CN1145779C - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种用金属带(102)制成的热交换器，金属带以手风琴式卷绕而形成叠置的板(101)。这些板成对冲压，由一狭窄区段(103)隔开，该狭窄区段形成返回的弯头，用于折叠这两块板使一块在另一块之上。每块板(101)设有棱(106)，其形状能通过空腔引导气流路径，该路径位于板的一个角落部位中的入口和板的一个第二角落部位中的出口之间。在板(101)中在棱之间形成波纹状区(109)，以便当空气在波纹状区(109)相邻的棱之间行进时能够促进空气的旋转运动。

Description

热交换器

发明领域

本发明涉及一种热交换器，更具体地涉及一种最好用金属但也可用塑料制造的热交换器，该交换器设计用于在两股气流之间传递热量，这两股气流以大部分或基本上逆流的方式流过热交换器的一次和二次通道。

技术现状

在本人的澳大利亚专利No.660,781中叙述了一种复合结构的逆流式热交换器。该交换器利用一种曲折形卷绕的金属箔制成，在金属箔的相邻区段之间设有空腔，空腔中隔有模制塑料档板。每个档板提供一组大体上平行的气流路径，延伸在气流入口和气流出口之间。每个气流路径的入口和出口分别设置在空腔两侧的分开的路线中。这使得能够对每个入口和出口单独地连接简单的集流腔。在本人的澳大利亚专利No.637,090中描述了这样一种集流腔连接的结构。

虽然上述热交换器可以方便而可靠地完成并具有高的热效率，但它依赖于使用塑料模制，而这只有在使用相当昂贵的生产设备时才能在规模生产的基础上便宜地制造。同时，因为这些板优选采用热塑性材料，所以通过热交换器的气体温度自然受到限制。最后，由于使用模制技术，因此生产速度受到限制。

发明目的

本发明的目的是提供一种具有基本上逆流式特征的热交换器，该交换器能够比复合构造的热交换器更快速地制造和装配。

本发明

根据本发明，一种热交换器具有平行空腔的叠层，每个空腔在叠置的板之间形成，每块板有一组棱，棱有平行的平直区段，后者由平行的弯曲区段连接，每个空腔使一块相邻板的棱相对于另一相邻板的棱稍许偏离，使得一块板的各棱形成隔离物而将相邻的板隔开，并将空腔分为基本上平行的U形流动的气流路径，这些气流路径延伸在沿叠层的一个角落部位形成的气流入口和沿叠层的另一角落部位形成的气体出口之间，交替的板的棱互相对齐并相对于也互相对齐的其它板的棱几乎对齐，使得所有空腔中的相应的平行U形气流路径在其长度的大部分上基本上互相对齐。

本发明的优选特点

这些板可以互相隔开。但最好是这些板由金属带的矩形冲压区域组成，它们手风琴(风箱)式地往复折叠而形成折叠状的空腔。

方便的是，这些板成对地冲压而成，在板被折叠之前，一块板的棱从该板的对置侧伸出到这对板的另一板上的棱。这提高了冲压板的生产率。

在由本发明制成的热交换器的一种结构中，这些棱的返回弯头位于热交换器的相邻的一表面，该表面通过浸入热胶的浅盘中而被密封。当热交换器的该表面从盘中升起时，胶迅速硬化并形成一连续的壁，该壁密封该表面并将板的边缘并排地固定在其所需位置中。

叠层的邻近带胶表面的两个平行的侧面可以具有对着它们牢固地安置的平面的带窗口的板，使得叠层中的空腔在邻近该表面处闭合，但在叠层的远离带胶表面的两个对置的角落部位处开口。这使气体能够通过这两个窗口进入该热交换器的相应气路和从相应气路流出。

在叠层的余下的一面中在两个角落部位中分别设置两个平行的开口线路，使气体能够从热交换器的相应气路中出来和向相应的气路中流入。不需要在热交换器叠层的所述余下一面中设置开口的相邻板的那些部分通过折叠的锁紧结合部互相适当地结合在一起。

