專利名稱：由帶有縱向孔道金屬帶構(gòu)成的傳熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱管型熱交換器。
眾所周知波紋毛細(xì)管熱管不同于普通的熱管。在波紋毛細(xì)管中，工作流體的氣泡和液滴交替分布在毛細(xì)管的內(nèi)腔中，通過表面張力充滿和封閉毛細(xì)管的內(nèi)部，并且由于在吸熱部分處氣泡化沸騰所產(chǎn)生的壓力波導(dǎo)致在縱向上(軸向)產(chǎn)生振動，于是熱就從高溫側(cè)傳導(dǎo)到低溫側(cè)。對這種型式傳熱裝置的各種構(gòu)形，美國專利No.4,921,041和5,219,020有詳細(xì)的說明。本申請引用這些美國專利申請內(nèi)容作為參考。這些熱管顯示出極好的傳熱性能，即使在上熱式情況下也是如此，所謂上熱式就是高溫區(qū)位于低溫區(qū)之上。加之，毛細(xì)管是柔軟的，并不需要加散熱片。因此，波紋毛細(xì)管型熱管能滿足近來在尺寸小、重量輕方面提出的要求。
這種波紋毛細(xì)管型熱管作為熱交換器用在各種熱交換設(shè)備中的熱吸收部分或熱輻射部分。作為相關(guān)技術(shù)的一個例子，日本專利臨時公開號No.7-30024公開了一種大傳熱能力的“肯贊(Kenzan)”式熱交換器。
這種熱變換器是一種熱交換器，其毛細(xì)管熱管在吸熱高溫區(qū)和放熱低溫區(qū)之間來回重復(fù)地展布。

圖10就是展示這種熱變換器結(jié)構(gòu)的一個透視圖。圖10所示熱變換器有一個具有受熱表面11-1的受熱底板11，以便吸收來自加熱件的熱量，變換器還包含有由上述底板傳遞熱的橫桿12以及一組纖細(xì)凸出部分13，每一個凸出部分都是由一段作為熱管用的毛細(xì)管組成。這種熱變換器在形狀上類似于“肯贊”，“肯贊”是一種齒狀裝置(或叉狀裝置)用來支承花狀結(jié)構(gòu)中的莖桿。由凸出部分13所構(gòu)成的放熱部分由對流的氣流14進(jìn)行冷卻。每一個凸出部13都有一個凸出環(huán)圈部分和一個底部，凸出環(huán)圈部用作低溫放熱側(cè)，而底部則為一對橫桿12所夾住，用作高溫吸熱側(cè)。
在這種熱變換器中，要增加熱變換器的傳熱能力是很容易的，只要增加凸出部分的高度或增加環(huán)圈數(shù)(或凸出部數(shù))即可。由于波紋毛細(xì)管的特性，這種熱變換器不管在安裝狀態(tài)時其位置如何，都能恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮其功能。因此，有可能將這種熱變換器安裝得其凸出部分13呈水平狀或倒置。冷卻流體的對流方向可左可右、或上或下。不論對流方向如何，這種熱變換器都能令人滿意地運(yùn)行。凸出部分13還可以用作冷卻散熱片，因而沒有必要再設(shè)置散熱片。所以，這種熱變換器就其放熱能力說，其結(jié)構(gòu)尺寸小，其重量輕。
在這種熱變換器中，需要增加環(huán)圈數(shù)來增加其性能?？墒菫榱税卜疟姸嗟耐钩霾糠?3，對這種熱變換器來說，需要繁雜費(fèi)時的操作，而當(dāng)為增加其性能增加其環(huán)圈數(shù)時，則上述操作變得更加繁雜更加費(fèi)時。另外，這樣繁雜費(fèi)時的操作不適于自動化處理，也有礙于成本的降低。加之，林立的別針狀的凸出部13增加了對流的壓力降，因此也就增加了冷卻風(fēng)扇的負(fù)荷。這種熱變換器在改善其熱輻射能力方面是有限的，因?yàn)椴豢赡茉诿?xì)管上加散熱片。如果環(huán)圈數(shù)增加得太多，則壓力降也就降得多，熱介質(zhì)流體的流速也就降低，結(jié)果熱輻射能力也就降低。
本發(fā)明的目的就是要提供一種在生產(chǎn)成本和時間上是有優(yōu)勢的，在傳熱性能是上等的熱交換器或傳熱裝置。
根據(jù)本發(fā)明，傳熱裝置或熱交換器至少包含一個金屬熱管部件，它有一密封的內(nèi)腔，在部分真空下，部分地被一預(yù)定量的、能冷凝能氣化的工作流體所充填。該金屬熱管部件有一個在高溫區(qū)用來吸收熱的吸熱部，和一個在低溫區(qū)用來放熱的放熱區(qū)。在上述裝置中，金屬熱管部件包含一多孔的，由輕金屬制成的軟金屬帶或條。該金屬帶沿縱向從第一縱向帶端延伸到第二縱向帶端，并且在其上加工有多個沿帶縱向分布的縱向孔道，該縱向孔道互相連接以形成密封的內(nèi)腔。所述金屬帶以正弦波狀進(jìn)行彎曲，從而使金屬帶可以在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間來回展布。由縱向孔道所組成的空腔中，工作液體呈液滴狀和由氣泡化沸騰所形成的氣泡狀，熱量的傳遞主要靠工作流體的振動。
