CN2213976Y - 强化型散热器 - Google Patents

Abstract

采暖用散热器，有铁、铝、不锈钢及其合金、镀件、 铸材制的绕、肋、翅、串片型，柱、板、扁、方、椭圆、异形 管型、热管、真空相变及电、气热型，由热媒热源联结 装置、联管、内腔、换热装置、散热外表面和空气流道 组焊铸造的换热通道组成，特征是传换热通道部分或 内、外设有扩展扰流强化换热结构。达缩减体积重 量、优化结构提高散热量、节约材料降低成本、提高档 次、提高散热器总体水平之目的。

Description

本发明属于暖通技术领域。具体地说，是用于采供暖的散热器。

现有散热器，从所用材料分：有铸铁、钢制、铝合金等；从运行机理分：有常规充满水直接换热式与热管、真空相变间接换热式或不抽真空间接换热式；从供热热源分：有水（汽）、燃气（天然气、石油液化气、煤气、煤油、混合燃料）、电热之分。其基本结构大同小异，应用领域和技术分类统属采供暖的散热器。近年来，国内生产厂家还是以生产仿国外的常规铸铁、灰铸铁园翼、二柱、四柱型、钢制串片（改进为闭式）、扁管、柱式、板型、电暖、气暖等型式。从进一步引进及研制开发看，有绕片式、《变压式真空相变散热器·CN87214880.7》（申请人刘玉海）、《散热器·CN91225887.X》（申请人刘玉海、刘玉明）、《桑普电暖器》（北京市太阳能研究所）、《脉冲燃烧燃气暖风机·CN92213263.1》（南京热水器总厂）。以上这些散热器技术，已采用了强化换热技术，如表面凹凸形、扰流子、条缝栅桥形或间断肋等，均具有某些方面的优点。但从散热器的综合效能方面来看，还有应进一步改进的地方。

本实用新型的目的，是优化散热器传、换热结构，缩减体积、减少重量、提高散热量、节约材料、降低成本，提高散热器综合效能和总体水平。

本实用新型是这样实现的，在用于采暖的散热器中，有铁、铝、不锈钢及其合金、镀件、铸材制的绕、肋、翅、串片，柱、板、扁、方、椭园、异形管，热管、真空相变及电、气热型，由热媒热源联结装置、联管（箱）、换热装置、内腔、散热外表面和空气流道所装配组焊、铸造的传、换热通道组成，在散热器的传热、换热通道部分或内、外设有波纹形、矩形、梯形、螺旋形的扩展扰流强化换热结构。这种强化换热结构较现有技术大幅度的增加了换热面积，并且使换热流体旋转增速、增强扰动湍流，减少边界层热阻，提高散热器综合效能，在缩减体积和／或减少金属材料重量的条件下，提高散热量、节约原材料、降低成本、提高档次、提高散热器总体水平。

本实用新型的散热器在绕片、肋片、翅片、串片上设有垂直、水平或有一定倾角或同心的波纹形、矩形、梯形和／或间断旋转切口的扩展扰流强化换热结构。绕片是采用钢、铝带绕制在钢、铜管上的换热装置，片与管之间可采用高频焊、气电焊、激光焊、热浸镀，还可采用胀管工艺；肋片翅片可采用在钢、铜、铝管上车、拉、挤、滚压等机械方法制造；串片用同类或不同材质，由单制的片与管串在一起。由于绕制或串制或车、拉、挤、滚等加工方法不同而形成管、板上的肋翅形状，其名称叫法不同，细部结构可能相同或不同，从总体结构功能看，大同小异，属同一类换热结构。现有散热器的肋、翅片没有设计进一步的强化结构；串片有凹凸型和电动空调机的铝片铜管制条缝栅桥形；绕片高超过15mm时，翅根会发生部分自然折皱现象（参阅《换热器设计手册·第三卷·P31》［德］E·U·施林德尔）。“这是由于翅根和翅顶伸缩不同而造成的”。这种折皱深浅宽窄随意性大，尺寸不符合减小边界层热阻的要求。本发明特征是在绕、肋、翅、串片总体结构上考虑，采用人工机械方式设计制成有扰流强化功能的波纹形、矩形、梯形扩展表面。由于制作过程中轧、压、拉伸造成局部减薄因素及表面形状结构设计，其换热面积可扩大1倍以上，同时可获得好的扰流效果。现有间断肋是在肋片上开有间断形口，可减少边界层热阻。如肋口不切下来，还可小量的增加换热表面积。本实用新型的一个特征是将绕、肋、翅片沿每个切口扭转一个角度，使整个绕、肋、翅片形成间断旋转切口的扩展绕流强化换热结构，如附图1g、i和图2e、f。此方案还可以使肋、翅、绕片间距进一步缩小成密集翅而仍保持气、液流道的合理间隙。密集翅可以使不同流体的传、换热通道配比更趋合理。特别是在水、汽沸腾相变凝结内腔与散热外表面空气自然对流换热条件下，可超过20－37倍以上的比值关系设置，而现有技术通常在20倍以下的范围。若在间断旋转切口的螺旋形绕、肋、翅片上轧压、滚制波纹形、矩形、梯形扰动扩展结构，效果更好。扩展扰流结构可以在绕、肋、翅片的径向，也可以沿片的同心线制作，如图1g、h，图2a、b、c、d、g。以上几个技术方案，可以单独采用，也可以交叉或综合应用。采用以上结构特征的绕、肋、翅、串片管至少一支与柱、板、扁、方、椭园、异形管组焊，可成充满水或热管式、电、气热型外观各异的多种形式的强化型散热器，它可以多支管片成组，也可以一支长立管或横管即成一组散热器的形式。

