專利名稱：改進(jìn)型熱交換器部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)型熱交換器芯件，更具體地說涉及裝有若干熱交換部件或組件的熱交換器芯件，上述部件或組件可用于將熱能從一種流體傳遞給另一種流體。
現(xiàn)有的熱交換器種類很多，通常主要可分為兩大組第一組為殼-管式熱交換器，第二組為板式熱交換器。殼管式熱交換器包括一排或一束管子和一個將其包圍的外殼。板式熱交換器可以是如美國專利4，282，927中所公開的板翅式，或者如美國專利4，823，867中所描述的那樣為一系列矩形堆積板，當(dāng)將上述板彼此朝上密封地堆積時，形成可使兩種流體或多種流體流過的流體通道。
對上述兩組熱交換器的第一組而言，為了制造這類熱交換器，通常要生產(chǎn)很多部分，并將它們組裝在一起。例如，在殼管式熱交換器中，將若干熱交換管裝成一束，并在將每根管的兩端密封地裝入一對管板的相應(yīng)孔中之前沿管束的長度方向裝上折流板，然后，將管束、折流板和管板裝入使管板兩端區(qū)密封的壓力容器內(nèi)，從而形成兩條流體流動通道，第一條通道圍繞管子的外側(cè)及管板之間，第二條通道在管內(nèi)及壓力容器的端部腔室中。在這類殼管結(jié)構(gòu)和板式熱交換器中，都需要用大量材料來限定和密封流體流動通道，因為流動通道是由制造出的若干部件聯(lián)接在一起而形成的，所以總是存在一種流體漏入另一種流體的危險。
此外，由于熱交換器的相鄰部件的焊接、聯(lián)接或彼此相連的區(qū)域形成許多界面，這些界面具有影響熱傳遞到熱交換器的傳熱表面上的阻力區(qū)，因此生產(chǎn)出的熱交換器效率低。由擠壓或鑄造工藝所形成的熱交換器整體部分被稱之為“基本結(jié)構(gòu)”，必須將其分成與基本結(jié)構(gòu)焊接的部件或用其它方式與基本結(jié)構(gòu)相聯(lián)的部件，這種包含界面的部件被稱之為“輔助結(jié)構(gòu)”。類似地，將基本結(jié)構(gòu)的表面稱之為“基表面”，將輔助結(jié)構(gòu)的表面稱之為“輔助表面”。
對于需要用板式熱交換器對液體與氣體之間進(jìn)行熱交換的地方，此缺點尤其不利。通常，氣體冷卻劑的熱容低，使現(xiàn)有的交換器具有固有的低效率，因而相對于相應(yīng)的液體和冷氣流或熱氣流，需要很大的熱交換器。
作為現(xiàn)有技術(shù)的一個例子，可以參見美國專利說明書US3，202，212。該說明書公開了一種通過擠壓鋁材而成形的熱交換元件，上述元件具有若干位于主體內(nèi)的第一流體通道和許多從主體的對置主表面朝外伸出的脊。每片脊都很薄且橫截面較小，因而為獲得從主體傳出的熱的最高熱傳遞效率提供了較高的暴露表面與脊質(zhì)量之比。每片脊彼此隔開，且越過主體橫向排成有一定間隔的若干排，因而在相鄰排之間形成橫向通道。還形成一些縱向通道，致使在熱交換器中主要形成第二流體相對于第一流體的流動為叉流流動，同時還出現(xiàn)平行流動。由于第二流體的交叉流動不象平行流動系統(tǒng)那樣能在任何要求的速率下將熱帶走并使熱消散，這種裝置的傳熱效率不佳。因為叉流熱交換系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的配合不如平行流動系統(tǒng)好，所以傳熱效率不高。在結(jié)構(gòu)比較緊湊的情況下，平行流系統(tǒng)可以獲得較高的效率，因此更適于堆積或組裝結(jié)構(gòu)。在這方面可以具體參考用于機(jī)車車輛或固定應(yīng)用中的發(fā)動機(jī)，及用于空調(diào)中的熱交換器。
將擠壓成形的前期產(chǎn)品肋在連續(xù)生產(chǎn)過程中經(jīng)切削或刨削加工成屬于擠壓工藝的初始產(chǎn)品的脊也是很不理想的，因為連續(xù)的切削或刨削生產(chǎn)過程增加了材料的消耗，因此也就提高了熱交換器的生產(chǎn)成本。
