CN101466993A - 中空板热交换器 - Google Patents

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Abstract

一个热交换器(76)具有堆叠的12cm长5cm宽的薄金属壁中空板(7S1－J5)。每一个壁具有通过位于两个连接区域之间的带有陡面的交替凸起硬化的中部区域。每一个壁通过冲压然后切割成合适的金属片(铝0.3mm厚)而做成。两个散热片壁的边缘形成阶梯，对称焊接的每一个阶梯的高度为散热片的一半厚度。每一个小板连接区域以一个窄开口结束，所述窄开口的截面具有与所述模压的中部区域大致相等的表面面积，并被焊接到在外部歧管(80－82)中制成的狭槽的边缘。在流体为液体(水)时，小板的内部通道的厚度约为0.4mm，而在另外的流体为气体(空气)时，在小板之间的间隔的厚度为7mm。通过热冲压或加热成形，玻璃片或聚合物片也可以使用，但性能不一样好。可以由平行安装在两个平主歧管的每一侧的多个交换器构成一个散热器。适用与任何具有高体积导热性、低重量、以及低抽吸和通风功率的热交换器。

Description

中空板热交换器
技术领域
本发明主要涉及一种由堆叠中空板构成的热交换器，所述热交换器具有非常高的性能，即结合小的前表面面积而产生非常高的体积导热性、较低的推进所包含流体所需要的机械能、以及能够在相对较高的压力差和温度下处理液态和/或气态流体。
本发明其次还涉及一种热交换器，所述热交换器类似于以上的热交换器，整体性能具有低于以上热交换器，但更适于某些特定的用途。
背景技术
中空板热交换器相比在用于热机的散热器上的实心翅片热交换器具有较高的性能。实际上，对于相同的体积导热性，在这种液体/气体热交换器中，相邻中空板间的间隙相比实心翅片间的间隙更大。结果，前者的重量、其体积、前表面面积以及消耗的(泵送液体和/或吹送气体)能量方面显著低于后者。然而实心金属翅片热交换器继续广泛地用于多种领域中。在这种情况下，当热机安装有普通的水/空气散热器时，这些散热器的前表面面积(主横截面)经测量大致为每kW待排放能量0.3dm2，而其操作消耗的机械能(通风及泵送)等于待散失的热能近10％，或者如果温度差很小则更多。这也证明了中空板热交换器的优点。
由聚合物、玻璃或金属制成的一体的堆叠中空板构成的热交换器在TET持有的欧洲专利EP1 579 163 B1中进行了描述。生产其中一种交换器的方法包括：通过对聚合物型坯，设有双凸面波纹管、具有模压陡交替凸部的壁部的折皱状空坯进行热吹风进行制造；并随后对所述空坯执行受控挤压。挤压之后，波纹管采取一体的堆叠刚性中空板的最终形态，其中窄内部通道连接至两个内部歧管。只要所预期的体积导热性保持在中间范围(至多20W/℃/dm3)，而所处理的流体处于中等压力差(至多0.1MPa)而未处于非常高的温度(<100℃)，这种一体的聚合物热交换器对多种应用给出十分满意的结果。实践中，在多种特定的情况时，特别是当所讨论的两种流体的最初温度差相对较小时(<60℃)，重量、成本、体积以及能耗(待排放热能的3％至5％)方面的优点极大地弥补了有限的性能。
这种由具有模压聚合物壁部的中空板构成的一体热交换器具有很多优点。热交换器的壁部具有一定硬度和一定厚度，而硬度和厚度是相互矛盾的特征，从而使其重量、成本和体积较小。尽管存在冷却液体的层流，热交换器的窄内部通道使液体和中空板的壁部间可以进行良好的热传导。另一方面，模压的壁部在板之间产生相对显著的空气紊流，从而使板之间的间隙增大。而这显著地降低了驱使板之间空气所需要的能量。另外，这种显著的在板间循环的空气中的紊流增大了明显的空气热导率并由此增大了整个热交换器的热传导。
然而，经验显示：如果为了寻求提高预期的性能水平以及特别是由此生产的热交换器的体积，这种热吹送以及随后对聚合物空坯的双凸面波纹管进行受控挤压的两阶段技术遇到了限制的结果。事实上，通过这种技术，可以在内部通道和板的壁部的厚度方面完全控制一体的堆叠中空板的两阶段制造技术，即使对于热交换器的体积热导值所述厚度是决定性的参数。在实践中，对于中空板的内部通道，这将产生平均值为两毫米左右的厚度。壁部厚度的平均值在一毫米的范围内，而离差至少为50％，其中离差主要是因为在对空坯进行热吹送的过程中壁部不均匀变窄。
