CN106415179A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器(2)，用于在要调节其温度的对象(44、50)与热量传输介质(28)之间传递热能。该热交换器(2)具有：导热的基体(4)，在该基体内构造有用于引导热量传输介质(28)的内部空间(10)；和设置在该内部空间(10)中的引导部件(40)，用于引导至少一个可插入内部空间(10)中的分隔壁(22)，所述分隔壁用于在内部空间(10)中分隔两个子空间(26)，在所述子空间中至少一部分热量传输介质(28)可被引导。所述分隔壁(22)具有使得所述子空间(26)相互连通的通路(34、48)。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器、一种用于制造热交换器的方法和这种热交换器的用途。
根据权利要求1的前序部分的热交换器由DE 36 06 334C2已知。这种热交换器是一种交叉流式热交换器，在该交叉流式热交换器中构造有多个平行伸展的液流通道，这些液流通道通过分隔壁彼此界定。交叉流式热交换器的运行原理是：对这些液流通道适当地布置，从而分别在相邻的液流通道之间发生热交换。因此，在交叉流式热交换器中，各个液流通道不允许相互连接，以便在其间要交换热量的流体不混合。
背景技术
DE 60 2005 000 004T2披露了一种用于热交换器的基体，它由挤压型材制得，且具有多个柱形的通道。
在很多技术领域中，比如信息技术、电子工业中，在发电领域、控制技术领域内，在铁路和/或船舶建造中，分散地利用能调节对象温度的热交换器来冷却高温区域即所谓的热点。为了从热点输出热量，为了实现一定的冷却能力，需要液态的热量传输介质，比如水。主要有两种热交换器。
对于由DE 197 09 176A1已知的翅片式热交换器，亦即传统的空气-水-热交换器，在空间中冷却空气，以便利用冷却的空气来冷却该空间中的构件，以防止过热，或者保持其温度恒定。在这种情况下，输入空气经过基体，在该基体内，热量传输介质从输入空气中吸取并输出热量。但热量传输介质会把热量输出给空气，从而空气对热量传输介质予以冷却。用于开关柜、空调、汽车冷却器等的热交换器就是按照这种基本方式工作的。
翅片式热交换器主要在其制造和对流经翅片式热交换器的空气的引导方面有所区别。
DE 20 2005 003 502U1公开了一种翅片式热交换器，其在金属管上插有薄金属条。然后，这些金属管在端侧通过圆拱件封闭，从而产生能引导热量传输介质的管系统。采用这种构造原理虽然可以实现多个不同的空气引导件，进而实现空气与热量传输介质之间的良好的热接触，却需要大量繁琐的焊接和/或钎焊工作，以便形成用于引导热量传输介质的管系统。
由DE 10 2007 050 356A1已知一种带有框架的翅片式热交换器，在其中嵌入槽板。这种翅片式热交换器的构造原理也称为嵌入式的折叠结构。所述嵌入虽然可以用比较小的制造成本来实现，然而，用于把空气引导至热量传输介质的引导自由度却大大地受限，因为空气只能垂直于槽板引导。
除了翅片式热交换器外，US 2013 112 383A1和US 2006/0017202A1披露了一种可直接安装在要冷却的物体上的冷板式热交换器，也叫冷板热交换器。在金属半成品中铣削出用于引导热量传输介质的沟槽，以此制得这种冷板式热交换器。然后又把经铣削的金属半成品封闭。在此必须构造平坦的安装面，即所谓的板冷侧面，在该面上直接安装要冷却的物体。冷板式热交换器例如用于冷却计算机中的微处理器。在冷板式热交换器中铣削冷却沟槽的成本非常高昂，而且很难适宜地实现批量生产。另外，铣削基本上是一种金属切削式的制造方法，相应地会产生大量废料。
虽然可以针对热交换器采用模块化的结构来实现一定的灵活性，如由US 2005/0128705A1已知，但通常的热交换器必须主要根据其使用目的来制造，其中，依据热交换器的类型而定，所述制造会很繁琐。
发明内容
