CN1140828A - 用于热交换器的冷却管 - Google Patents

Abstract

用于热交换器的一种冷却管含有扁平管，扁平管在其内部具有平行的冷却介质通道和含有上及下壁以及一组在上及下壁之间联接的加强壁，加强壁沿着管纵向地延伸并以预定的距离彼此间隔分布。每个加强壁都制有一组联通孔，用于构成平行的冷却介质通道以便彼此沟通。每个加强壁的开口率为100～40％，开口率是加强壁上的所有联通孔与加强壁的比例。

Description

用于热交换器的冷却管

本发明涉及用于流通冷却介质的管子，即用于热交换器的冷却管，特别是涉及用于机动车空冷系统的冷凝器和蒸发器的冷却管。

此处及权利要求中所用的术语“铝”包括纯铝及合金铝。

JP-B-45300/1991公开了一种机动车空冷系统用的冷凝器，它包括一对左右布置、平行的及彼此间隔分布的管座，每个平行的扁平冷却管的相对端部联接在两个管座上，波纹翅分布在相邻冷却管之间的空气流通间隙中并铜焊在相邻的冷却管上，引入管联接在左管座的上端部，导出管联接在右管座的下端部，左隔板制在左管座内并位于管座的中部的上方，而右隔板制在右管座内并位于管座中部的下方，引入管和左隔板之间的冷却管的数目，左隔板和右隔板之间的冷却管的数目，以及右隔板和导出管之间的冷却管的数目，从上向下递减。以气态流入引入管的冷却介质在液态流出导出管之前，之字形地流过冷凝器。所描述结构的冷凝器称为平行流动或多头流动冷凝器，实现了较高效率、较低压力损失及超紧凑，现在被广泛用于代替传统的蛇形冷凝器。

因为冷却介质是以高压气体形式导入冷却管的，因此用于冷凝器的扁平冷却管需要具有压力阻尼。为满足这一要求及实现高的热交换效率，使用的冷却管是扁平铝管形式的，它含有上及下壁，和联接于上及下壁之间的加强壁并纵向地延伸。

然而，制作在冷却管内的加强壁在管的内部构成了独立的平行的冷却介质道通。空气流动的方向与平行的冷却介质通道成垂直，这样一来，冷却介质通道的空气引入端的热交换效率必然高于通道的空气导出端的。因此，在冷却介质通道的上游侧的气态冷却介质急速地冷凝成液体，而同时在下游侧通道内的冷却介质仍保持不变。当从冷却管的整个结构来考虑时，冷却介质的流动是不均匀的，不能达到高的热交换效率。

本发明的目的是提供一种可达到高热交换效率的用于热交换器的冷却器。

本发明提供一种能实现上述目的冷却管，该冷却管包括有扁平管，在扁平管的内部具有平行的冷却介质通道并具有上及下壁和一组联接于上及下壁之间的加强壁，加强壁沿管纵向地延伸并以预定距离彼此间隙地分布，每个加强壁上制有一组用于联通平行的冷却介质通道的联通孔，以便彼此沟通，每一个加强壁的开口率为10～40％，开口率是加强壁上的所有联通孔与加强壁的比例。

将要通过平行的冷却介质通道的冷却介质横着地流过管子的各联通孔，扩散到所有通道的每一部分，由此使冷却介质的各部分混合在一起。因此各通道之间的冷却介质不产生湿度差，其结果使冷却介质在上游侧和下游侧的冷凝过程相同。流动均匀，实现了提高热交换效率的目的。开口率是加强壁上的所有联通孔与该加强壁的比例，它影响热传导。当开口率在10～40％范围之内时，可得到满意的热传导，由此，冷却管的热交换效率可得到进一步改善。开口率之所以限定在10～40％的范围，是因为：如果开口率小于10％时，热传导不增大，再者如果开口率超过40％，热传导也不再增大，只会带来摩擦系数的增大。开口率范围为10～40％；10～30％较为可取，而20％最可取。