帶有縱向孔道的金屬帶可以用擠壓技術(shù)制造成形的，擠壓技術(shù)近來已取得顯著進(jìn)步。特別是可展延的輕金屬，例如鋁及鋁合金或鎂及鎂合金，其擠壓技術(shù)的進(jìn)步使得在一長帶上加工出多個互相平行的小孔道成為可能。例如，可以在一條寬度等于或小于20毫米、厚度等于或小于1.3毫米的帶狀金屬帶上，加工出20個縱向孔道，每個孔道的直徑等于或小于0.9毫米。這樣金屬帶的長度可達(dá)數(shù)百米長。輕金屬的金屬帶在柔軟性方面是很優(yōu)良的。多孔道金屬帶適宜于制成其中帶有多個毛細(xì)管的板型熱管部件。在本申請情況下，縱向孔道端口在金屬帶兩端封閉以便形成一個或多個封閉的管道，而其數(shù)量少于封閉管道容積的工作流體就在真空狀態(tài)下密封在該管道中。可以在金屬帶上同時成形10個小長孔道，而這10個長孔道可以根據(jù)預(yù)定的方式連接起來，以形成一個連續(xù)波紋狀的單一管道，該單一管道有10個互相平行的管道部分。當(dāng)這種結(jié)構(gòu)的金屬帶以正弦波形式進(jìn)行彎曲以使得該帶能在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間來回重復(fù)地展布時，連續(xù)的單一管道也在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間蜿蜒，就形成數(shù)百個環(huán)圈，這是由于金屬帶中管道的環(huán)圈數(shù)加上金屬帶本身彎曲所形環(huán)圈數(shù)的結(jié)果所致。這種結(jié)構(gòu)可以通過極大地增加毛細(xì)管環(huán)圈數(shù)而改善毛細(xì)管型熱管的性能。
現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是透視圖，表示出一多孔軟金屬帶，可以應(yīng)用在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中；圖2是示意部分視圖，表示出流體通道第一種安排方式，可以應(yīng)用在本發(fā)明每一個最佳實(shí)施例中；圖3是示意的部分視圖，表示出流體通道第二種安排方式，可以代替第一種安排方式而應(yīng)用在每一個最佳實(shí)施例中；圖4為一透視圖，表示出本發(fā)明第一最佳實(shí)施例的熱管型熱交換器；圖5為一透視圖，表示出應(yīng)用于本發(fā)明的加散熱片多孔道軟金屬帶；圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例熱交換器的部分視圖；圖7是一透視圖，表示出本發(fā)明第三、第四實(shí)施例；圖8是一部分視圖，表現(xiàn)出本發(fā)明第五實(shí)施例的熱交換器；圖9是一透視圖，表示出本發(fā)明第六實(shí)施例的熱交換器；圖10是一透視圖，表現(xiàn)出相關(guān)技術(shù)應(yīng)用毛細(xì)熱管的熱交換器。
圖1表示本發(fā)明應(yīng)用的多孔平金屬帶(或條)1。金屬帶1由輕金屬制成，例如鋁及鋁合金，或鎂及鎂合金。圖1中所示金屬帶1呈軟長帶形，具有均勻的寬度和厚度。該多孔道金屬帶1可以采用擠壓技術(shù)制成。通過這種成形方法，可以生產(chǎn)出寬度范圍從幾毫米到80毫米、厚度范圍從1毫米低限到數(shù)毫米以及長度為數(shù)百米的金屬帶1。金屬帶1的上表面和下表面是如此平滑，以致可以直接在其上安裝半導(dǎo)體加熱元件，以及各種散熱片。由于有這些特點(diǎn)，金屬帶1能夠滿足一個毛細(xì)熱管型熱交換器所要求的條件。