澳大利亞說明書85777/75和美國說明書4，565，244中所公開的熱交換器也具有與美國說明書3，202，212類似的結(jié)構(gòu)，因此也存在上述缺點。
美國專利3，743，252，4，352，008，3，566，959，4，567，074，3，137，785及美國專利3，467，190都可作為與本發(fā)明有關(guān)的有用的背景技術(shù)。上述這些專利文獻(xiàn)都披露了并不新穎的單體擠壓成形工藝，而美國專利US3，137，785披露了用作電加熱器中的部件的單體擠壓過程，該電加熱器包括一個主體，主體的每側(cè)都有沿縱向延伸的翅片，主體內(nèi)有若干擠壓成形的通道，但是這些內(nèi)部通道是用于容納和安裝管狀加熱元件或熱敏控制元件的，而不是用作流體通道。
美國專利3，566，959涉及一種在半導(dǎo)體整流器中用作散熱片的鋁的擠壓件。
美國專利4，657，074公開了一種單體鋁擠壓成形的管狀熱交換元件，該元件具有一個管狀主體及從管狀主體成一體地沿徑向凸出的若干內(nèi)翅片和外翅片。但是可認(rèn)為此專利文獻(xiàn)與本發(fā)明不相關(guān)。
另一篇參考文獻(xiàn)是英國專利2142129，該文獻(xiàn)描述了一種由一個矩形細(xì)長中空主體構(gòu)成的散熱器，主體相對兩側(cè)的每一側(cè)上都設(shè)有若干隔開的散熱翅片、因而在相鄰翅片中間形成了若干氣體通道，一塊蓋板橫過每組翅片的外緣，因此，由上述翅片形成若干端部敞開的通道，流過上述通道的氣體被流過細(xì)長中空主體的熱流體所放出的熱加熱。
同時，上述文獻(xiàn)還揭示了一種平行流動情況，這樣就可克服上述美國專利3，202，212中的叉流鋁擠壓件所存在的缺點，因為在這種擠壓成型的情況中，流過熱交換器相鄰片尖頂?shù)臍怏w溫度大體相同，而流過熱交換器每條氣體通道底部區(qū)域的氣體溫度不同，因此在工作過程中，這種擠壓件基本上是效率較低的。在這方面還應(yīng)該考慮的是流過熱交換器底部區(qū)域附近的氣體溫度大體較高，或者此氣體溫度比流過熱交換器翅片的較冷的尖頂附近的氣體溫度高，這是因為翅片的尖頂離細(xì)長中空主體比靠近細(xì)長中空主體的每條通道的底部區(qū)域離中空主體遠(yuǎn)。由于存在溫度梯度，氣體流過的每條通道的底部區(qū)域是熱交換器的最熱部分，而氣流通過的翅片的尖頂附近是熱交換器的最冷部分，因而使要求傳熱均勻的熱交換器的效率降低。因為流過熱交換器尖頂附近的氣體量大于流過氣體通道底部區(qū)域的氣體量，使熱交換率受限制的問題更為嚴(yán)重。
在美國專利4，341，346中也描述了如散熱器之類的類似的熱交換器，該熱交換器具有一個使熱水流過的中心管狀通道和一對沿中心管狀通道兩對側(cè)延伸的腹板，腹板的每側(cè)均有對置的、垂直延伸的翅片。上面對英國專利2，142，129中作出的評價也適用于此參考文獻(xiàn)。對美國專利3，147，802，英國專利1，411，162和美國專利4，296，539也可作出類似的評價。
美國專利4，401，155公開了一種由若干堆積組件構(gòu)成的熱交換器，每個組件具有一些允許高壓流體流過的封閉通道和一些垂直于上述通道朝上和/或朝下延伸的翅片，當(dāng)將組件沿其長度方向彼此平行堆積時，這些翅片形成適于低壓流體流過的敞開的通道。規(guī)定每翅片的厚度一致且與通道的垂直高度相等。通常每個組件均由鋁擠壓成形。美國專利4，401，155特別適合于高壓情況，尤其適用于一種熱交換流體為高壓另一種熱交換流體為低壓的情況。對些具體情況可參考低溫過程。
在美國專利4，401，155中值得注意的是其第一實施例(即

圖1，3和4)中的通道和翅片數(shù)一樣多，而在其另一第二實施例中(即圖2，6，7和8)對于每一片翅片有兩條通道。