除了可归因于厚度问题产生的性能限制，必须注意的是堆叠中空板的内部歧管的存在增大了这种限制：产生了所有中空板共享的中部通道。而使两个歧管间液体直接快速流动。结果，相对较大的中部通道几乎不产生理想的热交换器。
用于多种用途的高性能冷却设备在TET递交的国际申请WO2006/010822中进行了描述。在所述设备中，散热器是根据TET的欧洲专利中的方法生产的热交换器。为了一种具体的用途(考虑到对来自柴油机废气进行回收而对其冷却)，在所述用途中提供使用一种具有中空金属板的一体热交换器，所述一体热交换器能够经受住的压力差和温度相比一体聚合物热交换器受到的压力差和温度更高。为此，用于热交换器的金属折皱状空坯必须通过液压成形而制造。在具有中空金属板的一体热交换器领域该已知技术表现为有希望，但此时该技术仍然不能正确地实现，而且该技术自身在理论效率受到限制。事实上，由于冷却液体、水或油的热阻系数高，在这种中空板中层流的液层的热阻不可避免较高，所述液层的平均厚度至少2mm。这样将失去所设想的金属壁部提供的热阻低的大部分优点。
因此，其它生产金属热交换器的方法必须发展由于几种特定的用途，特别是用于最初所设想的用途，并更一般地用于任何包含可能具有非常高性能热交换器的设备。为此，新的金属热交换器和上述一体热交换器的重量、体积、前表面面积和机械能耗必须一样小。尽管这样，可是新的金属热交换器具有更高的体积热导(例如，100W/℃/dm3)，而更重要的是可以在高压力差和温度(例如，1MPa和600℃)下正确地进行操作。另外，其它由第一金属热交换器得到的较低性能的聚合物或玻璃热交换器也是可行的，所述热交换器涉及特定具体用途，特别是使用腐蚀性流体的用途。
为此，不同于最初设想用于对柴油机的废气进行冷却的一体金属热交换器，特别是设想用于该特定用途的新的热交换器必须安装有中空金属板，所述中空金属板设有尽可能窄和精准的内部通道和既硬又非常薄的壁部。这种热交换器的一般特征显然完全不同于在前热交换器的一般特征。这些热交换器将借鉴在1964年的专利US 3 153 447和1974年的专利US 3 849 851中描述的开发用于对配电系统中的变压器进行冷却的重量大、体积大的热交换设备。所述设备由具有模压壁部的大型中空金属板构成，其中模压壁部通过焊接至能够竖直设置并通过自然对流循环的空气冷却的外部歧管而连接。
发明内容
本发明的第一目的在于一种高性能的热交换器，其由具有通过适当的模压变硬的薄金属壁部的中空板构成，同时具有低重量、体积和表面面积，低机械功率消耗和高体积热导，同时适于可靠地、容易地控制工业生产，并且还能够在高温和/或高压下处理液态和/或气态流体。
本发明的第二目的涉及改善的热交换器，与先前的交换器类似，与先前的交换器的区别在于，具有比先前的交换器低的性能然而更适于特殊应用，包括具有通过适当模压变硬的薄聚合物和玻璃壁部的一堆中空板。
本发明的第三目的在于一种具有小前表面面积的紧凑散热器，由所述改善的热交换器制成，具有高热导率并且要求非常低的抽吸和通风功率。
根据本发明的热交换器具有低重量和体积以及非常高体积热导的热交换器，能够在高压力差和温度下处理流体，其中：
多个中空金属板，其具有在内部通道，所述多个中空金属板均匀间隔开地堆叠并且连接至外部歧管；
所述多个板包括模压的中部区域，其位于设有窄开口的两个连接区域之间，所述窄开口的面积近似等于所述中部区域的横截面的面积；
所述多个板的壁部通过印模冲压和切割金属片制造；
一个中空板的两个壁部的侧边缘被焊接；
其中：
各中空板的壁部均为刚性的并且非常薄，它们的模压的中部区域具有一组或多组交替排列的凸部，设有陡应变硬化面，产生大量的锐利边缘，面向倾斜和/或垂直于所述凸部的排列；
相对面之间的间隙在设想的压力差的范围内，是均匀、非常小、严格标称并且实际恒定的；
分离所述多个板的所述间隙相对窄。
在解释这些新设置的优势之前，应当注意到在相关美国专利中，板的壁部无需是薄的并且它们的刚性不是特殊问题，这样壁部的中部区域的模压不是解决变硬问题的方法。在这种情况下，仅仅是存在中部区域的模压。由普通金属制成的壁部的充足的厚度毫无疑问能够满足需要。模压仅仅是为了增加板的热交换区域而不增加它们的尺寸。这通过由在壁部上均匀间隔的相对小的凹进处产生的纵向波纹实现。示出了这些波纹的特殊外形，由于在这种类型的交换器中波纹外形不会引起注意，这些外形是普通的并且难以认为具有创新性。然而，由于这些外形中空板的内部通道具有围绕相对高度平均值对称的变化的波动厚度。此外，内部通道的壁部不包括相对倾斜面。
