專利名稱:疊層熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用在車輛空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的冷卻循環(huán)等過程中的疊層熱交換器,它是通過將管狀零件和散熱片交替地分層布置在多個高度上的方式構(gòu)成的,具體地說,本發(fā)明涉及這樣一種疊層熱交換器,它采用這樣一種結(jié)構(gòu),其中,在管狀零件的一側(cè)形成有一對液槽部分,而在疊層方向的一端或在空氣流動的方向上在主芯體的端面上設(shè)置有供熱交換介質(zhì)進(jìn)出的進(jìn)口/出口部分。
為了適應(yīng)熱交換器小型化的需要和改善熱交換效率,申請人已研制了一種如
圖1和2所示的熱交換器并且已做了許多涉及此熱交換器的研究工作。在此疊層熱交換器中,通過將管狀零件與散熱片2交替地分層布置在多個高度上的方式形成主芯體,將設(shè)置在每個管狀零件一側(cè)處的一對液槽部分12制成可經(jīng)一個U形通道部分13連通,必要時通過使毗鄰的管狀零件的液槽部分12之間形成連通的方式在主芯體內(nèi)形成一條具有多個通路的熱交換介質(zhì)流動通道,在疊層方向上在主芯體的一端處設(shè)置供熱交換介質(zhì)進(jìn)出的進(jìn)口/出口部分(進(jìn)口部分4和出口部分5),這些進(jìn)口和出口部分中的一個(進(jìn)口部分4)被制成與一個液槽排21連通,該液槽排通過一個連通管30構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的一端,而進(jìn)口和出口部分中的另一個(出口部分5)則被制成與一個液槽排22連通,該液槽排構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的另一端。
申請人不僅對上面描述的熱交換器而且還對在現(xiàn)有技術(shù)中已知的一側(cè)液槽式疊層熱交換器進(jìn)行了各類研究工作。例如,圖10和11示出了這樣一種熱交換器。在此熱交換器中,將管狀零件與散熱片2交替地分層布置在多個高度上的方式形成主芯體,將設(shè)置在每個管狀零件一側(cè)(向著圖面的底部)處的一對液槽部分12制成可經(jīng)一個U形通道部分13連通,必要時通過使毗鄰的管狀零件的液槽部分12之間形成連通的方式在主芯體內(nèi)形成一條具有多個通路的熱交換介質(zhì)流動通道。在這些方面,此熱交換器與前面描述的熱交換器類似。但是,此熱交換器在空氣流動的方向上在主芯體的端面處設(shè)置有供熱交換介質(zhì)進(jìn)出的進(jìn)口/出口部分(進(jìn)口部分4,出口部分5)。
在上面描述的這些熱交換器中,當(dāng)熱交換介質(zhì)通過進(jìn)口/出口部分中之一個(進(jìn)口部分4)流入時,熱交換介質(zhì)直接地或經(jīng)連通管30進(jìn)入構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的一端的液槽排21內(nèi)。在流過多個通路之后,熱交換介質(zhì)到達(dá)構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的另一端的液槽排22,然后通過與液槽排22連通的進(jìn)口/出口部分的另一個(出口部分5)流出。在此過程中,熱交換介質(zhì)向上或向下流過管狀零件的U形通道部分13的流動被計為一個通路,例如,其中熱交換介質(zhì)從構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的一端的液槽排起流過U形通道部分13兩次才到達(dá)構(gòu)成另一端的液槽排的熱交換器被稱為4通路熱交換器,如果它流過U形通道部分三次,則稱為6通路熱交換器。
但是,在第一類熱交換器,即4通路冷卻熱交換器中,其中,熱交換介質(zhì)流過一個沒有隔開部分18的液槽組,當(dāng)它從第二通路流到第三通路時,如圖9A所示那樣,冷卻劑勢必會在垂直于上述結(jié)構(gòu)中的空氣流的方向上流動,其中冷卻劑會從主芯體的一端流出。這會導(dǎo)致冷卻劑集結(jié)在管狀零件中靠近出口處(在疊層方向的一端)。換句話說,在從第三通路延伸通過第四通路的區(qū)域內(nèi),冷卻劑并不會迅速地朝靠近隔開部分18側(cè)流動,這已通過實(shí)驗(yàn)證明了;實(shí)驗(yàn)結(jié)果在圖7和8中以虛線示出,它證實(shí)了在隔開部分靠近出口處的區(qū)域中的管子溫度和通過的空氣的溫度比其他區(qū)域中的高。
在本說明書中,圖7至12中的管子溫度(管溫)指管狀零件自身的溫度,而管子編號(管號)指從圖1和10前左側(cè)起指定的管子編號。而且,通過的空氣的溫度(空氣溫度)是指通過管狀零件之間的區(qū)域的空氣的溫度,與管狀零件的熱交換就是借散熱片完成的??諝獾臏囟仁窃谙掠蝹?cè)離開主芯體的端面1-2cm的位置處測定的。
在6通路熱交換器中,熱交換介質(zhì)流也是在背離隔開部分18朝向出口側(cè)的區(qū)域中集結(jié),如圖9B所示的那樣。因此,可以認(rèn)為在隔開部分靠近出口的區(qū)域中的管子溫度和通過的空氣的溫度與其他區(qū)域中的溫度不同。
此外,在后一類的熱交換器中,即4通路冷卻熱交換器中,當(dāng)流速隨著單位時間的冷卻劑流量的增加而增加時,冷卻劑在從第二通路流過第三通路時會向疊層方向上的端部集結(jié),如圖14所示,并且冷卻劑在從第三通路延伸通過第四通路的區(qū)域中不易在朝向隔開部分18的區(qū)域中流動。通過圖12中的虛線所標(biāo)示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地證實(shí)了冷卻劑是以這樣的方式流動的,該圖顯示在靠近隔開部分18的區(qū)域中的流過的空氣的溫度比其他的區(qū)域中的溫度高。
因此,本發(fā)明的目的是提供一種疊層熱交換器,其中,熱交換介質(zhì)可以均勻地流遍管狀零件而不會集結(jié)在任何區(qū)域中,借此就可以在熱交換效率上獲得改善。
