CN110914627B - 包括至少一个流动室的装置和用于制造该装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括至少一个流动室的装置和用于制造该装置的方法，所述流动室设置用于介质的流经。流动室(20')设置在一件式的区块元件(2)中且至少部分地通过能传热的壁限界，以便穿过壁实现通过所述介质发生接收或放出热能。所述至少一个流动室(20')在区块元件(2)中由多个彼此间隔开的直地且彼此平行延伸的第一通道(22)和多个彼此间隔开的直地且彼此平行延伸的第二通道(23)形成，第一和第二通道(22，23)各自具有两个端部且至少在两个端部中的一个端部(27)上封闭。第二通道(23)与第一通道(22)成角度地设置，从而第一和第二通道交叉。在此，在相应的流动室(20')内在两个相邻的第一通道和两个相邻的第二通道(22，23)的交叉位置之间设置支柱(21)，所述支柱具有平行四边形的横截面。在按照本发明的装置中，可非常有效地产生介质的紊流流动。

Description

包括至少一个流动室的装置和用于制造该装置的方法
技术领域
本发明涉及一种装置。所述装置可以尤其是用于冷却对象的冷却装置或用于加热对象的加热装置。尤其是，所述装置可以是冷却板或热量或加热板。此外，这样的装置也可以是传热器，其中所述传热器也称为换热器或热交换器。此外，本发明涉及一种用于制造这种装置的方法。
背景技术
具有相叠地堆叠的板的传热器在DE 102012202276 A1中说明，所述板形成内部的第一和第二流体路径。所述板和设置在所述板之间的考虑用于紊流流动的片状的涡流器相互焊接。然而，焊接位置仍有缺点，即其可能有缺陷，由此则不同的介质可混合亦或可发生介质的污染。在也可以称为单块传热器的一件式的或一体式的传热器中，不出现这种问题。
在WO 2009/136277 A1中公开一种用于接收热量的冷却板。该冷却板是单块，其具有用于供冷却流体流经的流入开口和排出开口。该流体流动通过具有通道的通道***，所述通道构造为袋孔。这些袋孔虽然部分地彼此成直角设置，然而流体的流动基本上是层流。袋孔的端部以塞子闭锁。
在WO 2017/053184 A1中说明一种单块传热器，为了制造该传热期设置添加式的制造方法，其中，尤其是可使用3D打印机。在WO 2016/057443 A1中说明一种另外的单块传热器，其制造也通过这种方法设置。为了产生用于传热的液体的紊流流动，设置：该液体以之字形或锯齿图案流动。
在WO 2011/115883 A2中公开一种一件式的传热器，其具有包括多个通道的用于不同液体的通道***，所述通道分支并且具有在其长度上可变大小的直径。所述通道或通道***在两个端部上开口。为了制造热交换器，设置例如通过选择性的激光熔化的层制造。在这些通道***中，要从液体的层状流动出发。未设置涡流器。
包括蜂窝形的流动间隙的传热器在DE 10305031 A1中说明。所述传热器具有传热元件，所述传热元件由铝合金在挤压法中制造。流动间隙具有紊流发生器，所述紊流发生器可以是十字或双交叉形的嵌入元件。传热元件的端部分别与一个端部件连接，所述端部件预定流动通道并且具有流入开口和排出开口。
同类的装置在EP 0658737 A2中说明。在此涉及如下传热器，所述传热器包括具有至少两个通道***的陶瓷材料的单块。一个通道***的通道可与该布置结构的另一个通道***的通道交叉。由于所述通道的几何布置结构，介质的混合是不可能的。所述通道是在两个端部上开口的孔，其中为了闭锁设置有板。所述通道***具有以长形缝隙为形式的横截面，其中，通过所述孔，构成包括重叠的圆弧的壁。在该热交换器区块中未设置涡流器。
发明内容
本发明的任务是，提供一种同类的装置，在该装置中非常有效地产生介质的紊流流动。此外，本发明的任务是，给出一种用于制造这种装置的方法。
