CN1205452C - 热交换器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器，其管道通过弯曲一个平板形成第一壁和第二壁构成。多个凸起部分通过向平板施压形成，其顶部相互接触，形成具有预定截面形状的支柱。该截面形状与由短轴和长轴定义的椭圆或长圆一致。这些支柱设置成在管道的长度方向沿着其长轴对齐，使斜向相邻支柱从管道宽度方向看，设置在不同的位置上，并且沿着长度方向相互部分重叠。这些管道、波纹状翅片和集流管装配在一起，然后放在热炉中加热预定时间。

Description

热交换器及其制造方法
技术领域
本发明涉及能够用在空调，尤其用于机动车的热交换器。另外，本发明还涉及到制造这种热交换器的方法。
本申请基于在日本提交的专利申请平11-153022，该申请的内容在此引作参考。
背景技术
热交换器管道一般用在安装于例如机动车的空调中的热交换器。热交换器主要分为两类管道，分别示于图19和图20。
图19示出的是一个称之为“缝焊管道”的例子，用标号1来表示。缝焊管道1由扁平状的管道2和波纹状的内翅片4构成。其中，波纹状内翅片4通过管道2的两个开口3插进管道2中。波纹状内翅片4的形状为波纹形，其波峰部分4a通过焊接等手段接合于管道2的内表面。
图20所示的是一个挤压管道的例子，用标号5来表示。挤压管道5具有管道部6和分隔壁7，这些部分经挤压模塑一体成型。
如果热交换器用图19所示的缝焊管道1设计，则其优点是由于波纹状内翅片4插进管道2中，扩大了整个的加热面积，提高了传热速率。但是，其缺点是，生产这种热交换器在将波纹状内翅片4插进管道2并接合到管道2的内表面上时需要大量的工时。工人的这些工作带来了生产成本增加的问题。
如果热交换器用图20所示的挤压管道5来设计，则其优点是，由于分隔壁7将挤压管道5的内部空间分隔成多个管道部6，所以扩大了整个的加热面积，提高了传热速率。而因为挤压管道5用挤压模塑技术生产，所以，很难将管道部6作得很小，也很难使分隔壁7的厚度足够地薄。另外，挤压模塑技术需要大量的材料用于形成挤压管道5，因此，增加了生产成本。而且，由于分隔壁7的厚度较大，所以不可能提高热交换能力太大。
发明内容
本发明的目的是提供一种热交换器，能够提高其承压强度和热交换能力，而不会使生产成本增加很大。
本发明的另一个目的是提供一种生产这种热交换器的方法。
一种由装配在一起的管道、波纹状翅片和集流管构成的热交换器，其中，管道是通过弯曲一个表面覆盖有钎焊材料的平板形成第一壁和第二壁构成的，第一壁和第二壁相对设置，其间有预定的间隔，形成致冷剂通道。在弯曲前，通过施压形成多个从平板内表面突出的凸起部分。通过弯曲，这些凸起部分在第一壁和第二壁之间沿高度方向成对对应，因此，它们的顶部相互接触，形成具有预定截面形状的支柱。该截面形状与由一个短轴和一个长轴构成的椭圆或长圆对应。这些支柱设置成在与致冷剂流动方向一致的管道的长度方向沿着其长轴对齐，于是，相对于管道长度方向斜向相邻设置的斜向相邻支柱，从垂直于管道长度方向的宽度方向看，设置在不同的位置上，并且沿着长度方向相互部分重叠。这些管道、波纹状翅片和集流管装配在一起，然后放在热炉中加热预定时间。
因为管道中支柱的这种布置和形状，能够提高管道的整个热交换速率，也可能提高管道的抗压强度。
其中，每一个支柱都有一个由下述关系式定义的预定截面形状：
2.0≤d2/d1≤3.0
另外，利用沿管道宽度方向在斜向相邻的支柱间测量的第一中心距离p1和沿管道长度方向在斜向相邻的支柱间测量的第二中心距离p2，支柱被设置于管道内部，满足下述关系式：
1.5≤p1/d1≤3.0    0.5≤p2/d2≤1.5
本申请同时提供一种制造热交换器的方法，包括下述步骤：
弯曲表面覆盖有钎焊材料的平板来形成多个具有扁平形状的管道，其中，多个凸起部分从管道的内表面突出而成，这些凸起部分的顶部成对对应，并相互接触而在管道内形成多个支柱；
提供多个波纹翅片，并将这些翅片分别设在多个管道之间；
用两个集流管将多个管道和多个翅片装配在一起，使多个管道和多个波纹翅片沿着高度方向交替设置，并水平地固定在两个集流管之间，其中，每个管道都有与两个集流管分别连通的致冷剂通道；
将装配在一起的多个管道、多个波纹翅片和两个集流管放进加热炉中，加热预定时间；
其中，多个支柱都具有对应于椭圆形或长圆形的预定截面形状，椭圆形或长圆形由短轴d1和长轴d2定义，这些支柱设置成在扁平管道的长度方向(A)沿着其长轴对齐，使相对于管道长度方向斜向相邻设置的斜向相邻支柱，设置在不同的位置上，并且从垂直于管道长度方向的宽度方向(B)看，沿着长轴相互部分重叠，