申請人發(fā)現(xiàn),當(dāng)使熱交換介質(zhì)充分地流過靠近隔開部分的管狀零件時,通過改變從液槽組中的一個偶數(shù)通路流到一個奇數(shù)通路的熱交換介質(zhì)的流動狀態(tài),就可以防止熱交換介質(zhì)在任何特定區(qū)域中的集結(jié),這會導(dǎo)致主芯體中近乎一致的溫度分布,申請人就是基于此觀測結(jié)果完成了本發(fā)明。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的疊層熱交換器是通過將管狀零件和散熱片交替地分層布置在多個高度上以形成一個主芯體的方式構(gòu)成的,在每個管狀零件的一側(cè)設(shè)置有一對液槽部分,和一個使該對液槽部分之間連通的U形通道部分。通過在必要時將通過將管狀零件的液槽部分結(jié)合構(gòu)成的液槽組分隔開的方式在主芯體中形成一條具有多條通路的熱交換介質(zhì)流動通道。在疊層方向上的主芯體的一端上設(shè)置有供熱交換介質(zhì)進(jìn)出的進(jìn)口/出口部分,進(jìn)口/出口部分中的一個經(jīng)一個連通管在熱交換介質(zhì)流動通道的一端處與液槽排連通,進(jìn)口/出口部分中的另一個在疊層方向上的一端處與構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的另一端的液槽排連通。在液槽組中至少一個這樣的部位,即介質(zhì)流在多條通路中從偶數(shù)通路轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路的部位處,設(shè)置一個限制流動通道橫截面的約束部分。
因此,在此結(jié)構(gòu)中,流過進(jìn)口/出口部分中的一個的熱交換介質(zhì)經(jīng)該連通管進(jìn)入構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的一端的液槽排內(nèi),在多次通過主芯體后到達(dá)構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的另一端的液槽排,并經(jīng)進(jìn)口/出口部分中的另一個在疊層方向上從此液槽排的另一端流出。在此過程中,在介質(zhì)流在多條通路中從偶數(shù)通路轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路的區(qū)域中,熱交換介質(zhì)傾向于朝出口流得較多。但是,由于在介質(zhì)流在液槽組中從偶數(shù)通路(偶數(shù)路徑)轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路(奇數(shù)路徑)的區(qū)域中,設(shè)置有一個限制流動通路橫截面的約束部分,因此,由約束部分等導(dǎo)致的減小的流速,會使得熱交換介質(zhì)如流過其它管狀零件那樣,以足夠的流量流過靠近隔開部分上的出口的管狀零件。用這樣的方法,如圖7和8中實(shí)線所示的那樣,溫度分布上的大的偏差就得以消除,從而達(dá)到了上述的目的。
另一種方法是,可達(dá)到同樣的目的的另一個疊層熱交換器是通過將管狀零件和散熱片交替地分層布置在多個高度上以形成一個主芯體的方式構(gòu)成的,在每個管狀零件的一側(cè)設(shè)置有一對液槽部分,和一個使該對液槽部分之間連通的U形通道部分,其帶有一條通過在必要時將通過將液槽部分結(jié)合構(gòu)成的液槽組分隔開的方式在主芯體中形成的包括多條通路的熱交換介質(zhì)流動通道。在垂直于疊層方向的方向上在構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的兩端的液槽排中設(shè)置有供熱交換介質(zhì)流進(jìn)和流出的進(jìn)口/出口部分并且在液槽組中至少一個這樣的部位,即介質(zhì)流在多條通路中從偶數(shù)通路轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路的部位處,設(shè)置一個限制流動通道橫截面的約束部分。具體地說,在此結(jié)構(gòu)中,進(jìn)口/出口部分可以在空氣流動的方向上設(shè)置在液槽排的端面(例如,主芯體的前表面)上。
同樣,在此結(jié)構(gòu)中,已通過進(jìn)口/出口部分中的一個流入的熱交換介質(zhì)流進(jìn)入構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的一端的液槽排,在多次流過主芯體后到達(dá)構(gòu)成熱交換介質(zhì)流動通道的另一端的液槽排,然后經(jīng)進(jìn)口/出口部分中的另一個流出。在此過程中,在介質(zhì)流從偶數(shù)通路轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路的區(qū)域中,如果流速高的話,熱交換介質(zhì)傾向于以集中的方式從偶數(shù)通路流走。但是,由于在液槽組中在介質(zhì)流從偶數(shù)通路(偶數(shù)路徑)轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路(奇數(shù)路徑)的區(qū)域中設(shè)置有限制通道橫截面的約束部分,因此,由約束部分等導(dǎo)致的減小的流速,會使得熱交換介質(zhì)如流過其它管狀零件那樣,以足夠的流量流過靠近隔開部分的管狀零件。這樣,如圖12中實(shí)線所示的那樣,就不存在溫度分布上的大的偏差,從而達(dá)到了上述的目的。
在此結(jié)構(gòu)中,約束部分是在與設(shè)置有隔開部分的液槽組相對的液槽組內(nèi)形成的,最好在這樣的位置處提供約束部分,該位置與液槽組中設(shè)置有隔開部分的疊層中的位置對應(yīng)。此外,該約束部分可以由多個孔構(gòu)成。