在上述第一實施例中，這種熱交換器裝置的熱傳遞效率是不高的，因為通道的表面積大體與翅片表面積相等，就這方面而言，正如在后面更詳細(xì)的描述的那樣，翅片表面積的傳熱效率大體高于通道的表面積。這對于流過翅片的流體(例如空氣)的密度與流過通道的流體(如水)的密度明顯不同的情況而言是很重要的。在這種情況中，空氣的密度比水小得多，這意味著空氣的有效蓄熱能力比水小得多。因此，當(dāng)翅片的表面積比通道的表面積大得多時，熱量只從水通道通過熱交換器壁有效地傳遞給翅片。因為較大的翅片表面積有利于有效地吸收從通道經(jīng)熱交換器壁傳到翅片的熱量，據(jù)此，可使熱經(jīng)翅片傳遞給空氣。同時，空氣也能令人滿意地吸收翅片的熱量，因而可將熱交換器的熱量帶走。在這種情況中，流過翅片的空氣的體積流量應(yīng)大大超過流過通道的水的體積流量。
在上面所提到的第二實施例中，沒有提供涉及到由一組堆積組件構(gòu)成的至少從組件周緣朝外延伸的翅片的均勻傳熱的結(jié)構(gòu)，這也是如上面詳細(xì)描述過的美國專利3，202，212所討論的用擠壓件構(gòu)成的其它熱交換器芯存在的一個問題。然而，值得注意的是美國專利4，401，155描述了一種組件堆積結(jié)構(gòu)，其中一個組件的朝外的翅片可以伸入由毗鄰組件的相鄰翅片形成的通道內(nèi)，以便得到一種交叉結(jié)構(gòu)。美國專利3，476，179也公開了類似的交叉堆積結(jié)構(gòu)，對美國專利4，401，155的第一實施例的評價同樣也適合該參考文獻(xiàn)。
可以認(rèn)為法國專利3，011，011和日本專利55-152397中所披露的熱交換也沒有提供有效的熱傳遞，其理由與上面所提到的美國專利4，401，155大體相同。
還應(yīng)意識到由具有若干翅片的單一擠壓件構(gòu)成的熱交換器也存在上述缺陷，因此，美國專利3，202，212，澳大利亞專利85777/75，美國專利4，565，244，3，743，252，4，352，008，3，566，959，4，567，074，3，137，785和3，467，180等文獻(xiàn)了也都存在這些缺陷。
美國專利5，042，247涉及一種熱電冷卻器，其中不同特性的半導(dǎo)體材料在電學(xué)上為串聯(lián)連接而在熱學(xué)上為并聯(lián)連接，因而構(gòu)成兩個接點，上述半導(dǎo)體材料為N和P型。在一種常用的熱電冷卻器(TEC)中，N-型和P-型半導(dǎo)體材料交替排成柱狀，它們的端部由導(dǎo)電體連接成彎曲形。上述導(dǎo)電體通常是將金屬噴鍍在絕緣板或陶瓷板上面形成的。向TEC供給合適的直流電，由冷端陶瓷吸收的熱量經(jīng)半導(dǎo)體材料在熱端陶瓷處散發(fā)出去。為了使熱量從TEC散發(fā)到周圍環(huán)境中必須將散熱片與熱端陶瓷接觸。沒有散熱片，TEC就會過熱并在幾秒鐘內(nèi)被損壞。
事實上，散熱片是一種常與能產(chǎn)生大量熱的機(jī)械或設(shè)備(如TEC或計算機(jī))相聯(lián)的裝置，以便迅速地將熱散發(fā)出來，所以，如果散熱片的散熱速率較高的話，其效率也較高。美國專利5，042，257描述了一種用于TEC的散熱片，這種散熱片包括兩塊對置板，板上每個相對的表面上有若干翅片，其中一個面上的一排翅片可以伸進(jìn)或插入另一面的其它排翅片之間，用如一對較短的翅片之類的合適的夾持裝置可將一排翅片保持在要求的位置上，這樣就構(gòu)成了一些能充分進(jìn)行熱交換的熱表面接觸區(qū)。但是應(yīng)該想到在設(shè)計有效利用的散熱片時必須考慮的有關(guān)因素對設(shè)計熱交換器的有關(guān)的基本參數(shù)并不適用。這特別適用于對由具有使兩種流體流過熱交換芯時可進(jìn)行熱交換的通道或通路的熱交換器組件堆積而成的熱交換器芯進(jìn)行具體設(shè)計的情況。還應(yīng)該懂得設(shè)計散熱片需要考慮的問題與設(shè)計其它熱交換器需要考慮的問題差別甚大，其它熱交換器還包括合適的管道裝置，以獲得最高的熱交換效率。