金屬帶1有多個沿其整個長度延伸的縱向小孔道2。在本實(shí)施例中，縱向孔道2互相平行，并且規(guī)則地排置在一假設(shè)的切面上，該切面平行于上表面和下表面，并位于兩平面的中間的位置。當(dāng)金屬帶1的厚度例如是2毫米時，兩相鄰孔道2之間的間隔的低限為0.3毫米。有可能正確地確定這個間隔限度，但為了改善熱管的特性，還是希望孔道間隔盡可能地小。在圖1所示本實(shí)施例中，孔道斷面呈長方形?？椎?的寬度可以在等于或大于低限0.5毫米的范圍內(nèi)恰當(dāng)?shù)卮_定，孔道2的厚度也可以在等于或大于0.5毫米的范圍內(nèi)恰當(dāng)?shù)卮_定。但為了加工孔道端部的方便，孔道寬度最好等于或大于0.6毫米，同樣，孔道厚度也最好等于或大于0.6毫米。在一個實(shí)例中，純鋁合金多孔道金屬帶1的寬度為19毫米、厚度為1.3毫米，其上帶有19個縱向孔道2，每個孔道寬度為0.6毫米，厚度為0.7毫米，這個金屬帶1抗外壓的強(qiáng)度經(jīng)計(jì)算為200公斤/平方厘米。這個抗外壓能力是通常圓筒熱管的10倍。這種金屬帶1能極大地?cái)U(kuò)寬每種兩相工作流體的運(yùn)行溫度范圍，并且還能充分地提高對抗熱交換器熱負(fù)荷變化的安全性。
圖2和圖3示意地表示出孔道2兩種可能的安排結(jié)構(gòu)，孔道安排在一假設(shè)的切面上，該切面將板狀金屬帶1分成基本相等的兩片，每一片都是另一片的鏡像。在圖2和圖3中，為簡化起見，縱向孔道2用線條來表示。圖2和圖3所示金屬帶1是處在將要加工成波紋金屬帶器的準(zhǔn)備階段。
在圖2所示實(shí)施例中，金屬帶1從第一縱向端3縱向地延伸到第二縱向端3，兩端部3是密封的，在本例情況下，是通過焊接而密封的。每個縱向孔道2從接近于金屬帶1的第一帶端3的第一孔道端延伸到接近于第二帶端的第二孔道端。在圖2所示的安排結(jié)構(gòu)中，互相平行的縱向孔道2的第一孔道端是通過第一端橫孔道2-1連接在一起的。同樣，互相平行的縱向孔道2的第二孔道端是通過第二端橫孔道2-1連接在一起的。這樣，縱向孔道2就在第一端橫孔道2-1和第二端橫孔道2-1之間平行地連接在一起。
在圖3所示的安排結(jié)構(gòu)中，平行的縱向孔道2連接得形成單一的、連續(xù)的波形通道(或管道)。在任何緊相鄰的三個縱向孔道2中，其中的中間孔道處于相鄰的第一孔道和第二孔道之間，這時中間縱向孔道2的一孔端通過一短連接孔道2-2與第一鄰接縱向孔道2的一個鄰接孔端連接，而中間縱向孔道2的另一孔端則與第二鄰接縱向孔道2的一個鄰接孔端連接。每一短連接孔道2-2在圖3中用一段U形線表示。工作流體通過通道4進(jìn)入縱向孔道2所形成的內(nèi)腔，然后該內(nèi)腔密封住。
在下述本發(fā)明的實(shí)施例中，既可以應(yīng)用圖2中結(jié)構(gòu)，也可以應(yīng)用圖3中結(jié)構(gòu)。
圖4所示為應(yīng)用本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例。如圖4所示，多孔道金屬帶1彎曲成波狀。金屬帶1在高溫區(qū)(吸熱)H和低溫區(qū)(放熱)C之間來回往復(fù)地展延。金屬帶1的第一個走向是從低溫區(qū)C展延到高溫區(qū)H，在高溫區(qū)H形成一U形彎，然后其第二個走向從高溫區(qū)H展延到低溫區(qū)C，并在低溫區(qū)形成一U形彎，然后又按第一走向從低溫區(qū)C展延到高溫區(qū)H。重復(fù)這種周期，金屬帶1就形成一波動狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中的金屬帶1包含多個在高溫區(qū)H和低溫區(qū)C之間展延的直帶段，多個位于高溫區(qū)H的第一U形帶段，以及多個位于低溫區(qū)C的第二U形帶段。這些金屬帶段是一個整體，形成一個連續(xù)的金屬帶1。在圖4的實(shí)施例中，直帶段的帶是平的，并且互相平行，它們之間的間隔是規(guī)則的。高溫區(qū)H可以在低溫區(qū)C之上。
在連接的縱向孔道2中密封著一種預(yù)定的工作流體，工作流體的量少于由縱向孔道2所構(gòu)成內(nèi)腔的容積。這樣，多孔道金屬帶1就成為一容器，用來作為毛細(xì)管型熱管。
