CN1201131C - 驼峰凸起状散热片式热交换器 - Google Patents

驼峰凸起状散热片式热交换器 Download PDF

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Abstract

一种带有多个通常垂直于并延伸穿通一批驼峰凸起状散热片的管子的散热片式热交换器。散热片有多个通孔以接纳管子。这些通孔被安置成排，且被无皱折而围绕着通孔的环所限定。一些长的与短的梯形加强卷边与散热片联为一体，且被置于各排通孔之间。各排通孔与散热片中的各排弧拱凸起相一致。

Description

驼峰凸起状散热片式热交换器
技术领域
本发明涉及散热片式热交换器，尤其涉及此种热交换器所用的驼峰凸起状散热片。
背景技术
散热片式热交换器众所周知。一般来说，该类热交换器包括一个由成平行关系间隔的许多堆积式板片构成的芯子。板片具有供管子通常与板片平面成垂直而穿通的定位孔。管子互相连通，并装载着穿过热交换器的第一流体。第二种流体，通常为空气，在堆积式板片之间流动。由于穿过散热片并经过管子而进行热交换，使热交换在这些流体之间发生。
把受到散热片周围流体作用的散热片表面积增至最大，并加大该流体的紊动，即会增加热交换。这是靠着图1所示在散热片10上采用凹槽与波纹而实现的。图2显示现有技术所采用的波纹11。这种增大表面积的方式，带来一些可能会降低散热片性能的缺点。这些缺点包括：由于波纹11而使散热片10的一个平面更薄而易损坏，制作芯子期间损坏的可能性加大，以及形成不平坦的芯子而受损的可能性加大。每种这样的缺点，都会增加制造成本并/或降低热交换器的效率。
影响热交换器性能的另一个因素，在于管子与散热片的连接。管子与散热片紧密连接，会改善热交换器的性能，因此，管子与散热片的良好连接，例如良好的软焊或硬焊连接，是很需要的。
在多种散热片式热交换器中，管子12被推得穿过定位管孔13而进入散热片中。管子一旦到位，就由于把所谓“子弹”或可胀式心轴传通每根管子而使管子机械地膨胀。于是，管子侧壁就被无弹性地推得与周围的散热片紧相靠近，就能形成彼此的优良连接。于是在整个散热片与管子的共界面上，就会有优良的热交换。
然而，在有些情况下，管子的膨胀是不切实际的甚至不可能的。例如，现有技术那种有着数百根管子12的多排式热交换器，就因为管子太多而根本无法使管子膨胀。且当管子表面有波纹，或管子配了内用紊流器或加强带时，要想不把波纹弄平，不损坏管子所配紊流器的功效，或不想损坏管子所配加强带的抗内压强度，就不能把子弹驱动得穿过管子里。因此，已有人试图以其他办法，来达到确保管子与散热片良好硬焊连接或软焊连接所必需的紧相靠近。
例如，现有技术采用了可以部分或完全被环14包围的散热片通孔。图3所示现有技术的环14有皱折，其中的环14与散热片10相会。这些皱折15防止散热片10的环14周边完全与管子12接触，这样，由于在不接触之处没有软焊或硬焊所用金属，就会降低热交换器芯子的性能。
由于这些原因及其他原因，既定尺寸、重量及制作成本的热交换器，其性能现状令人不完全满意。
发明内容
本发明的目的就是解决上述一个或多个问题。
本发明的一个目的是，提供一种能够替代既定尺寸的现有技术热交换器，且比起现有技术器具来热交换性能更佳的热交换器。
本发明的另一个目的是，提供一种比起可被替代的现有技术热交换器来，是重量更轻的既定尺寸与性能标准的热交换器。
本发明的又一个目的是，提供一种比起现有技术散热片来，包围着管子通孔的环皱折更少的散热片式热交换器。
本发明再又一个目的是，提供一种以多种选择构造新型芯子的制造方法，取代以现有技术散热片所构造的芯子。
本发明还有一个目的是，提供一种不散失散热片刚性而使表面积增大的散热片所构造的散热片式热交换器。
按照本发明的第一方面，提供一种包括多个管子及多个散热片的散热片式热交换器，该散热片包括：多个至少隔为两排且基本上在整个散热片长度上延伸的弧拱变形，该弧拱变形具有多个设置在其中的管子通孔；其特征在于：多个与散热片整体的加强卷边，所述加强卷边设置在所述弧拱变形之间，所述加强卷边包括短和长加强卷边。