本發(fā)明的任務(wù)之一是提供一種效率較高又能克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題的熱交換器組裝件。
本發(fā)明的熱交換器組裝件的基本結(jié)構(gòu)包括一個芯件，該芯件包括許多第一流體單元和若干第二流體單元，各第一流體單元分別與各第二流體單元相鄰，每個第一流體單元大體與每個第二流體單元平行，其特征在于每個第一流體單元由一外圓周壁限制，每個第二流體單元包括從相鄰的第一流體單元的外圓周壁伸出的第一排翅片和從另一相鄰流體單元的外周壁伸出的第二排翅片;每片第一翅片交錯地伸入每個相鄰的第二翅片之間;每個第二流體單元的表面積大體大于每個第一流體單元的表面積。
最好在第一流體單元上設(shè)有若干腹板，每塊腹板從外周壁的相對表面上伸出，從而提供一些平行的第一流體通道。腹板起著加固和增強(qiáng)的作用，以保持芯子的整體結(jié)構(gòu)。
最好使第一排翅片的夾頂與其它相鄰的流體單元的外周壁的相鄰表面相靠或接觸。其它較好的方案是使第一排起片的尖頂與相鄰表面隔開，與此類似，第二排翅片的尖頂可與上述一個相鄰流體單元的相鄰表面相靠或接觸，但最好是使它們彼此隔開。
當(dāng)然，也應(yīng)該想到當(dāng)?shù)谝慌懦崞?或第二排翅片的尖頂與相對應(yīng)的外周壁的配合面相靠或接觸時，也可為第二流體提供隔開的流動通道。當(dāng)?shù)谝缓?或第二排翅片與對應(yīng)的外圓周壁的相鄰表面隔開時，每個第二流體單元相當(dāng)于一條單獨的第二流體流動通道。
將鋁或其它合適的金屬擠壓成單件熱交換器芯也屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)，然而，最好芯件由若干分開的組件構(gòu)成。較為合適的一種具體組件可以包括限定出第一流體流動通道的外周壁及分別從外周壁的對置部分的外部或外表面延伸出的第一排翅片和第二排翅片。
本發(fā)明的一個重要特點是每個組件的外周壁和細(xì)長的翅片是在單件擠壓或鑄造成型時同時加工出來的，因此，本發(fā)明的熱交換器組件由“基本結(jié)構(gòu)”組成。換句話說，本發(fā)明沒有導(dǎo)致出現(xiàn)上面已討論過的缺點的輔助結(jié)構(gòu)。為了形成優(yōu)于上面討論過的叉流交換器的平行流熱交換器芯件，本發(fā)明的第一流體通道與第二流體通道彼此大體平行。對本發(fā)明的優(yōu)點概括如下(1)采用如空氣之類的冷媒作為第二流體，這種平行流動結(jié)構(gòu)可使空氣更方便地沿管道流入熱交換器芯件或從其中流出。因此，可以用一臺風(fēng)扇將空氣吸入熱交換芯中，并將熱交換器芯中的熱氣排出。這意味著本發(fā)明的熱交換器芯當(dāng)用作機(jī)動車輛中的散熱器時并非必須依賴于流過的外界空氣，所以，本發(fā)明的熱交換器芯不必裝在機(jī)動車的前方。
(2)用作散熱器時，本發(fā)明的熱交換器芯件不必象傳統(tǒng)的散熱器那樣具有大的扁平表面，因此其結(jié)構(gòu)極其緊湊。這意味著車輛的形狀可以改變，以便在卡車的情況下或者在增加客車或公共汽車的內(nèi)部利用率的情況下能減小風(fēng)的阻力。
(3)將熱氣體排出本發(fā)明的熱交換器芯的管道還有利于將上述熱氣體用于其它目的，例如用來供暖或作為動力源。
(4)因為流體通道是平行的，這意味著可以用單件擠壓成形方法來加工本發(fā)明的熱交換器元件，而擠壓成形不能滿足交叉結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)要求。也就是說翅片構(gòu)成本發(fā)明的熱交換器芯的整體部分，而不是將翅片壓折、焊或低溫焊接到芯件上。這種免去了輔助結(jié)構(gòu)的措施可使從已冷卻流體傳到其它流體的熱量達(dá)到最大。