在热交换器的一个例子中，这些板具有设置在棱之间的矩形区，它们做成波纹状，以帮助促进流过棱间通道的气体的旋转运动。这些波纹最好对气流方向成锐角延伸，使空腔一侧上的波纹与另一侧上的波纹成横交地延伸，以便促生气体旋转作用。

附图简述

现在作为例子参照大略示意的附图更详细地描述本发明，附图中：

图1是一种用金属铝带的冲压区段形成的板的平面图；

图2示意表示一条由如图1所示地制造的若干间隔的区段或板组成的带以曲折形式往复卷绕而形成一热交换器叠层叠芯；

图3是图2中用字母A标记的圆圈内部分的放大细节图；

图4是一种包含用图2中波纹状带制成的板的叠层的热交换器的一部分的分解透视图；

图5是一台装配好的热交换器的透视图，并用箭头表示气流通过其一次和二次气路的方向；

图6表示一种金属带的一部分，该部分是通过单独一次冲压变形的，以提供热交换器的一种不同构造的两块板；

图7是如参照图6所述地制造的两块板之间形成的一个气腔的一部分的放大图，并例示将棱用作隔离物以使气腔两侧的两块板隔开；

图8示意表示，当气体流过气腔中通道时，在各棱之间的板上形成的矩形波纹区是如何促进气体的旋转的；

图9以图9A、9B、9C表示一种锁紧结合部的形成阶段，这种锁紧结合部用于部分封闭叠层的一个表面中的气腔之一的一侧；

图10例示在叠层的与采用锁紧结合部的表面对置的表面上通过连续的胶密封来密封气腔。

第一实施例的描述

图1表示一块由铝带2的方形区域或区段1形成的板，该铝带2如图2中所示以手风琴式往复卷绕而形成一热交换器叠层，图中仅示出其一部分。往复卷绕带2的效果是使带的相邻板1相互重叠对准。板1以间隔的平行关系固定，使得每对板1之间形成一空腔6。一窄条铝带隔开每对板1并在叠层的相应对置两侧形成返回的弯头3和4。铝带厚0.18mm，宽400mm，其长度足以制成200块板1，板之间间隔约6mm。

回到图1，每块板1用冲压技术制成，冲压使板1形成四条长的变形5，每条变形的截面为非对称的正弦波形，如图3中8所示。该截面形成两个棱10，分别从区段1的对置两表面凸出并具有不同高度。这样选择形成返回弯头3和4所必需的铝带的折叠，使得一个区段1上的上棱10相对地对准相邻区段的下棱，如图2中所示，使得相邻板上的棱10互相对靠而使板1分开。

变形5用作导向件，以便限制沿图1中箭头12和13所示的基本平行通道的气流。用实线表示的箭头12指示通过叠层的交替空腔6的气流，而虚线箭头13指示通过叠层的其它空腔6的气流。显然，箭头12和13通过其大部分长度时基本上处于相对流动(逆流)状态，这保证在通过叠层的交替空腔6流动的一种温度的第一气体和通过叠层6的其余空腔流动的不同温度的第二气体之间的最大热传递。

形成板1并位于变形5之间的铝带区域通过形成浅的平行波纹15而制成波纹状，这些波纹使板得到加强，有助于在板1的表面产生表面浊度。这促进空腔6之间的热传递。

图1的变形5引导气流通过板1的三角形气体入口区16和三角形气体出口区17之间的空腔6。这些出入口区的每一个冲压出三对间隔拱顶19。每对形成一个从板1的一个表面伸出的拱顶和从该区段的对置表面伸出的第二拱顶19。每个拱顶19的高度等于同一板1的同一侧上形成的每个棱10的高度。因此棱10、拱顶19和返回弯头3、4一起作用而在板1之间保持所要的间隔，如图2和3中所示。应当注意，成对拱顶19与两个变形5的端部对准。

如图4中所示，返回弯头4和3分别位于该热交换器叠层的两侧20和21。这些侧面被带窗口的平板23和24封闭，板23和24紧靠叠层的这两个侧部，每个板有一个矩形窗口25。窗口25限定气体进出叠层的相邻空腔6的开口，其位置如图5中所示。