联通孔在横截面上的尺寸按下列因素考虑来确定：能使冷却介质平稳地在相邻的通道之间流过，不受在铜焊过程中很可能发生的焊料流动的堵塞，以及决不损害冷却管的压力阻尼。联通孔的间距要这样确定：即冷却介质能平稳地流过加强壁，而不会降低冷却管的压力阻尼。

制在一组加强壁上的联通孔的布局，以从上方向下看时是交错的为最佳。

加强壁在管的横向(宽度)上的间距最好是最大到4mm。如果间距超过4mm，将导致降低热交换效率。

加强壁的高度最好是最高为2mm。如果高度超过2mm，不但使制造紧凑的热交换器遇到困难，空气通道的阻尼也增大，结果降低了热交换效率。

下面将参考附图，更详细地描述本发明。

图1是表示本发明的实施例1的扁平冷却管的剖面图；

图2是图1所示的管的局部放大图；

图3是沿图1的线3-3截取的局部放大图；

图4是剖视图，它表示的是用滚压法生产用于制造本发明的实施例1的冷却管的铝板时的情况；

图5是剖视图，它表示的是如何在图4所示的铝板的脊的上缘上制出缺口的情况；

图6是沿图5中的线6-6截取的剖视图；

图7是纵向剖视图，表示的是如何在一道工序中制出脊和脊上缘的缺口；

图8是局部放大立体图，表示的是加工本发明的实施例1的冷却管时的情况；

图9是根据本发明的实施例2的扁平冷却管的剖视图；

图10是根据本发明的实施例3的扁平冷却管的剖视图；

图11是根据本发明的实施例4的扁平冷却管的剖视图；

图12是根据本发明的实施例5的扁平冷却管的剖视图；

图13是根据本发明的实施例6的扁平冷却管的剖视图；

图14是表示评价试验1结果的曲线图，即冷却介质的平均质量X和热传导hA之间的关系；

图15是表示评价试验2结果的曲线图，即冷却介质平均质量X和传热系数h之间的关系；

图16是表示评价试验3结果的曲线图，即在冷却介质的平均质量X为20％、50％或80％时，开口率和热传导hA之间的关系，以及冷却介质的平均质量X为50％时，开口率与摩擦系数之间的关系；

图17是表示评价试验4结果的曲线图，即在冷却介质的平均质量X为20％、50％或80％时，开口率与传热系数h之间的关系，以及在冷却介质的平均质量X为50％时，开口率与摩擦系数f之间的关系；

图18是表示评价试验5结果的曲线图，即在构成了含有冷却管的冷凝器时，冷却介质的压力损失ΔPr与幅射通过单位前端面积的热量Q/Fa之间的关系；以及

图19是其内使用了扁平冷却管的冷凝器的前视图。

图19所示的冷凝器含有实施本发明的扁平冷却管。该冷凝器包括有：一对管座61、62，它们平行地布置在左和右方且彼此成间隔分布；平行的扁平冷却管63，每个冷却管63的相对两端部与两个管座61、62相连接；布置在相邻的冷却管63之间的空气流通间隙内、并铜焊在相邻的冷却管63上的波纹形翅片64；与左管座61的上端相联接的引入管65；与右管座62的下端相联接的导出管66；制备在左管座61内部并位于其中部上方的左隔板67；制备在右管座62内部并位于其中部下方的右隔板68。引入管65与左隔板67之间的冷却管63的数目，左隔板67与右隔板68之间的冷却管63的数目，以及右隔板68与导出管66之间的冷却管63的数目，按以上次序递减。以气体形式流入引入管65内的冷却介质在以液体形式流出导出管66之前曲折(之字形)地穿过冷凝器。

用于上述冷凝器的冷却管63与本发明有关。下面将描述实施本发明的冷却管。下列的实施例的开口率都是10～40％，开口率是每一个加强壁上的所有联通孔与该加强壁的比例；造在一组加强壁上的所有联通孔都是交错布置的。