(5)因為上述第(4)點的緣故，為了生產(chǎn)本發(fā)明的芯件，可以按需要的長度切割單體擠壓件，并可將其設(shè)計成可分離地與其它熱交換元件或組件接觸。不僅芯件的長度而且芯件的高度和寬度選取自由度均很大，它們都可隨具體使用要求而改變。
(6)與現(xiàn)有的熱交換器芯件比較，本發(fā)明的熱交換器芯件效率非常高且很輕，工作時需要由主要動力源(例如發(fā)動機(jī)或電動機(jī))供給的動力較少。
本發(fā)明的熱交換器裝置芯件可以是具有能限定第一和第二流體流動的任何結(jié)構(gòu)形式。例如，該芯件可以包括一個長度不定的連續(xù)橫截面，截面上沿不定長度方向設(shè)有一些流動通道。事實證明這種結(jié)構(gòu)尤其適合連續(xù)鑄造或擠壓成形。
最好每個組件的外周壁大體為矩形，并帶有兩個對置的、大體為水平的部分，使用時，通過兩個對置的垂直部分將其連接。上述由外周壁形成的第一流體單元的腹極最好大體與垂直部分平行。
當(dāng)然還可以想到外周壁也可以為任何合適的形狀，例如其橫截面可以為環(huán)形成三角形或多邊形。
第一流體單元的第一流動通道也可以具有任何合適的形狀或結(jié)構(gòu)，它們的橫截面可以是圓形、矩形或多邊形。
應(yīng)該懂得流動通道的結(jié)構(gòu)取決于熱交換器的使用場合，更主要的是取決于制造熱交換器芯件的材料。
還應(yīng)懂得，細(xì)長翅片也可以為任何合適的形狀。雖然不是絕對必要的，但最好每片翅片的高度和寬度恒定。例如盡管不很重要，每個細(xì)長翅片的高度和寬度都一定。如果需要的話，若本發(fā)明的熱交換元件用鑄造成形的話，每片細(xì)長翅片的寬度從一端到另一端例如可以逐漸變細(xì)。若需要的話，細(xì)長翅片的外表面還可以具有突起或肋片，以增加它們的表面積。
如果認(rèn)為合適，在主體部分的流動通道內(nèi)也可設(shè)置一些內(nèi)翅，這種措施也屬于本發(fā)明的構(gòu)思之內(nèi)。
本發(fā)明的熱交換器芯件可以備有將第一和第二流體分別供給它們的流動單元的各種裝置，這些裝置可以被選取成任何合適的形狀。也可設(shè)有使第一流體流入第一流體單元及第二流體流入第二流體單元的入口集管和出口集管。還可在入口和出口處選用分開的第一流體集管和第二流體集管。
最好使第一流體和第二流體的入口和出口與芯件彼此垂直，通過選擇合適的集管裝置就可實現(xiàn)此目的。
就此而論，雖然不重要，也可使第一流體和第二流體彼此垂直地分別流過它們各自的集管，各集管也可設(shè)計成使第一和/或第二流體以與其各自的芯件入口和芯件出口流動方向成銳角的方向流動。
第一流體是一種合適的“工作流體”，即經(jīng)熱交換器處理的流體，該流體通過一個采用了本發(fā)明的熱交換器的合適流動系統(tǒng)可以循環(huán)流動。對于車輛散熱器而言，這類流體例如可以是一種合適的水。
第二流體最好是一種用作冷卻工作流體的“活性流體”，該流體流過熱交換器芯之后可吸收工作流體中的熱量。對于車輛散熱器而言，這類流體例如可以包括空氣。
顯然，上面的規(guī)定并不重要，按照本發(fā)明，如果需要，上述“活性流體”也可成為“工作流體”。
用于本發(fā)明的熱交換組件根據(jù)需要適合于豎直堆積或水平堆積。具體地說，每個組件可以設(shè)有用于堆積的連接裝置。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，將上述連接裝置設(shè)計成相鄰組件的相互連接可限定出一條合適的第二流體流動通道。
每個組件最好由整體擠壓成形，通過有關(guān)的連接裝置將本發(fā)明的相鄰組件組裝在一起。上述連接裝置可以是任何適合的型式，例如可以包括與包容件或撳鈕配合中的承窩相配合的插入件或凸出件，或者呈靜配合關(guān)系。適宜的每個組件包括一個頂部連接件和底部連接件，它們可與相鄰組件的相應(yīng)頂部和底部連接件相配合。