叠层另外两侧之一(图4中用27标示)用薄的胶粘密封件28完全封闭。

余下的一侧30形成两半，其一半32具有虚线箭头的气体路径13的入口，而另一半33具有实线箭头的气体路径12的入口。两半部32和33与各自的集流腔(总管)34和35相结合。位于叠层侧30中的区段1的奇数边缘通过如图9中9A、9B和9C所示的步骤中构成的锁紧结合部40使其一半长度密封在其侧面的区段1的偶数边缘上。这样，如图4中所示，奇数边缘的左半部32由40处的锁紧结合部密封在数字序号在其前面的偶数边缘的左半部上，而奇数边缘的右半部33由锁紧结合部40密封在数字序号紧随其后的偶数边缘的右半部。叠层的交替空腔6由此通入集流腔34，而叠层的其余空腔通入集流腔35。这些集流腔的位置在图5中清楚见到，图5表示装配好的热交换器。集流腔并非关键。通过热交换器的气流路径可以直接通入导管，该导管将气体引至别处。

相邻区段边缘在40处的相互密封可以用锁紧结合部以外的其它技术实现。例如，密封可以用轨迹焊接、用软焊或用粘结剂或胶来实现。选来实现密封的方法不是本质的。

上述方法制造的热交换器可以用批量生产技术快速而便宜地生产。由于其相对流动的特征，它具有高的热效率，并且由于它完全用金属制成，它可以承受相当高的气体温度。它还有个优点是棱引导而非阻挡气流通过空腔，因此在其入口和出口之间只经受低的压力降，即使当使用相当高的气流，如大约500升/每秒或更小，直到1200升/秒或更大的气流时也如此。

虽然图1至4所描述的热交换器的构造具有做成集气箱的集流腔34、35和其它集流腔36、27，但使用此种集流腔并不关键。代替集流腔，通过其空腔的气体通道可以简单地通入导管。

如果在使用期间热交换器中有形成冷凝物的危险，那么可以这样除去，即将热交换器安装成向下向着一个下角倾斜，并使其中可能产生冷凝的空腔在下角处具有通气孔，因此冷凝物从空腔中倒空并流入在热交换器的最下角中形成的排水孔。

第二实施例的描述

图6表示两块板101，它们同时用金属箔带102冲制成。这两块板101由窄带区段103隔开，当带102以波纹式往复卷绕时窄带区段103预定形成返回弯头，使相继的板101形成图7和8中所示的叠置关系。

每个板101做成分别具有对置的边缘104、105。图7中示出一组棱106，其中大多数为U形截面，是从板101的平面冲成的，使一个板101的棱从板的对置侧面凸出到相邻板上的棱上。这些棱具有线性区段107和弯曲区段108。

波纹状矩形区109位于棱106的线性区段之间，其波纹以相对于与其交界的棱106的区段107成大约5°的锐角延伸。

从图8可以理解这些波纹的目的，图8表示两个叠置板107的一些部分。这些板由同样的冲压工艺制成，将它们折叠成围绕铝带区段103的叠置关系的效果是将棱106带入稍许偏离的关系，从而使每组棱106起两个相邻板101之间的隔板的作用，如图7中清楚地显示的。折叠铝带的效果同时使一块板101的波纹相对于相邻板101的波纹横交地取向。当气体沿棱106之间的通道向下流动时，波纹状区使气流的方向偏转。这些偏转是由对置的波纹状区109产生的，当气体向下流过通道时使气体旋转，以使其遵循由箭头111表示的路径。此种旋转用作于促进气体和在其间通过气体的板之间的热交换。

在其它方面，用图6中所述的冲压铝带制成的热交换器与第一实施例中描述的相同。因此无需重复叙述以避免不必要的重复。

图9表示以前叙述的锁紧结合部的构造。

通过同时冲压生产的两块板101的边缘104分别用冲压变形为120和121处示出的边界外形，使它们在折叠后放在一起如图9A中所示。一个辊(未示出)用于使在另一边界外形120的终端部分上方的边界外形121的终端部分变形，因而外形成为图9B中所示的形状122。然后用另一辊(未示出)将图9B的外形弯曲成为图9C的外形，从而形成一个锁紧结合部40，该结合部以正确的间隔将板101的边缘固定在一起，同时在锁紧结合部40的位置处有效地密封空腔。