为此，本发明提出一种包括具有流入开口和排出开口的至少一个流动室的装置，所述流动室设置用于介质的流经，其中，所述流动室设置在一件式的区块元件中并且至少部分地通过能传热的壁限界，以便穿过所述壁实现通过所述介质发生接收或放出热能，其特征在于，所述至少一个流动室由在所述区块元件中的多个彼此间隔开的第一通道和多个彼此间隔开的第二通道形成，所述第一通道直地并且彼此平行地延伸，所述第二通道直地并且彼此平行地延伸，其中，所述第一和第二通道各自具有两个端部并且至少在所述两个端部的一个端部上是封闭的，并且所述第二通道与所述第一通道成角度地设置，从而所述第一通道和所述第二通道交叉，其中，在相应的流动室内在两个相邻的第一通道和两个相邻的第二通道的交叉位置之间设置支柱，所述支柱具有平行四边形的横截面。所述装置具有至少一个流动室，所述流动室设置用于介质的流经并且具有流入开口以及排出开口。所述流动室设置在一件式的区块元件中，所述区块元件也可以称为单块元件。其至少部分地具有能传热的壁，从而穿过该壁，介质可接收或放出热能量或热能。所述介质可以尤其是气体或液体。所述流动室由在区块元件中设置的多个第一通道和多个第二通道形成。第一通道彼此间隔开并且直地并且彼此平行地延伸。第二通道也彼此间隔开并且直地和彼此平行地延伸。不仅第一通道而且第二通道各自具有两个端部并且至少在两个端部之一上是封闭的。
第二通道这样相对于第一通道成角度延伸，使得第一和第二通道交叉。在两个相邻的第一通道和两个相邻的第二通道的四个交叉位置之间在由通道形成的流动室内设置支柱。这些支柱在其高度或长度上具有平行四边形形状的横截面。该形状也可以称为长菱形或类菱形。因为流动室由一排交叉的直的通道形成，所述通道在它们的交叉位置上穿透，所以它们也可称为通道***。支柱在这里称为相应的流动室的部分。因此，流动室的特征在于，在流动室内除室边缘区域之外设置多个这样的支柱，其中，支柱在流动室的两个彼此对置的壁之间延伸。
所述多个规则设置的支柱用于使介质穿过流动室的流动通常不是层流、而是紊流的。此外，所述支柱允许区块元件和借此所述装置的高的抗压能力。抗压能力通过大量的支撑面实现，所述支撑面通过支柱的平行四边形的横截面给出。支撑面将流动室的对置的壁相互支承或将其保持在一起。按照本发明的装置可例如具有150bar的抗压能力。由于该高的抗压能力，介质的流动速度可相对高，由此相比于低速度的情况更容易进入紊流流动。
优选地，第一通道在其长度上除其端部区域之外在其横截面中是相同形状的，如果考察通道本身并且将与第二通道的交叉部置于考虑之外的话。换句话说借此指的是，通道在其作为孔制造的情况中(参见下面)在其长度上具有相同的直径。这优选也对应地适用于第二通道。优选地，第一和第二通道也在彼此相比中在其横截面中相同。然后，支柱的横截面也相同形状，除了在流动室的边缘上的支柱之外。通道的直径影响所述装置的物理数据如流动室中的热功率和压力降。
当在分别相邻的第一通道之间的距离并且在分别相邻的第二通道之间的距离相同并且第一和第二通道的距离也相同时，则支柱具有菱形的横截面。然后，给出在流动室的结构中的特别高的规律性，这有利于流动室的高的抗压能力并且因此也有利于产生紊流流动。
可设置，第一通道和第二通道中的分别一个在其分别两个端部之一上具有一个共同的通道开口，并且该共同的通道开口设置在区块元件的一个侧壁中并且构成侧壁开口。所述装置则具有至少一个闭锁机构，利用所述闭锁元件，可密封地闭锁所述侧壁开口。优选设置，一个流动室的所有这些共同的通道开口处于区块元件的同一侧壁中。
