CN1292830C - 用于制作热交换器和其它结构的型板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制作热交换器、热管、隔栅或其它结构的型板。所述板材包括位于其两侧表面上的重复三维图案，所述图案包括围绕着大致平面中央区域布置着的多个锥形的突出部和凹入部，至少一个所述突出部终止于大致平面端部，所述板材可以其它同类板材叠加在一起，以使板材的平面端部与相邻板材的平面中央区域相接触，并且在相邻板材之间限定出互连空隙的重复图案。

Description

用于制作热交换器和其它结构的型板
技术领域
本发明涉及一种用于制作诸如热交换器、热管、隔栅等各种结构的型板(patterned sheet)。
尽管本发明主要是为了制作热交换器而研制的，并且下面将特别参照这种应用进行描述，但可以理解，本发明并不局限于这种应用。
背景技术
热交换器通常由一系列管构成，这些管形成了用于制冷剂的第一路径和用于被冷却流体的第二横流路径。这种采用多个管的方案难以构建，并且本身不能形成易于以预制件的方式构造出各种尺寸热交换器的模块结构。
一些热交换器由板料或板材构成，所述板材可以彼此上下叠加，从而在它们之间形成可被流体流过的空间。这种板材的一个例子见于美国专利4,981,621中。该专利中的板材的缺点是难以彼此连接在一起。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种型板，其可以用于制作热交换器，并且可以至少使上面提到的缺点最小化，或者其可以向使用者提供一种实用选择或商业选择。
通过后文中的描述并结合附图，可以清楚地看出本发明的其它目的和优点，附图中以描绘和举例的方式公开了本发明一些优选实施例。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于制作热交换器、热管、隔栅或其它结构的板材，包括位于其两侧表面上的重复三维图案，所述图案包括围绕着大致平面中央区域布置着的多个锥形的突出部和凹入部，至少一个所述突出部终止于大致平面端部，所述板材可以与其它同类板材叠加在一起，以使板材的平面端部与相邻板材的平面中央区域相接触，并且在相邻板材之间限定出互连空隙的重复图案。
优选地，所述突出部和凹入部围绕着所述平面中央区域交替布置。
优选地，至少一个所述突出部或凹入部是棱锥形的。
优选地，所有的所述突出部均终止于大致平面端部。
优选地，所述平面中央区域是多边形的。
优选地，所述突出部和凹入部通过槽和肋而彼此相隔。
可以利用多个根据本发明的板材形成热交换器，所述板材被布置成叠层，从而在至少一对相邻板材之间限定出空隙。所述板材的表面可以是吸湿性的，以使所述叠层能够被用作蒸发冷却/加湿填料。
可以利用一对根据本发明的板材形成热管，所述板材被布置成叠层，以便在板材之间限定出空隙，所述空隙被至少局部密封，以形成一个通道。
可以利用多个根据本发明的板材形成隔栅，所述板材被布置成叠层，从而在至少一对相邻板材之间限定出空隙。板材可以被布置成多个叠层，所述叠层通过至少一个板材而相互结合。
可以利用多个根据本发明的板材形成空调单元中的至少一个元件，所述元件中的板材被布置成叠层，从而在至少一对相邻板材之间限定出空隙。所述空调单元可以包括至少两个所述元件，所述元件通过至少一个板材而相互结合。
可以利用多个根据本发明的板材形成间接冷却单元中的至少一个元件，所述元件中的板材被布置成叠层，从而在至少一对相邻板材之间限定出空隙。所述间接冷却单元可以包括至少两个所述元件，所述元件通过至少一个板材而相互结合。
可以利用多个根据本发明的板材形成热回收除湿单元中的至少一个元件，所述元件中的板材被布置成叠层，从而在至少一对相邻板材之间限定出空隙。所述热回收除湿单元可以包括至少两个所述元件，所述元件通过至少一个板材而相互结合。
可以利用多个根据本发明的板材形成空气冷却式冷却塔单元中的至少一个元件，所述元件中的板材被布置成叠层，从而在至少一对相邻板材之间限定出空隙。所述空气冷却式冷却塔单元可以包括至少两个所述元件，所述元件通过至少一个板材而相互结合。
可以利用多个根据本发明的板材形成蒸发冷却器，所述板材被布置成V形形态，从而在至少一对相邻板材之间限定出空隙。
可以利用多个根据本发明的板材形成一种结构，其中所述板材被布置成叠层。所述板材可以被布置成多个叠层，所述叠层通过至少一个板材而相互结合。
附图说明