根据本发明的第一设置，首先包括具有非常薄的刚性壁部(例如0.15mm的某些片)的板，所述刚性壁部通过其应变硬化而获得标准(冷)印模冲压时的“额外收益”，从而具有非常高的硬度和弹性限度；这些凹部和凸部的各面用作刚性条，并且各锐利边缘用作埋入这些条的梁。由此，在施加压力差作用的情况下，这些条可以仅仅产生非常有限的偏斜。尤其是，当外部产生过压时，这种偏斜总是保持远小于中空板的内部厚度的一半，在凸部的面之间测量的所述厚度被严格的设置成为相当的小(例如0.3mm)。这样防止了相对面的壁部之间的任何接触，由此总是正确地执行两种流体之间的热交换功能。
在这些条件下，根据本发明的各模压中空板能够获得显著的初级硬度是由于构成所述板的壁部的金属被应变硬化，并且此外所述板的交替凸部显著地增加了其惯性运动。即使在流体之间存在高压差，这些双重硬化的非常薄的条也由此能够优选地用作沿它们的两个表面循环的两种流体之间的有效热交换器。这些必须提供这种硬度的印模冲压交替凸部的直接特征限定了本发明的技术。它们采用由初始扁平片的显著局部拉长产生的陡应变硬化面的形式，由此产生许多非常薄、非常硬的条，这些条的边缘均埋入由凸部的锐利边缘形成的梁中。
形成在陡面之间的二面体的锐利边缘具有第二公知效果，即增加空气的表观热导率；取向为倾斜和/或垂直于气流的方向的边缘具有在穿过分离所述板的相当窄的间隙的总体上快速的气流中产生显著的紊流的效果。在相关美国专利中竖直设置波纹状板的情况下，由于因自然对流循环的缓慢的气流穿过以不确定的尺寸分离板的间隙，这种设置肯可能是无意义的。
如果我们现在参考TET的欧洲专利来对这种装置进行总结，可以发现所有在这种新热交换器中，上述性能局限性的消除且由其相反方面替代的原因是：壁部和内部通道非常薄；精确且公知的厚度；以及将在下面详述的中部通道可以取消。反之，涉及在所述欧洲专利中描述的一体聚合物热交换器的中空板的模压壁部的所有积极特征均保留。这些特征被来自所使用的金属片应变硬化的特征而增强。由于它们与同样使用非常薄的壁部且产生相当窄的内部通道的美国专利中描述的交换器的优点的结合，生产出新的、非显而易见的热交换器。因此，这种新的交换器的性能级别极大地超过了根据TET欧洲专利的一体聚合物热交换器的已经非常有效的性能级别。
根据独特的特征，对上述主特征的补充在于，
各中空板包括至少两行交替凸部；
两个相邻行通过窄直分区分离，两个相邻的行由窄直分区分离，所述行由两个内部印模冲压或加热成形的凸起形成，并且通过焊接组装；
所述多个凸起的高度等于所述多个板的内部厚度的在它们的凸部的脊部的值的一半。
来自在相关US专利中设想的以改善具有大尺寸(m2)的所述板的刚性的可能的这些后叙的装置给出了根据本发明的热交换器的两个独特的有利结果。首先，在相对高内部过压的状况下，采用这种热交换器的中空板，直内部分区保持模压的中部区域的内部厚度的值实质上独立于板的薄壁部所受到的压差。这样的结果是，具有由适当的模压硬化的非常薄的壁部的中空板能够经受住相当高的内部过压而不被损坏。除了这种焊接的内部凸起，高刚性交替凸部的相邻行可以通过用作铰链的柔韧区域分离。响应这种过压，这将导致板的轻微膨胀，从而导致板之间的间隙中的热交换的显著降低，或者甚至快速地损坏所述板。然而，通过由所述两个焊接内部凸起形成的这种分区，无需系统地增加中空板的非常薄的壁部的厚度，以使得它们能够经受住短暂的高内部过压。这意味着可以生产轻型低成本热交换器。
这些焊接内部凸起的第二个优势在于形成更高效的理想热交换。通过这种方式形成在两个相邻行的交替凸部之间的内部分区构成进入中空板的液体流的障碍物。各障碍物的第一个效果在于防止两个外部歧管之间的沿具有小表面面积的光滑壁部的显著的直通流，由于如在上游歧管的后部区域中那样这种表面未经强气流清扫，这将导致理想热交换效率低下。另一方面，这种障碍物的第二个效果在于引导入流朝向两行交替凸部，这样就有高热交换效率，并且由此最大化热交换执行。