实施例1

本实施例示于图1至3。用于热交换器的冷却管T1由扁平铝管7构成，管7在其内部具有平行的冷却介质通道6并包括有：平直的上和下壁1、2，左及右垂直侧壁3、4，壁3、4分别地联结在上及下壁的左侧缘之间及它们的右侧缘之间；及一组加强壁5，加强壁5联结在上及下壁1、2之间沿管子纵向延伸并彼此间隔一预定距离。在每一个加强壁5造有一组矩形联通孔8，用来沟通平行的冷却介质通道6。

扁平铝管7由上及下两块铝板9、10制成，是通过把下板10的相对(两)侧缘垂直地弯曲和把已弯曲的侧缘和上铝板9的各个侧缘联接平构成的，以便用两块铝板9、10来形成腔部。

加强壁5由从下壁2向内凸起的平行脊11构成，并与上壁1的内表面联结。矩形联通孔8由矩形缺口12构成，缺口12以预定的间隔制备在每一个脊11的上缘上且其开口被上壁1封盖住。

冷却管T1以下列方法来制造。

参考图4，以下表面上覆盖有钎焊填充金属的钎焊板作为要加工的铝板坯料，其厚度大于冷却管的上及下壁的厚度，首先用一对上及下辊子13、17进行轧压。上辊子13具有：成间隔分布的平行环形槽14；造在槽14的结构的各个外侧的第一小直径部分15，每一个部分15都具有与槽14的底面相同直径的圆周；和第二小直径部分16，部分16位于各个第一小直径部分15的外部，并具有比部分15更小的直径和更大的宽度。下辊子17在各个外端上制配有大直径部分18，每个部分18具有和第二小直径部分16平齐的外端面，并具有比部分16小的宽度。辊子13、17的圆周表在形成平直部分19，部分19通过使板坯减薄至一定的厚度来制成下壁2。利用环形槽14，加子13、17还制出脊11，脊11从平直部分19凸起并一体地制出。再者，在平直部分19的各个侧缘制出竖直部分20，每个竖直部分20包含与脊11等高的内台肩部20a和从台肩部20a的外缘向上延伸的薄壁20b。于是，在轧压工序中就制出了轧制铝板21。

如图5和6所示，轧制铝板21然后在一对上及下辊子22、24之间穿过。上滚子22具有矩形凸起23，该凸起23以预定间隔布置在一定位置上，该位置和上道工序使用的上辊子13中的每一个平行环形槽14相对应。这一轧压工序在各个脊11的上缘上以预定的间隔制出了矩形缺口12，从而获得下铝板10。

凸起23布置成交错的，因此当从上方看下去时，制作在平行的的脊11的上缘上的缺口12也成交错配置。

为了制成具有缺口12的脊11，上述制造下铝板10的生产方法需分为两步。然而，如图7所示，通过利用上辊子26和第一工序的下辊子17相结合，就能在单工序中制出这些带缺口12的脊11上辊子26的每个平行环形槽14都有以预定间隔布置的凸起25且其高度小于槽的深度。

另一方面，制备出平直的上铝板9，上铝板9含有钎焊板，钎焊板具有每面都覆盖了钎焊填充金属层的相对(两)表面。如图8中所见，上铝板9的上表面在它的每一个相对侧缘部分具有向外向下的斜面27。参考图2，上铝板9的每一个侧缘部分被置于下铝板10的竖直部分20的台肩部20a上，而薄壁20b(以点划线标示)，被折弯在上铝板9的斜面27上面。其次，上板9的下表面用钎焊在下板10的竖直部分20的台肩部20a上和该处的脊11的顶端上，从而制成冷却管T1。

上辊子13的圆周表面可制出凹槽及凸起，其横截面是三角波纹形或滚花形的。然后，获得的下铝板10具有纵向延伸贯穿整个内表面的凸起和凹槽，或者具有花格形凸起或凹槽的内表面。这使下壁2的表面积增加。

实施例2

图9表示的是这一实施例，即用于热交换器的冷却管T2。管T2除了具有双层结构的左及右侧壁28、29之外，其结构和实施例1的相同，联通孔30是倒梯形的；以及一组较低的，与下壁2制成一体的向上凸起31，它们纵向地延伸并彼此间隔地分布，以增大传热表面面积。可通过在脊11的上缘制出梯形缺口32形成孔30。