按照本发明的第二方面，提供一种包括多个管子及多个散热片的散热片式热交换器，该散热片包括：多个至少隔为两排且基本上在整个散热片长度上延伸的弧拱变形，所述弧拱变形具有多个形成得使接纳其中的上述管子被环绕的管子通孔；其特征在于：多个在上述管子通孔的行列之间被置于上述散热片中的互相成横向的加强卷边。
附图说明
图1是通常所用的现有技术散热片的平面图；
图2是大致沿图1中线段2-2截取而绘成的剖面图；
图3是大致沿图1中线段3-3截取而绘成的剖面图；
图4是根据本发明所制热交换器芯子的视图；
图5是根据本发明所制散热片的视图；
图6是沿图5中线段6-6截取而绘成的剖面图；
图7是沿图5中线段7-7截取而绘成的剖面图；
图8是图6所示的环的放大图；
图9是大致沿图5中线段9-9截取而绘成的剖面图；
图10的曲线图，把每英寸散热片数量不同的几种芯子的整个热交换器的性能，与流经管子的水作比较；
图11的曲线图，是对于在第一流率情况下采用50/50甘醇/水混合液时，作与图10同样的比较；
图12的曲线图，是对于在第二流率情况下采用50/50的甘醇/水混合液时，作与图10及图11同样的比较；
图13是波纹管的局部平面图。
具体实施方式
要明白，本发明不局限于以下所述的特定热交换器，且以下所述尺寸仅是为了说明与授权之用。
本发明所预期的一个实施例的热交换器16用图4显示，它有一个包括了多个穿通许多堆积式散热片20而延伸的管子18这样的芯子。管子18由水箱和容器(未显示)而被安置得彼此连通，以形成一条穿通各根管子18的通路，该通路有一个入口接受来自液源的第一流体，以及一个把第一流体从管子18输往热交换器之外目标的出口。
在一个实施例中，各根管子18有一个主尺寸0.625″(5/8″)与一个次尺寸0.076″，且可以是平滑的管子或带有0.014″高的波纹的紊流管。然而，专业技术人员会迅速明白，其他尺寸也可以按要求采用。各根管子18彼此平行，并延伸得穿通许多通常与它们垂直的堆积式散热片20。各根管子18的侧壁上一般会有些波纹(未显示)。这些波纹朝着管子中央延伸，并在管子中所流动的第一流体中引起紊动。增大紊动当然会如众所周知的那样改善热交换。然而应当明白，平滑管子即没有波纹的管子，可以采用，且是本发明一种形式中所特地打算采用的。
散热片是驼峰凸起状散热片20，它们用厚约0.003″的铜片制成，它们有许多成均等间隔行列24而对齐的穿过整个散热片20表面的弧拱变形22(见图5)。弧拱变形22是用滚轧与/或冲压方法而形成的驼峰或凸起，其距中心点的半径为0.3125″，在散热片20的平面上方的高点为0.076″(见图6)。
管子通孔28在弧拱行列24之内按规则的间隔而设置。管子通孔28的彼此间隔为0.3853″，其尺寸相似于对应的管子18，以确保紧配合。在图5中，每个管子通孔28的主尺寸为0.6300″±0.0020″，次尺寸为0.080″±0.0020″。散热片与管子的连接是紧配合的，其中，散热片20的环30实际上与管子18齐平。也就是说，每根管子18在通孔28与环30之内的周边接触是符合要求的。
各个管子通孔28，是如图6所示那样，沿着散热片20而滚轧一个冲压模以冲压成管子通孔28及周围环30而形成的。在冲压过程中，散热片20的一部份被压出散热片20的平面之外而弯曲，并充当环30。环30基本上没有皱折，且沿着通孔28所有侧面延伸。沿着卵形管子通孔的主轴线各侧面，环30随着弧拱行列24的轮廓而延展，如图8所示。而环30的次轴线部份31，则从散热片20的平面向下延展成基本上是三角形的形状，实际上与散热片20的整个平面相垂直，如图9所示。
一系列梯形剖面的金字塔形加强卷边，设置在散热片20的各排弧拱行列24之间。短加强卷边42与长加强卷边44在各排弧拱行列24之间被设置成行列40，各个加强卷边高出散热片20平面上方0.016″±0.0020″而延展。短加强卷边42的矩形底座尺寸为0.0880″×0.2473″，顶部尺寸为0.1993″×0.0400″。长加强卷边44的底座尺寸为0.3389″×0.0780″，顶部尺寸为0.2909″×0.0300″。长加强卷边44与短加强卷边42，均顺着弧拱行列24之间的行列40而延展(见图7)。长加强卷边44在纵向上平行于管子通孔18的主轴线而延展。短加强卷边42则被设置得垂直于长加强卷边44并夹在它们之间。