应当注意到，这两个优势与在相关US专利中描述的具有相对厚壁部的大型中空板的热交换器的关系不大。在这种交换器中，在大型竖直板的底部产生的最大压力差是通过冷却油产生的相对低的流体静力学过压。这不涉及根据本发明的热交换器，显然热交换器可以安装在任何相关位置，并且最重要的是可以在非常高的压力差下操作。此外，由于在远大于外部歧管的中空板中通过自然对流使得油从顶部循环到底部，因此低上游动态压力因低循环速度而防止了所述油能够支持从一个歧管到另一个歧管的快速直接通道。
根据对现有技术的特征性补充：
由所述交替凸部的两个相邻面的法线形成的角经测量为至少30°，这样所述表面的锐利边缘可以有效的产生紊流并且等效于其中埋入这些凸部的表面的梁；
两个相邻面的法线的最大角受到相关金属片是印模冲压的条件限制。
根据对现有技术的特征性补充，板的相对面具有平行壁部，并且分离所述壁部的间隙恒定并且与它们的厚度的数量级相同。
根据对现有技术的特征性补充：
交替凸部自身具有两个等腰梯形面，具有共同的纵向边缘并共享两个偏斜方形面；
偏斜方形面的长对角线经测量为板的壁部的厚度的数十倍。
根据对现有技术的特征性补充：
交替凸部自身具有两个三角形面并共享两个具有共同横向边缘的六边形面；
六边形面的横向边缘间的距离经测量为板的壁部的厚度的数十倍。
根据对现有技术的特征性补充，各中空板模压的中部区域通过两个设置具有明显斜面的侧边缘的连接区域和包括部分截顶圆锥的光滑壁部而连接至外部歧管。
根据对在前技术的特征性补充，外部歧管具有能够最小化其阻力的空气动力学外形。
根据对在前技术的特征性补充，对称凸部面似乎以菱形图案进行切割并包括几个设有额外锐利边缘的次级面。
由于所述不同的设置，由此生产的热交换器的体积热导特别高。对此存在几个原因：(1)板具有热阻可忽略不计的金属壁部，(2)尽管由于非常薄的水或油层的层流和相对较高的液体热阻系数，板中的所述层的热阻较低，以及(3)在板间循环的空气的紊流和明显的热导率随凸部高度和板包括的锐利边缘的总数而增大。具有分别包括几个设有以大致45°倾斜的面的交替凸部的至少两行，有效的解决方法在所包含的不同参数间获得。对面的斜度小于大致50°的凸部进行印模冲压是不会引起生产问题的标准操作，当所述凹部和凸部的高度固定时，法线至两个相邻面之间30°的最小角度确保满意的空气流的紊流和板的中部区域中各行凸部的最小宽度。此外，法线至两个相邻面之间30°的最小角度使所讨论的边缘足够坚硬而使其与梁具有可比性，而边缘随后总体与梁的网状物具有可比性。
此外，通过将由堆叠大量这种相同的板形成的热交换器连接至两个外部歧管，以恒定流速在其间循环及可适用的相对较快层流的液体的压力下降显著地减小。任何时候，这种堆叠显著地降低了泵送液体所必需的能量。除了使用具有空气动力学外形的外部歧管之外，尽管存在相对较大的分离板的间隙，平行于两种交叉流体的流速安装的板的最大尺寸将导致散热器的气动阻力和/或使散热器通风必需的能量显著降低。
对于可用于生产根据本发明的中空板的壁部的金属，应当注意的是这种金属为数不多但对于印模冲压领域的技术人员是公知的，而最终选择(例如，铝或钢)将主要由结合所述板的热交换器的操作温度范围内端所述金属的机械特性确定。
由于所述多种设置，根据本发明的非常高性能的热交换器的工业制造包括一组可完全控制的相对容易实现自动化的操作，从而产生大生产这种热交换器有利的成本价，所述操作如下：
1)对相同的由薄金属片制成的板壁部进行印模冲压及切割；
2)反转一个壁部；
3)通过对两个相邻壁部的侧凸缘和其内部中部分区进行焊接而装配两个相邻的壁部；
4)通过将所述中空板焊接至其两个外部歧管安装和固定。
根据本发明，具有非常高的体积热导率的紧凑型散热器的特征在于：
所述紧凑型散热器包括两组相同的薄金属中空板热交换器，与两个主上游和下游歧管相连，设有扁平矩形表面，彼此略微分离开并设置为使其方角彼此相对。
各组中的热交换器中的上游和下游歧管分别以恒定的略微大于热交换器中部区域的宽度的间隔连接至两个主上游和下游歧管的两个表面。
通过这种设置，散热器可以构造为具有非常高的体积热导率以及尽可能小的主横截面(每kW待排放能量近0.1dm2)。大量的根据本发明通过大量堆叠的金属中空板形成的热交换器可容易地装配在两个主扁平歧管的任一侧上。该紧凑型散热器还需要特别低的泵送和通风能量，低于具有相同热传导的实体翅片散热器需要的能量五倍左右。
附图说明
参考附图，阅读以下对本发明的非限制性实施方式的说明后，本发明的特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
