CN86101493B - 热交换器 - Google Patents

Abstract

由具有多个通孔的沿着流体流动方向周期地台形波状弯曲的翼片堆积成层并在翼片间的流体流路中配置有管子的热交换器，相邻两块散热片台形波纹相位错开半个周期，用凸缘把散热片和管子接合起来，该凸缘的升高起点在台形波纹上、下底面之间的中间位置。用深冲成形方式制出凸缘和波状凸台。散热片上离凸缘一定的距离外设有多个通孔，而设有凸缘环的无通孔部分也位于凸台高度一半处的中间平面上。管子在散热片间的流体流动方向上较狭些呈椭圆或扁平形。

Description

热交换器

本发明涉及一种空调装置中由带有通孔的波状散热片层叠而成的热交换器。

美国专利说明书US3796258已经公开了这样一种热交换器，该热交换器的散热片被冲压成周期性浅锯齿形波纹的形状，在此散热片上还有带凸缘的孔，另一种流体流过的管子与散热片相垂直地穿过凸缘孔，凸缘把管子和散热片紧密地连接在一起，在散热片浅锯齿形波纹部分还开有供空气从散热片一侧流向另一侧的通孔，以提高传热效果。英国公开说明书GB2023798也公开了类似的热交换器。

申请人在此基础上又作了改进，于1984年12月4日向日本特许厅提交了一份申请（JP特愿昭59-264087），在此申请案中采用了周期性台形波纹散热片，相邻两块散热片的台形波纹相位错开半个周期，则利用扩大流道和缩小流道静压差造成分流，使边界层变薄，这样与美国专利US-3796258相比进一步提高了传热性能。但是这种热交换器散热片的台形波纹的上、下底面没有冲出与管子相连的凸缘，因为在美国专利中凸缘的设置一方面是为了加强连接和传热;另一方面是为了使热交换器便于安装，但是对于台形波纹相差半个周期的相邻散热片，若上、下底面冲有凸缘反而给热交换器散热片叠装带来了困难。

本发明的任务就是要提供一种进一步改进传热性能、且易于叠置安装的热交换器。

本发明任务的解决方案是：采用台形波纹的散热片，相邻两块散热片台形波纹相位错开半个周期，此热交换器散热片上还有深冲出来的带凸缘的孔，散热片凸缘的起始点位于台形波纹上下底面之间的中点位置（即台形高度的一半），另一种流体流过的管子垂直于散热片穿过此凸缘孔，凸缘把管子和散热片紧密地连接在一起，凸缘高度等于散热片之间的间距。

图1是作为本发明改进基础的热交换装置主要结构示意图;

图2是图1所示的热交换装置的横断面图;

图3是图1所示的热交换装置的散热片的透视图;

图4是图1中所示的热交换装置的散热片的断面图;

图5是表示本发明第1个实施例热交换装置的透视图;

图6是本发明图5所示实施例热交换装置的散热片侧视图;

图7是图6中沿Ⅶ-Ⅶ线的剖面图;

图8是散热片和管子接合部位的剖面图;

图9是图6中沿Ⅸ-Ⅸ线的剖面图;

图10是本发明第2个实施例的散热片凸缘孔的断面图;

图11是本发明第3个实施例的热交换装置的侧视图（以图5位置为基准）。

在上述附图中同一符号表示相同或相似的部分。

图1是由特愿昭59-264087号所提出的具有多个通孔的，且弯成台形波状的散热片1和管子2所构成的热交换器的结构图。散热片1之间是流体A的流道，内部有流体B流过的管子2，对散热片之间流道中的流体A起妨碍作用。在上述散热片1上设置有通孔13。在本图中，散热片1都以相同的间隔、使台形波状弯曲的壁部101的相位每层错开半个周期地叠装着。

图1所示的热交换器的断面形状如图2所示。管子2的断面为圆形，在图2中纵向看来，被布置成一列一列，横向看来，相邻的各列相互交叉布置着。整体看来，是被布置成交叉状的。