相比之下，本发明的目的是提出一种热交换器，其不仅可以采用统一的制造方法制造，而且与一定的使用目的相任意地符合，而且在其对热量传输介质的引导方面可任意地调整。
该目的通过独立权利要求1和10的特征得以实现。从属权利要求主题为优选的改进。
根据本发明的一个方面，用于在要调节其温度的对象与热量传输介质之间传递热能的热交换器包括：导热的基体，在该基体内构造有用于引导热量传输介质的内部空间；和设置在该内部空间中的分隔壁，用于在内部空间中分隔两个经由通路相互连接的子空间，在这些子空间中至少一部分热量传输介质可被引导。
所提出的热交换器所基于的构思在于，对于开篇所述的热交换器，通常首先形成热量传输介质的引导件，然后才最终形成热交换器的外侧。对于第一种构造类型的翅片式热交换器，首先设置能引导热量传输介质的管，然后安插限定外侧的金属条。这样就无法再改变管的位置，因而这种构造类型的每个翅片式热交换器必须始终都分别单独地针对特定的应用情况来制造。对于冷板式热交换器来说也是这种情况，其无法简单地事后改变热量传输介质的经铣削的引导件。
这里采用了根据本发明的热交换器，其提出，首先制备导热的基体，该基体带有原则上可任意地构造的、但优选尽可能为矩形的横截面轮廓，该基体在内部空间中具有引导部件。然后，可以在该内部空间中通过分隔壁事后构造用于引导热量传输介质的通道，其方式为，这些分隔壁通过引导部件插入到内部空间中。这样就能首先由制造商以通常的形式预先确定热交换器，然后特定于客户地以任意方式调整该热交换器。
基体在此可以按照翅片式热交换器的类型或者按照冷板式热交换器的类型以任意方式制造。因为在形成用于引导热量传输介质的通道的情况下，这种基体不必再因可移动地插入内部空间中的分隔壁而从外面受损，所以能够采用统一的制造方法主要按照翅片式热交换器的类型或者按照冷板式热交换器的类型来制造热交换器。只需根据应用情况，针对翅片式热交换器选择用于制造翅片的工具，或者针对冷板式热交换器选择用于制造板冷侧面的工具。在此，甚至可以把两种类型的热交换器统一在单个热交换器中。
原则上可以将基体任意地构造成浇注体或类似物。但基体优选是挤出体，特别是具有闭合的横截面轮廓的挤压体。挤出成型在下面是指一种主要成型方法，按照这种方法，从成型开口中连续地压出处于压力下的粘稠的可硬化的物质。在这种情况下产生的基体在理论上能以任意长度被挤出，其轮廓取决于开口。有各种不同的挤出方法，在这其中，金属挤压最适合于基体，因为借此能最佳地加工导热的材料比如金属。采用挤出成型方法制得的基体的特点在于，其截面轮廓沿着整个挤出长度都保持恒定。
在挤出成型时，进而在金属挤压成型时，可以利用前述成型开口按照任意方式预先确定基体的外侧。如果要调节其温度的对象是空气流，则在挤压情况下也可以构造翅片。如果要调节其温度的对象是构件或装置，则可以制备带板冷侧面的、无翅片的基体。在这种情况下也可以适当地设计开口，由此挤出基体的带有翅片的一个侧面和基体的带有板冷侧面的另一个侧面，以便将翅片式热交换器与冷板式热交换器组合起来。
按照另一种改进，热交换器包括分隔壁，该分隔壁的长度小于基体的长度。这是一种在子空间之间提供连通通路的可行方案。替代地或附加地，该通路也可以设计成分隔壁上的通孔。
根据一种改进，热交换器包括与基体固定连接的另一分隔壁，该另一分隔壁被设计用来在内部空间中形成至少一个独立于所述两个子空间的其它子空间。该另一分隔壁可以在金属挤压时一同形成。该另一分隔壁通过这种方式与基体固定地连接，从而该另一分隔壁像稳固的能提高基体的机械稳固性的板条一样起作用。
为了使得通过该另一分隔壁形成的子空间相互连通，可以在形成为挤出体的基体的端侧区域中使该另一分隔壁的一部分凹进去。该缺口可以在该另一分隔壁上采用切削工艺比如铣削或锯割开设出来，也可以采用其它加工工艺如水射束切割或激光射束切割开设出来。
为了完整地构造用于引导热量传输介质的通道，可以在端侧用端板把被构造成挤出体的基体封闭。于是不再需要为了完整地构造用于引导热量传输介质的通道而额外地铺设管或类似物。