侧壁开口允许以简单的方式净化和目视检查相应的流动室并且借此净化和目视检查按照本发明的装置。侧壁开口的另一个非常显著的优点在于，第一和第二通道可以是孔。这是优选的实施形式并且表示，通道通过借助旋转工具钻孔亦或通过钻孔腐蚀或激光打孔被制造或已制造。相比于制造具有在其两个端部上封闭通道的区块元件(其中也即需要添加的制造方法或3D打印)而言，尤其是借助旋转工具制造通道可相对简单地实现。相比于借助添加的制造方法制造在两个端部上封闭的通道而言，借助旋转工具制造通道显著耗费较少并且相对低成本。但另一方面保留由于使用一件式区块元件给出的优点(参见上文)，即没有给出在流体室***的构件之间的钎焊点、焊缝或密封装置。借此，当设置多个室(参见下面)时，不同介质的混合是不可能的。在流动室的布置结构方面，取消密封装置、尤其是还有双重密封装置意味着，不需要密封槽、不需要密封装置的粘着或定位并且取消夹紧力。此外，区块元件能好地由于温度变化而实施以膨胀或收缩为形式的内部运动。
由于第一和第二通道的交叉布置结构，可在侧壁开口的布置结构的两个端部区域中也存在这样的开口，其不构成共同的侧壁开口，而是只构成第一或第二通道的通道开口。
第一和第二通道可在横截面中是圆的，优选是圆形的。然后支柱虽然具有拱形的侧面，但是所述支柱在其高度上在横截面中是平行四边形的。
可以设置，每个侧壁开口具有螺纹，所述螺纹用于固定螺丝堵塞，以便将侧壁开口密封地闭锁。螺丝堵塞可以是具有密封装置、如O形环的内六角螺钉。基于第一和第二通道的按照本发明的布置结构，可以利用一个螺丝堵塞同时闭锁一个第一通道和一个第二通道。所述螺丝堵塞可以是标准件并且提供可靠的密封。如果情况需要的话，其可以快速替换。作为用于螺丝堵塞的密封材料，可以例如使用丁腈橡胶(NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)或氟橡胶。螺丝堵塞提供可靠的密封并且有利于到密封装置上的均匀力分布。此外，其可以好地一起实现区块元件的以上说明的内部运动。
侧壁开口可由于其在制造过程中相对于在横截面中圆形通道的纵轴线的倾斜的布置结构首先大致是椭圆的。因此，可设置，在螺纹切割过程之前，将该椭圆的形状钻成圆形的形状。
侧壁开口也可通过以闭锁板条或闭锁板为形式的遮盖部被闭锁，所述遮盖部将一个流动室的所有通道开口或侧壁的所有通道开口共同密封地遮盖。
第一和第二通道能以小于90度的角度、优选以45至75度的角度并且还优选以55至65度的角度交叉。
尤其是可设置，第一和第二通道相对于区块元件的侧壁具有竖直大小相同的角度，所述角度接着也称为定位角(Anstellwinkel)。由于定位角相对于侧壁的这种对称，可达到流动室的特别高的规律性。定位角也影响所述装置的物理数据如流动室中的热功率和压力降。
按照本发明的装置可以具有一个设置用于供放出热的介质流经的流动室，并且还具有一个设置用于供接收热的介质流经的流动室。流动室的相应的能传热的壁则是一个共同的壁，所述共同的壁将两个流动室彼此分开。也可使用概念“热量
Figure GDA0002992804810000061
”代替上述的概念“热
Figure GDA0002992804810000062
”。在按照本发明的装置的该实施形式是一种传热器。如以上说明的那样，由于流动室在一件式的或坚实的区块元件中的按照本发明的布置结构，不同介质的混合是不可能的。按照本发明的装置的上述高的抗压能力在传热器的该实施形式中允许，在所述一个流动室内可存在高的***压力并且在相邻的流动室内可存在显著较低的***压力。
优选地，这两个流动室这样设置，使得第一流动室的支柱和第二流动室的支柱分别重叠地(deckungsgleich)设置。这表示，第二流动室几乎以180度旋转地关于第一流动室设置，从而所述支柱正好相叠地设置。以这种方式，给出区块元件的非常坚实的结合。
当然，可设置多个用于供放出热的介质流经的流动室和多个用于供接收热的介质流经的流动室，其中，所述流动室交替地设置。