其中，各个支柱的预定的截面形状由关系式2.0≤d2/d1≤3.0定义，
其中，利用沿管道宽度方向在斜向相邻的支柱间测量的第一中心距离p1和沿管道长度方向在斜向相邻的支柱间测量的第二中心距离p2，所述多个支柱的设置满足下述关系式：
1.5≤p1/d1≤3.0  0.5≤p2/d2≤1.5。
优选的，上述制造方法还包括：
提供施压，在平板的预定位置处形成多个从平板内表面突出来的凸起部分；
弯曲平板形成第一壁和第二壁，第一壁和第二壁相对设置，其间有预定的间隔，从而形成管道，其中，调节第一壁和第二壁的位置，使多个凸起部分沿着高度方向彼此成对对应，其顶部相互接触，而在管道内部形成多个支柱。
附图说明
下面参照附图，详细地描述本发明的上述和其它目的、情况和实施例。其中，
图1是根据本发明第一实施例的热交换器的前视图；
图2是图1的热交换器主要部件管道详细结构的放大透视图；
图3是沿图2中III-III线的管道剖视图；
图4是沿图2中IV-IV线的管道剖视图；
图5是插进集流管中的管道端部部分剖开的平面图；
图6A是平板的立体图；
图6B是平板受压时的立体图；
图6C是平板弯成管道的立体图；
图6D是管道和波纹翅片同集流管装配在一起的立体图；
图7是放在流场中具有椭圆形和圆形截面的的支柱体间，表面流动长度和表面局部热交换率间关系的比较曲线；
图8是支柱体间雷诺数和阻力系数间关系的比较曲线；
图9是具有椭圆形支柱的管道和挤压管间，致冷剂循环量与热交换率间关系的比较曲线；
图10是具有椭圆形支柱的管道和挤压管间，致冷剂循环量与压损关系的比较曲线；
图11A是内有支柱的管道11A的剖视图；
图11B是内有支柱的管道11B的剖视图；
图11C是内有支柱的管道11C的剖视图；
图11D是内有支柱的管道11D的剖视图；
图12是管道11A、11B、11C和11D间关于致冷剂循环量和热交换率关系的比较曲线；
图13是管道11A、11B、11C和11D间关于致冷剂循环量和压损关系的比较曲线；
图14是根据本发明第二实施例用于热交换器的装有支柱的管道的剖视图；
图15是根据本发明第三实施例的用于热交换器的装有支柱和半支柱的管道的剖视图；
图16是第三实施例用于热交换器的管道的变例；
图17是根据本发明第四实施例用于热交换器的装有不同形状和尺寸的支柱的管道透视图；
图18是作为本发明第五实施例的热交换器的主要部件的致冷剂通路平面图；
图19是目前用于热交换器的缝焊管道的一个例子的立体图；
图20是目前用于热交换器的挤压管道的一个例子的立体图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明。
[A]第一实施例
下面参照附图1-13描述本发明的第一实施例。
图1是根据本发明第一实施例设计的热交换器10的前视图。其中，热交换器10由扁平形状的管道11、一对集流管12和13、波纹翅片14构成。集流管12和13设置成与管道11的两端接触，并分别与管道11内的致冷剂通路连通。各个波纹翅片14设在管道11之间，其波峰部分与管道11接触。
集流管12的内部空间被分隔板15分成了两个部分(下文称上部和下部)。分隔板15位于集流管12中心高度稍下的地方。致冷剂入口管16安装成与集流管12的上部连通，而致冷剂出口管17安装成与集流管12的下部连通。
热交换器10的整个前部的面积被分隔板15分成了两个区(即上区a和下区b)。导入的致冷剂在两个区中沿不同的方向A在管道11中流动。在上区a，致冷剂沿着从集流管12到集流管13的方向流动；而在下区b，致冷剂沿着从集流管13到集流管12的另一个方向流动。
各个管道11的结构如图2所示。管道11通过弯曲平板20形成第一壁21和第二壁22来构成。第一壁21和第二壁2设置成彼此相对并平行。这样，在壁21和22包围成的空间中形成致冷剂通道。
在管道11的外表面通过向壁21和22施加外部压力形成了多个凹坑24，在选定的位置处凹下。因为形成了凹坑24，所以相应地形成了多个凸起部分25，在致冷剂通道23内从管道11的内表面突出来。
俯视看，凸起部分25的顶部25a为椭圆形，由一个短轴(或短径)和一个长轴(或长径)定义，并沿着管道11的长度方向(即图2的A向)放置。鉴于两个凸起部分25设置成彼此相对，它们的顶部25a相互接触，如图3所示。即，顶部25a相互接触的两个凸起部分25连接在一起形成了一个支柱26。支柱26位于第一、二壁21和22之间，其截面为椭圆形。顺便提一下，支柱26的截面形状并不一定要限制为椭圆形，例如，也可以是长圆形。另外，支柱26不一定非要制成中空的形状，也可以将支柱制成实心的。
