一扰流件170可以与翅片本体110一体成型或单独成型后通过焊接等方式进行装配连接。第一扰流件170与翅片本体110一体成型时，可以通过将翅片本体110的下端进行折弯形成翻边状的第一扰流件170。

其中，两个第一扰流件170之间呈夹角设置，其具体的夹角(如图4的α所示)度数可以根据实际使用情况进行灵活的设计或调整，可以是大于等于0°而小于等于90°。请参阅图6，两个第一扰流件170之间的夹角的变化会对换热效率产生相应的影响；请参阅图7，两个第一扰流件170之间的夹角的变化会对翅片10的最高温度产生相应的影响。因此，可以根据实际换热需要对α进行灵活的设计或调整。

可选地，相邻的两个安装通孔112之间设有两个相互垂直的第一扰流件170。如此，能够更好的将高温烟气引导至换热管的背面，使得高温烟气与换热管的换热效率最高(换热效率可达91.34％)，也使得翅片本体110的最下端的温度不会过高。当然，在其他实施例中，两个第一扰流件170之间的夹角也可以是10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°。

在一个实施例中，请参考图4，翅片本体110的下端还设有第一镂空槽172。如此，通过设置第一镂空槽172，不仅能够减轻翅片本体110的重量，节省材料成本，而且能够保证离换热管距离较远的翅片本体110的下端不会因局部高温而烧毁，延长使用寿命。其中，第一镂空槽172可以通过对翅片本体110的下端进行切除或切割得到。第一镂空槽172的具体轮廓形状可以根据实际的换热需要灵活的设计或调整。

可选地，请参考图2至图4，翅片10还包括至少两个间隔设置的第二扰流件180。每个第二扰流件180均凸设于安装面111上。并且，沿高温烟气流通方向，至少两个第二扰流件180环绕安装通孔112的下半部分间隔设置。如此，将第二扰流件180设置在换热管的迎风面的下方，能够增强高温烟气的扰动，不仅能够打破高温烟气在换热管处的速度边界层和温度边界层，强化了局部紊流程度，使得高温烟气能够流至换热管的背面，也增大了高温烟气与换热管迎风面的换热面积，使得高温烟气与换热管和翅片本体110均接触的更加充分，换热更加充分。

其中，第二扰流件180可以是扰流凸包、扰流柱等形式。第二扰流件180可以与翅片本体110一体成型或单独成型后通过焊接等方式进行装配连接。第二扰流件180的数量可以根据实际换热需要进行灵活的设计或调整，例如可以是四个、六个、八个或更多。安装通孔112的下半部分是指换热管的迎风面所对应的部分。

在一个实施例中，请参考图2至图4，每个安装通孔112的下半部分均环绕有六个第二扰流件180，六个第二扰流件180换热安装通孔112的中心轴线均匀的间隔设置、并关于安装通孔112的中心轴线在竖直方向上的中心平面160对称设置，从而使得换热管的两侧均发生局部紊流，两侧换热均匀，换热效率高。

为了保证换热管能够稳定、可靠的插设于安装通孔112内，可选地，请参考图3，安装面111设有环绕安装通孔112的周向设置的第一翻边191。如此，换热管穿过安装通孔112后，第一翻边191套设在换热管的外侧壁上，增大了翅片本体110与换热管的接触面积，不仅使得翅片本体110能够更好的与换热管进行换热，提高了换热效率，而且使得换热管与翅片本体110装配的更加稳定、可靠，不会发生相对移动或晃动。其中，第一翻边191可以与翅片本体110一体成型或单独成型后通过焊接等方式进行装配连接。

翅片10在使用过程中，需要将至少两个翅片本体110进行叠合，使得每个翅片本体110的安装通孔112相互对应连通形成换热通道，再将换热管插入换热通道内，为了保证高温烟气能够与每个翅片本体110进行充分的接触，在一个实施例中，请参考图3及图5，沿翅片本体110的宽度方向(如图2的C方向所示)，翅片本体110的侧边设有凸出安装面111设置的第二翻边192。如此，将两个翅片本体110相互叠合时，利用两个第二翻边192使得两个翅片本体110相对间隔设置，从而预留出一个上下连通而左右封闭的空间以供高温烟气流通，保证高温烟气能够与翅片本体110和换热管进行充分的换热，也使得高温烟气能够顺畅的被排出，并且，还使得高温烟气与水箱的表面隔离开，可以降低水箱前后两面的表面温升。其中，第二翻边192可以与翅片本体110一体成型或单独成型后通过焊接等方式进行装配连接。

此外，为了减轻翅片10的质量，在一个实施例中，请参考图2至图4，第一导流件120设有第二镂空槽123。如此，通过冲压或剪切的方式在第一导流件120上加工出第二镂空槽123，能够减轻翅片10的质量。并且，在实际加工过程中，可以在翅片本体110的合适位置加工出第二镂空槽123后通过折弯等方式加工出第一导流侧壁121。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。