本实用新型强化型散热器的绕片、肋片、翅片还可以采用铸材制波纹形、矩形、梯形、螺旋形的翅片与钢、铝管整体或单支组成。设计在铸材绕、肋、翅、串片上制垂直或水平或有一定倾角、螺旋角的波纹形、矩形、梯形的扩展扰流强化换热表面，如图1a、b、c、d、e、f、h、j、k、l所示。在缩减散热器外部体积条件下，比现有技术可1－2倍以上的提高气侧换热表面积。如采用有一定倾角，并设计与相邻绕、肋、翅、串片和围护结构结合形成一定倾角、螺旋角，则即增加换热面积，又增强流体速度，强化扰流减小边界层热阻（参阅图4结构）。此类结构同时还具有机械强度增加的效果。如采用先进的压铸、浇铸、温挤、低压铸造、失蜡等精密铸造和真空实型铸造等先进工艺，使其体积不增加甚至缩减，节约铸材而散热量大幅度提高。整体工艺铸材与钢管结合良好、接触热阻小、稳定性好，抗冻耐压性能超过现有铸铁散热器。当然，若采用片与管单制，经串装涨管工艺亦可。若采用质量好的焊管或无缝管、铝型管、镀铜、铝、锌、铅锡铁管，还可使铸铁、灰铸铁、废杂铁、铸铝、废杂铝材亦能用于气密性要求极高的热管、真空相变、电、气暖散热器上。

本实用新型可以是绕、肋、翅片呈多头并列布设于传换热通道的波纹形、矩形、梯形、螺旋形扩展扰流强化换热结构。通常绕、肋、翅片是单头的，其螺旋角接近于与管轴线垂直，因此管片若垂直使用时流阻大，很不利于空气自然对流换热。多头螺旋肋即最少为2头，多可达70条左右，肋片与管轴线约呈平行状且绕管轴线成波纹形、矩形、梯形、螺旋形布设，例如图1i、j、k，图4a、b、d、e，它使流体波动旋转增速且具有扩大换热面积之优点。其换热系数、表面积可得到优化配合，即节约原材料，又提高散热量。

绕片式散热器现有技术钢制片为0.8mm厚，本实用新型由于采用波纹形、矩形、梯形、螺旋形结构，其机械强度高，焊接采用新的设备工艺，也不难解决，所以本实用新型绕片采用0.5mm以下钢制绕片，其厚度选为0.5－0.3－0.25－0.22－0.2－0.18－0.15mm的薄钢带或镀锌、铝、铜、铅锡钢带与钢铁管组成。片与管的结合采用高频焊、激光焊、气电焊、电阻焊、热浸镀；若采用导热胶粘剂固结组成能耗低工艺简，设计接触面积提高2倍以上，接触热阻亦很小。