如图4所示，凸起部分25设置成彼此相邻。其中，相对于方向A斜向相邻设置的相邻凸起部分以之字形的方式设置，沿着垂直于方向A的方向看时，部分地重叠。因此，支柱26相应地按着与凸起部分25一致的之字形方式设置。
在图2中，导入气体来完成热交换的气体入口方向与管道11的宽度方向B一致。管道11有一个前端部30和后端部31，二者沿着气体入口方向隔开设置。另外，分流板32和33分别与前端部30和后端部31结合在一起。每个分流板32和33有预定的厚度，该厚度较薄，用作整流器，使管道11周围的入口气流展平。
如图1所示，管道11的两端分别插入集流管12和13中。具体地说，图5示出了插入集流管13的管道11的一端。为了进行插入，通过部分地切除管道11的分流板32和33形成了切割部34和35。也就是说，管道11的每端都有预定的形状，利用该形状可将其插入集流管12或13。
在集流管12和13的选定位置处形成有多个管道插孔36。各个管道插孔36与管道11的端部形状一致，使管道11能够插在里面。为了引导管道11的插入，在管道插孔36的两端形成槽37(见图6D)，使管道11的分流板32和33的切除端插在里面。
管道插孔36为细长状，其宽度w1基本上与形成切除部分34和35的管道11端部宽度w2一致。另外，包括分流板32和33的管道11的整个宽度w3大于管道插孔36的宽度w1。因此，当管道11的端部插入管道插孔36时，管道11分流板32和33的切除端部与集流管(12或13)顶触，防止管道11进一步插入管道插孔36中。
下面，参照图6A到6D对热交换器10的制造方法进行描述。
首先，制备图6A所示的用来制造管道11的平板(或金属片)20。在平板20的表面覆盖钎焊材料，用作待制造的管道11的内、外表面。另外，事先从平板20的选定端部切除预定的部分，其中，这些部分表示为切除部分34和35。
接着，平板20进行压操作或碾压操作，形成与致冷剂通道23相关联的凸起部分25，如图6B所示。另外，形成了与前端部30相关联的弯曲重叠宽度40，同时形成了与后端部31相关联的钎焊接头41。然后，沿着弯曲重叠宽度40的中线弯曲平板20，如图6C所示。当弯曲平板20时，折叠弯曲重叠宽度40，使其两部分相互连接，同时，钎焊部分41相互接近并相互接触。接着，凸起部分25的端部25a相互接触。于是形成了扁平状的管道11。
接着，制备如图6D所示的具有管道插孔36的集流管12(或13)。这里，管道11的端部插入集流管12(或13)的管道插孔36中。另外，波纹翅片14沿高度方向设置在相邻的管道间，于是装配成一个热交换器10。随后，将装配成的热交换器10放入热炉(未示出)中，在预定温度下加热一定时间。因此，覆盖在平板20(即管道11)的表面上的钎焊材料熔化，对热交换器10的各部分进行焊接。也就是说，在两个部分的弯曲重叠宽度40上、钎焊部分41和凸起部分25的顶部25a上进行焊接，使所有的这些部分分别结合在一起，另外，在管道11的端部和管道插孔36间进行焊接，将它们结合起来。在管道11和波纹翅片14的波峰部分之间还进行焊接，使它们结合起来，当波纹翅片14与前端部30连接时，管道11和波纹翅片14相互接触。
在上述的热交换器10中，设置于致冷剂通道23内的各个支柱26具有预定的截面形状，该形状与长轴同方向A匹配的椭圆形一致。因此，可以改善传热速率，减少流动阻力。具体地说，致冷剂流首先碰到曲率沿着侧面变小的支柱26的前端部。于是，促进了致冷剂流的流速，而从支柱26的前端部沿着其侧面前进。因此，能够提高局部的传热速率。然后，致冷剂流经过前端部，到达支柱26的后端部。这时，对于支柱26的后端部，曲率沿着侧面变大。这就很难发生流动分离。发生流动分离时，涡流会从致冷剂流的主流分离出去。也就是说，可以将支柱26的形状阻力抑制到很小，因此能够减少流动阻力。
下面，对置于流场中的截面形状分别对应圆形和椭圆形的支柱体进行比较。这里，椭圆形截面的支柱体置于流场中，其长轴方向与流动方向一致。另外，沿着支柱体侧面的表面流长度由数学式s/d2给出，其中，s代表从支柱体顶端的临界点沿着侧面的长度，而表面的局部传热速率由数学式Nu/Re1/2给出，其中，Nu代表努塞尔数，而Re代表雷诺数。