为了把热量传输介质供给到内部空间中，且为了将热量传输介质从内部空间中排出，在一种改进中，热交换器在端板之一处设有通至内部空间的供给部件，且在同一端板或另一端板板上设有从内部空间引出的排出部件。
根据本发明的另一方面，把前述热交换器之一用作翅片式热交换器和/或用作冷板式热交换器。
根据本发明的另一方面，用于制造所述热交换器之一的方法包括如下步骤：挤出基体，该基体带有内部空间和沿着挤出方向设置在该内部空间中的引导部件；把分隔壁插入引导部件；利用两个端板使得基体在其端侧封闭；构造通至内部空间的供给部件和从内部空间引出的排出部件。
附图说明
结合对实施例的如下说明将清楚地理解本发明的上述特性、特征和优点及其实现方式，这些实施例将结合附图予以详述。其中：
图1为局部分解的热交换器的立体图；
图2a-2f为在图1的热交换器的基体中的内部空间的可能的布置情况示意图；
图3a-3c为可能的热交换器的侧视图；
图4为基体的带有槽的壁的立体图，有些翅片插入所述槽中；和
图5为可能的热交换器的轮廓图。
在这些附图中，相同的技术部件标有相同的附图标记，并且只介绍一次。这些附图只是示意性的，不特别显示真实的几何图形情形。
具体实施方式
参见图1，其所示为局部分解的热交换器2的立体图。该热交换器2主要由基体4构成，在本设计中，该基体以不受限制的方式具有矩形的横截面轮廓。在详细介绍热交换器2之前，下面将首先详述该基体4。
基体4在第一端侧6且在与第一端侧6相对的第二端侧8处朝向内部空间10敞开，所述第二端侧在图1所示的立体图中看不见。
在轮廓上观察，内部空间10由底壁12、与该底壁12相对的顶壁14、第一侧壁16以及与第一侧壁16相对的第二侧壁18限定，但只在端侧6、8处敞开。在此，内部空间10的形状在侧壁16、18的附近中成圆形，以便赋予基体4更大的机械稳固性。
在这里，内部空间10还通过五个可移动的、滑板22形式的分隔壁和四个位置固定的、板条24形式的其它分隔壁被分成十个子空间26。在这些子空间26中，可以引导热量传输介质28，这在图2a-2f中标出。对此将在后面予以详述。
各个子空间26相互连接，以便在供给接头30和排出接头32之间引导热量传输介质28。对此也将在后面详述。为了使得这些子空间26相互连接，板条24在基体4的第一端侧6的区域中包括凹口34。与此相对地，可移动的滑板22具有在图2a-2f中示出的滑板长度36，该滑板长度比基体4的在两个端侧6、8之间的基体长度38短。
为了在基体4的内部空间10中引导滑板22，在该内部空间10中设置有引导轨40形式的引导部件。为明了起见，这些引导轨40中的仅仅一个引导轨在图1中标有附图标记。
基本上，这些滑板22在基体4中应该被设置用来形成子空间26，因为这样就能在内部空间10中以任意方式对热传输介质28进行前述引导。固定地设置在内部空间10中的板条24仅仅在例外情况下使用，以便机械地稳固基体4。
在图1的基体4的底壁12和顶壁14处构造有翅片42，作为要调节其温度的对象，在图3a和3c中示出的空气流44可以流过这些翅片。为明了起见，这些翅片42中的只有位于顶壁14上的三个翅片在图1中标有附图标记。
图1中所示的基体4通过挤压而挤出产生，因为通过这种方式能够在一道工步中一起形成带有板条22和引导轨40的内部空间10以及形成在底壁12和顶壁14上的翅片42。基体4所基于的挤出体可以按任意挤出长度制得，最终可以将基体4截断至其基体长度38。然后，原则上只需要在板条24上开设凹口34，且可以由基体4制得热交换器2。
为此，首先把滑板22插到内部空间10中的引导轨40上，以便按照特定于最终使用者的形式限定子空间26。可能的特定于最终使用者的形式将在下面参照图2a-2f予以介绍。