传热能以如下方式特别有效，至少两个流动室的流入开口和排出开口这样设置，使得放出热量的介质和接收热量的介质彼此逆流流过流动室。优选地，用于放出热量的介质的所有流动室和用于接收热量的介质的所有流动室分别具有共同的流入开口和共同的排出开口。
优选地设置，用于放出热量的介质的所述至少一个流动室的所有通道开口设置在区块元件的同一侧壁中，并且用于接收热量的介质的至少一个流动室的所有通道开口在区块元件的对置的侧壁中。以这种方式，两个相邻的流动室可相对紧密地彼此设置或具有相对薄的壁，所述壁将两个室彼此分开。以这种方式，可实现区块元件的有效传热和紧凑的结构方式。
设置用于不同的介质的流动室可具有不同的横截面。不同的横截面可如下以简单的方式取得，即，与两个流动室相比，通道的直径彼此不同地选择。在此，分别一个相同的流动室的第一和第二通道可具有相同的横截面。尤其是以这种方式流动室也可根据不同的介质具有不同的体积。这是合适的，因为不同的介质通常具有不同的粘性。
在两个端侧上，区块元件可分别具有一个或多个螺纹，所述螺纹用于将区块元件固定在另一个构件上。
作为制造区块元件的材料，不同的材料是可行的。尤其是区块元件可由铝合金制造。其是低成本的并且好地适合于通过旋转工具制造通道。可设置区块元件的钝化、涂层和/或表面处理，并且更确切地说是不仅在外部而且在内部。
本发明还提出一种用于制造本发明的装置的方法，其中，通过钻孔到所述区块元件中制造所述第一通道和第二通道。关联方法给出的优点在以上说明。
附图说明
接着，借助实施例进一步解释本发明，其中参考附图。附图中：
图1示出按照本发明的装置的透视图，其中所述装置是传热器；
图2a示出图1的传热器的流动室的横截面；
图2b示出在共同的通道开口设有螺纹之前，图2a的流动室的侧视图；
图3示出图2a的横截面的局部；
图4a示出图1的传热器的一件式的区块元件的右侧视图；
图4b示出图1的传热器的一件式的区块元件的左侧视图；
图5示出图1的区块元件的俯视图，其中示出流动室的布置结构；
图6示出沿图5中的剖面线VI-VI的剖面图；
图7示出沿图5中的剖面线VII-VII的剖面图；
图8示出图5的部分区域C。
具体实施方式
在图中，部分相同的特征以相同的附图标记表示。传热器以附图标记1表示并且具有一件式的铝区块元件2，所述铝区块元件优选由AlMgSi1制造并且具有好的导电性。区块元件2具有用于第一介质的流入开口3和排出开口4，并且还具有用于第二介质的流入开口5以及排出开口6。所述介质可以尤其是液体或气体。此外，传热器1具有四个拧入部8，所述拧入部借助螺纹7在使用密封装置(未示出)的情况下拧入具有对应的内螺纹9的开口3至6中。拧入部8还具有外螺纹10，以便连接用于介质的软管。
区块元件2总体上具有六个相叠地设置的流动室20和20'，其中三个设置用于供第一介质流经并且三个设置用于供第二介质流经。流动室20，20'交替地设置，从而分别一个用于第一介质的流动室20和一个用于第二介质的流动室20'通过共同的壁被前后分开。
每个流动室20具有多个通道开口12并且每个流动室20'具有多个通道开口12'，所述通道开口各自处于区块元件2的两个侧壁13和13'之一中。因为流动室20，20'平行于区块元件2的表面14设置，所以分别一水平排的通道开口12，12'属于一个流动室20，20'。
在图4a中，所有通道开口12'在右侧壁13'中可见，并且在图4b中，所有通道开口12在左侧壁13中可见。通道开口12属于第一介质的流动室20，并且通道开口12'属于第二介质的流动室20'。在图1中，除三个之外，所有通道开口12'通过螺丝堵塞闭锁，所述螺丝堵塞具有作为密封装置的O形环和内六角头。用于该目的，每个通道开口12，12'具有螺纹。