頂部或底部連接件最好包括肋板式凸緣，它們可與相鄰組件的配合頂部連接件或底部連接件的相應(yīng)爪肋或凸緣相配合。
用在水平或豎直堆積結(jié)構(gòu)中的組件或熱交換元件數(shù)視具體應(yīng)用需要而定。
本發(fā)明的熱交換器芯可用來對氣/氣，液體/氣體或液體/液體進(jìn)行熱交換，尤其適用于采用強(qiáng)制的環(huán)境空氣作為傳熱流體進(jìn)行氣體/空氣和液體/空氣之間的熱交換。此外，本發(fā)明的芯件也可放置在一個適用于空氣自然對流或強(qiáng)制通風(fēng)對流的腔室中。當(dāng)然，傳熱流體除采用空氣外也可采用水，乙二醇，氨，碳氟化合物，硅有機(jī)化合物，礦物油等等。
當(dāng)不同的種類的流動通道串聯(lián)時，最好使第一流體與傳熱流體呈逆流流動，以便在兩種流體之間獲得最大對數(shù)平均溫差，因而得到最高傳熱效率。此外，在第一或傳熱流體對溫度急劇變化敏感的地方或具有較高或較低溫度極限的地方可以采用順流流動。
本發(fā)明的熱交換器芯是可以由任何適合的材料制成，通常材料的適用性取決于其使用場合。例如，用于極高溫時，可選用具有高溫性能的陶瓷材料，而對于較低溫度的應(yīng)用場合，業(yè)已發(fā)現(xiàn)鋁或鋁合金或其它金屬較為合適，因為它們熱導(dǎo)較高，每單位的熱傳遞速率，可允許使用較厚的壁并因而可提高機(jī)械強(qiáng)度。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行描述圖1為構(gòu)成本發(fā)明的熱交換器芯件的四組件組的端視圖;
圖2為與圖1所示芯件的類似視圖，其中省去了芯件的外翅;
圖3為按本發(fā)明所構(gòu)成的熱交換器組件的透視圖;
圖4為按本發(fā)明所構(gòu)成的熱交換器裝置，該裝置具有合適的集氣管并采用了圖2中所示的芯件;
圖5為將本發(fā)明的熱交換器組裝件用于車輛發(fā)動機(jī)中的視圖;
圖6為圖3中組件的翅片的細(xì)部視圖，它給出了不僅利用翅片，而且也利用相鄰片之間的間隔時的溫度分布情況。
圖1中示出的本發(fā)明的熱交換器芯件10包括由組件11豎直堆積的一組組件11，每個組件11包括薄矩形外形的外周壁12，該壁具有對置的水平部分13和垂直部分14。具有連續(xù)特性的外周壁12限定出第一流體單元15。被夾在其內(nèi)的腹板16限定了隔開的第一流動通道17。
外周壁還包括從周壁12的一個水平部分13延伸出的第一排翅片18及從相對的水平部分13延伸出的第二排翅片19。
用作第二流體通道的單元20由在相鄰翅片19之間延伸的翅片18和壁12的相鄰水平部分13的短端點所限定，在相鄰翅片18之間延伸的翅片19及壁12的相鄰水平部分13的短端點限定出空間21。圖中還示出了相鄰翅片18或19之間的空間22。通過與各周壁12的終端垂直部分14的豎直延伸段25A的端部24銜接的組件的肋23使各相鄰組件11相連。
認(rèn)識到熱交換器芯10的有效流體流體通道是第一流體流體單元15和第二流體單元17是重要的。因此，連接單元15和17的管道或集氣管應(yīng)在虛線AA和BB的范圍內(nèi)。當(dāng)然這意味著對本發(fā)明的熱交換器裝置10而言，外翅18A和19A不起作用，可以省去或切掉。這同樣也適用于外延伸段25A。也就是說，本發(fā)明的熱交換裝置的有效芯件如圖2所示。肋23A也可以省去。因此，圖2給出了按本發(fā)明構(gòu)成的芯件10A。當(dāng)然這并不意味著芯件10不能用，只是使用芯件10A更方便，因為它節(jié)約了空間或者節(jié)約了還裝有合適的入口集管和出口集管的熱交換系統(tǒng)中的存放容量。
圖3為用于圖1-2中所示的芯件10和10A中的單個組件的透視圖。每片翅片18和19可以設(shè)有橫截面較薄的外緣肋片18B和19B。