在本實(shí)施例中，金屬帶1的每一個第一表面和第二表面都是規(guī)則的表面，由一根直線(亦即母線)沿一平面上的波形曲線移動而形成，所以直線一直與所述平面保持垂直。根據(jù)第一實(shí)施例的傳熱裝置還包括一個導(dǎo)流裝置，它將熱介質(zhì)流體的流束AR沿垂直于所述平面方向引導(dǎo)。該導(dǎo)流裝置可以包含任何一個或多個箱體、殼體、導(dǎo)管和導(dǎo)流片。在本結(jié)構(gòu)中，金屬帶1的一側(cè)端邊在上游側(cè)，而其另一側(cè)端邊在下游側(cè)，于是熱介質(zhì)流體就沿金屬帶1寬度方向流動。
可以應(yīng)用圖2中的安排結(jié)構(gòu)，也可以應(yīng)用圖3中的安排結(jié)構(gòu)。當(dāng)熱管的傳熱量是個重要因素時，圖2中的安排結(jié)構(gòu)就顯出其優(yōu)越性。當(dāng)要求熱管正常地運(yùn)行發(fā)揮其功能而不容易受重力的影響時，則圖3中的安排結(jié)構(gòu)是可取的。在圖2的情況下，管狀通道的環(huán)圈數(shù)是小的，但很多孔道2的平行組合就能構(gòu)成一個在管狀通道中壓降小的熱管，從而增加最大的傳熱量。在圖3情況下，環(huán)圈數(shù)非常大，所以熱管不怎么依賴重力的作用，這是由于蜿蜒毛細(xì)熱管的特性，因此能夠正常運(yùn)行而不受熱管位置、振動以及離心力的影響。
圖5所示金屬帶1是與散熱片5制成一體的金屬帶，散熱片5沿金屬帶1縱向延伸。可以應(yīng)用圖5中的帶散熱片金屬帶來代替圖1中無散葉片的平金屬帶。這些散熱片5可以通過金屬擠壓加工整體地成形。散熱片最好非常細(xì)小，以便于金屬帶1的彎曲加工。圖5中所示的帶散熱片金屬帶1由于表面積增加，所以在對流傳熱率方面是優(yōu)良的，但在金屬帶和受熱部分的加熱元件之間的接觸傳熱率方面卻表現(xiàn)不佳。因此，當(dāng)受熱裝置利用金屬元件之間進(jìn)行導(dǎo)熱時，使用帶散熱片的金屬帶是不適宜的。特別是當(dāng)帶散熱片金屬帶應(yīng)用到吸熱部分和放熱部分都利用對流進(jìn)行熱交換的熱交換器時，它才是有利的。
圖6所示為本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖6所示的多孔金屬帶1呈蜿蜒波動狀，如圖4中所示的一樣?？墒窃趫D6的實(shí)施例中，還多設(shè)了間距散熱片6，該散熱片設(shè)置在波狀金屬帶1的任何兩個相鄰的直帶段之間。在本實(shí)施例中，一列間距散熱片6是通過將一彎曲成＂之＂字形的薄帶安裝在兩相鄰直帶段之間而成形的。圖6中所示結(jié)構(gòu)在重量上是輕的，但在剛性上卻是高的，猶如蜂窩狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)第二實(shí)施例的熱交換器在抗外壓和抗振動方面得到極大的改善。特別是，圖6中所示的結(jié)構(gòu)可以避免由于共振造成損壞的危險(xiǎn)，因此特別適宜于應(yīng)用在惡劣情況下的熱交換器，例如，可以用在車輛中，此時熱交換器必須經(jīng)受所有方向上的強(qiáng)烈振動以及離心力。在圖6所示的實(shí)施例中，間距散熱片6安裝在呈蜿蜒波狀的金屬帶1上。但是，所述第二實(shí)施例并不限制于蜿蜒波狀，而是可以應(yīng)用到任何其他形式的金屬帶1上。圖6所示的散熱片可以安裝在各種形式的多孔道金屬帶上。
圖7所示為本發(fā)明第三實(shí)施例。圖7所示的多孔道金屬帶1在高溫區(qū)和低溫區(qū)C之間呈螺旋波狀展延。螺旋金屬帶的螺距調(diào)節(jié)是容易的，因此金屬帶1可以根據(jù)所要求的螺距彎繞成螺旋波狀。螺旋波狀金屬帶1能夠封圍和容納平行于螺旋軸線流動的對流AP而沒有什么泄漏，這就改善了熱交換效率。當(dāng)螺旋形螺距比金屬帶寬度大到足夠大時，第三實(shí)施例就可應(yīng)用到對流AP垂直于或傾斜于螺旋形軸線的安排結(jié)構(gòu)中去?？墒?，在這種情況下，對流的壓降就會增加。
第四種實(shí)施例是第三種實(shí)施例的變種。在第四種實(shí)施例中，螺旋形螺距等于金屬帶1的寬度，而螺旋波狀金屬帶1此時呈管狀，有一封閉的曲面，只在兩端頭開啟。對流束沿螺旋波狀金屬帶所形成的管道流動，而不會產(chǎn)生徑向泄漏。
