CN105659047A - 具有改进构造的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热交换器，该热交换器具有层叠到彼此上且平行地延伸的多个片材(4)，其中，所有的片材(4)具有形成在片材(4)之间延伸的管(8)的轮廓，且其中，存在于片材(4)的任一侧上的管(8)平行地延伸，其中，片材(4)中的各个在其一侧上位于第一类型的管(8)的附近，且在其另一侧上位于第二类型的管(8)的附近，其中，层叠到彼此上的邻接的片材(4)在它们的与管(8)平行地延伸的边缘处相互连接，其中，片材(4)层叠成放在上面的片材(4)的管(8)的下壁在放在下面的片材(4)的管(8)的上壁的上方。

Description

具有改进构造的热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器，该热交换器包括层叠到彼此上且相互平行地延伸的多个片材，其中，该多个片材中的至少一些在它们的表面的至少一部分上具有如下轮廓，该轮廓形成在片材之间延伸的管，且存在于片材任一侧上的管平行地延伸，其中，片材中的各个在其一侧上位于第一类型的管的附近，且在其另一侧上位于第二类型的管的附近，且其中，层叠到彼此上的邻接的片材在它们的与管平行地延伸的边缘处相互连接。
背景技术
此种热交换器从欧洲专利申请EP-A-0666973中获知。该现有技术热交换器具有具有基本上三角形截面的管。因此，该热交换器的管中的流动阻力是相对大的。这需要来自空气泵或风扇的相对大量的动力以用于维持所需的流动，从而降低了热交换器形成其一部分的装置的总效率。看起来有吸引力的是使三角形管的两个壁延伸，以便扩大管的通路而不减少热传递。这导致了具有带锐角截面的管。计算已示出，该锐角附近的流动是可忽略的，使得在该变型的情况下，流动阻力相对于现有技术构造仅略微地减小。
WO-A-2013093375还示出了一种热交换器，该热交换器包括层叠到彼此上且相互平行地延伸的多个片材，其中，该多个片材中的至少一些在它们的表面的至少一部分上具有如下轮廓，该轮廓形成在片材之间延伸的管，且其中，存在于片材的任一侧上的管平行地延伸，其中，片材中的各个在其一侧上位于第一类型的管的附近，且在其另一侧上位于第二类型的管的附近，其中，层叠到彼此上的邻接的片材在它们的与管平行地延伸的边缘处相互连接，其中，所有的片材都具有轮廓，且各片材的轮廓在热交换器的整个表面上延伸，且其中，管的平均高度大于它们的平均宽度。由于管的较大的高度，故流动阻力比最初陈述的EP-A-066973中低得多。
发明内容
本发明的目的在于提供此类热交换器，其中流动阻力甚至更低。
这通过上述类型的热交换器来实现，其中，片材层叠，其中放在上面的片材的管的下壁在放在下面的片材的管的上壁的上方。
在此，应注意的是，用语‘下壁’和‘上壁’与片材的主平面水平地延伸的情形相关。
由于该措施，获得甚至比WO-A-2013093375中更高的高度的管，以便获得空气流的更好分布且减小流动阻力。在此应注意的是，在该现有技术的管的极大高度的情况下，可能实现相同高度，但以热交换器的结构强度为代价。根据本发明的提议没有此缺陷。
布置在片材中且形成管的轮廓优选地具有多个梯形的形式。研究已示出了该形式的管导致了最佳的流动分布。
上述形式使得片材难以在热成形之后从模具移除，因为模具和成形的片材的形式不一定是释放的。为了便于移除片材，管在它们的与片材的主平面平行地延伸的壁中的至少一个上具有折痕。折痕通过将片材的位于折痕附近的部分折叠在一起来使成形片材的变形更容易，以便这些片材可更容易从模具移除。
根据另一实施例，管在它们的与片材的主平面平行延伸的两个壁上具有折痕。第二折痕对于从模具释放而言不是必须的，但第二表面中的该折痕使得片材的层叠更容易，因为该第二折痕配合到放在下面的片材的第一折痕中。这还提高了在层叠期间形成的热交换器的稳定性。在此应注意，为了实现该效果，必须沿相同方向布置折痕。
基本上梯形的管可以以两个不同的构造实现，即，在壁之间具有钝角和在壁之间具有锐角。如果选择具有钝角的构造，则与主平面平行地延伸的壁在倾斜的壁之间较窄，而在具有锐角的构造中，与主平面平行地延伸的壁较宽。尽管具有钝角的构造从材料使用的观点来看更有吸引力，但建议应用具有锐角的构造，因为该后一构造的可层叠性更好。根据优选实施例，管的形成单个片材的一部分的壁之间的角度为锐角。