圖4示出了本發(fā)明的熱交換器裝置26，它包括帶有入口28的氣體或空氣入口管道或集管27，由五個組件構(gòu)成的如圖1-2所示裝配好的芯件10A，帶有出口29的空氣或氣體出口管道或集管28，包括翅片18和19的氣體或空氣單元20的液體單元15，作用象一個塞子或蓋以防止空氣或氣體進(jìn)入單元20的液體單元15的焊接區(qū)32，帶有入口管道34，35，36，扣37的液體入口集管33，以及與出口管道39，40，41，和42相通的液體出口歧管38，入口集管33的各部件34A，35A，36A和37A分別與兩條入口槽34B(即有兩條這種槽)，35B，36B和37B對準(zhǔn)。與此類似，出口集氣管38具有出口部件39A，40A，41A和42A，它們分別與兩條出口槽39B(即有兩條這種槽)，40B，41B和42B對準(zhǔn)。
在圖4所示的熱交換裝置的改型中可以明顯地看出在芯件10A的各端不需采用一對空氣集管27。這樣，可將一根集管27靠近總件10A的入口端，迫使空氣(例如用鼓風(fēng)機(jī)或空氣壓縮機(jī))強(qiáng)制通過芯件10A，或者靠近芯件10A的出口端只用一根集管27通過一臺排風(fēng)機(jī)使空氣強(qiáng)制流過芯件10A。
本熱交換器裝置26可用作氣體和流體間傳熱。在這類裝置中，最好將氣體入口和出口集管安裝在芯件的相對的兩端，將液體入口和出口集管安裝在同側(cè)或不同側(cè)，如果合適的話甚至可將流體入口和出口集管安裝在芯件的頂部和/或底部。這樣氣體可以一次流過芯件，液體也可以單向流過芯件。如果被處理的流體相同，每根液體集管可以有一個單獨的入口和單獨的出口，或者如果通過芯件10A所處理的液體不同，如圖4所示，每根液體集管可以具有不同的入口和出口。例如，若將裝置10A用于機(jī)動車輛中，此時管道34可用于通過發(fā)動機(jī)冷卻水，管道35用于通過發(fā)動機(jī)油，管道36用于通過變速器油，管道37用于通過空調(diào)器的冷凝液體。作為出口管道，管道39，40，41和42具有相同的功能。
圖5示出了卡車或機(jī)動車輛63，其中從發(fā)動機(jī)64流出的燃料經(jīng)管道65流入按本發(fā)明所構(gòu)成的熱交換器組件66中。還可利用燃料罐67，使燃料通過管路68流回到發(fā)動機(jī)64中。
從上面對圖1-4所示的優(yōu)選實施例的描述可以清楚地看出按本發(fā)明所構(gòu)成的熱交換器芯件克服了上面已詳細(xì)討論過的現(xiàn)有技術(shù)的缺點，因為通過設(shè)置如圖所示的翅片18和19，使通常為傳統(tǒng)熱交換器芯件的最冷部分的翅片18和19的頂端緊貼傳統(tǒng)熱交換器芯件的最熱部分即周壁12，所以整個芯件上的熱量分布均勻，所以在翅片18和19頂部處芯件的溫度大體與周壁12的溫度相等或稍低于周壁的溫度。這意味著每個液體單元20上的熱量分布或溫度分布很均勻，這就顯著地提高了熱交換器的效率。由于芯件10或10A是由單件鋁擠壓成型，或者由一組鋁擠壓成型件10或10A構(gòu)成，也使熱交換器的效率有所提高。
圖6示出了與傳統(tǒng)熱交換器有關(guān)的各翅片18或19及相鄰空間22A的溫度分布。顯然，由于采用了如圖1-2所示的交錯排列結(jié)構(gòu)，熱區(qū)被冷區(qū)抵消，可獲得上述均勻的熱量或溫度分布。
由上述可知，本發(fā)明的熱交換器裝置最適合于用作機(jī)動車輛的散熱器，但并不排除其作用如上所述的對氣體與氣體或液體與液體進(jìn)行熱交換的熱交換器。最好使周壁12的厚度與豎直延伸部分25的厚度大體相等且較薄，例如約為3mm或小于3mm，較為合適的是2mm或小于2mm，也可為1.5mm或1.0mm或更薄。
最好第二流體單元20的表面積至少為第一流體單元15的面積的兩倍，最可取的是至少為7倍。
還應(yīng)想到，間隔21大體應(yīng)均勻，相鄰翅片18或19之間的間隔也應(yīng)均勻。當(dāng)然每條流體通道17大體應(yīng)有相同的體積。