图7表示上述支柱体关于表面流长度和表面局部传热速率间关系的比较结果。图8是支柱体关于雷诺书Re和代表流动阻力的阻力系数CD间关系的比较结果。顺便地说，具有椭圆形截面的支柱体称为椭圆形的支柱体，而具有圆形截面的支柱体称为圆形支柱体。
参见图7，椭圆形支柱体前端部(靠近临界点)的表面局部传热速率与圆形支柱体相比，具有大得多的值。另外，椭圆形支柱体的表面局部传热速率随着致冷剂流经过前端部到达后端部而减小，但是一般高于圆形支柱体的表面局部传热速率。
图8表明了椭圆形支柱体的阻力系数一般小于圆形支柱体，不管雷诺数Re如何变化。大致讲，椭圆形支柱体的阻力系数大约是圆形支柱体的一半。
最好，支柱26的椭圆形截面满足下面的不等式：
2.0≤d2/d1≤3.0.....(1)
其中，d1表示短轴，d2表示长轴，如图4所示。
在不等式(1)中，当d2/d1的值小于2.0，支柱26的截面形状从椭圆形逐渐变化到圆形，因此，表面局部传热速率减少，而阻力系数增加。相反地，当d2/d1的值大于3.0时，支柱体前端部附近的曲率变得太小，不能产生前述的流动分离，结果降低了表面局部传热速度。
另外，将热交换器10设计成在致冷剂通道23内以之字形方式设置支柱26。这里，致冷剂在致冷剂通道23内通过网状的支路流动，其中，支柱26位于致冷剂流的支路交叉处。即，致冷剂流能够有效地与支柱26的前端部碰撞。因此，可以提高热交换器10的传热速率。
下面，对管道11(其形状与管道11A一致，见图11A)和用挤压模塑法制造的传统挤压管的热交换性能进行比较。其中，管道11中形成多个有截面形状满足不等式(1)的支柱。这里，提供了两种曲线来表示二者的比较结果。具体地说，图9示出了致冷剂循环量和热交换速率间的关系，图10示出了致冷剂循环量与压损间的关系。这些曲线表示，带有支柱的管道11和挤压管道的压损随着致冷剂循环量的增加类似地增加。但可清楚地看出，与挤压管道相比，随着致冷剂循环量的增加，管道11能显著地增加传热速率。
在图4中，p1代表沿方向B(对应于管道的宽度方向)斜向相邻设置的两个支柱间的中心距离(或间距)，p2代表沿方向A斜向相邻设置的两个支柱间的中心距离。根据发明人的试验结果，中心距离p1和p2应该按预定关系分别与短轴d1和长轴d2相关，这些关系用下述的不等式(2)、(3)表示：
1.5≤p1/d1≤3.0....(2)
0.5≤p2/d2≤1.5....(3)
也就是说，支柱按之字形方式设置，以满足上述的关系。
不等式(2)是按下述理由确定的。
如果p1/d1的值小于1.5，则沿着方向B斜向相邻的支柱间的间距变窄，增加了致冷剂通道23中的流动阻力。如果p1/d1的值大于3.0，则沿着方向B斜向相邻的支柱间的间距变宽，减小了致冷剂通道23中的流动阻力，但是支柱间的致冷剂流速减小，降低了传热速率。
不等式(3)是按下述理由确定的。
如果p2/d2的值小于0.5，则沿着方向A斜向相邻的支柱间的间距变窄，使支柱周围的致冷剂支流相互干扰。如果p2/d2的值大于1.5，则沿着方向A斜向相邻的支柱间的间距变宽，减小了支柱后侧致冷剂的支流，也降低了传热速率。
下面对图11A、11B、11C和11D所示的支柱排列不相同的四种类型的管道11A、11B、11C和11D(即管道A、B、C、D)进行比较。
用两种曲线来表示它们间的比较结果。具体地说，图12示出的是致冷剂循环量和传热速率间的关系。图13示出的是致冷剂循环量和压损间的关系。在四种类型的管道中，所有的支柱都具有相同的截面形状，其中d1＝3.0，d2＝6.1。
图12表明对于管道A(其中，p1＝4.5，d1＝3.0，p2＝3.65，d2＝6.1，p1/d1≈1.5，p2/d2≈0.6)、管道B(其中，p1＝4.5，d1＝3.0，p2＝7.0，d2＝6.1，p1/d1≈1.5，p2/d2≈1.15)和管道C(其中，p1＝6.0，d1＝3.0，p2＝7.0，d2＝6.1，p1/d1≈2.0，p2/d2≈1.15)，测出的针对致冷剂循环量的传热速率值基本相同。与这些管道A、B和C相比，管道D(其中，p1＝3.8，d1＝3.0，p2＝7.0，d2＝6.1，p1/d1≈1.27，p2/d2≈1.15)针对致冷剂循环量的传热速率值一般更大些。
图13表明对于管道A、B和C，测出的针对致冷剂循环量的压损值基本相同，与这些管道A、B和C相比，管道D针对致冷剂循环量的压损值更大些。其中，管道D和其它管道(A、B、C)间的传热速率的差较小。