为了更全面的理解本发明并将其投入实践，下面将参照附图描述其特定实施例，在附图中：
图1是根据本发明的板材图案的第一实施例的透视图；
图2是图1所示图案的俯视图；
图3是图2所示图案沿线A-A所作的剖视图；
图4是图2所示图案沿线B-B所作的剖视图；
图5是根据本发明的板材图案的第二实施例的透视图；
图6是包含多个相邻的图1所示类型图案的板材的一部分的俯视图；
图7是图6所示板材的透视图；
图8是由图6所示类型板材构成的叠层的一部分的透视图；
图9是图8所示叠层的端视图；
图10是图8所示叠层的侧视图；
图11是由两个图6所示类型板材叠加构成的平板热管的透视图；
图12是图11所示热管的横向剖视图；
图13是图11所示热管的侧视图；
图14是由两个图6所示类型板材叠加构成的端部开口的平板热管的透视图；
图15是由图6所示类型板材的叠层的透视图，该叠层构成了一个空气对空气式热回收单元；
图16是由图6所示类型板材的叠层构成的蒸发冷却/加湿填料的透视图；
图17是由图6所示类型板材的叠层构成的集成式进气和遮光隔栅的透视图；
图18是由图6所示类型板材的叠层构成、用于形成多气流空调单元的一部分的各个元件的正视图；
图19是图18所示多气流空调单元部分的一个部位的正视图；
图20是包含图18所示部分的多气流空调单元的侧视图；
图21是一种间接冷却单元的侧视图，它的组成元件分别由多个图6所示类型板材的叠层构成；
图22是一种热回收除湿单元的侧视图，它的组成元件分别由多个图6所示类型板材的叠层构成；
图23是一种空气冷却式冷却塔单元的侧视图，它的组成元件分别由多个图6所示类型板材的叠层构成；
图24是一种由多个图6所示类型板材的叠层构成的蒸发冷却器的俯视图。
具体实施方式
本发明涉及板料或板材(型板)，它们可以被用于形成各式各样的结构，例如热管、热交换器和隔栅。此外，单个的所述结构可以组合在一起而构成其它元件或设备。
用于板材的可重复三维图案的第一实施例显示于图1至4中。总体上以附图标记30表示的该图案包括多个锥形的突出部31和凹入部32，它们围绕着一个平面中心区域33布置，并且所有突出部31均分别终止于一个平面端部34。每个突出部31和凹入部32分别具有六棱锥形状。
通过槽35和肋36，突出部31和凹入部32彼此相隔并且与不是该图案一部分的其它突出部31和凹入部32相隔。槽35和肋36还限定了各突出部31和凹入部32周围的三角形图形，以使平面中央区域33具有六边形形状。
用于板材的可重复三维图案的第二实施例显示于图5中，并且总体上以附图标记40表示。为了方便，图案40中的那些与图30中的相应特征类似的特征以相同的附图标记表示。
图案40与图案30的区别在于，图案40中的突出部31和凹入部32没有彼此相隔；就这样，突出部31和凹入部32限定出平面中央区域33。
前述图案30被重复设置而形成具有多个棱面的板材50，其一部分显示在图6中。板材50的一部分的透视图显示于图7中。板材50可以以任何适宜的材料由任何适宜的加工方法制成。
两个或多个板材50可以彼此叠加，以使一个板材50的突出部31的平面端部34与相连板材50的平面中央区域33相接触。这种布置方式在整个叠层内反复出现，以形成图8至10中所示的三维结构。板材50可以被构造成能够形成实际上的任何尺寸和形状的三维结构。
图9是图8所示叠加板材沿箭头A的端视图，图10是沿箭头B的侧视图。
图8至10中的三维结构是这样的，即互连空隙的重复图案产生在叠层中的相邻板材50之间。沿该结构的长度方向横跨长度方向布置的所述空隙具有规则的可预测和重复出现的容积。
在组装图8至10所示的叠层时，大约50％数量的所述平面端部34接触平面中央区域33。区域33是由槽35和肋36的终端限定的，以使肋36能够限制区域33和以其平面端部34接触区域33的突出部31之间的相对横向移动。这使得板材50形成一个叠层，其以疏松的形式被一个周边框架(未示出)约束，该框架有效地将板材50彼此相对锁定。或者，可以不采用框架，而是将板材在它们的接触位置通过胶接、焊接或任何适宜的方式连接在一起，具体连接方式取决于用于制成单个板材50的材料的性质。通过这种方式，可以产生非常坚固的整体三维结构。
在多个板材50以上述方式彼此叠加后，相邻板材50之间的互连空隙的重复图案产生了可流经相邻板材50之间的空气等流体的均匀分布的高低压区。这样就产生了一种脉冲效果，以使流经低压区的任何空气、蒸气或气体介质临时减速，从而易于实现流经板材50的流体与板材50的高导热性薄壁之间的相互作用和热能交换。