雖然約束部分的形式可以包括許多種變更形式,但是,已經(jīng)證實(shí),在給定的面積下,兩個孔的構(gòu)形要比一個孔的構(gòu)形在溫度分布方面提供較大的一致性,并且在必要時通過調(diào)節(jié)孔的數(shù)量,它們的形狀和尺寸,就可以獲得靈敏的調(diào)節(jié),同時保持實(shí)際上是一致的溫度分布。因此,在實(shí)際使用中,權(quán)利要求4所述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是很大的。此外,必須設(shè)定一個與壓力損失和主芯體的熱排放量有關(guān)的合適的約束部分。如果約束部分的橫截面積較小,就會導(dǎo)致較大的壓力損失,并且伴隨有熱排放量的減少,而如果約束部分的橫截面積太大,壓力損失就會減小,但是,熱交換介質(zhì)的不均勻分布(這是現(xiàn)有技術(shù)中的問題)就變得明顯了。由于這樣,最好是約束部分的橫截面積S1和將液槽部分之間連通的通孔的橫截面積S2保持這樣的關(guān)系0.25≤S1/S2≤0.80。
熟悉本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的人在閱讀了下面結(jié)合示出較佳實(shí)施例的附圖所給出的說明之后就能較好地理解和領(lǐng)悟本發(fā)明的上述和其他的特征和所伴隨的優(yōu)點(diǎn)。在附圖中圖1示出一個熱交換器內(nèi)的與空氣流的方向垂直的端面,該熱交換器是本發(fā)明的疊層熱交換器的第一種模式;圖2A示出圖1所示的疊層熱交換器的設(shè)置有進(jìn)口/出口部分的側(cè)面,圖2B示出圖1所示的疊層熱交換器的底面;圖3示出構(gòu)成用在疊層熱交換器中的管狀零件的成形板,其中圖3A示出正常的成形板6a,圖3B示出設(shè)置有一個隔開部分的成形板6b,圖3C示出設(shè)置有一個約束部分的成形板6e;圖4~6示出約束部分的各種變型;圖7是一幅特征曲線圖,它示出疊層熱交換器中的管狀零件的溫度;圖8A是一幅特征曲線圖,它示出通過第一模式的疊層熱交換器的上部的空氣的溫度(在管狀零件之間通過上半部的空氣的代表性溫度),圖8B是一幅特征曲線圖,該圖示出通過第一模式的疊層熱交換器的下部的空氣的溫度(在管狀零件之間通過下半部的空氣的代表性溫度)
圖9A是一幅原理示意圖,它示出在現(xiàn)有技術(shù)中的4通路疊層熱交換器內(nèi)的熱交換介質(zhì)的流動,該熱交換器在疊層方向上于主芯體的一端處設(shè)置有供熱交換介質(zhì)進(jìn)出的進(jìn)口/出口部分,該主芯體沒有設(shè)置約束部分,而圖9B也是一幅原理示意圖,它示出現(xiàn)有技術(shù)中的沒有約束部分的6通路疊層熱交換器中的熱交換介質(zhì)的流動;圖10示出在一個疊層熱交換器內(nèi)的與空氣流的方向垂直的端面,該疊層熱交換器是本發(fā)明的疊層熱交換器的第二模式;圖11A示出圖10所示的疊層熱交換器的側(cè)面,而圖11B示出圖10所示的疊層熱交換器的底面;圖12A是一幅特征曲線圖,它示出通過第二模式的疊層熱交換器的上部的空氣的溫度(在管狀零件之間通過上半部的空氣的代表性溫度),圖12B是一幅曲線圖,該圖示出通過第二模式的熱交換器的下部的空氣的溫度(在管狀零件之間通過下半部的空氣的代表性溫度);圖13是一幅特征曲線圖,它表示主芯體的熱排放量Q和壓力損失ΔPr與約束部分的橫截面積S1與將液槽部分之間連通的通孔的橫截面積S2的比值的關(guān)系;圖14是一幅原理圖,它示出在一個現(xiàn)有技術(shù)的4通路疊層熱交換器中的熱交換介質(zhì)的流動,該疊層熱交換器在空氣流動的方向上在主芯體的端面處設(shè)置有進(jìn)口/出口部分,但沒有設(shè)置約束部分。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行解釋。在圖1和2中,疊層熱交換器1是一個4通路型蒸發(fā)器,例如帶有通過將散熱片2和管狀零件3交替地分層布置在多個高度上形成的主芯體和在管狀零件3的疊層方向上的一端處設(shè)置的供熱交換介質(zhì)進(jìn)出的一個進(jìn)口部分4和一個出口部分5。除了在疊層方向的兩端處的管狀零件3a和3b,設(shè)置有后面將作說明的延伸的液槽部分的管狀零件3c,大致地處在中心處的管狀零件3d和毗鄰管狀零件3d的管狀零件3e之外,所有的管狀零件3都是通過將兩個成形板6a結(jié)合起來的方式構(gòu)成的,其中一個示出在圖3A中。
成形板6a是通過這樣的方式成形的沖壓加工一塊鋁板,使其具有兩個在一端形成的用于液槽構(gòu)造的碗型擴(kuò)張部分7和7,一個與碗型擴(kuò)張部分連續(xù)成形的用于通道構(gòu)造的擴(kuò)張部分8,一個在用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分之間形成的用于安裝一個連通管的凹入部分9(后面將對其作說明)和一個在用于通道構(gòu)造的擴(kuò)張部分8內(nèi)形成并從兩個用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分7和7之間的區(qū)域延伸到靠近成形板6a的另一端的區(qū)域的突伸部分10。此外,在成形板6的另一端處,設(shè)置有一個用于防止散熱片2在釬焊前的裝配過程中脫落的突片(示于圖1中)。
用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分7被制得比用于通道構(gòu)造的擴(kuò)張部分8擴(kuò)張得更大,而突伸部分10被成形在位于與成形板的邊緣處的結(jié)合邊同一高度上。當(dāng)兩塊成形板6a在它們的邊緣處結(jié)合起來時,它們的突伸部分10也被結(jié)合起來,從而形成一對帶有用于液槽構(gòu)造且相互面對的擴(kuò)張部分7的液槽部分12和i2和形成一個帶有用于通道構(gòu)造且相互面對的擴(kuò)張部分8的U形通道部分13,該U形通道部分13用于使液槽部分之間連通。
在疊層方向的兩端處的管狀零件3a和3b每一個都是通過將一塊扁平板15結(jié)合到板6a上的方式形成的,如圖3A所示。