圖8所示為本發(fā)明第五種實(shí)施例。在第五實(shí)施例中，多孔道金屬帶1是扭絞的。在圖8中所示實(shí)施例，設(shè)有兩個多孔道金屬帶1-1和1-2。每一個金屬帶1-1或1-2不僅彎成波狀，而且還進(jìn)行扭絞，如圖8所示。在第一實(shí)施例中，金屬帶1的沿縱向伸展的中心線在一預(yù)定的假設(shè)中心面內(nèi)呈波狀展延，每一個帶表面基本都是規(guī)則的平面，由沿中心面內(nèi)的波狀曲線移動一直線(母線)而形成，所以所述直線一直垂直于中心面。在第五實(shí)施例中，那條直母線不總是垂直于中心平面。第五實(shí)施例可以應(yīng)用在其對流垂直于中心面的熱交換器，在上述中心面內(nèi)，縱向中心線呈波狀，第五實(shí)施例也可用在其對流平行于中心面的熱交換器上。在圖8所示實(shí)施例中，對流AP是平行于中心面的，金屬帶的扭絞有助于新鮮熱介質(zhì)流體流向下游側(cè)，如圖8中箭頭所示，從而相應(yīng)地防止金屬帶下游部分的熱交換效率由于金屬帶上游部分加熱的熱流體而降低。扭絞的金屬帶不僅可以應(yīng)用在波狀形，而且還可以用在螺旋形以及任何其他形，以便將熱介質(zhì)流體的流動導(dǎo)向所要求的方向。
圖8是一個由一預(yù)定假設(shè)的相交切面切出的金屬帶1-1和1-2的部分視圖。每一個金屬帶都有多個扭絞帶段，它們規(guī)則地排置在上述相交切面內(nèi)的一條線上。在相交切面內(nèi)，每一金屬帶扭絞段傾斜于中心平面，中心平面與相交切面垂直，而在相交切面內(nèi)的扭絞段則互相平行。兩金屬帶1-1和1-2的中心面互相平行。每一金屬帶都從圖8中左側(cè)的上游端沿中心面伸展到右側(cè)的下游端。第一金屬帶1-1的每一扭紋段在相交切面內(nèi)從離第二金屬帶1-2較遠(yuǎn)的外側(cè)邊延伸至面向第二金屬帶1-2的內(nèi)側(cè)邊。第一金屬帶1-1每一扭絞段的外側(cè)邊位于第一金屬帶1-1扭絞段內(nèi)側(cè)邊的上游側(cè)。類似地，第二金屬帶1-2的每一扭絞段沿相交切面內(nèi)橫向從離第一金屬帶1-1較遠(yuǎn)的外側(cè)邊延伸至面向第一金屬帶1-1的內(nèi)側(cè)邊。第二金屬帶1-2每一扭絞段的外側(cè)邊位于第二金屬帶1-2扭絞段內(nèi)側(cè)邊的上游側(cè)。所以，熱介質(zhì)流體從第一金屬帶1-1和第二金屬帶1-2的扭絞段的外側(cè)邊斜向地進(jìn)入到第一金屬帶1-1和第二金屬帶1-2之間的間隙。
圖9所示為本發(fā)明的第六實(shí)施例，在該實(shí)施例中，多孔道金屬帶1旋渦式地繞成一平面內(nèi)的螺旋形。也就是說，金屬帶1的縱向中心線為一平面內(nèi)的螺旋線。在圖9所示實(shí)施例中，金屬帶1繞成一個三圈的矩形螺旋或方形螺旋。在其底部，四段帶重疊相連在一起。與這四層底側(cè)相平行的有第一，第二和第三上帶段。這些上層帶段互相隔開，每一帶段都是單層段。在每一個第一上帶段和第二上帶段之間的間距，第二上帶段和第三上帶段之間的間距以及第三上帶段和下側(cè)之間的間距內(nèi)都裝有波狀帶6，以便形成間距散熱片6。在本實(shí)施例中，四層底側(cè)與高溫部分接觸，用作吸熱部分。其余部分則放置在熱介質(zhì)流體的對流之中，用作放熱部分。在本實(shí)施例中，對流是沿金屬帶1寬度方向流動的。這種結(jié)構(gòu)中的寬度是由金屬帶1的寬度來確定的，而由金屬帶1所形成的管道長度相對說比較短，所以這種結(jié)構(gòu)能夠減小熱交換器的尺寸。當(dāng)需要大熱交換能力時，可以將多個這樣螺旋繞成的金屬帶連接成組來使用。
根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的多孔道金屬帶熱管型熱交換器具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)多個縱向孔道2在輕金屬帶1中是由擠壓加工一步同時成形的。所以，與通過多道加工工序，例如軋制、拉伸和熱處理，所成形的多個毛細(xì)管所構(gòu)成的熱交換器相比較，本發(fā)明能極大地降低生產(chǎn)成本。單個金屬帶可具有20個左右的孔道。其結(jié)果是，根據(jù)圖4所示本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，可以將材料費(fèi)用降低到通常熱管費(fèi)用的十分之一左右(根據(jù)使作20毫米寬多孔道金屬帶來估算)。