另一方面，散热片1的外形如图3所示，在散热片1之间形成了流体A的通路，该流体沿图3中的箭头A的方向流动。

可以根据图4所示的散热片的断面图来分析一下这种结构的热交换器的作用和效果。图4中散热片1a和1b之间形成的流道称为第一流道51，把散热片1b和1c之间形成的流道称为第二流道52。考虑到与流体A流动方向相垂直的各断面（X-X）中，第一流道51和第二流道52的横截面积是不同的，那么当流过第一流道51和第二流道52的流体流量和总压相同时，在图中所示的Ⅹ-Ⅹ断面上由于第一流道51的横截面积比第二流道52大，则该断面上流过第一流道51的流体的流速就比第二流道52的流体的流速小。因而，在第一流道51和第二流道52之间产生静压差，这样，一部分流体（空气）通过通孔13从第一流道51流到第二流道52。这时，可以看到散热片1b沿其台形波状的长度方向，产生了流体从第一流道51流到第二流道52，从第二流道52流到第一流道51的周期性的流动。按照这种结构安装的散热片1，其流体流入面和流体流出面是沿着流体的流动方向反复交替排列的。因此，在流体流入部分的传热面，边界层变得非常薄，取得了大幅度地加快传热的效果，在流体流出面，由于流动不稳定区的反复作用的结果，同样可以具有很高的传热性能;而且，位于管子2后面的滞止区中的流体（空气），通过通孔13的流动，不会产生流体的滞止现象。由于滞止区部分的热传导特性的改善，可以得到具有以往从未想到的非常高的传热特性的热交换器。

关于压力损失方面，由于没有把散热片截断，当然就不存在带状前缘部分的形状阻力，所以与具有前缘效应的装置相比有较好的效果。

如上所说的特愿昭59-264087号的热交换器，只谈到了其性能方面的特点，诸如提高了其热传导性能，减少了压力损失，但是并没有涉及到热交换器制造方面的方法，例如散热片的层叠安装，以及散热片和管子的接合等等。本发明在这两方面进一步作了工作。

为改善散热片和管子之间热传导，采取了下述方法：将管子2穿过在散热片1上加工的凸缘孔3，然后将管子2胀开，使其和散热片1紧密接合。这种方法在这种热交换器的制造中是普遍采用的。为了保证凸缘孔3的加工可靠，防止降低散热片1与管子2的紧密接合程度和降低散热片的效率，就要在加工散热片上的通孔13时，避开散热片1上的凸缘孔3，并且要距其外径的一定距离之外（例如2毫米）。

为使散热片1之间的距离保持一定，将散热片1凸缘孔3竖向配合尺寸的起始点放在台形形状高度方向的中心线上。由于凸缘3高度为一确定的高度，因而，能够保持散热片间距为确定值，可以自动地进行层叠安装。

本发明热交换器的散热片1凸缘孔3，是把散热片1凸缘孔3的竖向配合尺寸的起始点放在台形形状高度方向的中心线上而加工出来的，而且通孔13是在离开凸缘孔外径一定距离之外的地方在散热片1上加工出来的，因此容易做到散热片1的自动地层叠安装，以及散热片1和管子2的紧密接合。所以，制造出的热交换器能保持很高的传热特性，又具有令人满意的高效率。

下面，结合附图5至11对本发明实施例作进一步详细的描述。

图5是本发明一实施例的热交换器的透视图。管子2穿过带有多个通孔13的散热片1的凸缘孔3。

图6描述了本发明散热片1，通孔13开设在距离散热片1凸缘孔3一定距离之外，在凸缘孔3四周的无通孔区域4。

图7是图6中沿Ⅶ-Ⅶ线的剖视图。在所示的断面中，沿着空气即流体的流动方向，加工出周期性弯曲的壁部101，构成了具有台形波状的结构，并且，散热片凸缘孔3的起点位于台形波纹上、下底面的中间位置，即台形形状高度的一半位置。散热片凸缘孔3向上升出的高度恰好等于热交换器散热片1的间距H。同时，无通孔区域4和台形凸台的加工，以及散热片凸缘孔3的加工，通过深冲加工方式来得到，在加工中要保证散热片凸缘孔3的竖向配合尺寸基点。