图11至13中示出了由上述类型的两个相邻板材构成的热管60。板材的图案可以用于构建具有各种长度和宽度的超薄和高导热率热管60。
为了构建图11至13所示的热管60，两个板材彼此接触，以使大约50％数量的平面端部34接触平面中央区域33。然后，相互接触的平面端部34和区域33可以以任何适宜的方式相连，热管60的外周边缘可以被密封，以形成特别坚固的空心结构，其能够防止在各种操作条件下扭曲变形，所述操作条件包括例如在局部充填工作流体之前排空，或是建立蒸气/气体压力。
热管60具有前缘61和后缘62。前面描述的在板材中重复出现的三维图案使得热管60能够以相对于水平面倾斜60°构造和操作，如图13所示。这种结构产生了前缘61和后缘62。通过间歇式地设置在特定位置的薄密封部，可将热管60的内部分隔为两部分，所述密封部平行于前缘61和后缘62的60°倾斜角度设置，并且位于距离热管60的顶部63大约三分之二处。前缘61和后缘62以及间歇式分隔密封部有助于热管60的操作，如下所述。
热管60的下侧蒸发部分中的工作流体吸取和吸收通过热管60的壁传导的热量。在工作流体蒸发时，热蒸气或穿流气体向上穿过互连空隙而流向热管60的上侧冷凝部分，以使蒸气被置在特定位置的分隔密封部限定。然后，蒸气逐渐冷凝回液体状态，并且在重力作用下通过互连空隙并且沿着或邻近于后缘61而向着热管60的下侧蒸发部分回流。分隔密封部与互连空隙一起防止上升的蒸气与回流的液体之间发生拥挤。
板材的表面图案的设计决定了热管60的性能，并且能够实现以蒸气/气体的形式从热管60的下侧蒸发部分向上侧冷凝部分快速且有效地传导热能。此外，表面图案使得多个热管能够并排地叠加成竖直形态并且彼此互锁。
图14中所示的热管70类似于前面描述的热管60，只是热管70不包括内部分隔密封部。此外，热管70是端部开口的，并且被构造成用于竖直使用，以使一种流体能够穿过热管，另一种流体流经热管的外表面，以使不同流体之间产生传热。
除了被用于形成热管外，包含图案30或图案40的板材也可以被用于构成其它类型的热交换器，例如空气对空气式热回收单元和蒸发冷却/加湿填料。
图15示出了一种由多个板材构成的空气对空气式热回收单元80。这些正方形的板材以前面参照图8至10所描述的方式布置成叠层，从而在每对相邻板材之间限定出互连空隙的重复图案。由板材的边缘限定的叠层的各个表面被局部密封，从而在每对相邻板材之间限定出一个通道。每个通道分别在叠层的相反表面之间延伸，以使相邻的通道相互垂直。这种构造可以使得两个不同的气流彼此隔离，同时又能够通过板材实现不同气流之间的传热。这种结构示意性地显示于图15中，其中通风***的冷输出空气和热引进空气沿箭头所示方向流经叠层，以使这两个气流之间进行热交换，从而导致引入空气被冷却。
图16中示出了一种由多个板材构成的蒸发冷却/加湿填料90。这些板材以前面参照图8至10所描述的方式布置成叠层，从而在每对相邻板材之间限定出互连空隙的重复图案。板材的表面是吸湿性的，从而可以吸收湿气。
在使用中，通过一个水散布***将水供应到填料90的顶部，以使水穿过填料90的内部并且分布在每个板材的整个顶面区域中。在热的干燥空气流经加湿填料90中时，会发生蒸发冷却和加湿，以使冷的潮湿空气从填料90输出。
图17中示出了由前述类型的板材制成的集成式进气和遮光隔栅100。这些板材以前面参照图8至10所描述的方式布置成叠层，从而在每对相邻板材之间限定出互连空隙的重复图案。隔栅100包括遮光部分101和进气部分102。遮光部分101和进气部分102通过二者公用的板材103而彼此结合。空气可以穿过这两个部分并且流经构成这两个部分的型板。
隔栅100使得空气能够均匀和一致地流经其整个表面区域。此外，隔栅100的结构可以确保具有耐风雨功能。大风雨不能穿过隔栅100，这是因为隔栅100首先终断了雨滴的行进路径，然后将雨水引导到隔栅的基部，以将雨水排出。
隔栅100可以用作组合式串联大颗粒分离器/进气装置。隔栅100还能够基本上防止光线从中穿过，并且以最小的压降引导气流笔直流经其中。隔栅100可以被用于例如控制光线向养鸡室中的进入；这种养鸡室中利用人造光来调节鸡蛋的产量。冷却填料可以作为单独的单元或以集成结构的方式与隔栅100组合。
