CN1749684B - 翅片结构、设置有该翅片结构的传热管以及装配有该传热管的换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种翅片结构、一种传热管和一种换热器。所述的翅片结构由设置在传热管中的板式翅片构成，尽管其结构简单，但是其能通过下述方式达到良好的冷却效率，所述方式为：使流体的流动速度分布均匀并促进有效的热交换作用。所述的翅片结构包括设置在传热管中的板式翅片，该板式翅片具有正方形的截面，并在纵向上具有任意形状，以用来将流体通道分隔成多个小通道，所述流体由在所述传热管中流动的被冷却介质或者冷媒组成。在该翅片结构中，在所述板式翅片的侧面、上壁或者下壁面内形成至少一个切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等结构。所述的传热管具有设置在其中的翅片结构。所述换热器具有装配在其中的传热管。
Description
背景技术
1.技术领域：
本发明涉及用于搅动换热器中的流体的翅片结构，更具体地，本发明涉及一种布置在热交换型冷却装置的传热管中的翅片结构，其用来产生搅动作用，以在传热管内流动的被冷却介质流体或者冷媒流体中形成紊流或者涡流，从而增加传热管壁和流体之间的接触。而且，该翅片结构还用来使传热管内流动的流体的流动速度或者流动速率均匀一致，从而实现优良的热交换作用；本发明还涉及一种换热器的传热管，其内设置有所述的翅片结构，和一种换热器，其内装配有所述的传热管。
背景技术
近年来，已将许多诸如液体-液体、液体-气体或者气体-气体这样的多种模式的流体换热器既用作使汽车废气再循环的废气循环(EGR)冷却器，又用作废气冷却器、燃料冷却器、油冷却器、中间冷却器或者类似的冷却器。在上述那些流体在其中流动的传热管中加工出多种部件，从而借助这些部件有效地散发或者吸收流体的热量。例如，将下述方法称为“废气再循环”(EGR，Exhaust Gas Recirculation)，在该方法中，将部分废气从柴油机的排气系统中抽出，使这部分废气再次返回发动机的输入系统中，并加入空气-燃料的混合物。该方法用来减少NOx(氮的氧化物)含量，从而达到下述多重效果：即减少泵损和冷却液体的散热损失，伴随着燃烧气体的温度下降，由于工作气体的数量/成分的改变而使比热增大，并因此而改进循环效率。所以，人们已经广泛地采用EGR方法作为有效地净化柴油发动机废气或者提高热效率的方法。
但是，当EGR气体温度升高并且流动速率增大时，其热力作用使EGR阀门的使用寿命降低，并且可能在初期损坏EGR阀门。必须通过设置冷却系统的方式形成一种冷却水的结构，以作为克服上述问题的对抗措施。当入口温度升高时，还引起出现下述现象：即注油效率(charging efficiency)降低，从而使行车里程降低。为了避免这种情况，采用了下述装置来冷却EGR气体，所述装置借助发动机冷却液体、汽车空气调节制冷剂、冷风或者类似的冷媒进行冷却。在这些装置中，提供了许多气体-液体热交换型的EGR气体冷却装置，以借助发动机的冷却水来冷却所述的气体或者EGR气体。在供EGR气体在其内流动的管子中设置了多种形式的翅片，以改进热交换性能。在这些气体-液体换热型EGR气体冷却装置中，对下述双管换热型的EGR气体冷却装置的需求仍然迫切。所述的EGR气体冷却装置具有简单的结构，从而可以容易地将其安装在狭窄的安装空间内。例如有许多种双管型换热器，包括一种双管型换热器(例如参照JP-A-11-23181(第1-6页，附图1和2))。在该双管型换热器中，将供液体流通的外管设置在供高温EGR气体流通的内管周围，借此实现气体和液体之间的热交换。在该换热器中，在内管中插入金属波纹板作为翅片。还包括这样一种双管型换热器(例如参照JP-A-2000-111277(第1-12页，附图1-12))，该双管型换热器包括：用于供被冷却介质从其中流过的内管；外管空间，该空间密闭内管的外围；和散热翅片，其布置在内管中并具有削弱热应力的作用。