如果采用铸材，如铸铁、灰铸铁、铸铝做绕、肋、翅片，其片厚可在0.5－0.8－1－1.2－1.5－1.8－2mm之间，比现有铸铁散热器减少2－8倍。还特别适用于做管内强化或多头螺旋肋，采用波纹形、矩形、梯形、螺旋形结构可增强换热效果又可增加机械强度。

在空气流道的管片外还可以整体或单支或某段设有围护和扩展强化换热结构。空气流道在散热器管板的外部，易受碰撞或不小心擦伤人，因采用超薄料，也易碰撞弯折，所以设围护结构是必要的。本实用新型的特点是围护结构与扩展强化换热结构综合设计。整体设置即将整组散热器围护起来，下部有进气道，上部或上部一侧，双侧有热风通道。单支即在一支散热管片的外部设置，也可在某段设置。若管片为钢、铝制，则围护结构可以是钢、铝薄板或非金属人造、天然板材：如塑料、纤维、玻璃钢、宝丽板、装饰板、微晶玻璃装饰板、石材等；若管片为铸铁、铸铝，则围护结构可成一体同一材质制，当然亦可采用上法；还可采用板、网结合、板与条缝栅桥结合。围护结构与散热管片结合设波纹形、矩形、梯形、螺旋形的扩展扰流强化换热表面。

本实用新型还可以是管、板、柱形的内腔和联管成矩形、梯形结构。各支换热内腔可成180°－110°－90°－70°等角或40°－110°之间不等角的具有至少一个弯捌的非直管，其与联管结合形成散热器管路系统，它可以弯制成形也可焊接成形，型腔模胀形可用于铝和铝合金。此类型特别适用于热管、真空相变及电、气热型散热器。它比较容易解决重力式热管沸腾汽流速度达音速左右而导致的回液不畅、内腔凝结液膜过厚甚至形成液柱的问题，因此对提高散热器总体效能很有利。若用于常规充满水式散热器，热媒热源联结装置的进出水管口不在同一平面或在异侧装设时，也有流阻减小的功效。弯管型散热器管、板、柱外侧还可以装设绕、肋、翅、串片。若管柱成组再用铸铁、铸铝铸造绕、肋、翅、串片，比常规工艺更简单。

本实用新型还可以是热管、真空相变及电、气热型散热器的换热装置由不锈钢、铁或其铜、铝、锌、锡铅的至少一支串并列管组成的波纹形、矩形、梯形、螺旋形的扩展扰流强化换热通道组成。图5示出了依据本发明构思选择的13种典型结构。此类散热器与大气热媒相通的换热装置（加热隔离管）面积体积与联管容积配比不易达到最佳，因采暖散热器多工作在100℃以下，特别是45℃左右低温热媒时，效能不高。经本发明方案较简结构试制，其标准散热量可达到和超过常规散热器；低温下工作亦比较满意，解决了国内外在这方面难以实用化的难题，低温热媒36℃以上即可正常工作，突破了50℃以下运行不佳的难关。热媒热源联结装置的进出水口若在异侧，换热装置的加热隔离管可为并列管，若在同侧，可为双管串列管。

本实用新型还可以是电热型散热器的换热装置与散热外表面下部的管、联管或其部分结合形成扩展强化换热结构，电热通过涂敷其上的绝缘导热层传导至联管、内腔。绝缘导热层可涂敷、喷涂搪瓷、陶瓷、玻璃、树脂、电木粉、复合聚胺脂、环氧树脂等；电热材料可用镍铬园、扁形电热丝、半导体电热材料、电热膜、电热涂料等，其外可覆盖绝缘保护层。此方案可简化结构、减少焊道和密封线长。采用电热部分扩展强化结构复合装置在壳体内的方案亦可。由于换热装置、联管、内腔、散热外表面采用扩展扰流强化结构，可增强散热量，节约原材料，节约电能。

热管、真空相变型散热器与一燃气、油热源结合，是一种很好的气暖型散热器。能源可以是天然气、煤气、石油液化气、煤油、酒精、甲醇、合成燃料等。燃料气化燃烧，将热量经一螺旋形锥形的换热器传导至波纹形、矩形、梯形、螺旋形的扩展强化结构的换热装置、联管、内腔、散热外表面，再经空气对流传至室内。

