CN203964744U - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种热交换器，包括：第一集管和第二集管，具有在第一集管和第二集管之间延伸的多条管道，多条管道与散热片阵列联用，其中，多条管道具有多个凹坑密度不均的凹坑部分，多个交替的光滑部分中的一个伴随着凹坑部分，从而在层流状态、过渡流状态及湍流状态下于流过每条管道的液体与管壁之间有效地传递热量。通过本实用新型的技术方案，借助于交替布置的光滑部分和凹坑部分，无论是层流状态、过渡流状态还是湍流状态下，都能在流过管道的液体与周围环境之间有效地传递热量。

Description

热交换器
技术领域
本实用新型涉及一种热交换器的管道及散热片设计。
背景技术
管道及散热片式热交换器被用以在流过管道的冷却液和周围环境之间传递热量。管道及散热片设计包含在第一和第二集管之间延伸的若干管道，这些管道与提供较大表面积的散热片阵列联用。冷却液从一个集管横跨管道流动至另一集管，同时散热片暴露于周围环境的空气中。散热片和管道由高导热性材料制成，如此允许热量在冷却液与周围环境的空气之间有效地传递。集管通常附接至收集流入和流出热交换器的液体的液箱。
为将热量从管道和散热片传递至空气，首先必须将能量从冷却液传递至管道和散热片。至今已提出多种管道及散热片设计来增加从液体至管道和散热片的热传递，然而，不同设计在不同流量下运行有所不同。光滑管道和具有突出至管道内部的凹坑的管道都已经在管道及散热片式热交换器中使用。在流动为层流的低流率期间，具有光滑管道设计或凹坑管道设计的管道及散热片式热交换器的热传递量的差异可忽略不计。当冷却液流率增加时，流动进入层流与湍流之间的过渡流阶段，此时在凹坑管道中从冷却液传递至管道壁和散热片的热量显著增大。在过渡流期间，采用凹坑管道而非光滑管道的热交换器能够实现较大的热传递，这是因为凹坑“搅扰”上述流动，如此产生扰动，这会增加湍流和热传递。在湍流期间，光滑管道相较于凹坑管道而言，从冷却液至管道壁和散热片的热传递明显较大。在湍流期间，通过采用光滑管道而非凹坑管道的热交换器，能够实现较高的热传递，这是因为该流动已具有显著的扰动，而凹坑管道的壁上的凹坑减小了管道与散热片之间的接触面积，如此会减少管道与散热片之间传递的热量。从管道至散热片的热传递的减少最终减少了从热交换器中的冷却液传递至周围外部环境的整体热量。
期望提供一种包含凹坑管道在过渡流期间的性能及光滑管道在湍流期间的性能的热交换器，以在冷却液的两种流动状态下都能增加热传递。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能够增加热传递的热交换器。
本实用新型提供了一种在冷却液与周围环境的空气之间传递热量的热交换器。该热交换器包括在两个集管之间延伸并与散热片阵列联用的若干细长管道。该管道包含交替的光滑部分和凹坑密度不均的凹坑部分。在管道上交替布置凹坑部分和光滑部分实现了在层流状态、过渡流状态和湍流状态期间从穿过管道的液体进入管壁和散热片的足量的热传递。冷却液从一个集管横跨管道流动至另一集管，同时散热片暴露于周围环境的空气。该管道和散热片由高导热性材料制成，如此将热量从冷却液有效地传递到管道和散热片中并进入周围环境。优选地，液箱附接至每个集管以收集流入和流出管道的冷却液。热交换器还可反向工作，此时，热量从周围环境流入到管道和散热片中并进入流过该管道的冷却液，正如空调系统中的蒸发器。
本实用新型提供了一种热交换器，包括：第一集管和第二集管，具有在第一集管和第二集管之间延伸的多条管道，多条管道与散热片阵列联用，其中，多条管道具有多个凹坑密度不均的凹坑部分，多个交替的光滑部分中的一个伴随着凹坑部分。
优选地，凹坑部分具有第一端和第二端，凹坑的密度在液体流动的方向上沿着从第一端延伸至第二端的纵向逐渐减小。
优选地，多条管道均具有至少三个凹坑部分和至少三个光滑部分。
优选地，凹坑部分内的凹坑以多个集群的方式布置。
优选地，多条管道由铝制成。
优选地，还包括两个固定至第一集管和第二集管的集管液箱，其中，集管液箱收集流过多条管道的液体。
优选地，集管液箱由塑料制成。
优选地，集管液箱由铝制成。
优选地，液体在第一集管处流入热交换器、流过多条管道并在第二集管处从热交换器流出。
优选地，凹坑部分具有在10mm和200mm之间变化的长度L。