管子18按如下方式被插得穿过散热片20的管子通孔28。首先，把许多散热片20置于构造芯子时支托散热片的片架中。接着，把管子18推得穿通对齐了的管子通孔28，并从驼峰凸起状散热片的凸起一侧插入。由于管子通孔28与管子18上述尺寸的缘故，在管子与散热片的连接处会达到紧配合。围着在弧拱变形22之中固定的管子通孔28形成环30，会使环30实际上没有皱折。这就使得环30被安置得与管子18连续邻接。这种连接能够提高热交换器芯子的稳定性，并改善具有这种结构的芯子的热交换性能。
本发明所预期的热交换器芯子的热交换性能改善，已得到电脑热交换模型及测试结果的验证。图10至12的曲线图，把带有现有技术散热片的热交换器(见图1)与此处所述带有驼峰凸起状散热片的热交换器(见图5)二者的芯子性能加以比较。具体地说，每幅曲线图，把现有技术的7管一排式散热片构成的热交换器(曲线A)，与具有5管一排式驼峰凸起状散热片20的热交换器二者的热交换性能加以比较。采用驼峰凸起状散热片20的热交换器，兼有平滑管子(PT)与带波纹的管子(DT)，它们的情况如下：
曲线  热交换器轮廓线
B     4根管子一排，平滑管子(3.155″深)
C     5根管子一排，平滑管子(3.940″深)
D     4根管子一排，带波纹的管子(3.155″深)
E     5根管子一排，带波纹的管子(3.940″深)
用电脑得出的数据点表示为“O”，而由实际测试得出的数据点表示为“X”。
图10至12用质量控制英国热量单位(QCBTU)描绘热交换性能。QCBTU数字，是把3条标准风扇曲线的每一条在工作点所排热量相加在一起而得出的。所排的热量，其根据是100°F的进入温度势(temperature potential)，其中，势定义为冷却剂平均温度与进入的空气温度之差。得出的QCBTU是单个数据，它代表芯子的整个性能，并被表示为在100°F势能情况下的BTU/分钟/平方英尺表面积。流体的类型及流体的整个流率，对于所比较的每类芯子，都必须相同。
应当指出，对于任何既定的管子排数24及每英寸分布管子数，具有驼峰凸起状散热片零件20的芯子，其热交换性能，超过按现有技术的散热片10所构造的芯子的性能。另外，由于每英寸分布管子数目的增加，用这两类散热片所构造的芯子，其热交换性能也增大。由于每英寸分布管子数目的增加，具有改进过的驼峰凸起状散热片的20的芯子，其热交换性能的增加，大于现有技术所构造的芯子(见图1)热交换性能增加的比率。
数据表明，本驼峰凸起状散热片零件20，比起现有技术的散热片10来，无论用于任何既定芯子的构形，其热交换性能都更高。
另外，图10至12显示，在水流流率高的情况下，采用带波纹的管子会略微改善性能。图13显示在一侧壁上有波纹50而在所对的侧壁上有波纹52的压平了的管子12。波纹50与52向管子12的外部凹入。而且，一侧壁上的波纹50与另一侧壁上的波纹52相对错开，以使得管子中的热交换流体顺着迂回的路径行进并增大紊动，然而，当用50/50的甘醇/水为冷却剂时，由于使用带波纹的管子，性能实际上是增大的，尤其当流率低时是这样。不管散热器采用怎样的散热片与管子的结合方式，这些结论都成立。
这些曲线表明，当制造者用本驼峰凸起状散热片20构造的芯子取代现有技术的散热器芯子以达到同样甚或更佳性能时，可以作多种选择。例如从图11来看，可用每英寸分布9块散热片4排平滑管子的芯子，或每英寸分布7块散热片5排平管子的芯子，取代流率为192磅/每分钟50/50甘醇/水的每英寸分布11块散热片的现有技术的芯子。如果采用带波纹的管子，则每英寸分布散热片的数目及管子的排数均可减少。所得到的芯子，比起现有技术的芯子，会更薄且更轻。据信，其生产成本与运输成本也会减少。
从上述说明看得出，由本发明的驼峰凸起状散热片所构成的热交换器，比现有技术具备许多优点。首先，用驼峰凸起状散热片构造的热交换器，可以替代同样尺寸与重量的现有技术热交换器，且比现有技术的器具，热交换性能更大。另外，具有既定热交换性能程度的驼峰凸起状散热片热交换器，比起有同样性能的现有技术热交换器来，重量更轻。而且，由于驼峰凸起状散热片采用加强卷边而不是伸展于整个散热片上的波纹，它比起现有技术的散热片来，稳定性及刚性更好。这得益于构造热交换器时芯子的故障与延误均减少了。这些加强卷边还可以加大第二流体的紊动。
以上所公开的几个特定实施例，意在说明本发明所包含的广泛概念。