图1是根据本发明的中空板的第一模压壁部的顶视图；
图2A是根据本发明的中空板的第二模压壁部的顶视图，而图2B和图2C是所述壁部的具体的面的视图；
图3是在第一壁部上的交替凸部的纵向横截面；
图4是焊接至歧管的中空板的一个端部的纵向横截面；
图5是具有15个中空板的热交换器的等距立体图；
图6是根据本发明使用所述热交换器构成的散热器的顶视图。
具体实施方式
图1示出了中空板的薄金属壁部10的第一实施方式。所述壁部进行了印模冲压并随后进行切割以具有设置在两个连接区域之间的模压的中部区域13。作为实例，所述壁部由铝制成、厚0.3mm，其模压的中部区域宽60mm、长76mm。所述中部区域13是由两个相邻的通过宽4mm的较窄的直形区域16分离开的相同行的交替凸部12和14构成的。两个连接区域18和20具有平滑壁部。各行包括两个相同的交替模压、由凸部和凹部构成的范围(area)，即行12-14一方面具有四个凸部221-2和241-2而另一方面具有四个凹部22’1-2 and 24’1-2，其中后者以灰色示出。各凸部221-2-241-2或各凹部22’1-2-24’1-2形成类似带四个具有四个非常陡的锐利边缘的坡面的屋顶形状，即对于行12中的每个交替凸部：(1)其自身的，用于凸部的两个对称的梯形261-2和281-2以及用于凹部的26′1-2和28′1-2，均具有19mm的大底边，(2)共享同行中相邻的凸部，用于凸部的两个等腰三角形301-2和321-2以及用于凹部的30’1-2和32’1-2，均具有28mm的底边，(3)用于凸部的纵向脊部341-2，以及用于凹部的34’1-2，长度均为5mm，以及(4)相同的高度5mm。应当注意的是属于两个连续交替的交替模压的行12(类似地在14)中的两对等腰三角形302-30′1和30′2-321形成两个扁平的菱形。
在分裂为所示出的壁部10的两个模压的中部区域13的窄直形区域16处，2mm宽的内部凸起36通过印模冲压产生，其中对称侧面如印模冲压技术所允许的硬度。这种凸起36的高度等于分离所产生的中空板的两个壁部上的凸部的脊部的最大间隙的一半(即，如下文所限定的0.2mm)。两条线38-40将在一个中空板上的两行交替凸部12-14的平行外部凸缘与成对的外部凸缘42-44分离开，所述成对的外部凸缘42-44形成两个板壁部的部分密封表面。所述线38-40和凸缘42-44的宽度为1mm并形成0.2mm高的台阶，所述台阶确定板在其凸部的脊部处内部厚度的一半。这两个扁平线38-40结束于壁部10的两个连接区域18-20的两个扁平部46-48，而这两个平行凸缘42-44结束于相同连接区域的两对倾斜外部凸缘501-502和521-522；它们形成板壁部的密封表面的其它部分。各凸缘501-2或521-2与对称壁部10的纵向线形成60°的角。各连接区域18-20的端部包括几乎扁平的截顶圆锥部54-56，其半圆锥角为87.5°。所述锥形部由两对弧形581-2和601-2限定，后一对弧形601-2长8mm。其端部通过两个高1.5mm的台阶彼此连接，从而用于中空板部的各上游和下游开口的范围经测量为24mm2，即大致为板的模压的中部区域13的内部空间的横向横截面的范围。
图2A示出了经印模冲压及随后进行切割的薄金属壁部11，所述薄金属壁部11构成了根据本发明的中空板的第二实施方式。所述壁部11仅仅在其模压的中部区域、以及交替凸部的形状不同于在前的壁部10，其中所述壁部11仅仅包括26mm宽的单行凸部15。所述单行包括三个凸部22b1-3和三个凹部22’b1-3，凹部22’b1-3以灰色示出。各凸部22b1-3和各凹部22’b1-3形成类似具有四个陡坡面的屋顶形状。对于行15中的三个交替凸部，分别对每一个给出：(1)其自身的，用于凸部的成对对称的等腰三角形25b1-2、27b1-2、29b1-2，以及类似地用于凹部的25’b1-2、27’b1-2、29’b1-2，均具有14mm的大底边，以及(2)共享相邻的凸部，中心六边形311-5，均具有长18mm以及相同高度5mm的横向脊部。