优选地，光滑部分具有在10mm和200mm之间变化的长度M。
本实用新型提供了一种热交换器，包括：第一集管和第二集管，具有在第一集管和第二集管之间延伸的多条管道，多条管道与散热片阵列联用；以及具有端口并且附接至第一集管和第二集管以收集流入和流出热交换器的液体的第一集管液箱和第二集管液箱，其中，多条管道具有多个凹坑密度不均的凹坑部分，多个交替的光滑部分中的一个伴随着凹坑部分。
优选地，凹坑部分具有第一端和第二端，凹坑的密度在液体流动的方向上沿着从第一端延伸至第二端的纵向逐渐减小。
优选地，多条管道均具有至少三个凹坑部分和至少三个光滑部分。
优选地，凹坑部分内的凹坑以多个集群的方式布置。
优选地，多条管道由铝制成。
优选地，集管液箱由塑料制成。
优选地，集管液箱由铝制成。
优选地，凹坑部分具有在10mm和200mm之间变化的长度L。
优选地，光滑部分具有在10mm和200mm之间变化的长度M。
通过本实用新型的技术方案，借助于交替布置的光滑部分和凹坑部分，无论是层流状态、过渡流状态还是湍流状态下，都能在流过管道的液体与周围环境之间有效地传递热量。
附图说明
图1是热交换器的轴测图，为便于示出，减少了所示管道的数目并增大了每个手风琴式散热片的各部分之间的距离；
图2是沿图1中线2-2截取的热交换器的集管、管道和散热片的局部截面轴测图；
图3是沿图2中线3-3截取的管道的纵向截面图；
图4a是具有凹坑密度逐渐减小的凹坑部分的区域与交替的光滑区域的管道的平面图；
图4b示出了图4a中管道的凹坑密度与沿方向X的管道长度的函数的曲线；
图5a是具有集群的凹坑部分的区域和交替的光滑部分的区域的管道的平面图；
图5b示出了图5a中管道的多个凹坑密度与沿方向X的管道长度的函数的曲线；以及
图6示出了凹坑管道、光滑管道及具有凹坑部分和光滑部分的管道在层流状态、过渡流状态和湍流状态期间的相对热传递能力的曲线。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例按要求在此公开，然而，应当理解，在此公开的实施例仅为本实用新型的示例，其能够以各种替代方式实施。附图不一定是按比例绘制；可对一些特征放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和特征细节不应视为限定，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式应用本实用新型的代表性基础。
图1示出了根据本实用新型的热交换器10。热交换器10包含在两个集管14之间延伸的若干细长管道12，管道12附接至散热片阵列16。在优选实施例中，冷却液从一个集管14横跨管道12在单通道中流动至另一集管14。然而，本实用新型并不限于单通道流动，且本实用新型应当解释为包括具有多通道的其它实施例。同样，在优选实施例中，散热片16布置为手风琴式结构、设置在相邻管道之间并暴露于周围环境的空气。然而，本实用新型并不限于手风琴式结构，并应当理解为包括其它散热片结构，诸如管道及散热片交叉结构。管道12、集管14和散热片16优选由高导热性材料制成，诸如铝、铜、黄铜或钢，但并不限于这些材料。铜焊是通常用以将管道12固定至集管14的工艺。两个集管液箱18配置成固定至集管14并收集在端口20处流入和流出热交换器10的冷却液。优选地，集管液箱18由诸如塑料的轻质耐蚀材料制成。然而，集管液箱18不局限于仅由轻质塑料制成，并可能由其它材料制成，诸如铝、钢或例如黄铜的铜合金。
如图2所示，细长管道12具有外宽W和外高H。优选地，细长管道12的宽度W在10mm至40mm的范围内，且高度H在1mm至2.5mm的范围内。优选地，细长管道12的材料厚度在0.15mm和0.35mm之间变化。集管具有约为1.5mm的优选材料厚度，而散热片16具有的优选材料厚度从0.05mmm至0.10mm变化。散热片高度优选从4mm至9mm变化。在所示的手风琴式设计中，散热片高度约等于两条相邻细长管道12之间的距离。
参照图2和图3，凹坑22配置成突出到细长管道12的内部中。凹坑22通过搅动冷却液增加了过渡流状态期间的热传递。这种搅动在图3中由圆形流向箭头示出。
参照图4a和图5a，细长管道12被划分成交替的凹坑部分24和光滑部分26。在湍流状态期间，光滑管道26相较于凹坑部分24具有较高热传递。