图10表示板101在与图9的锁紧结合部40对置的叠层下表面处密封在一起的情况。

当图6的板101冲制完成时，将其边缘105尖锐地弯曲100°，使其端部边缘与侧邻板101紧靠，此时两块板折叠成叠置关系。然后在板的全部叠层的对置两端之间加上平缓的压力，以使其保持紧靠。叠层被下降到盛有胶124的浅盘中(未示出)，胶124在边缘105之间流动而充满边缘周围的间隙，如图10中所示。

当板的叠层从盘中移走时，胶124迅速凝固而形成图4中28处示出的密封，密封将这些板保持成以正确的间隔分开，同时保证这些空腔在其胶粘侧受到密封。

实施例的变化

图5的热交换器便于在每个集流腔50、51上连接一台风扇(未示出)。这些风扇用一个单独的电动机以同一速度驱动，该电动机与热交换器同时提供，这些风扇具有同样的特性，使得通过每个空腔的气压和流量与通过其两侧的两个空腔产生的气压和流量基本相同。

如前所述，热交换器的单块板可以用真空成形法或用使基本平板变形的其它合适方法从塑料模制。这种塑料是一种具有良好导热性和足够刚性的塑料。

Claims (10)

1.一种热交换器，具有平行空腔的叠层，每个空腔在叠置的板之间形成，每块板有一组棱，棱有平行的平直区段，平直区段由平行的弯曲区段连接，每个空腔使一块板的棱相对于另一相邻板的棱稍许偏离，使得一块板的各棱形成隔离物而将相邻的板隔开，并将空腔分为基本上平行的U形流动的气流路径，这些气流路径延伸在沿叠层的一个角落部位形成的气流入口和沿叠层的另一角落部位形成的气体出口之间，交替的板的棱互相对齐并相对于也互相对齐的其它板的棱稍许偏离，使得所有空腔中的相应的平行U形气流路径在其长度的大部分上基本上互相对齐。

2.一种如权利要求1中所述的热交换器，其特征在于所述板用金属制成。

3.一种如权利要求2中所述的热交换器，其特征在于这些板形成一个冲压金属带的连续区域。

4.一种如权利要求3中所述的热交换器，其特征在于这些板由带成对地冲压而成，使所述带的一个狭窄区段在每对板之间延伸而在其间形成一返回弯头，从该对板之一冲制成的棱沿该带的平面向外的一个方向延伸，而从该对板之另一冲制成的棱沿该带的平面向外的对置方向延伸。

5.一种如权利要求1中所述的热交换器，其特征在于这些板用具有良好导热性和足够刚性的塑料制成，以便在热交换器运行期间保持其形状。

6.一种如权利要求1中所述的热交换器，其特征在于使用锁紧结合部将叠层的相邻板密封在一起。

7.一种如权利要求6中所述的热交换器，其特征在于与锁紧结合部相对的板边缘被密封在一起，使其边缘部分转动通过比直角稍大的角度，以使一板的边缘紧靠相邻板，而这些板的紧靠部分被埋置在一层硬化的胶中，该胶密封叠层的一个表面并将该板的相邻部分保持在需要位置上。

8.一种如权利要求1中所述的热交换器，其特征在于各板的位于棱之间的部分是波纹状的，并使其波纹以相对于与其交界的棱的部分成锐角地延伸，以便在通过波纹侧面的棱之间的空腔的空气中产生旋转运动。

9.一种如权利要求1中所述的热交换器，其特征在于这些棱为U形截面并仅从形成棱的板的一侧凸出。

10.一种如权利要求1中所述的热交换器，其特征在于在热交换器操作期间有可能形成冷凝物的空腔的下角落部位中设有冷凝物排放孔。

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