图18中示出了由前述类型的板材制成的多气流空调单元的一部分的俯视图。该单元具有由多个板材构成的蒸发冷却部分110。水可以沿竖直方向流经板材之间，空气可以以横流的方式沿箭头C所示方向流经板材之间。一些板材(以附图标记111表示)从单元的一侧延伸到另一侧，并且确保单元呈现为整体结构。板材111连续延伸并且在部位113中形成了一叠由带点的区域示意表示的并置热管112。这些并置热管112在相反两侧由板材限定，以使流经部分110后的空气向前流经部分113中的热管的侧表面。
单元具有冷凝部分114，制冷***的管路115穿过该冷凝部分。冷凝部分114由板材111和中间板材构成，从图中的右侧沿箭头C的方向引入的空气可以自由地穿过上述板材而从单元排出。
图19是图18所示多气流空调单元部分的一个部位的正视图
图20是包含图18所示部分的多气流空调单元的侧视图。该单元具有由布置成叠层的多个板材构成的蒸发冷却部分110。水可以沿箭头D所示方向在叠层板材之间流动，而空气可以沿箭头C所示方向在板材之间流动。多个热管112并排设置。空气运行经过热管112并且与它们进行热交换，然后流经冷凝部分114，再被风扇116排出。外界空气被从热管112下部抽入并流经蒸发部分117。构成蒸发部分117的一些板材连续延伸穿过热管112的叠层并且与热管112构成一个整体单元。管路(未示出)延伸穿过蒸发器117并且形成至冷剂回路的一部分，其中管路115(见图18)也是该制冷剂回路的一部分。风扇118用于将冷空气吹入由该空调单元冷却的空间中。
穿流通过蒸发冷却部分110的水被托盘119收集并且流经预冷部分120。预冷部分120包括一个叠层的型板，空气可以沿箭头E所示方向穿过所述型板。水穿过预冷部分20而竖直滴落，并且被收集到水槽1221中，以便被再循环。
图21示出了一种间接冷却单元130，其类似于图20所示的空调单元，只是该间接冷却单元130不具有冷凝器114或蒸发器117。
回流空气沿箭头F和G所示方向流经蒸发冷却器110和预冷器120。单元130具有一个隔板131和一个导流板132。一部分回流空气流经一个叠层的热管112并且与新鲜空气混合，然后被风扇118带动返回到室内。蒸发冷却器110用于从热管112的上部抽取热量。冷水竖直穿过蒸发冷却器110和预冷器120，然后被收集到水槽121中，以便被再循环。
图22中示出了一种由本发明的型板构成的热回收除湿单元140。除湿单元140具有一个叠层的热管112、一个蒸发器117和一个冷凝器114，如前面参照图20所描述。热的潮湿空气进入并穿过热管112的叠层，并且流经蒸发器117。空气中的水分被蒸发器117去除，并且在蒸发器117底部被收集。回流空气被抽吸通过热管112的叠层，并且流经冷凝器114。热的干燥空气被风扇116抽出。一个导流板141横跨除湿单元140延伸。
图23中示出了一种空气冷却式冷却塔单元150。该单元150被一个隔板151分隔为上侧部分和下侧部分。一个叠层的热管112整体形成有一个蒸发冷却器110。通过冷却器110下落的水被水槽152收集，并且从这里开始再循环。空气穿过冷却器110并且流经热管112的叠层的上部。风扇116将空气抽吸通过管路112。热管112的叠层的下部浸没在水的容器153中。容器153中具有导流板154，以确保水以曲折的路径在入口115和出口156之间流动。来自由入口155引入的冷凝水的热量通过热管112而从下侧部分抽取，冷却后的冷凝水从出口156排出。
图24中示出了一种蒸发冷却器160的俯视图。冷却器160包括由交错的型板161以V形形态布置而构成的部分161。水可以从相邻板之间的空间下落(即流入图页所在平面中)，并且可以在板材下面被收集。引进空气穿过板材之间的空间，冷排放空气从右侧排放到冷却器160之外。
通过将根据本发明的板材彼此上下叠加，可以形成各式各样的结构。这些结构可以包含一个以上的板材叠层，这些叠层可以通过至少一个板材而彼此相连。
尽管前面的讨论集中在包含图案30的板材的各种应用，但可以理解，包含图案40这种类似重复结构的板材50也可以被使用。
除了前面描述的各种应用以外，可以设想，板材也可以被用于传送、传导和储存各种热能源，包括将阳光转换成各种类型的热能。
尽管前面描述了本发明的各种实施例和用途，但对于本领域的技术人员而言可以理解，在不脱离本发明的范围的前提下，可以作出各种改型。
例如，尽管图案30和40的突出部31和凹入部32以交替的形式围绕平面中心区域33布置，但突出部31和凹入部32也可以以不同方式布置。
此外，突出部31和/或凹入部32也可以是其它形式的锥形，或者可以是除棱锥之外的形状。例如突出部31和/或凹入部32可以是圆锥形。