(2)多孔道金屬帶免去對多個單獨(dú)的管子進(jìn)行配置、安裝等工作，所以可以將工作時間減少到十分之一左右。由于配置和安裝固定毛細(xì)管工作占據(jù)了通用裝置中大部分生產(chǎn)時間，所以在這方面的成本降低是非常顯著的。
(3)因?yàn)橥ㄓ玫臒峁苄蜔峤粨Q器在結(jié)構(gòu)上是很復(fù)雜的，焊接操作困難，所以熱管必須用純銅制成。與此相反，本發(fā)明熱交換器由于應(yīng)用純鋁或鋁合金等輕金屬作為金屬容器的材料，從而顯著地減輕了整個重量。
(4)一組通常用的熱管都安制成波紋狀，即使它們安置在一個平面內(nèi)，因此，通用的裝置要求熱輻射板和熱吸收板與吸熱部和放熱部相接以利于熱交換。根據(jù)本發(fā)明，金屬平帶的兩表面都是平的、光滑的。所以，金屬帶可以直接安裝到加熱元件上，或者說，加熱元件可以直接安裝到金屬帶上，不需插入結(jié)合板來進(jìn)行熱吸收和熱輻射。這樣，本發(fā)明能簡化結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步減少生產(chǎn)時間和裝置重量。
(5)輕金屬多孔道帶1遠(yuǎn)比銅管或不銹鋼合金管柔軟，因此該金屬能容易地彎曲成所要求的形狀。不僅如此，在完成加工成形后，還能容易地對金屬帶形狀進(jìn)行調(diào)整和矯正。這樣，本發(fā)明就能夠增加設(shè)計(jì)的靈活性。
(6)多孔道金屬帶能夠安置得使其表面保持在這樣一個方向上，在該方向上相對于熱介質(zhì)流體沿所要求方向流動來說壓降最小，因此熱交換性能得以改善。
(7)多孔道金屬帶可以作得很光滑，另外還可以彎曲和扭絞。所以，金屬帶可以用作導(dǎo)向和改向裝置，將流束導(dǎo)向或改向到所要求的方向去，以便改善熱交換效率。尤其是，扭絞構(gòu)形的多孔道金屬帶可以容易使新鮮熱介質(zhì)流體流向下游側(cè)，從而使熱交換效率在上游側(cè)和下游側(cè)之間均勻一致。
(8)波紋毛細(xì)管熱管可以不要散熱片而使用，但這種熱管在熱交換效率上是受限制的，因?yàn)閹缀醪豢赡茉诓y毛細(xì)管熱管上加散熱片。相反，多孔道金屬帶不但可以作為無散熱片平整裝置來使用，而且還容易地在其上設(shè)置散熱片。通過設(shè)置恰當(dāng)?shù)纳崞?，金屬帶能極大地提高熱交換效率。有一個實(shí)驗(yàn)顯示出，在相同熱交換量情況下，裝有冷卻散熱片的多孔道金屬帶比通用的毛細(xì)熱管，其熱交換能力提高兩倍以上。
(9)波狀毛細(xì)熱管不是剛硬的，沒有精心制作的支承結(jié)構(gòu)則容易受共振影響。在多孔道金屬帶情況下，非常容易用焊接法或其他技術(shù)將散熱片固定住，從而形成剛硬且又重量輕的結(jié)構(gòu)。
(10)多孔道金屬帶的縱向孔道的斷面尺寸非常小，多孔道金屬帶能經(jīng)受非常高的內(nèi)壓。純鋁的多孔道金屬帶能經(jīng)受高達(dá)200公斤/厘米2的內(nèi)壓，相比之下，通常用的熱管只能經(jīng)受20公斤/厘米2的內(nèi)壓，因此多孔道金屬帶可以在高壓下安全運(yùn)行。所以，應(yīng)用多孔道金屬帶的熱交換器能夠在接近各種工作流體的臨界條件下使用它們，并因此顯著地?cái)U(kuò)大了熱交換器運(yùn)行的溫度范圍。
權(quán)利要求
1.一種傳熱裝置包括有一金屬熱管部件，該部件確定了一密封的內(nèi)腔，該內(nèi)腔在部分真空下部分地充填著預(yù)定量的、能冷凝和汽化的工作流體，所述金屬熱管部件包含一個在高溫區(qū)吸熱的吸熱部分和一個在低溫區(qū)放熱的放熱部分；其特征是金屬熱管部件包括一個柔軟金屬帶，該金屬帶由輕金屬制成，沿縱向從第一縱向端延伸至第二縱向端，并且在成形時帶有多個沿縱向伸展的縱向孔道，所述縱向孔道互相連接以形成所述密封內(nèi)腔；其特征還是所述金屬帶可以彎曲成波狀，使得所述金屬帶在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間來回重復(fù)地展布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述傳熱裝置，其特征是所述縱向孔道是在一無縫金屬件中通過擠壓加工而成形的，所述金屬帶包含所述無縫金屬件和一封閉措施以確定所述金屬帶