根据所述的双管型换热器，其中设置有做出了不同改进的翅片结构，尽管该换热器的结构简单、紧凑，但是可以合理地预期获得优良的冷却效率。像在小型汽车中一样，换热器的安装空间是有限的，所以已经将许多双管型换热器投入实际应用，作为EGR气体的冷却换热器。由于其紧凑的结构，流体的绝对流动速率受其自身的限制，从而留下未解决的总的换热量方面的问题。为了解决这个问题，必须采用所谓的“壳管型换热器”，尽管这种类型的换热器在结构上或多或少地复杂一些，并且必须将其设计为大尺寸。人们已经对上述那些换热器做出了各种改进。在壳管型换热器的一个例子中，冷却水入口固定在壳体外围的一端，所述壳体构成冷却外壳，作为冷却水出口的喷嘴固定在壳体外围的另一端。引入高温EGR气体的盖罩与壳体纵向的一端结合在一起，排放热交换过的EGR气体的盖罩与壳体纵向的另一端结合在一起。多个扁平传热管在整个管板范围内以一定的间隔固定在各个盖罩的内侧，从而使高温EGR气体流入扁平传热管中，所述扁平传热管穿过在壳体中流动的冷却水。除了由上述那些扁平传热管形成的扩大的传热面积外，在扁平传热管的内周上还装配有C形板式翅片，借此将EGR气流削薄，并更进一步增大传热面积。这样就得到了具有优良热交换效率的壳管型换热器(例如参照JP-A-2002-107091(第1-3页，附图1-3))。
在前述的各项相关技术中，如同JP-A-11-23181和JP-A-2000-111277中揭示的那样，由于通过在双管型EGR气体冷却器中设置波纹翅片或者横向翅片，使气流被细化，从而增大了与波纹翅片或者横向翅片的接触面积，所以预期可以达到相当显著的效果。但是，构成EGR气体通道的大部分管子在其整个纵向长度上都具有平滑的内周，从而导致管子中心附近的传热不足。而且，气体沿EGR气体管道系统直线流动，从而导致气流的扰动不足以削薄传热面的边界层，从而导致传热效能不足。另外，紧凑的双管结构留下这样一个问题没有解决，即待交换热量的绝对值小。在JP-A-2002-107091揭示的壳管型换热器中，将设置在扁平管中的板式翅片加工成相对于气流为直线形的，结果流体没有得以充分的搅动，从而不能说其对流线的切断作用和对流体的搅动效果是充分的。
另外，如附图16中所示，近年来壳管型换热器20得到了广泛的应用，不仅将其作为前述的EGR气体冷却装置，而且作为热交换型冷却装置的一个范例，所述的热交换型冷却装置包括上述EGR气体冷却装置。在壳管型换热器20中，在壳体21内由多个传热管形成传热管组23，用于供穿过管板25的冷却水在其中流动。从被冷却介质入口g1引入的高温流体从被冷却介质出口g2排出，所述的被冷却介质入口g1形成在盖罩22-1内，所述的被冷却介质出口g2设置在另一侧的盖罩22-2内。同时，高温流体与冷却水进行热交换，所述冷却水在与被冷却介质的流动方向垂直的方向上穿过传热管的壁面在壳体21中流动，以便将高温流体冷却到预定的温度，上述传热管构成所述的传热管组23。另外，如附图17A-17C所示，把构成传热管组23的各个传热管23-1弄平，以增大它们的接触面积。波纹板翅片26配置在扁平传热管23-1中，借此使高温流体或者被冷却介质的通道构成多个小通道，所述波纹板翅片26具有正方形的截面，并在纵向上具有任意形状。如附图17C所示，使所述板式翅片26呈波浪形，以使流入小通道中的流体蜿蜒流动，借此增大传热面积。就这样提出了上述用来更好地改进热交换效率的那些翅片结构，以达到它们各自的初始效果。但是，在具有通过下述方式加工而成的翅片结构的传热管中，由该翅片结构形成的小通道中流体的压力损失非常小，从而使得在小通道之间流动的流体分布不均匀，而导致流动速度呈不均匀分布。上述翅片结构的加工方式为在扁平传热管中对单张金属薄板构成的板式材料进行专门的塑性处理。而且，由单张金属薄板构成的板式翅片分隔而成的小通道形成各自独立的通道，而不互相联通，因此，一旦流动速度分布不均匀，则无法消除这种情况。从而，流下了这样的问题不能解决：即热交换效率由于流动速度分布不均匀而大大降低。另外，传热管中分隔成的小通道内流体的分布不均匀，这种不均匀性使得如果有在该通道内流动的过量流体的话，无法将该流动的过量流体冷却至理想的温度范围。另一方面，如果流体流动不足的话，虽然对流体进行了冷却，但是流体不能达到预定的流动速率，结果使得换热量降低。即使在前述改进的以提高热交换效率的翅片结构中，采用诸如复杂的塑型加工来加工或安装这样的翅片结构的方法也遇到了困难，从而使得不能达到满足需要的性能。上述未解决的严重遗留问题有待于再做改进。
