CN1107962A

CN1107962A - 多层热交换器

Info

Publication number: CN1107962A
Application number: CN94119938A
Authority: CN
Inventors: 西下邦彦
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1994-10-22
Publication date: 1995-09-06
Also published as: DE69413172D1; US5562158A; JP3044440B2; JPH07167578A; EP0650023A1; DE69413172T2; EP0650023B1; KR100212935B1

Abstract

关于在空气流动方向上的散热片宽度FW，散热片厚度FT，散热片间距FP，散热片高度FH，管部件厚度TW，它们的尺寸关系是：50毫米≤FW≤65毫米，0.06毫米≤FT≤0.10毫米，2.5毫米≤FP≤3.6 毫米，7.0毫米≤FH≤9.0毫米，和2.0毫米≤TW≤ 2.7毫米。所提供的最佳的散热片形状和管部件厚度，其中热交换效率和空气流动阻力得到了很好的平衡，因此确保了热交换器热交换效率的提高和尺寸的减小。

Description

本发明涉及一种多层热交换器，其包含多层交替叠排的散热片和管部件，本发明更具体地是涉及一种散热片和管部件在尺寸关系上的改进。

在一种散热片和管部件交替叠排的热交换器中，在管部件内流动的热交换介质把其温度传递给散热片，热交换主要是通过散热片与通过由相邻管部件限定的空间的空气来实现的。到目前为止，由本申请人所制造的热交换器在空气流的方向上散热片的宽度FW为74毫米，散热片厚度FT为0.11毫米，散热片间距FP为3.6毫米，散热片高度FH为9.0毫米，以及管部件厚度TW为2.9毫米。本申请人所作的调查表明，其它生产厂家制造的热交换器的散热片在空气流动方向上的宽度FW是从64毫米到110毫米，散热片厚度FT是从0.10毫米到0.12毫米，散热片间距FP是从3.4毫米到4.5毫米，散热片高度FH是从8.0毫米到12.3毫米，以及管部件厚度TW是从2.8米到3.4毫米，其覆盖了本申请的热交换器。

尽管知道通过增加散热片与空气的接触面积会提高热交换的热交换效率，但是如果为了增大散热片的表面积而增加相邻管部件间的间距（或散热片的高度），就会降低热交换效率。而且，如果为了缩小散热片的间距而缩小相邻管部件间的间距，就会增加空气流动阻力而阻碍空气的流动。这样，不仅要考虑提高热交换效率，还要考虑减小空气流动阻力，这就必需要满足提高热交换器性能和减小热交换器尺寸的要求，因此热交换器需作进一步的改进。

本发明的产生就是为了克服上述问题。因此，本发明的目的就是提供一种多层热交换器，该多层热交换器尺寸达到最佳因而提高了效率，从而减小了大小。

关于在空气流动方向上的散热片的宽度FW，散热片厚度FT，散热片间距FP，散热片高度FH，管部件厚度TW，本申请人已经成功地寻找出的最佳尺寸关系是依据以下事实：

1）在空气流动方向上较小的散热片宽度会减小热交换器的大小和空气流动阻力，但是会使热交换器的性能比较差，而较大的散热片宽度会提高热交换器的性能，但是会增空气流动阻力;

2）较小的散热片厚度会降低空气流动阻力，但也会降低热交换性能，而较大的散热片厚度会提高热交换性能，但会增加空气流动阻力;

3）较大的散热片间距会导致很好的散热特性并减小空气流动阻力，但是会降低热交换性能，而较小的间距会提高热交换性能，但会增加空气流动阻力;

4）较高的散热片高度会导致较低的空气流动阻力，但会使热交换性能较差，而较低的高度会导致好的热交换性能，但是会增加空气流动阻力;和

5）较小的管部件厚度会导致较小的空气流动阻力，但会增加管内通过的阻力而使热交换性能较差，而较大的厚度会减小管内通过的阻力，但是会缩小相邻管部件间的距离而增加空气流动阻力。

这样，根据本发明，提供一种多层热交换器，其包括多层交替叠排的散热片和管部件，管部件的每一个都具有一条热交换介质的流动通道，本发明热交换器的散热片和管部件满足以下关系：50毫米≤FW≤65毫米，0.06毫米≤FT≤0.10毫米，2.5毫米≤FP≤3.6毫米，7.0毫米≤FH≤9.0毫米，以及2.0毫米≤TW≤2.7毫米，其中FW代表在空气流动方向上的散热片宽度，FT代表散热片厚度，FP代表散热片间距，FH代表散热片高度，和TW代表管部件厚度。