所述第一縱向端和所述第二縱向端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶設(shè)有向外突出的外散熱片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述傳熱裝置，其特征是所述外散熱片與所述金屬帶外表面相結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述傳熱裝置，其特征是所述外散熱片是所述無縫金屬件整體組成部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述傳熱裝置，其特征是所述每一縱向孔道在所述高溫區(qū)和低溫區(qū)之間波狀展延，結(jié)果形成一波狀曲線和一三維螺旋彎曲，所述波狀曲線是波狀面彎曲上的一條。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶包括多個直帶段，多個第一U形帶段以及多個第二U形帶段，每一直帶段從位于所述高溫區(qū)的第一段端延展到處于所述低溫區(qū)的第二段端，每一第一U形帶段將處于所述高溫區(qū)的相鄰兩直帶段的第一段端連接，每一第二U形帶段將處于所述低溫區(qū)的相鄰兩直帶段的第二段端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述傳熱裝置，其特征是所述傳熱裝置包括間距散熱片，該間距散熱片設(shè)置在第一和第二相鄰平直帶段之間，該第一和第二相鄰平直帶段是所述直帶段中兩個互相鄰接的帶段，每個所述間距散熱片包含一與所述第一直帶段連接的第一散熱片端和一與所述第二直帶段連接的第二散熱片端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述傳熱裝置，其特征是所述間距散熱片是一彎曲成之字形的單一連續(xù)金屬薄帶整體組成部分，所述金屬薄帶與所述金屬帶連接，因此，金屬薄帶的寬度方向與所述金屬帶方向平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶的取向應(yīng)使其寬度方向平行于熱介質(zhì)流體流動出所述金屬帶的方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述傳熱裝置，其特征是所述直帶段是平的，并且互相平行，所述金屬帶包含有第一帶表面和第二帶表面，每一帶表面都是規(guī)則的表面，由一直線沿一參考平面上的波狀曲線移動而形成，因此所述直線與上述參考平面保持垂直。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶的取向使得熱介質(zhì)流體的流動方向垂直于所述參考平面。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶繞一預(yù)定的假設(shè)線作螺旋盤卷。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述傳熱裝置，其特征是所述螺旋盤卷的金屬帶的取向使得熱介質(zhì)流體沿所述預(yù)定假設(shè)線流動。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述傳熱裝置，其特征是所述螺旋盤卷的金屬帶的螺距大于所述金屬帶寬度，因此一間隙也螺旋地展延，而由所述金屬帶所構(gòu)成的螺旋形結(jié)構(gòu)的取向應(yīng)使得熱介質(zhì)流體的流速通過所述間隙流向所述假設(shè)線。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶緊密地盤卷成僅在兩端開啟的管狀結(jié)構(gòu)，所述螺旋盤卷的金屬帶的取向應(yīng)使得熱介質(zhì)流體能在所述金屬帶構(gòu)成的管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部流動。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶包含有一沿該金屬帶縱向扭絞的扭絞帶段。