如图2a-2c中所示，由滑板22和板条24形成的各个子空间26彼此串联地布置，从而热量传输介质28的穿过基体4的内部空间10的路径蛇形线地蜿蜒伸展。在此，如在图2a和2b中所示，滑板22和板条24可以交替地并排布置，而在基体4的内部空间10中的子空间26也可以完全由滑板22限定，如图2c中所示。在图2a中，由于使用了双倍的板条24，基体4具有最大的机械稳固性，而图2c中的、无板条24的基体4则具有最小的机械稳固性。
代替比如图2a-2c中所示，滑板22尤其可以如图2d和2e中所示那样在它们的端部之间开设通孔48。在这些通孔48中，只有一个通孔分别在图2d和2e中标有附图标记。在此，可以给每个滑板22开设多个通孔48，这些通孔在各个滑板22上最好彼此等间距。在各个滑板22的插入状态下，各个通孔48可以相对错开地布置，或者就像图2d和2e中所示那样并不相对错开地布置。同时，可以关于各个滑板22而改变这些通孔48的大小。通过这种方式，与图2a-2c中不同，热量传输介质28并非串联地经过各个子空间26。这些滑板22利用它们的通孔48最终形成了流动阻力，所述流动阻力使得热量传输介质28均匀地分布在内部空间10中。
最后，也可以把分布式地引导热量传输介质28经过内部空间10的原理与串联式地引导热量传输介质28经过各个子空间26的原理组合起来，如图2f中所示。
如果利用滑板22和板条24来设计在内部空间10中对热量传输介质28的引导(参见图2a-2f)，并将此确定下来，则使得内部空间10朝向外部封闭，只要特定于最终使用者地需要这样或者希望这样。为此，在基体4的端侧6、8装上端板46，这些端板在端侧封闭基体4的内部空间10。在图1中示出了一种可能的端板46，该端板可以装在基体4的第一端侧6上。该端板带有供给接头30和排出接头32，这与未进一步示出的、可以装在第二端侧8上的端板相反。于是把这些接头适当地布置在端板46上，使得供给接头30和排出接头32通入子空间26之一，如图2a-2f中所示。
在装上之后，使得端板46在端侧6、8与基体4连接。在选取连接技术时要考虑到，端板46应该在端侧6、8密封地封闭内部空间10，以便避免热量传输介质28泄漏。为此适宜采用焊接技术。为了尽可能精确地设计端板46与基体4之间的连接，在基体4的轮廓方向上观察，端板46形状配合地布置到所述基体上，从而这些端板位于规定的位置，且过程可靠地进行连接。
如此制得的热交换器2现在可以用来在上述空气流44和/或图3b、3c中所示的构件50与热量传输介质28之间传递热能。这里体现出了热交换器2的明显的优势，因为内部空间10及其子空间26以及对热量传输介质28的引导完全独立于底壁12、顶壁14和侧壁16、18的形状来构造。也就是说，热交换器2能以任意形状制得，且能根据特定于最终使用者的前提条件来予以调整。
在图3a中，以朝向第二侧壁18观察的侧视图示出了图1的处于工作状态下的热交换器2，在该工作状态下热交换器2暴露在空气流44中。这种形式的热交换器2是翅片式热交换器。在这种情况下，空气流44经过翅片42，而在图3a中看不见的内部空间10内，热量传输介质28以水的形式流经子空间26。在此，热量传输介质28所具有的温度低于经过翅片42的空气44的温度。通过这种方式，经过的空气44对翅片42加热，然后，这些翅片把热能输出给相应地较冷的热量传输介质28。之后，所述热量传输介质经由在图3a中看不见的排出接头32将热量输送至散热源，该散热源可以采用已公知的方式将热量传输介质28冷却，并经由供给接头30重新将其输入到热交换器的内部空间10中。
在图3b中示出了一种也可以用来设计热交换器2的替代的形式。在此，把一些构件50直接装到顶壁14上，为了与这些构件50优化地热接触，该顶壁平整地设计，即没有翅片42。这种形式的热交换器2是冷板式热交换器。为了制得用于图3b的热交换器2的基体4，在上述挤压情况下，只需提供挤出工具即可，利用该挤出工具构造出无翅片42的基体4。所有其它的用于制造热交换器2的方法步骤都保持相同。
按照特别有益的方式，可以把翅片式热交换器与冷板式热交换器统一在单个的、在图3c中示出的热交换器2中。