在热交换器10(见图4)中，所有的支柱26设置成相互分开，其中斜向相邻的支柱设置成沿方向A相互部分重叠。支柱的这种布局提高了管道11整体上的传热速率和抗压强度。具体地说，沿着支柱侧面测量的表面局部传热速率在前端部取得最大值，而沿着向后端部的方向变小。发明人对沿方向A设置的两个斜向相邻的支柱进行了研究，这两个斜向相邻的支柱一个为上游支柱，一个为下游支柱，沿着致冷剂流动方向设置在不同的位置。这里，上游支柱和下游支柱沿方向A设置成部分重叠。即，下游支柱的前端部位于上游支柱的上游侧而不是其后端部。这时，下游支柱的前端部补偿了上游支柱后端部处的表面局部传热速率的降低。因此，能够平均地提高管道11的整个传热速率。
在上述斜向相邻的支柱中，下游支柱的前端部位于上游支柱的上游侧而不是其后端部。换句话说，这些支柱沿方向A在排列上部分重叠。所以，沿着垂直于方向A的一条直线得到的任何一个剖面一般都有一个或多个支柱。如图3所示，通过用焊接的方法将第一、二壁21、22上分别形成的凸起部分25的顶部25a结合在一起，制成了各个支柱。换句话说，各支柱作为第一、二壁21、22间的结合部。因为这些支柱沿方向A按一定规律设置，所以能够保证凸起部分25的顶部25a间宽的结合部分。因此，管道11沿方向A的任何剖面都含有第一、二壁21、22的凸起部分25间的粘结部分。于是，能够增加管道11第一、二壁21、22间的结合强度，从而能够保证管道11足够高的抗压强度，即使是平板20的厚度很薄。
[B]第二实施例
下面参照图14描述根据本发明第二实施例设计的有管道11的热交换器。其中与第一实施例相同的零件使用相同的标号，并略去其描述。
如图14所示，在管道11的内表面，按照与方向A相倾斜的方式设置有凸起部分42，其截面形状与有长轴和短轴的椭圆一致。即，各个凸起部分的设置方式是，其长轴设置成相对于对应方向A的水平线倾斜预定角度θ。与前述第一实施例相似，每对凸起部分42设置成沿高度方向相互对准，使二者的顶部能够相互接触。于是，通过把成对的凸起部分42结合在一起，在管道11内制成了支柱43。另外，支柱43也是相对方向A按之字形设置。即，沿方向A斜向相邻设置的斜向相邻凸起部分相互独立设置，但是沿方向A相互部分重叠。因此，按照与凸起一致的方式对应地设置支柱43。
与前述第一实施例相似，设计第二实施例的热交换器时，在管道11中斜向相邻的支柱43设置成沿方向A相互部分重叠。因此，能够提高管道11的传热速率和抗压强度。另外，第二实施例的特征是构成支柱43的各个凸起部分42按倾斜方式设置，其长轴相对于方向A倾斜一个角度θ。下面结合两个支柱43详细描述第二实施例的技术特征。这两个支柱一个是上游支柱，一个是下游支柱，彼此相邻设置，但在致冷剂流内设置在不同的位置处。这里，下游支柱的前端部的位置稍稍不同于上游支柱的后端部，沿方向B(垂直于方向A，但图14中没有示出)存在预定的偏离。因此，对于致冷剂流，下游支柱的前端部不会成为“阴影区”。这增加了与各个支柱43前端部碰撞的致冷剂量。所以，能够提高管道11整体上的传热速率。
顺便地说，最好将倾斜角θ设置在±7°的范围内。该范围由下述的理由确定。
如果倾斜角从0°逐渐增加，则传热速率相应地增加，所以，第二实施例就能够显示出热交换性质上的显著效果。但是，当倾斜角大于或者小于±7°的范围时，在致冷剂流中就很容易出现流动分离，降低了传热速率。
[C]第三实施例
下面参照图15就16描述根据本发明第三实施例设计的具有管道11的热交换器。其中，与第一实施例等效的零部件用相同的标号表示，并略去其描述。
与前述的第一实施例相似，设计第三实施例时，主要是管道11由第一、二壁21、22构成，在第一、二壁间形成有由凸起部分25形成的支柱26，支柱26斜向相邻设置。在图15中，第三实施例的特征是侧壁44与第一、二壁21、22的侧端部一体形成。因此，致冷剂通道23由这些壁21、22、44包围形成。另外，在侧壁44上设置有半支柱46，其预定形状与前述截面形状为椭圆形的支柱26半个的形状一致。每个半支柱46由一对顶部相互接触的半凸起部分45形成。这里，通过向第一、二壁21、22的外表面施加外力使其在选定位置凹进，而形成了半凸起部分45。
截面形状与半椭圆形一致的各个半支柱46结合截面形状与椭圆形一致并按之字形设置的支柱26进行设置。即，在侧壁44的预定位置设置一个支柱46，该位置大致对应于支柱26中沿方向A相邻设置的两个支柱(用标号26a表示)间的中心位置。另外，半支柱46也设置成与支柱26b相邻，支柱26b沿方向B与支柱26a斜向相邻设置。