发明内容
本发明想要达到下述目的：即解决上述提出的那些问题并提供一种翅片结构、一种热交换传热管和一种换热器。所述翅片结构装配在扁平传热管中，尽管其结构简单，但是通过对其进行改进，使其热交换效率良好。所述的热交换传热管具有装配在其中的上述翅片结构，所述的换热器具有装配在其中的上述传热管。
本发明提供了一种设置在传热管中的翅片结构，其将流体通道分隔成多个小通道，所述流体包括在所述传热管中流动的被冷却介质或者冷媒，其特征在于：a)所述翅片结构的小通道的横截面形状是正方形或矩形的；b)所述翅片结构的小通道的纵向平面形状是具有相同波纹宽度的波纹形状；以及c)至少一个切口或通孔在波纹形状的所述翅片结构的小通道的弯曲转角部分的侧壁上形成。
本发明还提供了一种设置在传热管中的翅片结构，其将流体通道分隔成多个小通道，所述流体包括在所述传热管中流动的被冷却介质或者冷媒，其特征在于：a)所述翅片结构的小通道的横截面形状是正方形或矩形的；b)所述翅片结构的小通道的纵向平面形状是具有相同波纹宽度的波纹形状；以及c)至少一个上升部在所述翅片结构的小通道的侧面或上壁或下壁上形成，所述至少一个上升部以舌形形状朝向所述小通道的上游伸出而形成。
本发明还提供了一种设置在传热管中的翅片结构，其将流体通道分隔成多个小通道，所述流体包括在所述传热管中流动的被冷却介质或者冷媒，其特征在于：a)所述翅片结构的小通道的横截面形状是正方形或矩形的；b)所述翅片结构的小通道的纵向平面形状是具有相同波纹宽度的波纹形状；以及c)至少一条凹陷或隆起部在波纹形状的所述翅片结构的小通道的弯曲转角部分的侧壁上形成，所述至少一条凹陷或隆起部沿着垂直于流体流动方向的方向形成，并且在所述侧壁的整个高度上形成。
本发明还提供了包括如上所述任一翅片结构的传热管。
本发明还提供了一种换热器，该换热器是至少一个如上所述的传热管设置在其中的壳管型换热器。
而且，根据本发明所述的翅片结构的特征在于：所述传热管为扁平管子。
另外，在本发明所述翅片结构的一个优选方式中，各个板式翅片分别由一张金属薄板构成的板式材料加工而成。并且，在所述板式材料内形成切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等结构的方式为诸如冲压加工这样的机械加工方法，或者为诸如蚀刻这样的化学加工方法。
在本发明所述翅片结构的一个优选方式中，在焊接、低温焊接或者其它连接方式中适当选出将所述板式翅片安置在传热管中的方式，并且所述板式翅片与传热管一体连接。
另外，在根据本发明所述的传热管中，所述传热管为扁平管子，并且所述的多个小通道在纵向上呈曲线或者直线形，所述的小通道由设置在该扁平传热管中的翅片结构形成，所述的小通道具有正方形的截面，且在纵向上具有任意的形状。
另外，在该传热管的一种优选的方式中，设置在所述传热管中的各个板式翅片分别由一张金属薄板构成的板式材料制成，并且，在所述板式材料内形成切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等结构的方式为诸如冲压加工这样的机械加工方法，或者为诸如蚀刻这样的化学加工方法。
在本发明传热管的一种优选方式中，在焊接、低温焊接或者其它连接方式中适当选出将所述板式翅片安置在传热管中的方式，并且所述板式翅片与传热管一体连接。