图2B和2C示出了作为图1和图2A中凸部面的改型的在图2A中具有第二面的两个主面。图2B示出了设置有形成具有三个锐利边缘的相对扁平的三个次级面371-3的三角形的侧面25，其中菱形尖点39位于该三角形的重心处。图2C示出了六边形的纵向面31，所述六边形的纵向面31设置有六个具有共面侧411-6，其中中心菱形尖点431-6类似于图2B中的尖39。这些尖点的高度由金属片印模冲压技术的限制而确定。
图1和图2A示出了两个在根据本发明的中空板的模压壁部上的凸部采取的可行的形式。为了提高这些凸部在板之间的气流中产生紊流的能力，图2B和图2C示出了这些凸部的主面的可行的改型。
图3示出了中空板连接至歧管之前沿部分中空板的其中一个端部的轴线AA’的纵向横截面的放大图。所述板是焊接两个壁部10a和10b的结果，所述壁部10b是围绕对称的横向轴线BB’(参见图1)反转的壁部10a。所述横截面AA’沿由行14中的凸部242和凹部24’2形成的交替模压的脊部352 and 35’2制成，表情所述横截面AA’穿过所述板的壁部10a的连接区域18。图4示出了同一个板端部的横截面的放大图，所述横截面沿壁部10a的交替凸部以及连接区域18和20的行12和14的对称的纵向线CC’(参见图1)制成。
在图3中，板的底壁部10b和顶壁部10a的第一实施方式的凸部和凹部被反转，从而顶壁部10a的部分242和24’2从图3的轮廓图中观察分别作为凹部和凸部。在以上限定的壁部10b上的凸部24’1和凹部241分别嵌套凹部和凸部。中空板位于板的模压区域的嵌套脊部341-35′2或34′1-352之间的部分内部通道62的厚度为0.4mm，而位于凸部上升或下降侧的45°斜面之间的部分内部通道64的厚度为0.28mm。在连接区域18和20的扁平部分之间的内部通道66的厚度为0.4mm。
根据图3，横截面沿线AA’的右手部分示出了(1)壁部与壁部10a-10b的两个面对的圆锥截面54-56逐渐分离的起点68，(2)这些壁部开始于圆形物582和581的两个对称的台阶，以及(3)限定壁部10a密封表面的两个对称的外部凸缘522和501。
根据图4，所示出的横截面沿接合并焊接有焊珠(bead)70的一个中空板的对称纵向轴线CC’在狭槽72的边缘和端部中制成，在由两个彼此焊接的加长壳体形成的外部歧管75的连接壳体74中以120°弧形制成。所描绘的横截面示出了壁部10a和10b的窄中部区域由0.4mm间隙分离开的两个平行截面16a和16b，以及符合中空板的两个壁部10a和10b的连接区域的面对圆锥截面的两个其他分叉的截面54和56。这两个分叉截面的末端边缘之间的间隙为3mm，而120°弧602和601(参见图1)的长度为8mm。结果，具有模压壁部内部通道的直形横截面的面积与翅片的端部中的开口的面积大致相等。
图5示出了包括15个具有模压壁部的薄中空金属翅片781-15的基础热交换器76。这些中空板的端部如上文所示出的在具有3.5mm宽间隔8mm的圆形边缘的狭槽中接合并焊接，所述圆形边缘在外部歧管80-82的壁部中制成，具有空气动力学外形。为了便于生产这种焊接物，歧管80-82由两个加长壳体构成，其中U形横向横截面沿线83彼此焊接。歧管由从用于生产印模冲压板壁部相同的片状物切下的金属条制成。具有适当宽度、长度和间距的狭槽在一半条状物中制成，随后两种以这种方式制备的条状物通过两个具有突出和中空外形的匹配模板而成为前外壳和连接壳体75。随后，在多个中空板中的开口焊接至连接壳体中的狭槽。接下来，两个前闭合壳体依次焊接至在前的两狭槽，并且其中一个端部被密封，以形成两个流线型外部歧管和热交换器自身。
图6示出了紧凑型散热器81的顶视图。为了形成具有适当总导热性的紧凑型散热器，六个相同的热交换器761-6可以从从头至尾以矩形平行地安装在两个扁平主歧管84-86的任一侧上。这些扁平歧管84-86具有平行的侧面881-2和901-2，而且厚度大致等于外部歧管801-2的直形横截面的最大尺寸。两个相邻的热交换器安装为使其板的侧边缘在实践中对接或略微交叉。在第一种情况中，上游外部歧管801-6和下游外部歧管821-6的底部(foot)以相同的深度接合在适当的圆形开口941-6和961-6中，所述圆形开口941-6和961-6以恒定的间隔沿主歧管面的长侧面92-93制成，并且随后对所述底部进行焊接。在第二情况中，歧管插入的深度对于奇数和偶数行中的热交换器是不同的。两个主歧管的最长的平行侧882-902的长度由待安装的热交换器84-86的数量确定。两个主歧管84-86的短侧的长度由外部歧管80-82的间距并且通过分离其倾斜侧面的间隙100(典型地为5mm)而确定。