仍参照图4a和图5a，该优选实施例使凹坑部分24和光滑部分26交替，以便无论是在过渡流状态下还是在湍流状态下都能利用凹坑管道和光滑管道增加热传递性能。凹坑部分具有长度L，且光滑部分具有长度M。优选地，长度L和M都在10mm和200mm之间变化，且更优选地是从35mm至75mm变化。
图4a和图4b示出了细长管道12根据本实用新型具有交替的凹坑部分24和光滑部分26的实施例，其中，凹坑部分24中的凹坑22的密度沿着方向X逐渐降低。图4b是细长管道12的一部分的图示，其示出凹坑密度在每个凹坑部分24中沿方向X以线性方式降低且在每个光滑部分中的凹坑密度为零。
图5a和图5b示出了细长管道12根据本实用新型具有交替的凹坑部分24和光滑部分26的替代实施例。凹坑22以若干集群的方式布置，其中，每个凹坑部分24中的每个集群中的凹坑的数目均沿方向X降低。图5b为细长管道12的一部分的图示，其示出每个凹坑区域24中的集群尺寸沿方向X逐渐减小，在每个集群之间和在每个光滑部分中凹坑密度为零。
本实用新型并不限于本文所描述的实施例，且应当理解为包括具有交替的凹坑部分24与光滑部分26的所有细长管道12，其中，凹坑部分24中的凹坑密度并不均匀。
图6中的图表示出了凹坑管道、光滑管道及具有交替的凹坑部分和光滑部分的管道在层流状态、过渡流状态和湍流状态期间的热传递能力。
尽管上文描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本实用新型的所有可能形式。正如前面指出的，本实用新型并不限于散热器，也能够是在空调系统等中用作冷凝器或蒸发器的热交换器。本说明书里的词语仅仅是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，可进行多种变化而不背离本实用新型的精神和范围。此外，可将多个可执行实施例的特征组合在一起来形成本实用新型的其他实施例。

Claims (10)

1.一种热交换器，其特征在于，包括： 
第一集管和第二集管，具有在所述第一集管和所述第二集管之间延伸的多条管道，所述多条管道与散热片阵列联用， 
其中，所述多条管道具有多个凹坑密度不均的凹坑部分，多个交替的光滑部分中的一个伴随着所述凹坑部分。 
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述凹坑部分具有第一端和第二端，凹坑的密度在液体流动的方向上沿着从所述第一端延伸至所述第二端的纵向逐渐减小。 
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多条管道均具有至少三个凹坑部分和至少三个光滑部分。 
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述凹坑部分内的凹坑以多个集群的方式布置。 
5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多条管道由铝制成。 
6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，还包括两个固定至所述第一集管和所述第二集管的集管液箱，其中，所述集管液箱收集流过所述多条管道的液体。 
7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，液体在所述第一集管处流入所述热交换器、流过所述多条管道并在所述第二集管处从所述热交换器流出。 
8.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述凹坑部分具有在10mm和200mm之间变化的长度L。 
9.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述光滑部分具有在10mm和200mm之间变化的长度M。 
10.一种热交换器，其特征在于，包括： 
第一集管和第二集管，具有在所述第一集管和所述第二集管之间延伸的多条管道，所述多条管道与散热片阵列联用；以及 
具有端口并且附接至所述第一集管和所述第二集管以收集流入和流出所述热交换器的液体的第一集管液箱和第二集管液箱， 
其中，所述多条管道具有多个凹坑密度不均的凹坑部分，多个交替的光滑部分中的一个伴随着所述凹坑部分。 
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