根据前述本发明的翅片结构，在所述板式翅片的侧面、上壁或者下壁面内形成至少一个切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等类似结构。所述板式翅片设置在扁平传热管中，其将流体通道分隔成多个小通道，所述流体由在所述传热管中流动的被冷却介质或者冷媒组成，所述的多个小通道具有正方形截面并在纵向上具有任意形状。在相邻的小通道中，流动的流体互相来回流动，从而使得下述方向上的流动是自由的，所述方向为垂直于扁平传热管中的流体流动的方向。因此，在传热管内被分隔而形成的上述多个小通道中的流体的流速就没有形成偏差，该偏差的形成会伴随流体速度分布不均匀。这样，该结构就可以保持均匀的流动速度。而且，被分成多个小通道的各个通道之间流体的压力一致，从而使得流体平均分布，换热性能得以改进。这里，在下述翅片结构中，隔开的小通道中的流体之间不能互相联通，但是在壁面部分内，即弯曲的转角部分内，形成的隆起部或者凹陷对流体的流线产生有效的影响，从而可以实现良好的搅动效果，所述翅片结构在板式翅片的侧面、上壁或者下壁面内形成至少一个隆起部或者凹槽，所述板式翅片具有形成该翅片结构的正方形截面。而且，通过在侧壁面上补加形成前面提及的切口、通孔、上升部或者类似结构，不仅可以实现前述的流体之间的联通现象，而且热交换也可以实现，而预期达到良好的传热效率。
另外，依照其中设置有本发明的翅片结构的扁平传热管，流体可以自由地流入和流出小通道，这些小通道由翅片结构侧面内形成的切口、通孔、上升部、隆起部和凹槽等分离并隔开。结果流体之间的混合和碰撞会频繁发生，从而形成了工作流体的紊流和涡流。并使流体的流线以复杂的方式扰动，层流被切断，而重复有效的搅动作用，从而使流入传热管中的流体可以与传热管壁和翅片反复接触，从而形成有效的热交换。另外，由前述切口、通孔、上升部、隆起部、凹陷和类似结构形成的端部产生热交换边缘效应，从而使得热交换性能得以更好地改进。因而，不仅在壳管型热交换冷却装置中，而且在废气冷却器、EGR气体冷却器的热交换传热管、燃料冷却器、油冷却器、或者中间冷却器中，都可以将本发明的翅片结构适当地布置成搅动流体的板式翅片。同时，本发明的其中设置有翅片结构的传热管和其中装配有传热管的壳管型换热器凭借其优良的热交换性能能够减小上述那些装置的尺寸和重量，并有助于装置的紧凑化。因而，能够以相对较低的成本提供简单地安装在有限空间内的所述换热器。
附图说明
附图1A和1B示出根据本发明的一个实施例所述的翅片结构和扁平传热管的一个单元，该传热管内设置有该翅片结构。其中附图1A示出正视图，附图1B示出主要部分的示意性透视图。
附图2为放大透视图，其示出同一实施例中设置的翅片结构的主要部分。
附图3为同一实施例的顶视平面示意图，其示出在传热管内流动的部分高温流体的流动状况。
附图4示出根据本发明第二个实施例所述的翅片结构和扁平传热管的一个单元，该传热管内设置有该翅片结构。并且该图示出主要部分的透视图。
附图5示出根据本发明第三个实施例所述的翅片结构和扁平传热管的一个单元，该传热管内设置有该翅片结构。并且该图示出主要部分的示意性透视图。
附图6为放大透视图，其示出同一实施例中设置的翅片结构的主要部分。
附图7示出同一实施例中高温流体的流体分布状况和流动速度分布。
附图8为示意性的透视图，其示出依照本发明第四个实施例的翅片结构的主要部分。
附图9为示意性的透视图，其示出依照本发明第五个实施例的翅片结构的主要部分。
附图10A-10C示出根据本发明第六个实施例所述的翅片结构的一个单元的主要部分。其中附图10A示出顶视平面图；附图10B示出侧视图；附图10C示出正视图。
附图11为局部剖面正视图，其示出根据本发明第七个实施例所述的壳管型换热器。
附图12为透视图，其示出根据本发明所述的第一个对比样例的板式翅片的主要部分，和扁平传热管的一个单元，该扁平传热管内设置有上述板式翅片。
附图13为放大透视图，其示出同一对比样例中设置的板式翅片的主要部分。
附图14示出同一对比样例中高温流体的流体分布状况和流动速度分布。
附图15为透视图，其示出根据本发明所述的第二对比样例的板式翅片的主要部分，和扁平传热管的一个单元，该传热管内设置有上述板式翅片。
附图16为示意性侧视图，其用来对相关技术的壳管型换热器进行说明。
附图17A-17C示出一种扁平的传热管和一种冷却外壳(或者壳体)，所述传热管安装在前述的换热器中，其内设置有截面为正方形的波纹翅片。其中附图17A示出沿附图16中的线A-A的剖面图；附图17B显示正视图，其示出扁平传热管本身；附图17C示出设置在扁平传热管中的板式翅片的顶视平面图。
具体实施方式
将参照附图对本发明的实施例做更详细地说明。