对具有通过模压硬化的非常薄的壁部的由堆叠的薄中空金属板形成的热交换器的这种装配允许形成紧凑型散热器，所述紧凑型散热器特别有利于对高功率热机(>100kW)进行冷却。所述紧凑型散热器具有非常小的主横截面、非常高的导热性、较低的泵送及通风能耗、以及有限的体积和重量。同样适合使用冷却剂以改进低速时操作而处理柴油机废气。更一般而言，具有高温度和/或压力差(至大约600℃和1MPa)的两种流体间、特别是液体和气体间的任何热交换可以通过这种紧凑的金属组件有效地进行。
本发明并不限于所描述的实例。中空板的长度和宽度显著大于图1中示出的中空板的长度和宽度，经测量为几个分米。这种情况同样适用于各板上各行的交替凸部的数量和行数。板的最大尺寸在实践中由可利用的印模冲压压力确定。热交换器中中空板的数量可以增大至几十。这种情况同样适用于装配在紧凑型散热器中热交换器的总数量。
同样注意的是可以使用两个适当的模压壁部生产根据本发明的中空板，其中所述模压壁部由于其不同的侧边缘而类似并不相同。除了两个相同的具有包括限定中部区域的内部通道一半厚度的小台阶的侧凸缘的壁部，可以使一个壁部具有带在前台阶两倍高台阶的凸缘，而另一个壁部不具有任何台阶。当生产率较高时，这将需要使用两对不同的印模冲压模具，而具有较小的成本影响。
以上的附图示出了用于液体/气体的热交换器的中空板。液体在这些具有非常窄的内部通道(0.3mm)的金属板中循环。在气体/气体热交换器的情况中，所述内部通道的厚度明显更大(典型地>1mm)，板之间的间隙通常小于在示出的热交换器上的板之间的间隙。这样，两种气体的质量流和速度在中空板的壁部的任一侧上可进行比较。
而且，对于特别的用途，特别是在使用腐蚀性流体的化学以及任何其它领域中，理想的并且有时必要的是使用高性能的玻璃热交换器，所述玻璃热交换器尤其适于其使用条件。为此，这些玻璃热交换器将设有高体积导热性，用于或由单片聚合物制成或由根据本发明的类型的金属(20或100W/℃/dm3)制成的中空板热交换器的以上给出的导热性的一半。作用于这些玻璃热交换器的最大温度和压力差将低于根据本发明的金属热交换器经受住的温度和压力差，而高于涉及根据TET的欧洲专利的单件聚合物热交换器的最大温度和压力差。对于相同类型的用途，同样有利的是使用体积导热性大于这些单件热交换器体积导热性大致50％的聚合物热交换器，而保留其压力差和温度范围。
为此，可以采用及应用根据本发明的金属热交换器的新技术，代替金属片，可以仅仅使用玻璃或聚合物片并且通过印模冲压或加热成形进行处理。这两种片状物形成技术中使用的制造方法彼此类似：第一使用机械压力和两种包括凹部和/或凸起的匹配模具，而第二使用气压和具有凹部和/或凸起的单个模具；这种方法均使用适当的加热。然而，并不引起应变硬化。
这种具有模压壁部和外部歧管的玻璃或聚合物中空板热交换器的壁部和内部通道的厚度将不可避免地随着所使用的玻璃或聚合物的类型的特定机械性质增大。如上所述，其性能将直接源自此。

Claims (11)

1.一种具有低重量和高体积热导的热交换器(76)，能够在高压力差和温度下处理流体，其中：
多个中空金属板(781-15)，其具有窄内部通道，所述多个中空金属板均匀间隔开地堆叠并连接至外部歧管(80-82)；
所述多个板包括模压的中部区域(13)，其位于设有窄开口(601-2)的两个连接区域(18-20)之间，所述窄开口的表面面积大致等于所述中部区域的横截面的面积；
所述多个板(78)的壁部通过印模冲压和切割金属片生产；
中空板(78)的两个壁部(10-11)的侧边缘(42-44)被焊接；
其特征在于：
各中空板(781-15)的壁部(10-11)均为刚性且非常薄，它们的模压的中部区域(13)具有一组或多组(12-14)对齐的交替凸部(22-22’和24-24’)，设有陡应变硬化面(24、26、28、30)，产生大量的锐利边缘，倾斜地进行取向和/或垂直于所述凸部的排列；
相对面之间的间隙(64-66)在所设想的压力差的范围内是均匀、非常小、严格标称并且实际恒定的；
分离所述多个板(781-15)的所述间隙相对较窄。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：