在两个端侧上，区块元件2具有用于将传热器1固定在结构组合件内的连接螺纹17。在图2a和2b中，示出第二介质的流动室20'。在图3中示出该横截面的局部。可见多个支柱21，所述支柱具有菱形的横截面。所述支柱21通过多个构成第一通道22的圆形的孔和多个构成第二通道23的圆形的孔形成。在图3中，通道22通过虚线示出，所述虚线沿通道纵向方向延伸。基于相应的通道22的圆形横截面，通道22的最深范围沿虚线延伸，其中，对于第二通道23，对应的内容适用。第一通道22与侧壁13'具有正定位角25，并且第二通道23与侧壁13'具有数值大小相同的负定位角25'。箭头26表示第一通道22的宽度。
第一和第二通道22，23具有通道开口12'，所述通道开口在图2b中可见并且其中除去两个外部的通道开口是共同的通道开口。在按照图2b的俯视图中，在中央可见在横截面中菱形的支柱21。通道22，23的对置的端部27封闭。在图2b中，通道开口12'还处于如下状态：在其钻成圆形形状并且设有螺纹之前并且因此还具有大致椭圆形状。
对应地，对用于第一介质的流动室20进行结构化，其中，所述流动室在布置结构方面以180度旋转地设置在流动室20'之下和两个流动室20'之间。相应的支柱21上下彼此叠合。
在图6中，所有六个流动室20，20'在剖面中可见，其中在通过通道22或23的轻微椭圆的剖面之间也设置支柱21，所述支柱示例性地以附图标记21表示，穿过所述通道看见支柱21。在流入开口5和排出开口6中可见通道开口12'。通过流入开口5，第二介质流动到所有三个流动室20'中并且从所述三个流动室通过排出开口6再次从区块元件2中流出。对应的适用于涉及第一介质的流入开口3和排出开口4，其中在流动室20'和排出开口6之间以及在流动室20和流入开口3之间的按照流动的连接尤其是在图7中可见。
在图8中以线28表示铣削部，所述铣削部用于将中间的流动室20'以流动的方式与排出开口6连接。
附图标记列表
1 传热器
2 区块元件
3 流入开口
4 排出开口
5 流入开口
6 排出开口
7 螺纹
8 拧入部
9 内螺纹
10 外螺纹
12，12' 通道开口
13，13' 侧壁
14 2的表面
15 螺丝堵塞
16 内六角头
17 连接螺纹
20，20' 流动室
21 支柱
22 第一通道
23 第二通道
25，25' 定位角
26 箭头
27 22、23的封闭的端部
28 线

Claims (17)

1.包括至少一个流动室(20，20')的装置(1)，所述流动室具有流入开口(3，5)和排出开口(4，6)，所述流动室设置用于介质的流经，其中，所述流动室(20，20')设置在一件式的区块元件(2)中并且至少部分地通过能传热的壁限界，以便穿过所述壁实现通过所述介质发生接收或放出热能，
其特征在于，所述至少一个流动室(20，20')由在所述区块元件(2)中的多个彼此间隔开的第一通道(22)和多个彼此间隔开的第二通道(23)形成，所述第一通道直地并且彼此平行地延伸，所述第二通道直地并且彼此平行地延伸，其中，所述第一通道(22)和第二通道(23)各自具有两个端部并且至少在所述两个端部的一个端部(27)上是封闭的，
并且所述第二通道(23)与所述第一通道(22)成角度地设置，从而所述第一通道和所述第二通道交叉，其中，在相应的流动室(20，20')内在两个相邻的第一通道(22)和两个相邻的第二通道(23)的交叉位置之间设置支柱(21)，所述支柱具有平行四边形的横截面。
2.按照权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述第一通道(22)和所述第二通道(23)各自在其两个端部的区域之间具有相同形状的横截面。
3.按照权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，第一通道(22)和第二通道(23)成对地在其各自两个端部的一个端部上具有共同的通道开口(12，12')，所述通道开口在所述区块元件(2)的一个侧壁(13)中设置为侧壁开口，并且所述装置(1)具有至少一个闭锁机构，用于将所述侧壁开口密封地闭锁。