测试已示出，当由两个连接的片材包围的组装的管在它们的中心具有收缩，且管的收缩小于管的最大宽度的20%时，获得最佳的流速。
根据另一实施例，片材在热交换器的第一侧和与第一侧相反地定位的第二侧上延伸至热交换器外侧的位置，片材的分别在热交换器的第一和第二侧上延伸的部分分别形成第一和第二联接件，第一联接件构造成将第一外管联接到第一类型的管的第一端，且将第二外管联接到第二类型的管的第一端，且第二联接件构造成将第三外管联接到第一类型的管的第二端，且将第四外管联接到第二类型的管的第二端。如现有技术的热交换器中那样，因此利用了不同类型的管位于片材中的各个的任一侧的情况。因此，片材用作可延续到联接件中的不同类型的管之间的分离物。
根据另一优选实施例，片材借助于热成形过程由可热变形的塑料片材形成。
相同的实施例提供了一种用于制造热交换器的方法，包括借助于热成形过程在塑料片材中布置轮廓、层叠片材和使层叠的片材至少在它们的边缘处相互连接，其中，在不***平坦片材的情况下将片材层叠到彼此上。层叠因此变得更容易。然而，叠层的下片材或上片材在许多情况下是平坦的。
片材优选层叠成放在上面的片材的管的下壁在放在下面的片材的管的上壁的上方。
如前所述，通过热成形具有锐角的梯形轮廓而在壁之间提供的片材和在其中形成片材的模具的组合不是自释放的。由于重复的轮廓使得不可能分开模具，故本发明的实施例提出了，使在热成形之后由于形状锁定(formlocking)而被包围在用于热成形过程的模具中的片材部分在从这些模具移除片材期间变形。
为了有助于变形，建议通过从布置在模具中的开口吹入空气而使通过形状锁定而被包围在模具中的片材部分变形。
在现有技术热成形过程中，利用了片材的任一侧上的压差来用于变形，以便片材变形且被压靠模具。由于在根据本发明的应用中，轮廓的与片材的主方向的横向的尺寸相对于轮廓的宽度比较大，故有助于片材的变形，因为片材在热成形过程期间通过具有凸起的反模具(counter-mould)而形成，该凸起在片材已达到它们的最终形式的位置中，延伸到布置在模具中的腔中。
为了进一步便于变形，建议在热成形过程期间从布置在反模具中的开口吹入空气。
该实施例还涉及一种用于借助于热成形过程来制造用于热交换器的片材的装置，其中，该装置具有模具，模具的轮廓对应于待布置在片材中的轮廓、用于分别加热和冷却片材的器件、用于分别将片材供应到模具和从模具排出片材的供应和排出器件、和用于对片材的背对模具的一侧临时地施加空气压力的空气压力器件，该空气压力高于在片材的面朝模具的一侧上普遍(prevailing)的空气压力，其中，该装置包括具有凸起的反模具，该凸起在热成形过程期间延伸到布置在模具中的腔中。
建议在模具中，在反模具的最接近模具地定位的位置中，反模具的凸起延伸到腔的最深点中。总之，由此尽可能好地限定梯形管的壁的位置。
由于同样重要的是适当地限定片材的不可变形或难以变形的部分，故有吸引力的是，在反模具的最接近模具地定位的位置中，模具和反模具包围模具的腔外侧的片材。
为了进一步便于释放，另一优选实施例提出了空气压力器件构造成对片材的背对模具的一侧临时地施加空气压力，该空气压力低于在片材的面朝模具的一侧上普遍的空气压力。
当空气压力器件具有终止于模具的腔中且连接到空气泵的空气管且具有终止于反模具的腔中且连接到空气泵的空气管时，形成结构上有吸引力的实施例。
为了实现从模具释放变形的片材所需的变形，重要的是，在反模具的最接近模具地定位的位置中，在反模具的凸起的侧面在这些凸起与模具的腔之间存在空间。
附图说明
现在参照附图来阐明本发明，在附图中：
图1为现有技术热交换器的示意性透视图；
图2为根据本发明的用于在热交换器使用的用于热交换器的片材的示意性透视图；
图3为根据本发明的第一实施例的热交换器的片材的示意性透视图；
图4为根据第一实施例的热交换器的示意性透视图；
图5为根据第二实施例的热交换器的示意性透视图；
图6为根据本发明的用于在热交换器中使用的用于热交换器的片材的一部分的截面图；
图7为制造的不同阶段处的对应于图6的视图；
图8为根据本发明的模具和反模具的组合的截面图；
图9为图8的第一详图；且
图10为图8的第二详图。
具体实施方式