根据具有管道11的第三实施例的热交换器，其中具有支柱26的半个形状的半支柱46设置在侧壁44上，能够提高管道11的传热速率和抗压强度。具体地说，截面形状为椭圆形的支柱26在管道11内沿方向A按之字形设置，其中，在沿着方向B的每个剖面内都有一或两个支柱26。换句话说，沿方向B能够取得两种剖面，即列有两个支柱26a的第一剖面和列有一个支柱26b的第二剖面。这些剖面在管道11中沿方向A交替设置。与具有两个支柱26a的第一剖面相比，具有支柱26b的第二剖面的结合强度降低了，因为由支柱26b结合在一起的第一、二壁21、22间形成的总的结合面积小。换句话说，与具有两个支柱26a的第一剖面相比，具有支柱26b的第二剖面的抗压强度降低了。为了补偿抗压强度的降低，具有支柱26的半个形状的半支柱46结合具有支柱26b的第二剖面设置，增加了由支柱26b结合在一起的第一、二壁21、22间形成的总的结合面积。因此，能够增加第二剖面的抗压强度，而基本等效于具有两个支柱26a的第一剖面的抗压强度。
通过提供半支柱46，沿着侧壁44在致冷剂流中产生了紊流，因为增加了紊流效应，所以能够提高管道11的整个传热速率。
图16示出了第三实施例的热交换器的一个改进的例子，其设计成一个用于蒸发器的层状热交换器。这里，图16的热交换器具有一个致冷剂通道单元47，致冷剂通道单元47上设置有U形的致冷剂通道50，致冷剂通道50的上端具有致冷剂入口48和致冷剂出口49。即，致冷剂引入致冷剂入口48并流进U形致冷剂通道50的里面，致冷剂首先向下流到下端，然后向上流向致冷剂出口49。U形致冷剂通道50的形状不象前述的致冷剂通道23那样是直的，但是，其基本设计还是具有支柱，类似于图15所示的管道11内的致冷剂通道23。也就是说，沿着致冷剂通道50的侧壁设有半支柱。因此，能够提高致冷剂通道单元47的抗压强度和传热速率。
[D]第四实施例
下面参照图17描述根据本发明第四实施例设计的带有管道11的热交换器。其中，与第一实施例等效的零部件用相同的标号表示，因此略去其描述。
第四实施例设计成一个冷凝器，通过向外部空气辐射热量来冷却致冷剂。该热交换器使用图17所示的管道11。该管道11的特征是各凸起部分25沿着方向A尺寸逐渐变大，同时保持截面形状相似。沿着方向A较小的凸起部分25设置于上游侧，而相对较大的凸起部分设置于下游侧。因此，凸起部分在上游侧的密度(或占据面积)相对较小，而凸起部分在下游侧相互紧密地设置。所以，支柱26按与凸起部分25一致的方式设置。结果，沿方向A从管道11的上游侧到下游侧，沿垂直于方向A截取的致冷剂通道2 3的截面积变小。
在热交换器被设计成冷凝器的情况下，致冷剂从上游侧流向下游侧而前进时，干燥度减小。换句话说，在致冷剂前进时，与气相相比，液相增加。因此，沿着方向A致冷剂施加到管道11内壁面上压力逐渐减小。为了补偿压力的减小，设计第四实施例的热交换器所用的管道11时，随着压力的减小，致冷剂通道23的截面积也逐渐减小。于是，能够提供作用于管道11内壁表面上的基本不变的压力。于是，在长度方向，在整个管道的面积内，保证较高的稳定的传热率。另外，在管道11的整个区域内沿其长度方向能够减小压损，而使压损保持较小。
如上所述，第四实施例的管道11的特征是沿着方向A从上游侧到下游侧，支柱26的尺寸逐渐增大，同时保持相似的一定形状。因此，沿着方向A从上游侧到下游侧，沿着垂直于方向A的直线截取的致冷剂通道23的截面积逐渐变小。第四实施例也可以修改成，支柱26的尺寸及形状都发生变化，而不再保持形状的相似。或者，可以修改成，沿着方向A，支柱26尺寸不变，但排列(或密度)变化。
[E]第五实施例
下面参照图18描述根据本发明第五实施例设计的热交换器10。
第五实施例的热交换器设计成蒸发器，从外界气体中吸收热，来使致冷剂汽化。该热交换器由层状的致冷剂通道单元53构成，通过将大致为矩形的平板51和52叠加在一起，如图18所示，构成了各个致冷剂通道单元53。这里，通过将平板51和52的边缘部分和中央部分结合在一起而将它们装配起来。因此，在致冷剂通道单元53中形成了形状象扁平管道的U形致冷剂通道56，其上端具有致冷剂入口54和致冷剂出口55。这样，致冷剂被导入致冷剂入口54，并流进U形致冷剂通道56内，向下流向底部，然后向上流向致冷剂出口55。