管T2含有扁平铝管33，它是通过下列方法制法成的：将上及下两块铝板34、35的相对侧缘折弯，使两块铝板34、35中的一块的已折弯侧缘分别地与另一块铝板的已折弯侧缘相配合，并把配合部分联结起来；以便用板34、35构成腔部。

更具体地说，侧壁28、29是用下述方法制成的。在下铝板35的相对侧缘上分别制成与加强壁5等高的竖直部分36，在每个竖直部分36的底缘制出向外向上倾斜的斜面38。另一方面，如图9中的点划线所示，在上铝板34的每一个相对侧缘造有悬垂部分37，悬垂部分37与竖直部分36的外侧面相接触并向下凸出而稍稍超出下壁2的下表面。悬垂部分37的下凸部37a折贴到下铝板35的各个斜面38上，而且上及下铝板34、35互相接触的部分用钎焊焊接起来。

实施例3

图10表示的是这一实施例，即用于热交换器的冷却管T3，它含有扁平铝管39。管39是由铝板40制备成的，铝板40是钎焊板，在钎焊板的一个表面(覆盖)有钎焊填充金属层，象发夹一样把板从它的宽度的中部折叠起来(钎焊层朝外)，以形成腔部，把相对侧缘折弯成圆弧的形状，并使侧缘彼此对齐接触和联结起来。因此，管39就具有了带圆弧的左及右侧壁41、42。这样做使得平齐接头43在横截面内是斜的，以便在已增大面积的上方形成接头43。

每一个加强壁44都是通过联接向下的脊44a和向上的脊44b来形成，脊44a从上壁1向内凸起，脊44b从下2向内凸起。每个梯形联通孔5都通过一对梯形的缺口45a、45b的结合来构成。这种缺口45a、45b以预定间隔分别地造在向下的脊44a的下缘上和向上脊44b的上缘上。

实施例4

图11表示的是这一实施例，即具有两种加强壁46的热交换冷却管T4。一种壁46的每一个由向下的脊46a构成，脊46a从上壁1向内凸出并与下壁2的平直内表面联接。其它种类的壁46的每一个由向上的脊46b构成，脊46b从下壁2向内凸出并与上壁1的平直内表面联接。两种壁46的交错布置。梯形联通孔47由梯形缺口47a、47b构成。缺口47a、47b分别制在向下的脊46a的下缘上和向上的脊46b的上缘上，且它们的开口被上及下壁1、2中的一个所封盖。除了这一特点，本实施例和实施例3相同。

实施例5

图12表示的是这一实施例，即热交换器冷却管T5。管T5具有由向下的脊48a构成的加强壁48，脊48a从上壁1向内凸出并与下壁2的平直内表面相联接。梯形联通孔49由梯形缺口49a构成，缺口49a以预定间隔造在脊48a的下缘上，而且缺口49a的开口被下壁2所封盖。除这一特点外，本实施例与实施例3相同。

实施例6

图13表示的是这一实施例，即热交换冷却管T4，该管T4包括有扁平铝管50。管50由上及下两块铝板51、53通过下述方法制成：把两块板的相对侧缘折弯成彼此相向的圆弧形状，以形成腔部，把板的缘彼此对齐并联接对齐的边缘。除了这一特点之外，本实施例和实施例3相同。左及右齐平接头53、54和实施例3的情况一样，在截面内是斜的。

具有脊等(结构)并应用于前述实施例中的铝板可用具有特定横截面的挤压铝板来代替。

下面将通过比较例来描述本发明的实例。实例及比较例的冷却管的剖面形状如图1所示。

实例1

一冷却管，其长度为508mm，侧壁3、4之间的距离为16。5mm，上及下壁1、2之间的高度为1mm，加强壁5的数目为6个，加强壁5的间距为2.4mm，加强壁5的厚度为0.3mm，联通孔8的间距P为1.6mm，联通孔8的长度L为0.8mm，联通孔8的高度H为0.2mm，及开口率为10％。