4.按照权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，第一通道(22)和第二通道(23)成对地在其各自两个端部的一个端部上具有共同的通道开口(12，12')，所述通道开口在所述区块元件(2)的一个侧壁(13)中设置为侧壁开口，并且所述装置(1)具有至少一个闭锁机构，用于将所述侧壁开口密封地闭锁。
5.按照权利要求3或4所述的装置(1)，其特征在于，所述侧壁开口具有螺纹，所述螺纹用于接纳螺丝堵塞(15)作为所述的闭锁机构。
6.按照权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述第一通道(22)和第二通道(23)在横截面中是圆形的。
7.按照权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述第一通道(22)和第二通道(23)以小于90度的角度交叉。
8.按照权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述第一通道(22)和第二通道(23)与所述区块元件(2)的一个侧壁(13，13')形成数值大小相同的角度。
9.按照权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述装置具有至少一个设置用于供放出热量的介质流经的所述流动室(20)，并且所述装置具有至少一个设置用于供接收热量的介质流经的所述流动室(20')，其中，所述流动室(20，20')的相应的能传热的壁是一个共同的壁，所述共同的壁将这两个流动室(20，20')彼此分开。
10.按照权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述装置具有至少一个设置用于供放出热量的介质流经的所述流动室(20)，并且所述装置具有至少一个设置用于供接收热量的介质流经的所述流动室(20')，其中，所述流动室(20，20')的相应的能传热的壁是一个共同的壁，所述共同的壁将这两个流动室(20，20')彼此分开。
11.按照权利要求9所述的装置(1)，其特征在于，这两个流动室(20，20')设置为使得其中一个流动室(20)的相应一个支柱(21)关于另一个流动室(20')的一个支柱(21)重叠地设置。
12.按照权利要求9或11所述的装置(1)，其特征在于，用于放出热量的介质的所述至少一个流动室(20)的所有共同的通道开口(12)设置在所述区块元件(2)的同一侧壁(13)中，并且用于接收热量的介质的所述至少一个流动室(20')的所有共同的通道开口(12')设置在所述区块元件(2)的对置的侧壁(13')中。
13.按照权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，一个流动室(20)相比于另一个流动室(20')而言具有的第一通道(22)和第二通道(23)的直径不同于所述另一个流动室(20')的第一通道(22)和第二通道(23)的直径。
14.按照权利要求7所述的装置(1)，其特征在于，所述第一通道(22)和第二通道(23)以45至75度的角度交叉。
15.按照权利要求7所述的装置(1)，其特征在于，所述第一通道(22)和第二通道(23)以55至65度的角度交叉。
16.用于制造按照权利要求4所述的装置(1)的方法，其中，通过钻孔到所述区块元件(2)中制造所述第一通道(22)和第二通道(23)。
17.根据权利要求16所述的方法，该方法用于制造按照权利要求5至15中任一项所述的装置(1)。
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