Claims (8)

1.一种包括多个管子及多个散热片的散热片式热交换器，该散热片包括：
多个至少隔为两排且基本上在整个散热片长度上延伸的弧拱变形，该弧拱变形具有多个设置在其中的管子通孔；其特征在于：
多个与散热片整体的加强卷边，所述加强卷边设置在所述弧拱变形之间，所述加强卷边包括短和长加强卷边。
2.根据权利要求1所述的散热片式热交换器，其特征在于：每个管子通孔被一个环包围。
3.根据权利要求1所述的散热片式热交换器，其特征在于：加强卷边从散热片平面上凸起。
4.根据权利要求1所述的散热片式热交换器，其特征在于：上述管子是带波纹的管子。
5.一种包括多个管子及多个散热片的散热片式热交换器，该散热片包括：
多个至少隔为两排且基本上在整个散热片长度上延伸的弧拱变形，所述弧拱变形具有多个形成得使接纳其中的上述管子被环绕的管子通孔；其特征在于：
多个在上述管子通孔的行列之间被置于上述散热片中的互相成横向的加强卷边。
6.根据权利要求5所述的散热片式热交换器，其特征在于：所述管子通孔为带有长轴线和短轴线的卵形管子通孔，所述通孔沿每一排均等地间隔开，所述加强卷边的剖面呈梯形，所述加强卷边包括纵向平行于所述管子通孔长轴线的长加强卷边及纵向垂直于上述长加强卷边且处于它们之间的短加强卷边。
7.根据权利要求6所述的散热片式热交换器，其特征在于：上述短加强卷边被置于邻接的两排管子中的上述管子通孔之间，且上述长加强卷边被置于上述邻接的一排排弧拱变形之间。
8.根据权利要求6所述的散热片式热交换器，其特征在于：上述管子是带波纹的管子。
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