附图1A和1B示出根据本发明的一个实施例所述的翅片结构和扁平传热管的一个单元，该传热管内设置有所述的翅片结构。其中附图1A示出正视图，附图1B示出主要部分的示意性透视图。附图2为放大透视图，其示出同一实施例中设置的翅片结构的主要部分。附图3为同一实施例的顶视平面示意图，其示出在传热管内流动的部分高温流体的流动状况。附图4示出根据本发明第二个实施例所述的翅片结构和扁平传热管的一个单元，该传热管内设置有所述翅片结构。并且该图示出主要部分的示意性透视图。附图5示出根据本发明第三个实施例所述的翅片结构和扁平传热管的一个单元，该传热管内设置有该翅片结构。并且该图示出主要部分的示意性透视图。附图6为放大透视图，其示出同一实施例中设置的翅片结构的主要部分。附图7示出同一实施例中高温流体的流体分布状况和流动速度分布。附图8为示意性的透视图，其示出依照本发明第四个实施例的翅片结构的主要部分。附图9为示意性的透视图，其示出根据本发明的第五个实施例所述的翅片结构的主要部分。附图10A-10C示出根据本发明的第六个实施例所述翅片结构的一个单元的主要部分，附图10A示出顶视平面图；附图10B示出侧视图；附图10C示出正视图。附图11为局部剖面正视图，其示出根据本发明第七个实施例所述的壳管型换热器。附图12为透视图，其示出根据本发明所述的第一个对比样例的板式翅片的主要部分，和扁平传热管的一个单元，该传热管内设置有所述板式翅片。附图13为放大透视图，其示出同一对比样例中设置的板式翅片的主要部分。附图14示出同一对比样例中高温流体的流体分布状况和流动速度分布。附图15为透视图，其示出根据本发明所述的第二个对比样例的板式翅片的主要部分，和扁平传热管的一个单元，该传热管内设置有所述板式翅片。
(实施例)
下面将结合实施例对本发明做更详细的说明。但是本发明不应受实施例的限制，相反，可以在其要旨的范围内自由地设计其方案。
(实施例1)
在根据本发明第一实施例所述的板式翅片中，如附图1A和1B所示，通过将下述薄板加工成预定尺寸的正方形来获得多个板式部件，所述薄板由厚度为0.2mm的奥氏体不锈钢SUS304构成，并且通过借助冲床冲压板式部件的8张板材的方式形成预定的切口2-1。然后对板式部件进行塑型加工以制造翅片结构2，该翅片结构具有矩形截面，并在纵向上有波纹，在其侧面内有多个切口2-1，如附图2所示。以这种方式获得的翅片结构2插在扁平的传热管1内，该传热管1由同样的材料构成，并具有0.5mm的厚度。用焊料将翅片结构2连接成一体的结构，以便将其分成多个小通道3，这些小通道3在扁平传热管1中具有正方形截面，并且在纵向上具有波纹。这里，通过上述冲压加工方式在小通道3的侧壁内形成多个切口2-1，从而使得分隔开的相邻小通道3彼此联通。制备8个以这种方式形成的扁平传热管，并将其装配成冷却外壳中的EGR气体冷却装置(虽然未示出)内的气体通道。对这个冷却外壳进行了冷却性能测试，并且将这些测试结果同基于对比样例1的相关技术的测试结果进行比较，这些测试结果在表1中示出。根据表1中列举的结果下面的信息得以确认。就本发明而言，由于设置的翅片结构的作用，使EGR气体可以在相邻的小通道3之间流进和流出，从而使得小通道3之间EGR气体的压力均匀，如附图7所示，流入传热管1b的小通道3b的EGR气体的流体分布和流动速度分布保持均匀一致。如附图7所示，传热管周围冷却外壳的热交换得以有效地促进，从而具有非常高的温度效率。
表1
根据该实施例，形成前述翅片结构2的板式材料采用奥氏体不锈钢SUS304的薄板材。但是，不排除选择任何其它合适的金属材料，如果该材料具有预定的机械强度，耐热性能、抗腐蚀性能和传热性能良好，并且具有符合要求的可使用性的话。而且，该实施例中形成切口2-1的手段为借助冲床的冲压方式。但是，可以采用机械切割、激光或者放电加工作为使切口成形的方法。而且，还可以通过使用遮蔽板式材料并借助化学方法在腐蚀性溶液中对其进行蚀刻的方式来形成该切口。
(实施例2)