權(quán)利要求
1.一種基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成的熱交換器組裝件包括一個由很多第一流體單元和若干第二流體單元組成的芯件，各第一流體單元與各第二流體單元相鄰，每個第一流體單元大體與每個第二流體單元平行，其特征在于，通過一個外周壁將各第一流體單元包圍，每個第二流體單元包括從一個毗鄰的第一流體單元的周壁延伸出的第一排翅片和從另一毗鄰的流體單元的周壁延伸出的第二排翅片；各第一翅片可交錯地伸入相鄰的第二翅片之間；每個第二流體單元的表面積大體大于各第一流體單元的表面積。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器組裝件，其特征在于每個第一流體單元設(shè)有從周壁的兩對面延伸的一塊或多塊腹板。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換器組裝件，其特征在于第一排的每片翅片都有與上述另一毗鄰流體單元周壁的相鄰表面隔開的自由端或頂端。
4.如權(quán)利要求1所述的熱交換器組裝件，其特征在于第二排的每片翅片都有與上述另一毗鄰流體單元周壁的相鄰表面隔開的自由端或頂端。
5.如權(quán)利要求1所述的熱交換器組裝件，其特征在于上述芯件包括若干組件，每個組件包括周壁、第一排翅片和第二排翅片。
6.如權(quán)利要求5所述的熱交換器組裝件，其特征在于每個組件的周壁大體為矩形。
7.如權(quán)利要求1所述的熱交換器組裝件，還包括向各第一流體單元和第二流體單元分別供給第一和第二流體的集管裝置，第一流體和第二流體的入口和出口芯件彼此垂直。
8.如權(quán)利要求7所述的熱交換器組裝件，其特征在于上述集管裝置包括一根入口集管和一根出口集管，以使第一流體流入第一流體單元，第二流體流入第二流體單元。
9.如權(quán)利要求7所述的熱交換器組裝件，其特征在于入口和出口處采用分開的第一流體集管和第二流體集管。
10.如權(quán)利要求1所述的熱交換器組裝件，其特征在于將芯件每端的第二流體單元堵塞或封閉，而使第一流動單元敞開并設(shè)有第一流體橫向槽，以使第一流體流入芯件及從芯件排出。
11.如權(quán)利要求10所述的熱交換器組裝件，其特征在于在芯件的一側(cè)，芯件頂部或底部設(shè)有第二流體橫向槽，以使第二流體流入芯件及從芯件排出。
12.如權(quán)利要求11所述的熱交換器組裝件，其特征在于第二流體橫向槽設(shè)在芯件相鄰各端的一側(cè)。
13.如權(quán)利要求5所述的熱交換器組裝件，其特征在于每個組件都有將相鄰組件彼此連成一體的連接裝置。
14.如權(quán)利要求1所述的熱交換器組裝件，其特征在于第二流動單元的表面積至少為第一流體單元表面積的七倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成的熱交換器組裝件，它包括一個由很多第一流體單元(15)和若干第二流體單元(20)組成的芯件(10)，各第一流體單元(15)與各第二流體單元(20)相鄰并大體平行于各第二流體單元(20)，通過外周壁(12)將各第一流體單元(15)包圍，每個第二流體單元(20)包括從一個毗鄰的第一流體單元(15)的外周壁(12)延伸出的第一排翅片(18)和從另一毗鄰的第一流體單元(15)的外周壁(12)延伸出的第二排翅片(19)，各第一翅片可交錯地伸入相鄰的第二翅片之間，每個第二流體單元的表面積大體大于各第一流體單元的表面積。
文檔編號F28F3/04GK1099866SQ93118808
公開日1995年3月8日 申請日期1993年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月28日
發(fā)明者M·朱里西希 申請人:梅蘭尼西亞國際信托有限公司