这种结构设计可以确保在散热片宽度、厚度、间距和高度，以及管部件厚度之间实现最佳的尺寸关系，由此提供一种热交换性能和空气流动阻力得到很好平衡的最佳热交换器，并相应于热交换器的尺寸的减小而提高了热交换效率。

本领域的普通技术人员可以通过参照附图以非限制方式给出的例子来理解本发明的这些和其它优点，特性以及目的，其中：

图1A和1B分别是本发明的多层热交换器的前视图和底部平面图;

图2是构成为用于图1所示多层热交换器的管部件的模压平板的前视图;

图3是说明热交换介质通过图1所示的多层热交换器流动的示意图;

图4A和4B是说明在空气流动方向上散热片的宽度FW，散热片厚度FT，散热片间距FP，散热片高度FH，和管部件厚度TW的示意图;

图5是一条特性曲线，它表示的是当在空气流动方向上散热片的宽度FW发生改变时，热交换性能与空气流动阻力之比的变化;

图6是一条特性曲线，它表示的是当散热片厚度FT发生改变时，热交换性能与空气流动阻力之比的变化;

图7是一条特性曲线，它表示的是当散热片间距FP发生改变时，热交换性能与空气流动阻力之比的变化;

图8是一条特性曲线，它表示的是当散热片高度FH发生改变时，热交换性能与空气流动阻力之比的变化;和

图9是一条特性曲线，它表示的是当管部件厚度TW发生改变时，热交换性能与空气流动阻力之比的变化。

下面将参照附图对本发明的一个典型例子进行说明。

先参照图1，用标号1整体表示的一种多层热交换器，它采用例如一种四路型蒸发器的形式，其包括许多交替叠排的散热片2和管部件3，而且例如只在其一侧设置在许多容器5。每个管部件3由一对在周边结合在一起的模压板形件4组成，并在其一端分别关于空气流动的上游和下游设置两个容器5。管部件3还包括一条热交换介质通道7，热交换介质通过这条通道，通道7从容器5延伸到另外一端。

模压板形件4是通过压制厚度为0.25毫米到0.45毫米，最好是0.4毫米的铝板制成。如图2所示，板形件4在其一端有一个形成隆起部分的杯状容器8，并且还具有一个与部分8相邻的形成隆起部分的通道9。形成隆起部分的通道9有一个突出接合部10，在两块板形件4结合在一起时，该接合部10从两个形成隆起部分的容器8之间向上延伸到模压板形件另一端的附近。在两个形成隆起部分的容器8之间形成一个用于一个连通管的安装槽11，这个连通管下面再说明。模压板形件4在其另一端有一个凸出物（见图1A），用于在硬焊前进行组装时防止散热片2脱开。形成隆起部分的容器8比形成隆起部分的通道9隆起的程度要大一些，突出接合部10以这样的方式相互配合以在周边把模压板4组合在一起，即热交换介质通道7远至另一管部件3附近被分隔以整体呈现出一个U形。

除了间隔（blank）容器5a在多层方向上基本位于中央位置以外，与管部件3相邻的容器5还在各模压板形件4的形成隆起部分的容器8处彼此相互紧挨着，并且通过形成隆起部分的容器8中的连通孔13彼此相通。

位于预定偏置位置的管部件3a上没有设置安装槽11，其依靠在具有间隔容器5a一侧的一个容器5b被延长以接通其它容器。这个延长的容器5b与安装在安装槽11中的连通管15相连接。标号16整体表示一个远离延长容器5b，在多层方向上对端的入口。入口16包括一个连接部分17用于连接一个膨胀调节阀，连通通道18使连接部分17与位于具有间隔容器的一侧的容器相通，连通通道19与连通管15相结合。

这样，假定热交换介质进入位于入口16一侧的连通通道19，所进来的热交换介质通过连通管15和延长的容器5b流入位于间隔容器5a这一侧的一半的容器中，热交换介质由此在热交换介质通道7中，沿由迎面突出的接合部10限定的分隔区上升，并沿绕过分隔区10的顶部U形下降，到达位于对侧的间隔容器5a的各相应的容器。然后，热交换介质进入剩余的约一半的管部件的容器，再沿热交换介质通道7内的分隔区10上升，随后U形绕过分隔区10的顶部下降、最后通过连通通道18流出位于具有间隔容器5a一侧的容器5（见图3的流动情况）。其结果是，热交换介质的热量在流动的过程中通过热交换介质通道7传递给散热片2，即使空气通过由散热片限定的空间进行了热交换。