本实用新型综合考虑散热器的各种相关因素，从联结装置、联管、换热装置、内腔、散热外表面和空气流道、围护结构等部件和整体，从流阻、热阻、强化结构及至相关制造工艺等方面优化设计，使散热器内、外等重要部分及整体得到强化，用同等金属材料，可1－4倍地增加空气侧和换热装置的面积。铸铁与钢管制绕、肋、翅、串片还可缩减体积、减少重量、提高散热量、节约材料、降低成本，提高综合效能和总体水平。

图1，本实用新型换热通道内、外的波纹形、矩形、梯形、螺旋形的扩展扰流强化换热结构示意图。

图2，绕、肋、翅片的波纹形、矩形、梯形、螺旋形旋转肋扩展绕流结构示意图。

图3，空气流道的有条缝栅桥形的扩展强化结构立体图和波纹形、矩形、梯形扩展强化结构示意图。

图4，围护结构和传换热通道的波纹形、矩形、梯形、螺旋形扩展扰流结构立体、剖视示意图。

图5，换热装置的波纹形、矩形、梯形、螺旋形扩展绕流强化换热结构示意图。

图6，绕、肋、翅片型散热器结构剖视示意图。

图7，串片型散热器强化结构剖视侧视图。

图8，异形管散热器结构示意图。

图9，热管、真空相变散热器主、侧视图。

图10，等角弯捌型矩形结构散热器示意图。

图11，不等角弯捌型梯形结构散热器示意图。

图12，不等角弯捌型板形结构电热散热器示意图。

图13，板型电热散热器主、侧视图。

图14，绕、肋、翅、串片型散热器的主侧视图。

图6示出了绕、肋、翅片型散热器的结构图。热水或蒸汽热媒通过热媒热源联结装置1进入联管2，流入内腔4，经由1的对端回入供热管内，热量经金属内腔传导至绕、肋、翅片形的散热外表面5，空气流道6与围护结构7之间被加热的气体经绕、肋、翅片形成的波纹形、矩形、梯形、螺旋形的扩展扰流强化结构上升，通过网格、条缝或栅桥形的热风通道8进入建筑物内，冷空气从围护结构下部的进气道不断补充、循环散热。本实施例的绕、肋、翅片详细结构可采用图1中的除K外的11种结构或图2的10种之一或几种组合。材料：联管、内腔为壁厚3－2.5－2－1.5的低碳钢管、板型材或其镀铝、锌、铅锡件；绕、肋、翅片是0.5－0.4－0.3－0.25－0.22－0.2－0.18－0.15mm厚的冷轧薄钢板、带钢或马口铁、镀铝、锌、镍、铬的薄钢板，选用铝及其合金传热系数有所提高；采用壁厚0.5－2mm的铸铁、灰铸铁、铸铝、甚至废杂铁、废杂铝，材料成本可大幅下降；围护结构选用铁、铝薄板或人造、天然板材塑料、纤维、玻璃钢、宝丽板、装饰板、微晶玻璃板、石材等。

参照图7，它是本实用新型构思的第二个实施例串片型散热器。热水或蒸汽经热媒热源联结装置1进入内腔4，经联箱2流入另外的至少一支内腔后从1的同侧对端流回热网，热量经金属内腔管壁传导至串片形的散热外表面5，空气流道6与围护结构7之间被加热的气体经波纹形、矩形、梯形、螺旋形的扩展扰流强化结构上升进入室内，冷空气从围护结构的下部不断补充循环散热。本例的串片结构与围护结构的详细形状、相互位置、联结关系采用图1a、e、f、g、h、j、k、l和图4前5种之一或其交叉组合。材料内腔、联箱是3－2.5－2－1.5mm厚的低碳钢管板材或其镀层材料，串片是0.5－0.8－1－1.2－1.5－1.8－2mm的低碳钢薄板、铸铁、灰铸铁、废杂铁或铝合金、铸铝、废杂铝等，围护结构采用低碳薄板或与串片相同的材料，可一体铸造，也可另外装设。