图1中所示的现有技术热交换器包括多个平坦的相互平行的片材，图1中示出了其中的两个片材1a、1b。以三角形轮廓的形式形成的片材2布置在两个平坦片材1中的各个之间，其中的两个2a、2b在图1中示出。具有基本上三角形截面的管3形成在平坦片材1和具有轮廓的片材2之间。上平坦片材1a和具有轮廓的上片材2a在此包围第一类型的管3a，且下平坦片材1b和具有轮廓的上片材2a包围第二类型的管3b。下平坦片材1b和具有轮廓的下片材2b进一步包围第一类型的管3a。因此，片材1、2中的各个在任一侧上位于不同类型的管的附近。如已经所述的那样，管3各自基本上具有等边三角形的截面。
具有轮廓的片材4的图2中所示的示意图示出了片材4的多个梯形轮廓。该轮廓包括倾斜的侧壁5a、5b、上壁6和下壁7，其中，上壁和下壁6、7沿片材4的主方向延伸，且倾斜的侧壁5成锐角地延伸到上壁和下壁6、7。由此形成了具有梯形截面的管8，管8在它们的下侧或它们的上侧上敞开，且因此必须由另一片材封闭。由于该锐角，故上壁和下壁6、7较宽，这提供了以下选项：在不***现有技术中的平坦片材的情况下，层叠由此形成的片材4。还发现具有梯形截面的管8的流动阻力远低于现有技术三角形管3的流动阻力。
如上文已阐明的那样，通常利用热成形以用于在片材中布置的轮廓。片材在此放置在具有期望轮廓的模具上，加热片材且借助于气压差来相对于模具压迫片材，以便能够借助于加热而变形的片材呈现模具的形状。在片材的定形之后，允许其冷却，此后其保持其形状。当前的梯形形状使得难以从模具移除成形的片材，因为该组合不是自动释放的。然而，为了能够从模具移除片材，片材的上壁具有折痕。具有折痕的此种片材在图3中示出。上壁6由折痕9分成两个相等的部分6a和6b。在从模具移除片材期间，上壁可在折痕处折叠，以便可使突入模具的腔中的部分更窄且可从模具移除。
在图3中所示的实施例中，下壁7也具有折痕10，折痕10将下壁7分成两个相等的部分7a和7b。该折痕在从模具移除成形的片材中没有作用，但折痕10在层叠期间确实具有作用，如将在下文中阐明的。
因此可能以两种不同的方式层叠成形的片材4。图4中示出了第一层叠方法。位于彼此正上方的片材的管的上壁在此直接位于彼此的上方。其结果在于组装的管获得单个片材中的管的高度的两倍的高度。该实施例的显著优点在于放在上面的片材4的下壁7搁置在放在下面的片材4的单个上壁6上，其中两个片材都具有折痕，这使得相关的壁配合到彼此中，从而片材相互固定。在此应注意，下壁和上壁6、7中的折痕9、10不必指向相同方向以便实现该效果。组装的管3的相对大的高度仅具有经由侧壁交换热能的效果。由于上壁和下壁6、7相当窄，故这仅是小的缺陷。应注意的是，在所示的实施例中，片材具有处于锐角梯形形式的轮廓，这具有组合的管的截面收缩的结果。然而，不排除片材的轮廓是钝角的且组装的管在中心加宽。当组装的轮廓在中心变窄时，那么建议管的宽度为管的最大宽度的大约80%。
然而，如图5中所示，当片材层叠成放在上面的片材的管的下壁在放在下面的片材的管的上壁的上方时，避免了该之后指出的缺陷。在此，放在上面的片材的下壁7搁置在放在下面的片材的两个不同的上壁6上。下壁7的一半7a的一部分更具体而言搁置在放在下面的片材的上壁6的一半6b的一部分上，且同一下壁7的另一半7b的一部分位于放在下面的片材的另一上壁6的一半6a的一部分上。多个管3中的一些在此在它们的上侧上由放在上面的片材4的下壁7的如下那些部分界定：那些部分不由片材的管3在其中延伸的上壁6支承。其他管3在它们的下侧上由放在下面的片材4的上壁6的如下那些部分界定，那些部分不作用为用于支承片材4的管3在其中延伸的下壁的支承件。与图3中所示的叠层的另一差异是，下表面和上表面6、7中的折痕9、10指向外，以便获得叠层的所需稳定性；在图3中所示的层叠方法中，下表面7中的折痕10指向内且上表面6中的折痕9指向外。
图6示出了当前构想的片材4的轮廓的截面；这具体而言与管3的高度与宽度之间的比率有关。轮廓的平均高度和平均宽度之比为4.25，但同样可能应用在4和5之间或3和6之间的范围内的其他比率。管的最宽部分与最窄部分之比等于大约1.2，但同样可能利用在1.1和1.4之间或1.05和1.5之间的其他比率。
图7示出了为了在片材中布置轮廓而应用的模具20的截面。为此，模具具有多个沟槽21，其轮廓对应于待在片材中形成的管的轮廓。沟槽具有向外侧成锥形的侧壁22，且具有由折痕23分成两个部分24a、24b的端壁24。中间表面25形成在沟槽21之间，中间表面25由折痕26分成两个部分25a、25b。尽管这不是本质上必须的，但沟槽和中间表面优选地采用对称的形式。