当平板51和52的中央部分结合在一起时，形成了分隔部分57，将致冷剂通道56分成两个部分(即图18的右部和左部)。其中，分隔部分57以倾斜方式形成。即，分隔部分57的下端57b大致设置在中心，从平板51和52的两端测量的距离相等，而分隔部分57的上端靠近致冷剂入口54而不是出口55设置。结果，沿垂直于致冷剂流动方向的直线截取的致冷剂通道56的截面积在上游侧变小，在下游侧变大。即，沿着致冷剂流动方向从上游侧到下游侧，致冷剂通道56的截面形状逐渐增大。
另外，平板51和52的相对设置的外壁表面在选定位置处受压而凹进，形成了多个凸起部分58。因此，通过将对应的凸起部分58的顶部结合起来形成了多个支柱59。这些凸起部分形成于平板51和52的内壁表面上，彼此相关地设置。
在致冷剂通道56中，支柱59均匀地设置，在致冷剂流动方向和垂直方向上保持不变的距离。即，在致冷剂流动方向上，相邻支柱59间的距离不变。另外，在垂直于致冷剂流动方向的方向上，相邻支柱间的距离也不变。由于支柱59的这种均匀排列以及分隔部分57的倾斜设置，沿着从上游侧到下游侧的方向，沿垂直于致冷剂流动方向的直线截取的致冷剂通道56的截面积就会变大。
在热交换器设计成蒸发器的情况下，在致冷剂从上游侧流向下游侧而前进时，干燥度增加，换句话说，随着致冷剂的前进，与液相相比，汽相增加。因此，在致冷剂通道单元53中，作用于致冷剂通道56内壁表面上的压力逐渐增加。为了处理压力的增加，使用致冷剂通道单元53的第五实施例的热交换器设计成，随着压力的增加，致冷剂通道56的截面积逐渐变大。这样，在致冷剂通道56的整个区域内沿着其致冷剂流动方向，能够保持具有较高值的传热速率不变。另外，在致冷剂通道56的整个区域内沿着其致冷剂流动方向，能够减小压损，使其保持低值。
在前述的致冷剂通道单元53中，支柱59均匀地设置在致冷剂通道56中，而使相邻的支柱间的距离不变，因此，沿着致冷剂流动方向从上游侧到下游侧致冷剂通道56的截面积逐渐增加。第五实施例能够修改成，支柱59均匀排列，但沿着致冷剂流动方向向着下游侧其尺寸逐渐增大。或者，能够修改成，支柱59的尺寸不变，但沿着致冷剂流动方向向着下游侧其数量逐渐增多。换句话说，沿着致冷剂流动方向向着下游侧支柱59的密度逐渐增大。
如上所述，本发明具有多个技术特征和效果，总结如下：
(1)本发明的热交换器主要地利用了管道，每个管道设计成在致冷剂通道内设置有多个支柱，这些支柱是通过将第一、二壁的凸起部分的顶部结合在一起制成的，第一、二壁相对设置。根据本发明的一种情形，相邻支柱沿致冷剂流动方向设置在不同的位置，下游支柱的前端部与上游支柱的后端部相比设置于上游侧。这里，下游支柱的前端部补偿了上游支柱在后端部的表面局部传热速率的减小。因此，能够平均地提高管道的整个传热速率。
(2)因为相邻支柱设置成下游支柱的前端部与上游支柱的后端部相比设置于上游侧，所以沿着垂直于管道长度方向的直线截取的任何一个截面上，直线支柱相互部分重叠，换句话说，第一、二壁的凸起部分在管道的任何一个截面上都结合在一起。因此，提高了第一、二壁结合的结合强度，并提高了管道整体上的抗压强度。
(3)根据本发明第二种情形，在由第一、二壁构成的管道侧壁上设有半支柱，这些半支柱是将半凸起部分的顶部结合在一起而制成的。这样，增加了第一、二壁的结合面积，因此能够增加第一、二壁间整个的结合强度。通过在管道侧壁上设置半支柱，沿着侧壁在致冷剂流中产生了紊流。这增加了紊流效应，因此能够提高管道的整个传热速率。
(4)根据本发明的第三种情形，各个支柱具有椭圆形的截面，并具有一个长轴和一个短轴。这些支柱按倾斜方式设置，使其长轴相对于管道的长度方向倾斜一定的倾斜角。这就沿管道的宽度方向在下游支柱的前顶部和上游支柱的后顶部之间形成了偏离。换句话说，下游支柱的前顶部不会作为致冷剂流的阴影区。也就是说，能够增加致冷剂与支柱前顶部的撞击量，因此能够提高管道整个的传热速率。
(5)为了将热交换器用作冷凝器，管道内设置的支柱沿着致冷剂流动方向数量或密度逐渐增加，这样，随着压力的减小，沿垂直于管道长度方向的直线截取的致冷剂通道的截面积逐渐减小。压力作用于管道内壁表面上，沿着致冷剂流动方向从上游侧到下游侧逐渐减小。因此，能够稳定压力，使其基本保持不变。这样，就能够在管道在整个区域上沿着其长度方向，保证具有较高值的传热速率不变。另外，能够在管道在整个区域上沿着其长度方向，减少压损，使其保持低值。
(6)为了将热交换器用作蒸发器，管道内设置的支柱沿着致冷剂流动方向数量或密度逐渐减小，使致冷剂通道的截面积随着压力的增加而逐渐变大。压力作用于管道内壁表面，沿着致冷剂流动方向从上游侧到下游侧逐渐增加。因此，能够稳定压力，使其基本保持不变。这样，就能够在管道在整个区域上沿着其长度方向，保证具有较高值的传热速率不变。另外，能够在管道在整个区域上沿着其长度方向，减少压损，使其保持低值。