另外，不是所有突出部31都必须终止于平面端部34。
此外，平面中心区域33可以具有不同的形状。

Claims (22)

1.一种用于制作一结构的板材，所述板材包括位于其两侧表面上的重复三维图案，所述图案包括围绕着大致平面中央区域布置着的多个锥形的突出部和凹入部，至少一个所述突出部终止于大致平面端部，所述板材可以与其它同类板材叠加在一起，以使板材的平面端部与相邻板材的平面中央区域相接触，并且在相邻板材之间限定出互连空隙的重复图案。
2.如权利要求1所述的板材，其特征在于，所述突出部和凹入部围绕着所述平面中央区域交替布置。
3.如权利要求1所述的板材，其特征在于，至少一个所述突出部是棱锥形的。
4.如权利要求1所述的板材，其特征在于，所有的所述突出部均终止于大致平面端部。
5.如权利要求1所述的板材，其特征在于，至少一个所述凹入部是棱锥形的。
6.如权利要求1所述的板材，其特征在于，所述平面中央区域是多边形的。
7.如权利要求1所述的板材，其特征在于，所述突出部和凹入部通过槽和肋而彼此相隔。
8.如权利要求1至7中任一所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成热交换器，其中，在至少一对相邻板材之间限定出空隙。
9.如权利要求8所述的板材，其特征在于，所述板材的表面是吸湿性的。
10.如权利要求1至7中任一所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成热管，其中，在板材之间限定出空隙，所述空隙被至少局部密封，以形成一个通道。
11.如权利要求1至7中任一所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成隔栅，其中，在至少一对相邻板材之间限定出空隙。
12.如权利要求11所述的板材，其特征在于，叠加在一起而形成隔栅的各板材被布置成多个叠层，所述叠层通过至少一个板材而相互结合。
13.如权利要求1至7中任一所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成空调单元的至少一个元件，其中，在至少一对相邻板材之间限定出空隙。
14.如权利要求13所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成空调单元的至少两个元件，所述元件通过至少一个板材而相互结合。
15.如权利要求1至7中任一所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成间接冷却单元的至少一个元件，其中，在至少一对相邻板材之间限定出空隙。
16.如权利要求15所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成间接冷却单元的至少两个元件，所述元件通过至少一个板材而相互结合。
17.如权利要求1至7中任一所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成热回收除湿单元的至少一个元件，其中，在至少一对相邻板材之间限定出空隙。
18.如权利要求17所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成热回收除湿单元的至少两个元件，所述元件通过至少一个板材而相互结合。
19.如权利要求1至7中任一所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成空气冷却式冷却塔的至少一个元件，其中，在至少一对相邻板材之间限定出空隙。
20.如权利要求19所述的板材，其特征在于，所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成空气冷却式冷却塔的至少两个元件，所述元件通过至少一个板材而相互结合。
21.如权利要求1至7中任一所述的板材，其特征在于，所述板材与其它同类板材以V形形态叠加在一起而形成蒸发冷却器，其中，在至少一对相邻板材之间限定出空隙。
22.如权利要求1至7中任一所述的板材，其特征在于，在所述板材通过与其它同类板材叠加在一起而形成的所述结构中，各板材被布置成多个叠层，所述叠层通过至少一个板材而相互结合。
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