图8示出了与反模具30组合的模具20的截面。反模具30具有细长的凸起31，该凸起31可移动到模具20的沟槽21中。凸起31具有终止于头部的两个向外成锥形的侧壁32，头部具有四个端面33a、33b、33c和33d。折痕35也布置在凸起31之间的中间表面34中，折痕35将中间表面34分成了两个相等的部分34a和34b。由于凸起31的侧壁32和沟槽21的侧壁22沿相反方向成锥形，故当凸起31移动到沟槽21中时，在沟槽21与凸起31之间形成在热成形期间使用的空间。
如已阐明的那样，在热成形期间利用诸如空气的介质。为了给送和排出空气，利用了布置在模具20或反模具30中的空气管。在模具中，与模具的主平面和待成形的片材横向地延伸的主空气管28布置在沟槽21之间的部分27中的各个中，该空气管具有在沟槽21的侧壁22中流出的多个侧空气管29。在反模具30中，与模具的主平面横向地延伸的主空气管36布置在凸起中的各个中，从该空气管分支多个侧空气管37，侧空气管37在侧壁32中流出。主空气管28、36各自连接到附图中未示出的泵。
现在将阐明包括模具20和反模具30的热成形装置的操作。首先移开模具20和反模具30，且将待变形的片材4置于模具20与反模具30之间。在放置之前加热片材4，但同样可能在模具20与反模具30之间加热片材4。优选地，然后相对于片材4从布置在反模具30中的侧空气管37传送加热空气。片材4由此进一步得到加热，且片材被压靠模具20，其中，片材4由于其高温而可变形且呈现模具20的形状。该过程通过反模具30朝模具20的移动而得到加强，由此反模具30的凸起31将片材4进一步推入沟槽21中。该过程继续，直到反模具30的凸起31完全延伸至沟槽21中，且离开侧空气管37的空气靠着沟槽21的壁22、23推片材4，且片材4获得期望的形状。
为了使片材4的形状固定，模具20、片材4和反模具30的整个组件由实质上已知的热管(附图中未示出)冷却，该热管存在于模具20和反模具30中，且模具和反模具也可利用其而得到加热。
一旦已完成冷却过程，则使反模具30再次移离模具20，且将空气从侧空气管29吹入模具20中，该空气朝彼此压片材4中的在形成管3的过程期间形成的侧壁5，以便可移除定形的片材4。管3的上壁6中的折痕9在此有助于管3的侧壁5的朝彼此的移动。
图9和10示出了与上述过程期间的变形片材4的一部分组合的反模具30的凸起31(即，其四部分端壁33a、33b、33c和33d)的角度。图9在此示出了凸起31将上壁6的折痕9压入沟槽21的端壁24的折痕23中的情形。可看到两个端面33b、33c如何与由片材4形成的轮廓的上壁6接触。在图10中所示的情形中，反模具30的凸起31从沟槽21收回。管3的侧壁5在此通过模具20中的侧空气管29的操作而被靠着凸起31推，由此上壁6比图9中所示情形更尖锐地折叠，以便侧壁5可与折叠的端壁6一起容易地移出沟槽21。

Claims (20)

1.一种热交换器，包括层叠到彼此上且相互平行地延伸的多个片材，
-其中，所述多个片材中的至少一些在它们的表面的至少一部分上具有轮廓，所述轮廓形成在所述片材之间延伸的管，且其中，存在于片材的任一侧上的所述管平行地延伸；
-其中，所述片材中的各个在其一侧上位于第一类型的管的附近，且在其另一侧上位于第二类型的管的附近；
-其中，层叠到彼此上的邻接的片材在它们的与所述管平行地延伸的边缘处相互连接；
-其中，所有的片材具有轮廓，且各片材的所述轮廓在所述热交换器的整个表面上延伸；
-其中，所述管的平均高度大于它们的平均宽度，
其特征在于，所述片材层叠成放在上面的片材的管的下壁在放在下面的片材的管的上壁的上方。