在構(gòu)成管狀零件3c的成形板6B和6c中,用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分中的一個延伸到接近用于液槽構(gòu)造的另一個擴(kuò)張部分。因此,在管狀零件3c中,就形成有一個其尺寸與前面提及的管狀零件3中的液槽部分一樣的液槽部分12,和一個被制成延伸進(jìn)并充滿凹入部分的液槽部分12a。其他結(jié)構(gòu)特征,即與用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分連續(xù)成形的用于通道構(gòu)造的擴(kuò)張部分8,從在用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分之間的區(qū)域延伸到靠近成形板的另一端的區(qū)域的突伸部分10和設(shè)置在成形板的另一端處用于防止散熱片2脫落的突片11都與圖3A中所示的成形板6中的一樣,此處略去了它們的說明。
在此熱交換器中,如圖1所示,毗鄰的管狀零件在液槽部分處貼合在一起形成兩個液槽組,即在疊層方向(垂直于空氣流動方向)上延伸的第一液槽組15和第二液槽組16,在一個包括延伸的液槽部分12a的液槽組15中,除了在疊層方向上的大致中心的位置處的成形板6d之外,所有的液槽部分都通過在用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分9中形成的通孔17連通。在另一個液槽組16中,所有的液槽部分都經(jīng)通孔17連通,沒有任何隔板。
管狀零件3d是通過將圖3A所示的成形板6a和圖3B所示的成形板6d結(jié)合的方式構(gòu)成的,該成形板6d在用于液槽構(gòu)造的其擴(kuò)張部分中的一個擴(kuò)張部分7a和一個隔開部分18上未設(shè)置有通孔,以便將液槽組中的一組,即形成有此未連通部分的液槽組15,隔離開。注意,隔開部分18可以這樣構(gòu)成,即使得該隔開部分也具有毗鄰的管狀零件3e,一個不具有通孔的盲液槽,和將用于液槽構(gòu)造且沒有通孔的擴(kuò)張部分結(jié)合起來以便增加強(qiáng)度,或它具有這樣的結(jié)構(gòu),其中代替盲液槽的,是在管狀零件3d和管狀零件3e之間包封住一塊薄板,以便封閉住連通液槽部分之間的通孔。
此外,管狀零件3e是通過將圖3A所示的成形板6a和圖3C所示的成形板6e結(jié)合的方式構(gòu)成的,在成形板6e上有一個用于限制液槽組16的連通部分的約束部分19,液槽組16處在設(shè)置有隔開部分18的液槽組15的對面,該約束部分19處在成形板6e與管狀零件3d結(jié)合的那一側(cè)。因此,第一液槽組15由隔開部分18隔開成一個包括延伸的液槽部分12a的第一液槽排21,和一個與出口部分5連通的第二液槽排22,而未隔開的第二液槽組16則構(gòu)成一個設(shè)置有約束部分19的第三液槽排23。注意,在此實(shí)施例中,管狀零件分層布置在27層上,其中從圖中的左側(cè)數(shù)起,管狀零件3c設(shè)置在第6層上,管狀零件3d設(shè)置在第14層上,管狀零件3e則設(shè)置在第15層上。
約束部分19是由例如一個圓孔構(gòu)成的,其流動通道橫截面積(通孔17的尺寸)與其他的面積相比要小些,如圖4A所示。在此實(shí)施例中,標(biāo)準(zhǔn)通孔17的直徑設(shè)定為Φ15.7mm,而約束部分的直徑設(shè)定為Φ12mm,并且約束部分19設(shè)置在成形板6e上。不過,約束部分也可以設(shè)置在形成有隔開部分18的成形板6d處,如圖4B所示,或它也可以設(shè)置在成形板6d和6e處,以便增加強(qiáng)度。
但是,必須記住的是,如果約束部分19的橫截面積太小,通道阻力會變大,增加了壓力損失ΔPr并且因熱交換介質(zhì)的流速減小導(dǎo)致熱排放(熱排放量)Q減少(見圖13),而如果為了避免這一點(diǎn),將約束部分19的橫截面積制得太大,熱交換介質(zhì)分布的不均勻性(這是現(xiàn)有技術(shù)中的問題)則變得更加突出。這樣,為了避免這些問題,最好將約束部分19的尺寸設(shè)在這樣的范圍內(nèi),其中約束部分19的橫截面積S1和通孔17的橫截面積S2保持這樣關(guān)系0.25≤S1/S2≤0.80。因此,如此實(shí)施例中那樣,當(dāng)通孔17的尺寸是Φ15.7時,在大約Φ8~Φ14的范圍內(nèi)形成約束部分是滿足要求的。
此外,在遠(yuǎn)離延伸的液槽部分12a的一側(cè)設(shè)置在疊層方向的一端處的進(jìn)口部分4和出口部分5是通過將用于進(jìn)口/出口通道構(gòu)造的板24結(jié)合到前面提及的構(gòu)成一個端板的扁平板15上的方式構(gòu)成的,并且分別設(shè)置有一個進(jìn)口通道25和一個出口通道26,它們成形成從板15的大致中間的位置朝著液槽部分在長度方向上延伸。
在進(jìn)口通道25和出口通道26的頂部處,借助一個固定住一個膨脹閥的聯(lián)接件27分別設(shè)置有一個流入口28和一個流出口29。進(jìn)口通道25和延伸的液槽部分12a通過一個用一個連通管30構(gòu)成的連通通道相互連通,連通管30被固定在凹入部分9內(nèi)并且被結(jié)合到在板15上形成的孔和一個在成形板6b上形成的孔上。第二液槽排22和出口通道26借助一個在板15上形成的孔相互連通。
這樣,在如上述那樣構(gòu)成的熱交換器中,已經(jīng)通過進(jìn)口部分4流入的熱交換介質(zhì)通過該連通管30進(jìn)入延伸的液槽部分12a內(nèi),接著分散到整個第一液槽排21上,然后通過對應(yīng)于第一液槽排21的管狀零件的U形通道部分13(第一通路)沿著突伸部分10向上流動。接著,熱交換介質(zhì)在開始向下流動前在突伸部分10上方作一U形回轉(zhuǎn)(第二通路),到達(dá)在對面?zhèn)壬系囊翰叟?第三液槽排23)。在這之后,熱交換介質(zhì)水平地流動到構(gòu)成第三液槽排23的余下的管狀零件上并通過管狀零件的U形通道部分13(第三通路)沿著突伸部分10向上流動。接著,它在向下流動之前在突伸部分10上方作一U形回轉(zhuǎn)(第四通路),然后在通過出口部分5流出之前流動到構(gòu)成第二液槽排22的液槽部分上。由于這樣流動,在其通過構(gòu)成第一至第四通路的U形通道部分13流動的過程中,熱交換介質(zhì)的熱就傳遞到散熱片2上,完成了與在散熱片之間流過的空氣的熱交換。