如附图4所示，制备了类似于实施例1那样的波纹翅片结构2a，只是形成了圆形通孔4来代替实施例1中翅片结构2a形成的小通道3a的侧壁内的切口2-1。像实施例1的翅片结构一样，用类似的方式将获得的翅片结构2a与扁平传热管一体连接，以便获得8个换热器扁平传热管1a，所述的每个传热管都具有翅片结构2a，如附图4所示。然后像实施例1中一样，将传热管1a装配到EGR冷却装置中，并在与实施例1一样的条件下对其进行冷却测试。结果表明冷却效率大体上与实施例1的相等。
(实施例3)
如附图6所示，制备了类似于实施例2那样的翅片结构2b，只是板式材料纵向上的形状是直线形的。这里用来制备翅片结构2b的方法不需要任何复杂的塑型加工，而是像冲压通孔4a那样的简单冲压加工就可以满足需要，从而使得可以大大降低制造翅片结构2b的成本。如同实施例2的翅片结构一样，翅片结构2b插在扁平传热管中，并用类似的方式一体连接，以便制造8个扁平传热管1b，所述的每个传热管都具有设置在其中的翅片结构2b，如附图5所示。然后像实施例2中一样，将传热管1b装配到EGR气体冷却装置中，并在相同的条件下对其进行冷却测试。结果表明：热交换效率与实施例2相比略低，但是冷却效率实际上是满足需要的。
(实施例4)
如附图8所示，制备了大体上类似于实施例3那样的翅片结构2c，只是形成了多个矩形上升部2c-1，并且剩下的部分朝向通道3c隆起，从而形成了多个上升翅片2c-2，这些翅片以舌形的形式向通道3c的上游伸出。该实施例中用来制备翅片结构2c的方式不像实施例2中的那样需要复杂的塑型加工，而是像形成上升部2c-1那样的简单冲压加工就可以满足需要。从而使得可以大大降低制造翅片结构2c的成本。如同实施例3一样，将上述翅片结构2c插入并连接在扁平传热管中，以便获得根据这个实施例所述的8个扁平传热管(虽然未示出)，所述的每个传热管都具有设置在其中的翅片结构2c。像实施例3一样，将获得的这8个传热管1c装配在EGR气体冷却装置的壳管型换热器中，并在相同的条件下对其进行冷却测试。结果表明：不会发生高温流体的混流，但是下述部件引起的边缘效应起到将通道3c内流动的高温EGR气体的所有层流流体都切断(separate)的作用，从而实现了与实施例3大体上相等的冷却效率，所述部件为在通道3c中以舌形的形式伸出的上升翅片2c-2。
(实施例5)
如附图9所示，制备了与实施例4的翅片结构大体上相同的翅片结构2d，只是实施例4的上升部2c-1在该实施例中为三角形上升部2d-1，即以舌形的形式向通道3d的上游伸出的多个上升翅片2d-2为三角形的。通过相似方式或者类似方式来设置翅片结构2d，获取传热管2d(未示出)。像实施例4中的翅片结构一样，将获得的该翅片结构2d装配在EGR气体冷却装置的壳管型换热器中，并在相同的条件下对其进行EGR气体的冷却测试。结果表明可以达到与实施例4大体上相等的冷却效率。
(实施例6)
如附图10A和10B所示，制备了大体上与实施例2相似的根据该实施例所述的翅片结构2e，只是使具有正方形截面的所述板式翅片呈波浪形，从而像实施例1和2那样在纵向上具有曲线，在对应于板式翅片起伏的隆起部的转角部的侧壁上按照下述方式形成有凹陷和隆起部2e-3与2e-4，上述方式为隆起部和凹陷相对于它们的内侧通道3e交替设置；并且在上述侧壁中没有形成通孔4。像实施例2中的一样，将翅片结构2e设置在扁平传热管中，并将其装配在EGR冷却装置的壳管型换热器中，在像上述实施例那样的相同条件下对其进行冷却测试。测试表明：即使不会发生高温流体的混流，也在流体通道3e的曲面转角部分上交替形成了多个沿侧壁竖直方向伸展的凹陷和隆起部2e-3与2e-4。流动的流体中形成了紊流和涡流，从而通过比预期的更强烈的搅动作用可以达到实际上满足需要的冷却效率。这里，根据该实施例所述的凹陷和隆起部2e-3与2e-4形成在转角部。但是，不排除在转角部以外的其余部分形成上述凹陷和隆起部，和整个波纹部分像微波一样连续的凹陷和隆起部2e-5。
(实施例7)