2.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，布置在所述片材中且形成所述管的所述轮廓具有多个梯形的形式。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述管在它们的与所述片材的主平面平行地延伸的壁中的至少一个上具有折痕。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述管在它们的与所述片材的主平面平行地延伸的两个壁上具有折痕。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，所述管的形成单个片材的一部分的壁之间的角度为锐角。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，由两个连接的片材包围的组装的管在它们的中心具有收缩，且所述管的收缩小于所述管的最大宽度的20%。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于
-所述片材在具有与所述管的纵向方向横向的构件的所述热交换器的第一侧和所述热交换器的与所述第一侧相反地定位的第二侧上延伸到所述热交换器的外侧，
-所述片材的分别在所述热交换器的第一和第二侧上延伸的部分分别形成第一和第二联接件；
-所述第一联接件构造成将第一外管联接到第一类型的管的第一端，且将第二外管联接到第二类型的管的第一端，且
-所述第二联接件构造成将第三外管联接到第一类型的管的第二端，且将第四外管联接到第二类型的管的第二端。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，所述片材借助于热成形过程由可变形的塑料片材制成。
9.一种用于制造热交换器的方法，包括借助于热成形过程在塑料片材中布置轮廓、层叠所述片材和使层叠的片材至少在它们的边缘处相互连接，其特征在于，在不***平坦片材的情况下将所述片材层叠到彼此上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述片材层叠成放在上面的片材的管的下壁在放在下面的片材的管的上壁的上方。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，使在热成形且通过冷却的硬化之后由于形状锁定而被包围在用于热成形过程中的模具中的片材部分在从这些模具移除所述片材期间变形。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，通过从布置在所述模具中的开口吹入空气而使通过形状锁定而被包围在所述模具中的片材部分变形。
13.根据权利要求9、10或11所述的方法，其特征在于，所述片材还在热成形过程期间通过具有凸起的反模具而变形，所述凸起在所述片材已达到它们的最终形式的位置中延伸到布置在所述模具中的腔中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在热成形过程期间从布置在所述反模具中的开口吹入空气。
15.一种用于借助于热成形过程来制造用于热交换器的片材的装置，其中，所述装置包括：
-模具，其轮廓对应于待布置在所述片材中的轮廓；
-用于分别加热和冷却所述片材的器件；
-供应和排出器件，其用于分别将所述片材供应到所述模具和从所述模具排出所述片材；和
-压力器件，其用于对所述模具的背对所述片材的一侧临时地施加空气压力，所述空气压力高于在所述片材的面朝所述模具的一侧上普遍的空气压力，
其特征在于，所述装置包括具有凸起的反模具，所述凸起在热成形过程期间延伸到布置在所述模具中的腔中。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，在所述模具中，在所述反模具的最接近所述模具地定位的位置中，所述反模具的凸起延伸到所述腔的最深点中。
17.根据权利要求15或16所述的装置，其特征在于，在所述反模具的最接近所述模具地定位的位置中，所述模具和所述反模具包围所述模具的腔的外侧的片材。
18.根据权利要求15、16或17所述的装置，其特征在于，空气压力器件构造成对所述片材的背对所述模具的一侧临时地施加空气压力，所述空气压力低于在所述片材的面朝所述模具的一侧上普遍的空气压力。
19.根据权利要求15-18中的任一项所述的装置，其特征在于，空气压力器件具有终止于所述模具的腔中且连接到空气泵的空气管，且具有终止于所述反模具的腔中且连接到空气泵的空气管。
20.根据权利要求18或19所述的装置，其特征在于，在所述反模具的最接近所述模具地定位的位置中，在所述反模具的凸起的侧面在这些凸起与所述模具的腔之间存在空间。
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