在此過程中,由于出口部分5經(jīng)主芯體在疊層方向上的端部連接到第二液槽排22上,從第二通路流到第三通路的熱交換介質(zhì)流傾向于象前面描述的那樣朝出口部分集結(jié),這正是所要關(guān)心的問題。但是,采用在第三液槽組中的連通區(qū)域內(nèi)形成的約束部分19,熱交換介質(zhì)也就可以以足夠的量流入構(gòu)成第三通路和第四通路的所有管狀零件中靠近隔開部分的管狀零件內(nèi)。通過提供約束部分19所產(chǎn)生的冷卻劑流的這種變化估計是由這樣的事實(shí)引起的流到第三通路的熱交換介質(zhì)的流速受到約束部分19以及復(fù)雜的流型的限制,該復(fù)雜的流型是通過防止第二液槽組16內(nèi)側(cè)的熱交換介質(zhì)的層流引起的。在任何情況下,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,其中所測定的管子溫度和通過的空氣的溫度如圖7和8所示,在靠近出口的隔開部分內(nèi)的管狀零件(具體地說是編號9~13的管子)的溫度和通過管狀零件(具體地說是編號5~13的管子)的上層的空氣的溫度要比現(xiàn)有技術(shù)中的沒有約束部分的熱交換器中的溫度低,如實(shí)線標(biāo)示的那樣,達(dá)到整個一致的溫度分布,而這證明了熱交換介質(zhì)(冷卻劑)在整個主芯體上的流動實(shí)際上是一致的,在任何區(qū)域都沒有大量集結(jié)。
已經(jīng)證實(shí)溫度分布根據(jù)上面提及的約束部分19上的孔的形狀和數(shù)量微妙地發(fā)生變化,因而流動通道面積制得比其他通孔17小些。即使用于配置有隔開部分18的成形板6d或毗鄰它的成形板6e的液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分7上的約束部分19,如圖4C或4D所示的那樣,是通過在上部區(qū)域或下部區(qū)域上的兩個位置上對稱地成形兩個孔,例如約束部分的整個面積保持不變的方式制成的,隔開部分靠近出口處的溫度(管子溫度和通過的空氣的溫度)就可以得到進(jìn)一步降低,使得主芯體上的溫度分布更加平緩。
此外,約束部分19并不局限于上面描述的形式,它可以通過在用于配置有隔開部分18的成形板6d或毗鄰它的成形板6e的液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分上的左側(cè)和右側(cè)上的兩個位置上對稱地成形兩個孔的方式構(gòu)成的,如圖5A所示那樣,或它可以通過相對于以約45°傾斜的假想線對稱地成形兩個孔的方式構(gòu)成的,如圖5B所示那樣。
其中約束部分19是用兩個孔構(gòu)成的結(jié)構(gòu)還可以包括這樣一種構(gòu)形,其中,在用于配置有隔開部分18的成形板或毗鄰它的成形板的液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分上的左側(cè)和右側(cè)上所成形的兩個孔的尺寸是不相等的,如圖5C或圖5D所示那樣,或者不同尺寸的兩個孔可以在用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分上的相互上下兩個位置處成形,如圖5E或圖5F。
可以想出用于限制流動通道面積的約束部分19的形狀的其他各種變化,并且,如圖6A所示,孔可以是十字形的,或者,如圖6B所示,約束部分19可以采用這樣一種形式,其中,在四個位置處,即上、下、左、右,設(shè)置有小孔。而且,如圖6C所示,可以在三個位置處,即用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分的上部、中部和下部上,設(shè)置有孔,或者,如圖6D所示,約束部分19可以用三個孔構(gòu)成,這三個孔是通過將一個圓孔分成三個圓心角近似地相同的近似相等的扇形段的方式使圓所形成的三段。而且,如圖6E所示,它可以用四個孔構(gòu)成,這四個孔是將圓分成圓心角近似相同的四個相等的扇形段構(gòu)成的四段。
在這些形式的任何一種中,只要約束部分19的橫截面積(當(dāng)約束部分是用多個孔構(gòu)成的,就是所有孔的橫截面積的總面積)S1與通孔17的橫截面積S2保持這樣的關(guān)系0.25≤S1/S2≤0.80時,就可以獲得前面描述的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例示于圖10和11中,下面將主要描述它與前面的實(shí)施例不同的方面,同樣的標(biāo)號標(biāo)示與所有附圖中的部件相同的部件。
此疊層熱交換器是一個4通路型蒸發(fā)器,例如在空氣流的方向上在主芯體的端面處,特別是在上游側(cè)上的端面處,設(shè)置有供熱交換介質(zhì)進(jìn)出的一個出口部分4和一個進(jìn)口部分5。除了在疊層方向的兩端處的管狀零件3a和3b,大致地處在中心處的管狀零件3d和毗鄰管狀零件3d的管狀零件3e以及其中每一個都被形成一個帶有進(jìn)口部分4和出口部分5的部件的管狀零件3f之外,所有的管狀零件都是通過將兩個成形板6a結(jié)合起來的方式構(gòu)成的,其中一個示出在圖3A中。