图8是本实用新型的第三个实施例柱型、扁管型、方管、椭园、异形管形散热器示意图。热水或蒸汽经热媒热源联结装置1进入联管2，分别再流入数支与2垂直设置的内腔4，经对端的联管及热媒联结装置回入供热管网。本例的4端联结装置使用时选同侧或异侧，另2个可用丝堵封，也可在丝堵上带放气跑风阀。热量经金属内腔壁传导至外壁或形状为绕、肋、翅片制成的散热外表面5，被加热的气体沿波纹形、矩形、梯形、螺旋形的扩展扰流强化结构和空气流道6上升输运，冷空气则不断补充循环对空气散热。本例内腔可以是单排，也可以是双、三排，三排中的外侧两排可如图中实线所示不与中间柱平行，也可以如虚线所示与中间柱基本平行的；绕、肋、翅片的详细结构可采用图1g、i、k、图2各型，图4a、b、c、d、e数种之一。选材：联管、内腔为壁厚3－2.5－2－1.5mm的低碳钢型材，绕肋翅片采用0.5－0.4－0.3－0.25－0.22－0.2－0.18－0.15mm厚的低碳钢及其镀件、马口铁或铝合金、还可采用厚为0.5－0.8－1－1.2－1.5－2mm的铸铁，灰铸铁、废杂铁、铸铝、废杂铝。

图9是第四个实施例热管、真空相变散热器示意图，图示的是一种板型结构。热水或蒸汽经热媒热源联结装置1进入换热装置3又从1的对端流回供热管内，热量经换热装置壁传导至下部水平设置的联管2内的工质，工质沸腾相变汽化扩散至垂直并列的内腔4，蒸汽凝结释热传导至散热外表面5和波纹形、矩形、梯形扩展强化的空气流道6，空气受热对流向室内散热，9是抽真空密封截止阀或铜管抽气咀。此例联管、内腔、散热外表面均采用1.5－1.2－0.8－0.5－0.3－0.23mm厚的冷轧薄钢板，经模具一体成形，相对两板经缝焊、气电焊、并与空气流道点焊成板式对流片结构；换热装置3的详细结构可采用图5所示13种波纹形、矩形、梯形、螺旋形的扩展扰流强化换热结构，其材料选用低碳钢无缝型材或其镀铜、铝、锌、锡铅件，选用铝、铜、不锈钢材料具有耐大气热媒腐蚀和减轻重量的优点，其管内还可装设如图1g、h、图4b、c、d中所示的各种扰流子、麻花片以进一步提高换热系数节约金属材料；空气流道6的详细结构可采用图3a、b之一种或c中的各种扩展结构及其组合，选材可以是低碳钢薄板、马口铁或铝、铝合金，从a、b立体透视图中可以清楚的看出，其上可以设条缝形、栅桥形切口，以进一步减小空气侧热阻，提高换热系数。

图10、11分别是第五、第六个实施例管板、柱形的内腔和联管成矩形、梯形结构的热管、真空相变散热器。其中图10是换热内腔和联管成180°－110°－90°－70°等角矩形真空相变散热器；图11是内腔和联管成40°－110°不等角梯形热管散热器，另有成100°－90°－80°等角的散热器结构，图未单独示出，其中一个方案可参照图11但各立柱与横管成等角。这两个实施例即可做常规充满水式散热器，又可做热管散热器。以下以热管式为例：热水或蒸汽经热媒热源联结装置1进入换热装置3，在换热的过程中从对端1流回热网，热量经3的壁传导给下部水平设置的联管2内的工质，工质相变汽化扩散至内腔4，再传导至散热外表面5和空气流道6，并向外部传导和辐射换热，空气被加热并形成对流散热，9是抽真空注工质密封阀或无氧铜管抽口。内腔可以是数支低碳焊钢管或无缝钢管弯制、焊制，联管材质与内腔相同；换热装置采用图5所示各种结构之一种或其组合，材质可以是钢铁及其镀件、不锈钢薄板；散热外表面及围护结构的具体形状可采用图1、图2、图4中的多种结构，材料选用薄钢板、马口铁、铸铁、灰铸铁、废杂铁、铝、铝合金、铸铝、废杂铝。