参照附图11对这个实施例进行说明，该实施例在EGR气体冷却装置50中使用按照实施例1-6的任何一个所获取的传热管1，该EGR气体冷却装置50装配在汽车被冷却的EGR系统中。在根据这个实施例所述的EGR气体冷却装置50中，通过下述方式在壳体51内形成一组传热管。所述方式为：将一对管板50-3和50-4连接至壳体51的两端以使内部密封，并在上述配对的管板50-3和50-4之间、分别以预定的间距穿过管板50-3和50-4连接并布置多个扁平传热管1，这些扁平传热管是根据前述实施例获得的。此外，在壳体51的两侧上，安装有盖罩50-1和50-2，这些盖罩上装配有EGR气体G的流入口G-1和流出口G-2。另一方面，在壳体51外围的两端部装配有入口W1和出口W2，所述的入口和出口诸如发动机冷却水或者冷风这样的冷媒的入口和出口，例如在这个实施例中冷媒为发动机的冷却水W。由所述的配对管板50-3和50-4确定的不漏气空间形成热交换区域Wa，发动机的冷却水W可以在该区域内流动。通过在热交换区域Wa内连接多个支撑板50-5，并将传热管1插在支撑板50-5的椭圆形通孔中的方式，而将传热管1稳固地支撑，使其成为挡板，促使流入热交换区域Wa中的冷却水W的水流蜿蜒流动。此时，预先通过低温焊接的方式将连接并固定好的翅片结构安装在待装配到壳体51内的传热管1的内周中。也可以在装配在壳体51中的工序之后，通过低温焊接的方式进行连接翅片结构的作业。
在按照这个实施例所述这样构造的EGR气体冷却装置50中，自EGR气体流入口G-1流至壳体51内的高温EGR气体G流入布置在壳体51中的多个传热管1中。可是发动机冷却水W已经流入热交换区域Wa中，从而使EGR气体G和发动机冷却水W之间通过传热管1管壁的热交换立即开始，所述的热交换区域Wa形成在以预定间距布置的传热管1的传热管组周围。在这个实施例中，采用具有宽大传热面积的扁平管子作为传热管1，并且，如前面的各个实施例中举例说明的那样的翅片结构2装配在扁平传热管的内周中。因此，通过下述方式确定了优良的冷却效率，即对流体的搅动作用、切断层流的作用、分散作用、流体均匀的流动速率和速度协同作用，从而有效地促进了EGR气体G和发动机冷却水W之间的热交换，由此确定了优良的冷却效率。
(对比样例1)
如附图13所示，制备像实施例3中那样的翅片结构12，只是在翅片结构的侧壁中没有形成通孔。通过下述方式获得8个其中设置有翅片结构12的扁平传热管10，如附图12所示，所述方式为：像实施例3的那样，将翅片结构12装配在扁平管中，并借助像实施例3那样的方式使它们一体连接。然后像实施例3中那样，将所述的8个传热管10装配在EGR气体G的冷却装置中，并在相同的条件下对其进行冷却测试。如附图14所示，下述发现已得以证实：即流入传热管10的小通道13中的EGR气体的流动速率分布和流动速度分布明显不一致，从而使得与实施例3的热交换效率相比，其热交换效率大大下降了。
(对比样例2)
如附图15所示，制备像实施例1中那样的翅片结构12a，只是在翅片结构的侧壁中没有形成通孔。通过下述方式获得8个传热管10a，所述的每个传热管内都设置有波纹翅片结构12a，如附图15所示，上述方式为：像实施例1那样在扁平管中装配波纹翅片结构12a，并借助像实施例1那样的方式使它们一体连接。然后像实施例1中那样，将这8个传热管10a装配在EGR气体的冷却装置中，并在相同的条件下对其进行冷却测试。下述发现已得以证实：即尽管在扁平传热管中装配有下述波纹翅片结构12a，但是流入获得的传热管10a的小通道13a中的EGR气体的流动速率分布和流动速度分布明显不一致，从而使得其热交换效率明显低于实施例1的热交换效率。上述波纹翅片结构是利用生产成本非常高的塑型加工工艺制造的。
用来在各种扁平传热管中固定基于本发明的前述各个实施例所获得的翅片结构的方式是任意的，而不是特别限制的。通常采用低温焊接方式连接该翅片结构和扁平传热管，并优选采用焊接或者低温焊接作为扁平传热管和冷却外壳(或者壳体)、盖罩部分(或者管子)或者类似部件之间的连接方式。另外，在根据本发明的前述的各个实施例中，仅仅用在传热管中流动的流体作为EGR气体或者被冷却介质的例子。在另外一个实施例中，将冷却水或者冷媒输送至传热管内，从而使得传热管的外侧可以构成被冷却介质的气体通道。在这种情形中，可以在传热管内流动的冷却水中形成紊流和涡流，从而借此有效地进行与传热管外围表面接触的气体的热交换。