除了管狀零件3f之外,所有的管狀零件都是與前面描述的管狀零件相同地制成的,這里就略去了它們的解釋。在每一個管狀零件3f中,在上游側(cè)用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分7在空氣流動的方向上突伸和開啟,因此,在管狀零件3f中,進(jìn)口部分4或出口部分5是通過將突伸和開啟的此部分面對面結(jié)合起來的方式成形的。其他的結(jié)構(gòu)特征,即與用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分連續(xù)地成形的用于通道構(gòu)造的擴(kuò)張部分,從用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分之間的區(qū)域延伸通過靠近成形板的另一端的區(qū)域的突伸部分和設(shè)置在成形板的另一端處的用于防止散熱片2脫落的突片與圖3A所示的成形板6中的特征一樣,如圖3A所示,此處就略去了它們的解釋。
此外,隔開部分18和設(shè)置在與隔開部分18處在相反側(cè)上的約束部分19與前面描述的部分是同樣地構(gòu)成的。但是,在此熱交換器中,管狀零件是分層布置在26個高度上,其中,從圖的左面數(shù)起,進(jìn)口部分4成形在第7層上,出口部分5成形在第20層上,而隔開部分18和約束部分19成形在從左面數(shù)起第7層(管狀零件3e)和第14層(管狀零件3d)之間。在此熱交換器中,隔開部分18和約束部分19也可以成形在從左面數(shù)起第14層和第15層之間。
如圖4A所示,約束部分19可以通過形成一個圓孔的方式形成,例如,該圓孔流體通道橫截面是在成形板6e上受到約束的。另一種方法是,此圓孔可以設(shè)置在成形板6d上,在該成形板上形成有隔開部分18,如圖4B所示,或者為了增加強(qiáng)度可以在成形板6d和6e兩者上設(shè)置一個圓孔。此外,雖然圓孔的直徑針對設(shè)定為Φ15.7mm的正常通孔17的直徑設(shè)定為Φ12mm,但通過考慮圖13所示的關(guān)系,如前面所解釋的那樣,將此約束部分的橫截面積設(shè)定在這樣的范圍內(nèi),其中使約束部分19的橫截面積S1與通孔17的橫截面積S2保持這樣的關(guān)系0.25≤S1/S2≤0.80,將都能滿足要求,因此當(dāng)通孔尺寸如此實(shí)施例中那樣定為Φ15.7時,約束部分19可以在約Φ8~14的范圍內(nèi)形成。
因此,在如上面描述那樣構(gòu)造的熱交換器中,流入進(jìn)口部分4的熱交換介質(zhì)分布在整個第一液槽排21上,接著它沿著突伸部分10通過對應(yīng)于第一液槽排21的管狀零件的U形通道部分13(第一通路)向上流動。然后它在向下流動到達(dá)相反側(cè)上的液槽組(第三液槽排23)之前在突伸部分10的上方作一個U形回轉(zhuǎn)(第二通路)。在此之后,熱交換介質(zhì)水平地流動到構(gòu)成第三液槽排23的其余的管狀零件并沿著突伸部分10通過管狀零件的U形通道部分13(第三通路)向上流動。接著,它在向下流動之前在突伸部分10的上方作一個U形回轉(zhuǎn)(第四通路),然后在通過出口部分5流出之前流到構(gòu)成第二液槽排22的液槽部分上。因作這種流動,熱交換介質(zhì)在流過構(gòu)成第一至第四通路的U形通道部分13的過程中,它的熱就傳遞到散熱片2上,從而與在散熱片之間流過的空氣完成了熱交換。
在此過程中,從第二通路流到第三通路的熱交換介質(zhì)流如前面所描述的那樣傾向于向出口部分集結(jié),而這正是所關(guān)心的問題。但是,在約束部分19是在第三液槽組23中的連通區(qū)域中形成的情況下,熱交換介質(zhì)也會以足夠的量流入構(gòu)成第三和第四通路的所有的管狀零件中靠近隔開部分的管狀零件內(nèi)。通過提供約束部分19所造成的冷卻劑流的這種變化估計是由這樣的事實(shí)造成的,即約束部分19以及由于熱交換介質(zhì)在第二液槽組16內(nèi)側(cè)阻止層流流動而導(dǎo)致的復(fù)雜流型使得流到第三通路的熱交換介質(zhì)的流速減小。在任何情況下,根據(jù)在其中測得通過的空氣的溫度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,如圖12所示,在約束部分靠近出口的管狀零件(具體地說是編號14~20的管子)之間通過的空氣的溫度要比現(xiàn)有技術(shù)中沒有約束部分的熱交換器中的溫度低,如圖中實(shí)線所示,從而獲得完全一致的溫度分布。這證明了熱交換介質(zhì)(冷卻劑)流實(shí)際上在整個主芯體上是一致的,而沒有在任何特定的區(qū)域內(nèi)有太多的集結(jié)。
如前面的實(shí)施例中那樣,已經(jīng)證實(shí),當(dāng)上面提及的約束部分19的流動通道面積制得較其他通孔17小時,溫度分布根據(jù)其內(nèi)的孔的形狀和數(shù)量微妙地變化。即使當(dāng)約束部分19是通過在兩個相互處在上下的位置處,即在用于設(shè)置有隔開部分的成形板6d或毗鄰該成形板6d的成形板6e的液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分7的上部區(qū)域和下部區(qū)域上對稱地形成孔的方式制成的,如圖4C或4D中所示,并且流動通道面積保持不變,隔開部分18靠近出口部分的溫度(管子溫度和通過的空氣的溫度)也可以進(jìn)一步地降低,在主芯體上提供更加平緩的溫度分布。
此外,約束部分19并不局限于上面描述的結(jié)構(gòu),它還可以通過在用于設(shè)置有隔開部分18的成形板6d或毗鄰該成形板6d的成形板6e的液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分上左右兩個位置處形成對稱的兩個孔的方式制成,如圖5A中所示,或者它還可以通過相對于一條以約45°傾斜的假想線形成兩個對稱孔的方式構(gòu)成,如圖5B所示。
其中約束部分19是用兩個孔的方式構(gòu)成的結(jié)構(gòu)還可以包括這樣一種結(jié)構(gòu),其中在用于設(shè)置有隔開部分18的成形板或毗鄰該成形板的成形板的液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分上左右位置形成兩個尺寸不同的孔,如圖5C或圖5D所示,或者可以在用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分上兩個相互上下的位置處形成兩個不同尺寸的孔,如圖5E或5F所示。