散热片2波纹形地硬焊在管部件3的形成隆起部分的通道9的外表面上。如图4A和4B所示，关于在空气流动方向上的散热片宽度FW，散热片厚度FT，散热片间距FP，和散热片高度FH，所形成的每一个散热片2满足以下关系：50毫米≤FW≤65毫米，0.06毫米≤FT≤0.10毫米，2.5毫米≤FP≤3.6毫米，和7.0毫米≤FH≤9.0毫米。还有，管部件3的厚度TW满足2.0毫米≤TW≤2.7毫米的关系。

一般来说，热交换性能越高越好，而空气在管部件3之间通过的空气阻力越小越好。可以预计，如果在空气流动方向上的散热片2的宽度变窄，由于与散热片2接触时间变短，因此，空气流动阻力就会变小，但是也会相应地降低热交换性能。相反，如果在空气流动方向上的宽度变大，由于与散热片2接触时间变长，因此，热交换性能就会变好，但是，空气流动阻力就会相应地变大。进一步讲，如果减小散热片2的厚度，就会改善空气流动阻力和热传导性，但是由于热传递面积（散热片的横戴面积）变小，因此就会降低整体的热交换性能。相反，如果增加厚度，就会使热交换性能变好，而由于厚度的增加就会增加空气流动阻力。关于散热片2的间距，如果增大间距，由于良好的排热特性而减小空气流动阻力，但是由于整个表面积的减小会降低热交换性能，而如果间距变小，由于整个表面积变大就会使热交换性能变好，但是使空气流动阻力不利地增加了。关于散热片2的高度，高度越高，相邻管部件间的距离就越大，从而使空气流动阻力减小而使热交换性能变差，反之，高度越低，相邻管部件间形成的通道的截面积越小，从而使热交换性能变好，但是会增加空气流动阻力。

进一步讲，减小管部件的厚度会增加管内的通道阻力，因而使流过通道的热交换介质减少，导致热交换性能变差，但是由于空气的流动没有更多的被管部件所阻挡，因此会减小空气流动阻力。相反，增加厚度会增加热交换介质在管内的流动，其反过来会改善热交换性能，但是由于管部件使空气通道变窄，所以，空气流动阻力会增加。从以上可以看出，热交换性能与空气流动阻力之比可以作为一个评价一种热交换器的指标。

这样，这种热交换器可以用一个坐标系来评价，其中纵坐标的轴代表热交换性能/空气流动阻力，模坐标的轴代表在空气流动方向上的散热片宽度FW，散热片厚度FT，散热片间距FP，散热片高度FH，和管部件厚度TW中的任何一个。热交换器的标准尺寸是FW＝60毫米，FT＝0.08毫米，FP＝3.1毫米，FH＝8.0毫米和TW＝2.4毫米。图5表示的是当改变在空气流动方向上散热片2的宽度FW时指标的变化情况，图6表示的是当改变散片厚度FT时指标的变化情况下，图7表示的是当改变散热片间距FP时指标变化的情况图8表示的是当改变散热片高度FH时指标变化的情况，图9表示的是当改变管部件厚度TW时指标变化的情况。

在空气流动方向上的散热片宽度FW的特性曲线在60毫米附近出现一个指标的峰值，其必为50毫米或大于50毫米以确保热交换量的一般水平。如果散热片宽度增加到74毫米，即一个一般卷边（bead）尺寸的话，那么由于相应于宽度的增大，空气流动阻力也会增加，所以不可能获得满意的指标。因此，如果根据等于或超过与FW下限相对应的指标来设定散热片的宽度，那么散热片宽度的上限应为FW≤65毫米。

散热片厚度FT在0.06毫米到0.10毫米之间可以获得一个好指标，指标的峰值大约在0.08毫米的地方。相应地，如果散热片厚度减小，那么热交换过程就会变得更难进行并使热传递面积减小，因此，FT必须为0.06毫米或更大。相反，如果根据等于或超过与FT下限相对应的指标，那么散热片厚度的上限应为FT≤0.10毫米，这是因为增大FT会使热交换效率变好，但会增加空气流动阻力。