这里，在前述的各个实施例中仅仅示例性地用一种形态来表示(shape)在翅片结构的侧面、上壁或者下壁面上形成的切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等结构。但是优选使前述实施例在一个板式翅片的通道中与多种形态搭配。例如，除了实施例1中的切口2-1之外，还可以附加形成凹槽2e-3和/或隆起2e-4。或者除了实施例3的通孔4a之外，实施例4中的上升翅片2c-2和实施例5中的上升翅片2d-2也都可以设置，从而预期上述结构产生协同作用。另外，在前面所述的各个实施例中，加工的切口、通孔和上升部等是简单的矩形、三角形或者圆形，但是如果需要，不排除适当地选择V形切口、星形或者多角形的通孔。而且毋庸多言，可以在加工波纹的工序之前和之后的任何时候加工各个实施例中的切口、通孔、上升部、隆起部、凹陷和类似部件。
依照本发明前述的翅片结构，正如可以从前述的各个实施例和对比样例中明显地看到的那样，在板式翅片的侧面上单独或者组合形成至少一个切口、上升部、隆起部、凹陷和类似部件，所述板式翅片设置在扁平传热管中，并将流入传热管内的被冷却介质或者冷媒流体通道分成多个小通道，这些小通道具有正方形截面，并在纵向上具有任意形状。在相邻的小通道中，流动的流体互相来回流动，从而使得扁平传热管中平面方向的流动是自由的。因此，由传热管分成的小通道中的流体没有产生不一致的流动速度，从而使流动速度没有产生附带的散布。这样，该结构就可以保持均匀的流动速度。而且，被分成多个小通道的各个通道之间流体的压力一致，从而使得流体平均分布，换热性能得以改进。
另外，依照其中设置有本发明的翅片结构的扁平传热管，流体可以自由地流入和流出小通道，这些小通道由翅片结构侧壁内形成的切口、通孔等分隔。因此，流体之间的混合和碰撞会频繁发生，从而形成了工作流体的紊流和涡流。并使流体的流线以复杂的方式扰动，以切断层流，重复有效的搅动作用，从而使得流入传热管中的流体与传热管壁反复接触，以此有效地进行热交换。另外，由前述切口、通孔、上升部、隆起部、凹陷和类似部件形成的端部引起热交换边缘效应和流体的搅动作用，从而使得热交换性能得以更好地改进。因而，不仅在壳管型热交换冷却装置中，而且在用来从废气中回收废热的换热器、或者EGR气体冷却器的热交换传热管、燃料冷却器、油冷却器、中间冷却器或者类似的装置中，都可以将本发明的翅片结构适当地布置成搅动流体的板式翅片。同时，其中设置有所述翅片结构的传热管和其中装配有所述传热管的壳管型换热器凭借其优良的热交换性能能够减小上述那些装置的尺寸和重量，并有助于装置的紧凑化。因而，能够以相对较低的成本提供简单地安装在有限空间内的所述换热器，从而可以预期实现该换热器在相关领域的广泛应用。
Claims (9)
1.一种设置在传热管中的翅片结构，其将流体通道分隔成多个小通道，所述流体包括在所述传热管中流动的被冷却介质或者冷煤，其特征在于：
a)所述翅片结构的小通道的横截面形状是矩形的；
b)所述翅片结构的小通道的纵向平面形状是具有相同波纹宽度的波纹形状；以及
c)在波纹形状的所述翅片结构的小通道的弯曲转角部分的侧壁上形成至少一个切口或通孔。
2.如权利要求1所述的翅片结构，其中设置在所述传热管中的所述翅片结构由一张金属薄板构成的板式材料加工而成，并且，在所述板式材料上形成切口和通孔的方式为机械加工方法，或者为化学加工方法。
3.如权利要求2所述的翅片结构，其中所述机械加工方法为冲压加工，所述化学加工方法为蚀刻。
4.如权利要求1所述的翅片结构，其中所述翅片结构的小通道的横截面形状是正方形的。
5.一种传热管，在所述传热管内容纳有如权利要求1所述的翅片结构。
6.如权利要求5所述的一种传热管，其中将所述翅片结构安置在所述传热管中的方式是焊接方式，并且所述翅片结构与所述传热管一体连接。
7.如权利要求5所述的一种传热管，其中将所述翅片结构安置在所述传热管中的方式是低温焊接方式，并且所述翅片结构与所述传热管一体连接。
8.如权利要求5或6所述的一种传热管，其中所述传热管为扁平管子。
9.一种换热器，其特征在于该换热器是至少一个如权利要求5所述的传热管设置在其中的壳管型换热器。
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