图12是本实用新型的第七个实施例电暖散热器示意图，它是采用铝、铝合金印刷气压胀形制成的成90°－40°不等角弯捌梯形超薄型。电源经带有温控、定时自动安全控制旋钮按键和指示灯的热源热媒联结装置1引入并经换热装置3的绝缘导热层（采用涂敷喷涂搪瓷、陶瓷、玻璃、树脂、电木粉、复合聚胺脂环氧树脂）、电热层（采用粘、焊、烧结安置的园、扁形电热丝、半导体电热材料、电热膜、电热涂料、电热陶瓷）向下部水平联管2内的工质传热，工质相变扩散至内腔4，将热量传导至散热外表面5，与散热器周围的空气交换热量，形成空气自然对流和板面辐射散热。此例铝、铝合金薄板成形容易，将两块板印刷焊合后，放入一静止型腔模内，从抽口咀9处充高压即可胀形制成，其联管、内腔可以以型腔模形状制成各种波纹形、梯形的扩展强化换热结构，其具体形状可参阅图1、图5。此实例的联管即是内腔的集流通道，又是换热装置的金属壳体，它的强化结构对电热的高效扩散至关重要。

图13是第八个实施例板式电热散热器主、侧视图。它是用1.2－0.8－0.5－0.22mm的低碳钢薄板、马口铁制的具有本实用新型强化特征的板式型腔与电热的结合。电源引入含定时，温控按键和指示灯的热媒热源联结装置1，下部水平设置的联管2外层涂敷喷涂搪瓷、陶瓷、玻璃、树脂、电木粉、聚胺脂环氧树脂等绝缘导热材料，其上再烧结、粘结敷设园、扁形电热丝或半导体电热材料，电热膜、电热涂料，最外层可以敷设保护绝缘层组成换热装置3，将电热传导给联管2内的工质，相变汽化工质迅速扩散至内腔4并传导至散热外表面5和空气流道6，与辐射传导受热的空气形成对流换热，9是抽空密封阀。联管及换热装置外壳、内腔、散热外表面参阅图1、图5强化结构设计；空气流道上有条缝栅桥形及梯形强化结构，详细结构参阅图3设计。此实施例可比现有技术在同等体积下扩展换热面积，加大电热与工质、散热器与空气换热量，在总体水平上提高电热转换效率，节约能源。以0.8mm冷轧薄钢板产品为例，可比现有技术降低成本20％以上。

图14是本实用新型的第九个实施例示意图气暖型散热器。图中1是有点火、控制、安全旋钮的热源联结装置，2是联管，3是换热装置，它包括一螺旋形或锥形的与热源换热的外部装置和在下部水平联管2内的与工质换热的内部装置，两者可一体制造，也可焊接成形，特点是气密密封的高效波纹形、梯形、螺旋形扩展扰流强化换热结构。燃气燃烧产生的热量经换热装置3传导至下部水平联管2内的工质，工质受热汽化扩散至内腔4内，释热凝结后流回下联管，内腔将热传导至散热外表面5，与空气流道6、围护结构7协同作用加热空气，被加热的空气沿螺旋形绕、肋、翅、串片上升，经网格8进入被加热空间内，冷气从围护结构下部不断补充循环，形成对气体的换热散热，9是抽空密封阀。联管2是矩形、梯形、菱形、园、椭园形，换热装置3采用图5结构，内腔        和散热外表面采用图1、图2、图4多方案之一种或两种以上的组合，网格8也可以是条缝或栅桥形切口；材料可采用低碳钢及其镀件，绕、肋、翅、串片还可采用铸铁、灰铸铁、废杂铁、铝、铝合金、铸铝、废杂铝。

从以上图示中可以清楚地看出，热源联结装置和换热装置依前述方法变化，即成电热型或水、汽热型常规式或热管、真空相变型散热器。所以依据本申请提供的说明书及附图，不难制出各种方案的交叉产品。

Claims (3)

1、一种强化型散热器，由热源联接装置、联管、换热装置，散热外表面和空气流道所组成，其特征在于其传热，换热通道内外设有扩展扰流强化换热结构，该换热结构是在绕片、肋片、串片上设有垂直水平或有一定倾角的换热结构，绕片、翅片、串片具有波纹形，矩形或梯形扩展表面，在空气流道的管片外可以整体或单支设有围护结构。

2、根据权利要求1所述的散热器，其特征在于绕片、翅片、串片沿每个切口扭转一角度，形成间断旋转切口。

3、根据权利要求1所述的散热器，其特征在于绕片、翅片、肋片呈多头并列布设于传换热通道，肋片与管轴线约呈平行状，且绕管轴线成波纹形、矩形、梯形或螺旋形布设。

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