实例2

除了联通孔的高度为0.4mm及开口率为20％以外，其余与实例1相同的冷却管。

实施例3

除了联通孔的高度为0.6mm及开口率为30％以外，其余与实例1相同的冷却管。

实例4

除了联通孔的高度为0.8mm及开口率为40％之外，其余与实例1相同的冷却管。

比较例

除了加强壁上没有联通孔之外，其余与实例1相同的冷却管。

评价试验1

实例1及比较例的冷却管用来确定冷却介质平均质量X(冷却介质中蒸发质量的百分数)与热传导hA之间的关系(h：传热系数，A：冷却管内部的传热面积)。确定的方法如下。冷却管被置于冷水管道内，含有HFCl34a的冷却介质通过冷却管，而冷水则通过管道。经过一定的时间间隔之后，冷却介质的质量速度G定在400kg/m²·s，冷却介质的引入温度为65℃，而冷却介质与冷水之间的热通量为8kw/m²。冷水的流通率定在雷诺数1500。在平均质量X的各种数值时测出热传导hA。

结果如图14所示，它显示，当加强壁制有联通孔时，其热传导hA在任何平均质量X数值时都大于无联通孔时的。

评价试验2

实例2及比较例的冷却管用来确定冷却介质的平均质量X与传热系数h之间的关系，所用方法与评价试验1相同。图15表示其结果。

图15显示，在任何平均质量X数值时，加强壁制有联通孔时的传热系数h都大于无联通孔时的。

评价试验3

实例1至4及比较例的冷却管用来确定开口率与热传导hA之间在冷却介质的平均质量X为20％、50％或80％时的关系，以及开口率与摩擦系数之间在冷却介质的平均质量X为50％冷却介质雷诺数为10⁴时的关系，确定关系的方法和评价试验1的相同，图16表示了其结果。

图16显示在平均质量X的任何值时，加强壁制有联通孔时的热传导hA都大于无联通孔时的，而当开口率为20％时热传导hA特别大。

评价试验4

实例1至4及比较例的冷却管用来确定开口率与传热系数h之间在冷却介质的平均质量(X)为20％、50％或80％时的关系，所用方法与评价试验1的相同，以及开口率与摩擦系数f之间在冷却介质的平均质量X为50％、雷诺数为10⁴时的关系。图17表示了其结果。

图17显示，在平均质量X的任何值时，加强壁制有联通孔时的传热系数h都大于无联通孔时的，开口率为20％时的传热系数特别大。

评价试验5

图19所示的三种多头流动式冷凝器是用实例2或比较例的冷却管制成的。更具体地说，用37个冷却管，及波纹翅，其宽度为22mm，高度为7mm，及翅距为1mm，用于制成核心部分(其宽度为326mm，高度为330.5mm，前部面积为0.108m²)，而每个冷却管的相对端头与右及左管座联接。I型(单通道)冷凝器中的相对管座未设置隔板。II型冷凝器，在左管座内其中部的上方设有隔板，另一个隔板设在右管座内其中部的下方，20个冷却管位于左管座的隔板的上方，11个冷却管布置在两块隔板之间，及6个冷却管位于右管座(三通道)的隔板下方。III型冷凝器具有两个隔板，分别位于左管座中的上部分和下部分，位于右管座内部的两个隔板，一个在左管座的两块隔板之间的中间位置上，而另一个在左管座的下隔板之下，12个冷却管位于左管座的上隔板的上方，9个冷却管位于左管座的上隔板和右管座的上隔板之间，7个冷却管位于右管座的上隔板和左管座的下隔板之间，5个冷却管位于左管座的下隔板和右管座的下隔板之间，及4个冷却管位于右管座(五通道)的下隔板下方。检测了冷凝器中冷却介质的压力损失ΔPr每单位前部面积的热幅射量Q/Fa之间的关系，其结果示于图18。