可以想出用于限制流動通道面積的約束部分19的形狀的其他各種變化,并且,如圖6A所示,孔可以是十字形的,或者,如圖6B所示,約束部分19可以采用這樣一種形式,其中,在四個位置處,即上、下、左、右,設(shè)置有小孔。而且,如圖6C所示,可以在三個位置處,即用于液槽構(gòu)造的擴(kuò)張部分的上部、中部和下部上,設(shè)置有孔,或者,如圖6D所示,約束部分19可以用三個孔構(gòu)成,這三個孔是通過將一個圓孔分成三個圓心角近似地相同的近似相等的扇形段的方式使圓形成的三段。而且,如圖6E所示,它可以用四個孔構(gòu)成,這四個孔是將圓分成圓心角近似相同的四個相等的扇形段構(gòu)成的四段。
在這些形式的任何一種中,只要約束部分19的橫截面積(當(dāng)約束部分是用多個孔構(gòu)成時,就是所有孔的橫截面積的總面積)S1與通孔17的橫截面積S2保持這樣的關(guān)系0.25≤S1/S2≤0.80時,也可以獲得前面描述的優(yōu)點(diǎn)。
注意,雖然熱交換介質(zhì)流的狀態(tài)估計可能也會受進(jìn)口部分4和出口部分5的位置,特別是出口部分5的位置的影響,但由于熱交換介質(zhì)甚至在沒有約束部分19的情況下也傾向于流近隔開部分,因此,只要出口部分5設(shè)置在靠近隔開部分18的位置處,本發(fā)明的模式就是有效的,特別是當(dāng)出口部分5設(shè)置在從該端部到隔開部分18的距離的3/4的位置處(在此實(shí)施例中,就是在編號為管號18~26的管狀零件中的任何一個處)時。
如已經(jīng)解釋的那樣,根據(jù)本發(fā)明,不管是在其供熱交換介質(zhì)進(jìn)出的進(jìn)口/出口部分是設(shè)置在疊層方向上主芯體的一端處的熱交換器中,或者是在其進(jìn)口/出口部分在主芯體上是設(shè)置在與疊層方向垂直的方向上的熱交換器中,由于約束部分是設(shè)置在熱交換介質(zhì)流從偶數(shù)通路轉(zhuǎn)換到流動傾向于不均勻的奇數(shù)通路的區(qū)域中,更具體地說,是設(shè)置在被隔開來形成多個相對于液槽排中的疊層方向的通路的隔開部分的位置處,該液槽排處在其中設(shè)置有被隔開部分以便確保熱交換介質(zhì)流以足夠的量流入靠近被隔開部分的管狀零件內(nèi)的液槽排的對面,從而防止了熱交換介質(zhì)的不均勻流動,使熱交換效率得到提高。
權(quán)利要求
1.一種疊層熱交換器,它是通過將管狀零件和散熱片交替地分層布置在多個高度上構(gòu)成的,其中所述管狀零件的每一個在一側(cè)設(shè)置有一對液槽部分,和一個使該對液槽部分之間連通的U形通道部分;一對在疊層方向上延伸的液槽組是通過在供流體傳輸?shù)乃鲆翰鄄糠痔帉⑴彽墓軤盍慵Y(jié)合起來的方式在所述一側(cè)處形成的;在必要時通過隔開所述液槽組在所述熱交換器內(nèi)側(cè)形成一條允許熱交換介質(zhì)多次通過的熱交換介質(zhì)流動通道;在所述液槽組中至少一個這樣的部位,即介質(zhì)流在所述多條通路中從偶數(shù)通路轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路的部位處,設(shè)置一個與其他區(qū)域中的橫截面相比限制流動通道橫截面的約束部分。
2.如權(quán)利要求1所述的疊層熱交換器,其特征在于在所述一側(cè)處設(shè)置有一對液槽部分和一個將該對液槽部分之間連通的U形通道的管狀零件與散熱片交替地分層布置在多個高度上;在所述一側(cè)通過將在這樣形成的一個主芯體中的毗鄰的管狀零件的液槽部分結(jié)合起來的方式形成一對液槽組供流體傳輸;在必要時通過將所述液槽組隔開的方式在所述熱交換器內(nèi)側(cè)形成一條允許熱交換介質(zhì)多次通過的熱交換介質(zhì)流動通道;在所述疊層方向上在所述主芯體的一端處設(shè)置供所述熱交換介質(zhì)進(jìn)出的進(jìn)口/出口部分;所述進(jìn)口/出口部分中的一個經(jīng)一條供流體傳輸?shù)倪B通管與所述熱交換介質(zhì)流動通道的一個進(jìn)口側(cè)或一個出口側(cè)連通;所述進(jìn)口/出口部分中的另一個在疊層方向上的所述一端處與熱交換介質(zhì)流動通道的所述進(jìn)口側(cè)或出口側(cè)中的另一個連通;在所述液槽組中至少一個這樣的部位,即介質(zhì)流在所述多條通路中從偶數(shù)通路轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路的部位處,設(shè)置一個與其他區(qū)域中的橫截面相比限制流動通道橫截面的約束部分。
3.如權(quán)利要求2所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分在與設(shè)置有一個隔開部分的所述液槽組相對的液槽組中設(shè)置在與所述液槽組中的所述隔開部分同一疊層位置處。
4.如權(quán)利要求2所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分是在這樣的區(qū)域中形成的,在該區(qū)域中,毗鄰的管狀零件的液槽部分被結(jié)合起來供流體傳輸并且是用一個其流動通道橫截面被制得比其他結(jié)合區(qū)域中的橫截面小的孔構(gòu)成的。
5.如權(quán)利要求2所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分是在這樣的區(qū)域中形成的,在該區(qū)域中,毗鄰的管狀零件的液槽部分被結(jié)合起來供流體傳輸并且是用多個孔構(gòu)成的,其流動通道橫截面的總和被制得比其他結(jié)合區(qū)域中的橫截面小。
6.如權(quán)利要求5所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分是用多個在其中液槽部分被結(jié)合來供流體傳輸?shù)膮^(qū)域中對稱地形成的孔構(gòu)成的。