其由多个玻璃或聚合物中空板构成，具有薄内部通道，以恒定间隔堆叠并连接至外部歧管；
所述多个中空板的所述壁部由热印模冲压或加热成形制造，并随后从玻璃或聚合物片上切割下来；
所述多个板包括模压的中部区域，位于设有窄开口的两个连接区域之间，所述窄开口的面积近似等于所述中部区域的横截面的面积；
中空板的两个壁部的侧边缘被焊接；
所述板的中部区域具有一组或多组对齐的交替凸部，设有陡面，产生大量的锐利边缘，倾斜地进行取向或垂直于所述凸部的排列；
相对面之间的间隙在所设想的压力差的范围内是均匀、较小、严格标称以及实际恒定的；
分离所述多个板的所述间隙相对较窄。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：
各中空板(78)包括至少两行(12-14)交替凸部；
两个相邻的行由窄直分区(36)分离，所述行由两个内部印模冲压或加热成形的凸起形成，并且通过焊接组装；
所述多个凸起的高度等于所述多个中空板的内部厚度的最大值的一半。
4.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：
由所述交替凸部的两个相邻面的法线形成的角经测量为至少30°，这样所述表面的锐利边缘可以有效的产生紊流并且经受住流体之间的压力差；
两个相邻面的法线的最大角受到所讨论的材料是印模冲压或是加热成形条件的限制。
5.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：
所述交替凸部的自身具有两个等腰梯形(261-2、26’1-2)形式的侧面，具有公共纵向边缘(341、34’1)，以及共享两个中部长斜方形面(302-30’1)；
所述长斜方形面的长斜边可经测量为所述多个板的壁部的厚度的数十倍。
6.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：
所述交替凸部自身具有两个用于凸部的等腰三角形(25b1-2、27b1-2以及29b1-2)和用于凹部的等腰三角形(25’b1-2、27’b1-2以及29’b1-2)形式的侧面，以及共享的用于凸部(22b1-3)和用于凹部(22’b1-3)的两个中部六边形面，这些六边形面具有公共横向边缘；
所述六边形面的横向边缘之间的间隙可经测量为所述多个板的壁部的厚度的数十倍。
7.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：
各中空板的模压的中部区域(13)通过设有显著倾斜的侧边缘和包括部分截顶圆锥(54-56)的光滑壁部的两个连接区域(18-20)而连接至所述外部歧管。
8.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：
中空板的相对面具有平行壁部，并且分离所述壁部的间隙(64)恒定并且与它们的厚度的数量级相同。
9.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：
对称的凸部面显示为被切割成菱形图案(25-31)且包括多个次级面(371-3-411-5)并且设有互补的锐利边缘。
10.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：
所述多个中空板的外部歧管(80-82)具有能够最小化交换器的阻力的空气动力学外形；
各歧管由两个加长的壳体构成，一个壳体(75)用于连接至板，并且另一个壳体用于连接至外壳，它们的横向横截面为U形并且通过焊线(83)彼此固定。
11.一种具有高或非常高的热导率的紧凑轻型散热器，其特征在于：
其包括两组相同的热交换器(76)，所述热交换器根据权利要求5具有由金属，玻璃或聚合物制成的中空板(781-15)，
所述两个组通过两个薄主上游歧管(84)和下游歧管(86)相连，设有彼此略微分离的扁平直角梯形表面(100)，并设置为它们的方角彼此相对；
各组中交换器的单个上游歧管(821-6)和下游歧管(801-6)以略大于交换器的中部区域(13)的宽度的恒定间隔，分别连接至两个主上游歧管和下游歧管的两个类似表面。
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