图18显示，含有加强壁上制有联通孔、开口率为20％的冷却管的蓄热器，比含有加强壁上没有联通孔的冷却管的蓄热器的性能优越，甚至当压力损失相同时，前者的性能也比后者优越。

Claims (13)

1.一种热交换器冷却管，它包括有扁平管，扁平管内部有平行的冷却介质通道和上及下壁及在上及下壁之间联接的一组加强壁，加强壁沿冷却管纵向地延伸并以预定距离彼此间隔分布，每个加强壁都制有一组联通孔，以沟通彼此平行的冷却介质通道，每一个加强壁的开口率为10～40％，开口率是加强壁上的所有联通孔与加强壁的比例。

2.如权利要求1所述的热交换器冷却管，其特征是，开口率为10～30％。

3.如权利要求1所述的热交换器冷却管，其特征是，开口率约为20％。

4.如权利要求1、2或3所述的热交换器冷却器，其特征是，联通孔的形状是矩形的或梯形的。

5.如权利要求1、2或3所述的热交换器冷却管，其特征是，制在一组加强壁上的联通孔，从上方看下去时，它们是交错布置的。

6.一种热交换器冷却管，它包括有扁平铝管，扁平管内部有平行的冷却介质通道和上、下壁及一组加强壁，加强壁沿冷却管纵向地延伸并以预定距离彼此间隔地分布，扁平铝管由铝板制成，每个加强壁有从铝板凸起并与铝板成一体的脊，每个加强壁都制有一组联通孔，以沟通彼此平行的冷却介质通道，每个加强壁的开口率为10～40％，开口率是加强壁上的所有联通孔与加强壁的比例，加强壁上的联通孔，从上方看下去时，是交错布置的。

7.如权利要求6所述的热交换器冷却管，其特征是，铝板包括有钎焊板，钎焊板在板的相对表面的至少一个表面上覆盖有钎焊填充金属层。

8.如权利要求6所述的热交换器冷却管，其特征是，扁平铝管是通过折弯上及下两块铝板中的至少一块的相对侧缘来制备的，并把已折弯的侧缘与另一块铝板的各个侧缘相联接，以便通过两块铝板来构成腔部。

9.如权利要求6所述的热交换器冷却管，其特征是，扁平铝管是通过折弯上及下两块铝板的相对侧缘来制备的，使两块铝板中的一块的已折弯的侧缘与另一块铝板的各个已折弯侧缘相配合，并联结配合部分，以便用两块铝板来构成腔部。

10.如权利要求6所述的热交换器冷却管，其特征是，扁平铝管是通过在铝板的宽度中部折叠它来制备的，以便形成腔部，把板的相对侧缘的至少一个折弯，把已折弯的侧缘与另一侧缘对齐并联结它们。

11.如权利要求2所述的热交换器冷却管，其特征是，每一加强壁是由向下的脊和向上的脊构成的，向下的脊从上壁向内凸出并与上壁成一体，向上的脊从下壁向内凸出并与下壁成一体以及与向下的脊相联结，而联通孔是由对置的一对缺口的结合来构成的，对置缺口制作在向下的脊的下缘上和向上的脊的上缘上并以预定的间隔分布。

12.如权利要求6所述的热交换器冷却管，其特征是，加强壁包括那些由向下脊及那些由向上脊构成的壁，向下脊与上壁成一体并从上壁向内凸出以及与下壁的平直内表面相联接，向上的脊与下壁成一体并从下壁向内凸出以及与上壁的平直内表面相联接，两种加强壁交错布置，联通孔由缺口构成，缺口制作在向下的脊的下缘上和向上的脊的上缘上并以预定的间隔分布和具有被上及下壁中一个所封盖的开口。

13.如权利要求6所述的热交换器冷却管，其特征是，每一个加强壁由脊构成，脊从上及下壁中的一个壁，向内凸出并与该壁成一体以及与另一壁的平直内表面相联接，联通孔由缺口构成，缺口制作在脊的边缘上并以预定间隔分布以及具有被上及下壁中的一个壁所封盖的开口。

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