7.如權(quán)利要求5所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分是通過在所述液槽部分被結(jié)合起來供流體傳輸?shù)膮^(qū)域中形成多個不同尺寸的孔的方式構(gòu)成的。
8.如權(quán)利要求2所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分的橫截面積S1和在其中所述液槽部分被結(jié)合起來供流體傳輸?shù)⒉粯?gòu)成所述約束部分的區(qū)域中形成的通孔的橫截面積S2具有這樣的關(guān)系0.25≤S1/S2≤0.80。
9.如權(quán)利要求8所述的疊層熱交換器,其特征在于當(dāng)在其中所述液槽部分被結(jié)合起來供流體傳輸?shù)乃鰠^(qū)域中形成的所述通孔的直徑是Φ15.7時,所述約束部分的直徑處在Φ8~Φ14的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的疊層熱交換器,其特征在于在所述一側(cè)處設(shè)置有一對液槽部分和一個將該對液槽部分之間連通的U形通道的管狀零件與散熱片交替地分層布置在多個高度上;在所述一側(cè)通過將在這樣形成的一個主芯體中的毗鄰的管狀零件的液槽部分結(jié)合起來的方式形成一對液槽組供流體傳輸;在必要時通過將所述液槽組隔開的方式在所述熱交換器內(nèi)側(cè)形成一條允許熱交換介質(zhì)多次通過的熱交換介質(zhì)流動通道;在與所述疊層方向垂直的方向上在構(gòu)成所述熱交換介質(zhì)流動通道的進(jìn)口側(cè)和出口側(cè)的液槽排處設(shè)置有允許熱交換介質(zhì)流入或流出的進(jìn)口/出口部分;在所述液槽組中至少一個這樣的部位,即介質(zhì)流在所述多條通路中從偶數(shù)通路轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路的部位處,設(shè)置一個與其他區(qū)域中的橫截面相比限制流動通道橫截面的約束部分。
11.如權(quán)利要求10所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分在與設(shè)置有一個隔開部分的所述液槽組相對的液槽組中設(shè)置在與所述液槽組中的所述隔開部分同一疊層位置處。
12.如權(quán)利要求10所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分是在這樣的區(qū)域中形成的,在該區(qū)域中,毗鄰的管狀零件的液槽部分被結(jié)合起來供流體傳輸并且是用一個其流動通道橫截面被制得比其他結(jié)合區(qū)域中的橫截面小的孔構(gòu)成的。
13.如權(quán)利要求10所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分是在這樣的區(qū)域中形成的,在該區(qū)域中,毗鄰的管狀零件的液槽部分被結(jié)合起來供流體傳輸并且是用多個孔構(gòu)成的,其流動通道橫截面的總和被制得比其他結(jié)合區(qū)域中的橫截面小。
14.如權(quán)利要求13所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分是用多個在其中液槽部分被結(jié)合來供流體傳輸?shù)膮^(qū)域中對稱地形成的孔構(gòu)成的。
15.如權(quán)利要求13所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分是通過在所述液槽部分被結(jié)合起來供流體傳輸?shù)膮^(qū)域中形成多個不同尺寸的孔的方式構(gòu)成的。
16.如權(quán)利要求10所述的疊層熱交換器,其特征在于所述約束部分的橫截面積S1和在其中所述液槽部分被結(jié)合起來供流體傳輸?shù)⒉粯?gòu)成所述約束部分的區(qū)域中形成的通孔的橫截面積S2具有這樣的關(guān)系0.25≤S1/S2≤0.80。
17.如權(quán)利要求16所述的疊層熱交換器,其特征在于當(dāng)在其中所述液槽部分被結(jié)合起來供流體傳輸?shù)乃鰠^(qū)域中形成的所述通孔的直徑是Φ15.7時,所述約束部分的直徑處在Φ8~Φ14的范圍內(nèi)。
18.一種疊層熱交換器,它是通過將管狀零件和散熱片交替地分層布置在多個高度上構(gòu)成的,其中所述管狀零件的每一個在一側(cè)設(shè)置有一對液槽部分,和一個使該對液槽部分之間連通的U形通道部分;一對在疊層方向上延伸的液槽組是通過將在這樣形成的主芯體中的毗鄰的管狀零件的液槽部分結(jié)合起來的方式在所述一側(cè)處形成的;在必要時通過隔開所述液槽組在內(nèi)側(cè)形成一條允許熱交換介質(zhì)多次通過的熱交換介質(zhì)流動通道;在所述液槽組中至少一個這樣的部位,即介質(zhì)流在所述多條通路中從偶數(shù)通路轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路的部位處,設(shè)置一個限制流動通道橫截面的約束部分。
全文摘要
一種疊層熱交換器,它帶有在每個管狀零件一側(cè)形成的一對液槽部分和在疊層方向或其垂直方向的一端處設(shè)置的供熱交換介質(zhì)進(jìn)出的進(jìn)口/出口部分,在其中介質(zhì)流在多條通路中從偶數(shù)通路轉(zhuǎn)換到奇數(shù)通路的液槽部分的區(qū)域中設(shè)一限制流動通道橫截面的約束部分,使介質(zhì)可以足夠量流入靠近隔開部分的出口側(cè)的管狀零件。在與其中設(shè)置有隔開部分的液槽組相對的液槽組中形成的約束部分設(shè)在與隔開部分同一疊層位置處。約束部分可用多個孔形成。
文檔編號F28F27/02GK1137636SQ96103418
公開日1996年12月11日 申請日期1996年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月16日
發(fā)明者西下邦彥, 井上誠二, 反田清, 坂田均 申請人:株式會社杰克賽爾