由于散热片间距越小空气流动阻力越小，所以，从空气流动阻力的实际许可限度来看，特性曲线的指标峰值出现在3.0毫米附近的散热片间距必须是2.5毫米或大于2.5毫米。此外，FP越大空气流动阻力越小，但是热交换效率越差。因此，如果根据等于或超过与FP下限相对应的指标来进行设置的话，那么散热片间距的上限应为FP≤3.4毫米。但是，从改善排放在散热片之间产生的冷凝物的能力（散热片的排放特性）的角度，或从减少材料消耗的角度来看，要使热交换器使用寿命长，就林以轻微降低热交换性能为代价，所以，FP实际应为3.6毫米或更小（例如3.5毫米）。这样，散热片间距最好在2.5毫米≤FP≤3.6毫米之间。

散热片高度FH在7.0毫米到9.0毫米之间可以获得一个好的指标，指标峰值大约在8.0毫米的地方。由于散热片高度越小空气流动阻力越大，所以，从空气流动阻力的实际许可限度来看，FH必须是7.0毫米或更大。相反，FH越大空气流动阻力越小，但是热交换效率越差，因此，如果根据等于或超过与FH下限相对应的指标进行设定的话，散热片高度的上限应为FH≤9.0毫米。

此外，由于厚度越小，热交换介质通过管道的通道阻力越大，所以，从实际许可的通道阻力的限度来看，其特征曲线中峰值出现在2.3毫米附近的管部件厚度TW必须是2.0毫米或大于2.0毫米。反之，厚度越大通道阻力越小，但是空气流动阻力越大，因此，如果根据等于或超过与TW下限相对应的指标进行设定的话，管部件厚度的上限为TW≤2.6毫米。要提醒的是，从以轻微降低性能为代价来减小通道阻力的角度，或从制造误差的角度来看，TW的上限实际应为2.7毫米或更小。因此，最佳的管部件厚度TW应该设定在2.0毫米≤FP≤2.7毫米。

这样，在上述范围获得的散热片和管部件最适合于在提高热交换效率的同时又减小空气流动阻力。相应地，使用满足上述关系的热交换器会确保获得一种与普通热交换器相比尺寸小，重量轻的热交换器。

虽然上面已经详细说明了本发明的示例性和已有的最佳实施例，但是特别应该知道的是，在不离开本说明书的清楚的教导的前提下，本发明的主题可以采用其它各种方式进行实施和使用，所附的权利要求书正是要覆盖除了已有技术所限定的以外的各种这样的变化。

Claims

1、一种多层热交换器，包括多个交替叠排的散热片和管部件，管部件的每一个都包括一个热交换介质的流动通道，所说热交换器的所说散热片和管部件满足以下关系：

50毫米≤FW≤65毫米；

0.06毫米≤FT≤0.10毫米；

2.5毫米≤FP≤3.6毫米；

7.0毫米≤FH≤9.0毫米；和

2.0毫米≤TW≤2.7毫米；

其中FW表示在空气流动方向上所说散热片的宽度，FT代表所说散热片的厚度，FP代表所说散热片的间距，FH代表所说散热片的高度，和TW代表所说管部件的厚度。

2、根据权利要求1的一种多层热交换器，其中，

所说的管部件的每一个在其一侧都包括一对容器，并包括一个U形通道以使所说的各容器间相通，所说的管部件与夹在它们之间的散热片交替叠排出多层，与所说管部件相邻的所说容器相互串联构成在叠排方向延伸的第一和第二组容器，所说的第一组容器基本在中部被分为两个部分，所说的第二组容器没有相互分开而是相互连通，和

所说的热交换器在其沿叠排方向的一端还包括第一和第二端口，热交换介质分别通过这两个端口流进和流出，所说的第一端口通过一个连通管与所说的第一组容器相通，所说的第二端口与所说的第二组容器相通。

3、根据权利要求2的一种多层热交换器，所说的第一和第二端口的每一个都包括一个连接部分用于与一个膨胀调节阀相连，从所说的连接部分延伸出的一个第一连通通道，适合于与位于所说连通通道和所说第一组容器之间的所说连通管相连，从所说的连接部分延伸出的一个第二连通通道，适合于与所说的第二组容器相连。

4、根据权利要求2的一种多层热交换器，其中，

进入所说第一端口的所说热交换介质流过所说的连通管，进入约一半的所说管部件，经过各自的所说U形通道，最后到达所说的第二端口。

5、根据权利要求1的一种多层热交换器，其中所说的热交换器是一种四路型蒸发器，其只有一侧具有多个容器。

6、根据权利要求1的一种多层热交换器，其中所说的管部件的每一个都包括一对模压板形件，所说的模压板形件在其周边结合在一起。

7、根据权利要求6的一种多层热交换器，其中所说的模压板形件的每一个都是厚度为0.25到0.45毫米的铝板。