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶包含多個沿一預(yù)定直線規(guī)則安排的所述扭絞帶段，而所述金屬帶的取向應(yīng)使得熱介質(zhì)流體沿所述預(yù)定直線流動。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述傳熱裝置，其特征是所述扭絞帶段在一預(yù)定假設(shè)相交切面上橫寬方向是互相平行的，并且傾斜于處在所述預(yù)定假設(shè)相交切面上的所述預(yù)定直線。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述傳熱裝置，其特征是所述傳熱裝置包含多個所述金屬帶，每一所述金屬帶的縱向中心線在一預(yù)定的中心面上呈波狀展延，而所述金屬帶的各預(yù)定中心面互相平行。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶包含有互相鄰接的第一金屬帶和第二金屬帶，金屬帶在垂直于所述第一和第二金屬帶的所述中心面的、假設(shè)上游側(cè)平面和下游側(cè)平面之間展延，所述第一金屬帶包含有一個第一扭絞帶段，該帶段在向著所述第二帶段的第一帶段橫寬方向上，從外側(cè)邊延伸到內(nèi)側(cè)邊，該內(nèi)側(cè)邊比所述第一扭絞帶段的所述外側(cè)邊更靠近所述下游側(cè)平面，所述第二金屬帶包含有一個第二扭絞帶段，該帶段在向著所述第一帶段的第二帶段橫寬方向上，從外側(cè)邊延伸到內(nèi)側(cè)邊，該內(nèi)側(cè)邊比所述第二扭絞帶段的所述外側(cè)邊更靠近所述下游側(cè)平面。
22.根據(jù)權(quán)利要求2所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶繞一預(yù)定線盤旋。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶包含一個第一疊帶段，一個與所述第一疊帶段相隔的第一分離帶段，一個疊合在所述第一疊帶段上的第二疊帶段，一個處于所述第二疊帶段與所述第一分離帶段之間的第二分離帶段，因此將所述第二疊帶段和所述第一分離帶段之間的空間分成為一個較遠(yuǎn)空間和其余空間，所述盤旋金屬帶的取向應(yīng)使得熱介質(zhì)流體沿所述預(yù)定線流動通過所述較遠(yuǎn)空間和所述其余空間。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述傳熱裝置，其特征是所述傳熱裝置還包括間距散熱片，設(shè)置在所述較遠(yuǎn)空間內(nèi)和所述其余空間內(nèi)，并且固定在所述金屬帶上。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述傳熱裝置，其特征是所述金屬帶還包含有一個疊合在所述第二疊帶段上的第三疊帶段和一個第三分離帶段，該第三分離帶段將所述其余空間再分成一個中間空間和一個所述第三分離帶段與所述第三疊帶段之間形成的較近空間，還包含有一個疊合在所述第三疊帶段上的第四疊帶段，所述各疊帶段放置在所述高溫區(qū)中。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述傳熱裝置，其特征是所述各疊帶段和各分離帶段是所述金屬帶整體組成部分，并且基本呈平狀，互相平行。
全文摘要
一種熱交換器，應(yīng)用一種擠壓成型的輕金屬多孔道軟帶，帶上設(shè)有多個互相平行的、從一端延伸到另一端的縱向小孔道。該孔道在軟帶每一端部連接起來，軟帶兩端用焊接封閉形成一個在部分真空下部分充填工作流體的密封內(nèi)腔。該腔可呈單一連續(xù)長通道形，也可呈多個在其兩端連接起來的平行通道形。多孔道帶可以彎曲成波形，在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間展延。這種熱交換器性能優(yōu)良，能降減成本，減輕重量，并改善其可靠性。
文檔編號F28D15/02GK1162106SQ96106879
公開日1997年10月15日 申請日期1996年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月29日
發(fā)明者赤地久輝 申請人:阿克托羅尼克斯株式會社, 赤地久輝