此外替代地，基体4也可以在侧面12-18之一上设有在图4中示出的槽52，于是可以把翅片42压入到这些槽中。在图4中示范性地借助代表基体4的板示出了该原理，为明了起见，这个板也标有基体4的附图标记。同样，图4中并非全部翅片42以及并非全部槽52都标有附图标记。
图5中示出了热交换器2的另一个实施例。
图5的热交换器2是图3c的热交换器2的改进，其中将翅片式热交换器和冷板式热交换器组合了起来。在底壁12上构造有翅片42，为明了起见，在这些翅片中，并非全部翅片都在图5中标有附图标记。在顶壁14上固定着构件50。
为了固定这些构件50，在顶壁14上构造了螺纹孔54形式的固定部件，可以分别把未示出的固定螺钉拧入到所述螺纹孔中，使得这些构件50与热交换器2机械地连接。各个螺纹孔54分别具有孔直径56。
在图5中，在热交换器2的基体4的板条24上形成了一些螺纹孔54。为此，从基体4的轮廓上观察，板条24所具有的板条宽度58大于在相应的板条24上形成的螺纹孔54的孔直径56。

Claims (10)

1.一种热交换器(2)，用于在要调节其温度的对象(44、50)与热量传输介质(28)之间传递热能，包括：
导热的基体(4)，在该基体内构造有用于引导热量传输介质(28)的内部空间(10)；和
设置在该内部空间(10)中的引导部件(40)，用于引导至少一个可插入内部空间(10)中的分隔壁(22)，所述分隔壁用于在内部空间(10)中分隔两个子空间(26)，在所述子空间中至少一部分热量传输介质(28)可被引导，
其特征在于，
所述分隔壁(22)具有使得所述子空间(26)相互连通的通路(34、48)。
2.如权利要求1所述的热交换器(2)，其特征在于，所述基体(4)是挤出体(4)，特别是具有闭合的横截面轮廓的挤压体。
3.如权利要求2所述的热交换器(2)，其特征在于，所述分隔壁(22)所具有的长度(36)小于基体(4)的沿挤出方向的长度(38)。
4.如权利要求2或3中任一项所述的热交换器(2)，其特征在于，设有与基体(4)固定地连接的另一分隔壁(24)，该另一分隔壁被设计用来在内部空间(10)中形成至少一个独立于所述两个子空间(26)的其它子空间(26)。
5.如权利要求4所述的热交换器(2)，其特征在于，该另一分隔壁(24)是挤出体(4)的一部分，使该另一分隔壁(24)的一部分(34)凹进挤出体(4)的端侧(6、8)的区域中。
6.如前述权利要求2-5中任一项所述的热交换器(2)，其特征在于，设有两个封闭部件(46)，所述两个封闭部件在两个端侧(6、8)处，将基体(4)的内部空间(10)端侧地封闭。
7.如权利要求6所述的热交换器(2)，其特征在于，设置有通至内部空间(10)的供给部件(30)和从内部空间(10)引出的排出部件(32)，用于把热量传输介质(28)供给到内部空间(10)中或者把热量传输介质从内部空间排出。
8.如前述权利要求中任一项所述的热交换器(2)，其特征在于，在基体(4)的外侧(12、14、16、18)的至少一个部分区域(12、14)中安置有冷却翅片(42)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(2)作为翅片式热交换器和/或作为冷板式热交换器的用途。
10.用于制造特别是根据权利要求1-8中任一项所述的热交换器(2)的方法，其特征在于如下步骤：
-挤出基体(4)，该基体带有内部空间(10)和沿着挤出方向设置在该内部空间中的引导部件(40)；
-把至少一个分隔壁(22)插入所述引导部件，所述分隔壁在内部空间(10)中将两个子空间(26)分隔开，且具有使所述子空间(26)相互连通的通路(34、48)；
-利用两个端板(46)使得基体(4)在其端侧(6、8)封闭；
-构造通至内部空间(10)的供给部件(30)和从内部空间(10)引出的排出部件(32)。
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