由于在不脱离本发明基本特征精神的情况下，可以按照不同的方式实施本发明，所以，本发明的实施例是解释性的，而不是限制性的。既然本发明的范围由所附权利要求书而不是前面的说明书来限定，所以，落入权利要求的界限内的所有变形以及界限内的等效物都应该包括在权利要求书中。

Claims (4)

1.一种热交换器，包括：
扁平管道(11)，其由相对设置的第一壁和第二壁构成，第一壁(21)和第二壁(22)相互平行，其间有预定的间隔，二者装配在一起形成致冷剂通道(23)；
多个支柱(26)，每一个支柱具有对应于椭圆形或长圆形的预定截面形状，其中，椭圆形或长圆形由短轴d1和长轴d2定义，其中，这些支柱设置在第一壁和第二壁之间，在扁平管道的长度方向(A)沿着其长轴对齐，使相对于管道长度方向斜向相邻设置的斜向相邻支柱，设置在不同的位置上，并且从垂直于管道长度方向的宽度方向(B)看，沿着长轴相互部分重叠，
其中，各个支柱的预定的截面形状由关系式2.0≤d2/d1≤3.0定义，
其中，利用沿管道宽度方向在斜向相邻的支柱间测量的第一中心距离p1和沿管道长度方向在斜向相邻的支柱间测量的第二中心距离p2，所述多个支柱的设置满足下述关系式：
1.5≤p1/d1≤3.0    0.5≤p2/d2≤1.5。
2.一种热交换器，包括：
扁平管道(11)，其由相对设置的第一壁和第二壁构成，第一壁(21)和第二壁(22)相互平行，其间有预定的间隔，二者装配在一起形成致冷剂通道(23)；
多个支柱(26)，每一个支柱具有对应于椭圆形或长圆形的预定截面形状，其中，椭圆形或长圆形由短轴d1和长轴d2定义，其中，多个支柱(26)中的每一个都是通过将凸起部分的顶部结合在一起而形成的，这些凸起部分通过分别向第一壁和第二壁的外表面施加外部压力而凹进，并从第一壁和第二壁的内表面突出来，这些凸起部分在扁平管道内彼此关联地相对设置，在扁平管道的长度方向(A)沿着其长轴对齐，使相对于管道长度方向斜向相邻设置的斜向相邻支柱，设置在不同的位置上，并且从垂直于管道长度方向的宽度方向(B)看，沿着长轴相互部分重叠，
其中，各个支柱的预定的截面形状由关系式2.0≤d2/d1≤3.0定义，
其中，利用沿管道宽度方向在斜向相邻的支柱间测量的第一中心距离p1和沿管道长度方向在斜向相邻的支柱间测量的第二中心距离p2，所述多个支柱的设置满足下述关系式：
1.5≤p1/d1≤3.0    0.5≤p2/d2≤1.5。
3.一种制造热交换器的方法，包括下述步骤：
弯曲表面覆盖有钎焊材料的平板(20)来形成多个具有扁平形状的管道(11)，其中，多个凸起部分(25)从管道的内表面突出而成，这些凸起部分的顶部(25a)成对对应，并相互接触而在管道内形成多个支柱(26)；
提供多个波纹翅片(14)，并将这些翅片分别设在多个管道之间；
用两个集流管(12，13)将多个管道和多个翅片装配在一起，使多个管道和多个波纹翅片沿着高度方向交替设置，并水平地固定在两个集流管之间，其中，每个管道都有与两个集流管分别连通的致冷剂通道(23)；
将装配在一起的多个管道、多个波纹翅片和两个集流管放进加热炉中，加热预定时间；
其中，多个支柱都具有对应于椭圆形或长圆形的预定截面形状，椭圆形或长圆形由短轴d1和长轴d2定义，这些支柱设置成在扁平管道的长度方向(A)沿着其长轴对齐，使相对于管道长度方向斜向相邻设置的斜向相邻支柱，设置在不同的位置上，并且从垂直于管道长度方向的宽度方向(B)看，沿着长轴相互部分重叠，
其中，各个支柱的预定的截面形状由关系式2.0≤d2/d1≤3.0定义，
其中，利用沿管道宽度方向在斜向相邻的支柱间测量的第一中心距离p1和沿管道长度方向在斜向相邻的支柱间测量的第二中心距离p2，所述多个支柱的设置满足下述关系式：
1.5≤p1/d1≤3.0    0.5≤p2/d2≤1.5。
4.如权利要求3的热交换器的制造方法，还包括：
提供施压，在平板的预定位置处形成多个从平板内表面突出来的凸起部分(25)；
弯曲平板(20)形成第一壁(21)和第二壁(22)，第一壁和第二壁相对设置，其间有预定的间隔，从而形成管道(11)，其中，调节第一壁和第二壁的位置，使多个凸起部分沿着高度方向彼此成对对应，其顶部相互接触，而在管道内部形成多个支柱(26)。
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