根据图7、图8以及图9来说明本发明的作用和效果。

如上所述，散热片凸缘孔3是以无通孔区域4为基准，高度（即竖向配合尺寸）等于散热片的间距H，例如0.5毫米。这些散热片经深冲成型为波状的。因此，正如图7中所示的散热片层叠安装的部分断面那样，由于具有无通孔区域4，所以能保证使散热片凸缘3成型时所需的强度，使成型工作能可靠地进行。而且，散热片1a，1b都可以以散热片凸缘3的凸缘顶部和另一散热片接触，实现层叠安装。这时，散热片1之间即散热片的间距可以保持为散热片凸缘孔凸起的高度尺寸H，因此，可以自动地保证散热片间距来进行层叠安装。另外，把管子2插入散热片凸缘孔3中并进行胀管，使得散热片1和管子2在散热片凸缘孔3处作传热接合。在性能方面，可以利用图9所示的散热片的结构来说明。在提高性能方面，与特愿昭59-264087所述的热交换器是相同的，其详细说明这里不再说了。我们规定，散热片1a和1b形成空气第一流道51，散热片1b和1c形成第二流道52，且第一流道51和第二流道52所流过的空气流量及总压相同。在与图示流体流动方向A垂直的各截面（例如X-X面）上，第一流道51和第二流道52的横截面积是不同的，因此，流过第一流道51的空气流速，要比第二流道52的空气流速低。所以，在第一流道51和第二流道52之间产生静压差，第一流道51中的一部分流体就会经过通孔13流入到第二流道52中去。其结果是，在流入区域的传热面上，边界层变得非常薄，使传热效果得到大幅度地提高;在流出面处，由于流动起始不稳定区域的反复作用，也可以具有很高的传热性能。此外，如图8所示，由于无通孔区域4极小，并且由于台形凸台是深冲成型的，空气流在管子2后面所形成的滞止的区域比较小。同时，通过通孔13，也会促使滞止的流体流动。由于上述原因的相互影响，流体滞止区域的传热特性也得到了改善。

此外，图10表示的是实施例2。其中，在无通孔区域加工有很小的环形凸起6，因此，在保证散热片凸缘孔加工的强度方面效果更好，而且对于减少管子2后面的滞止区的产生具有更有效的作用。

下面根据图11再来说明实施例3。

在该实施例中，流通管子的外表面积和圆形管子的外表面积相同，在流过散热片之间的流体的流动方向上，使其迎风面的宽度变窄，以减少流过散热片之间的流体流动的阻力。

即：在流体流动的方向上，处于流体A流动的上游位置的流通管子2a，以及处于流体A流动的下流位置的流通管子2b，都在对着流体的流动方向采用更窄的迎风面，但仍保持和原圆形管子相同的外表面积，例如椭圆形或者扁平形管子。

由于具有上述结构，位于流体A流动的上游位置及下游位置的前一个流通管子2a与后一个流通管子2b之间的流道宽度扩大，因而，可以减小压力损失，而且还可以防止在流通管子2a、2b与流体A流动方向相对应的管子后侧产生紊流。

在本发明中，周期性弯曲的台形波状的散热片上，具有多个通孔，且在散热片和管子的接合部、散热片凸缘孔周围具有无通孔区域。该区域位于台形凸台高度的一半位置上，用深冲成型来加工出散热片凸缘孔和台形形状，散热片凸缘孔的高度正好等于散热片的间距。因此，只需要将散热片层叠安装，便可以保证散热片之间的间距，这样，可以高效率地制造热交换器。此外，还具有能够保证散热片和管子之间的传热接合的可靠性的作用。在性能方面还具有下列特点：1）有消除滞止区的作用，2）利用通孔使边界层变薄的作用;3）具有高的传热特性的散热片和管子能够可靠接合;因此，可以获得具有优良的传热特性的热交换器。

Claims (7)

1、一种由〈＆＆〉成形的、具有多个通孔的，沿流体流动方向为周期性台形波纹的散热片层叠而成的热交换器，在此热交换器中安装有与散热片相垂直的、供另一种流体介质流动的管子，相邻两块散热片台形波纹相位错开半个周期，其特征在于：管子与散热片是通过从散热片上深冲出来的带凸缘的孔相连接，散热片凸缘的起始点位于台形波纹上、下底面之间的中点位置，即台形高度的一半处，凸缘的高度等于散热片的间距。

2、如权利要求1中所说的热交换器，其特征在于：散热片上的通孔开设在离凸缘孔2毫米以外的地方，凸缘孔附近的无通孔区域也位于台形波纹上、下底面之间的中间平面上。

3、如权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：凸缘孔附近的无通孔区域围绕凸缘孔有一圈凸起。

4、如权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：管子横截面在散热片间流体流动方向上的长度要大于其在与流动相垂直方向上的宽度。

5、如权利要求3所述的热交换器，其特征在于：管子横截面在散热片间流体流动方向上的长度要大于其在与流动相垂直方向上的宽度。

6、如权利要求4中所说的热交换器，其特征在于：管子的断面形状为椭圆形或扁平形。

7、如权利要求5中所说的热交换器，其特征在于：管子的断面形状的椭圆形或扁平形。

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