CN1650143A - 用于热交换器的缝隙式散热片 - Google Patents

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Abstract

在从热交换器的前侧至后侧设置并且带有共用散热片(42)的成排导管之间发生热传导的场合下，通过使得散热片(42)在各排中邻接于相邻的导管延伸段上，从而使得各个散热片(42)为各排导管(22，24，26)所共用，热交换器的效率得以提高。热流阻断装置(56，58)在各个散热片(42)中被置于与导管延伸段(22，24，26)之间的间隙(27)对齐的位置处。各个热流阻断装置(56，58)均由一个完全延伸穿过散热片(42)的缝隙(62)限定而成，并且其特征在于，无需在缝隙(62)处去除任何形成散热片(42)的材料。

Description

用于热交换器的缝隙式散热片
技术领域
本发明涉及一种用于热交换器中的缝隙式散热片构造，尤其是用于具有多排从前侧至后侧延伸的导管的热交换器，其中所希望的是，减少通过散热片从一排导管向另一排导管发生热传递。
背景技术
存在有多种必须对在热交换器前侧与后侧之间发生热传导加以限制的场合。这种场合的特征在于，进入热交换器的流体温度明显不同于从热交换器排出的流体温度。一种这样的场合是在致冷***的热交换器中，比如冷凝器，或者更具体地说，是气体冷却器和利用超临界致冷剂(transcritical refrigerant)的致冷***。CO2是这种致冷剂的一种例子。
另外一种场合是在用于另外一种诸如空气这样的气体的热交换流体的流动路径中串联设置有两个或者多个热交换器芯体的时候，各个热交换器芯体用于接收一种独立流体。这种场合的一个例子通常将在车辆领域中发现，其中比如用于空气调节***的冷凝器或者气体冷却器的芯体被置于用于发动机冷却剂的芯体的上游或者下游。
在前一种情况下，为了尽可能地降低致冷剂的排出温度，所希望的是对穿越热交换器深度的传导路径加以限制，以便使得相对较热的流入致冷剂将其热量散失给穿过热交换器的致冷剂，而并非经由通过散热片的传导作用散失给流出的致冷剂，所述散热片在热交换器中从前侧向后侧延伸。在后一种情况下，所希望的是，来自于散热器以及其中的发动机冷却剂的热量不会经由共用散热片传送给冷凝器而影响冷凝器的工作效率，或者恰好相反。
在一般的气体冷却式热交换器中，横向传导路径可以存在于金属导管以及金属散热片中。为了避免在金属导管中形成横向传导路径，从热交换器的前侧至后侧相邻成排导管中的导管被相互间隔开。为了减少通过散热片的横向传导，通常呈切槽形式的热量阻断装置被置于所述散热片中，与热交换器中成排导管之间的间隙对齐。热阻断器的例子比如在Shinmura的美国专利No.5000257以及其再授权专利Re.35710；Sugimoto的美国专利No.5992514；Watanabe的美国专利No.5720341；以及Yamanaka的美国专利No.6000460中公开。
在每一份前述专利中，均成形有一个切槽，其中材料被从散热片上去除来形成该切槽，使得通过散热片的热传导发生中断。尽管确信这种构造能够实现它们的预期目的，但是材料被从散热片上去除的事实却减小了散热片的表面面积。由傅立叶法则将会明白，面积减小会减少热传递，并且由此使得由前述专利权人提出的切槽，在使得通过散热片从热交换器的一侧向另外一侧的热传导发生预期减小的同时，也增加了气体侧的热阻，降低了从包含于所述导管内部的流体向穿过散热片的气体进行热交换的效率。因此，在一般的气体/流体热交换器中，气体侧热阻会占总热阻的95％，其中总热阻是指从气体向在导管内部流动的流体发生热交换的总阻力，非常希望的是，在通过散热片从热交换器的一侧向另外一侧的热传导减少的同时，气体侧的热阻不会随之增加。
本发明旨在实现这种愿望。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种新颖并且经过改进的气体侧散热片，其用于具有多排从其前侧至后侧延伸的导管的热交换器中。更具体地说，本发明的目的在于提供这样一种散热片，通过该散热片从热交换器的一侧向另外一侧的热传导减少，与此同时气体侧热阻不会随之增加。
本发明的一个示例性实施例在这样一种热交换器中实现了前述目的，该热交换器具有一个前侧和一个后侧，带有大量间隔开的从前侧至后侧的成排扁平导管，在各排中限定出对齐的导管延伸段(aligned tuberuns)。蛇形散热片在各排中与相邻的导管延伸段邻接，并且从前侧向后侧延伸，从而使得各个散热片为各排导管所共用。这些蛇形散热片在各个散热片中均具有热流阻断装置，它们位于各排中对齐的导管延伸段之间的间隙位置处。本发明的改进之处是，所述热流阻断装置由一个完全延伸穿过散热片的缝隙限定而成，并且其特征在于无需在所述缝隙处去除任何形成散热片的材料。
在一个优选实施例中，所述缝隙的边缘偏离于散热片的其余部分。
在一个实施例中，所述缝隙的边缘以一个锐角相对于所述散热片的其余部分延伸。
更为优选的是，各个缝隙的边缘均以所述锐角沿着相反方向偏离于所述散热片的其余部分。
在本发明另外一个实施例中，各个缝隙的边缘均偏移入间隔开的偏置平面内。
在本发明的再一个实施例中，在各个散热片中限定出热流阻断装置的所述缝隙均由短小连接部间隔开，并且各个缝隙的边缘通过使得所述连接部发生变形而相互间隔开。
优选的是，所述连接部被制成薄于所述散热片的其余部分。仅作为示例，可以在所述连接部上进行模压(coining)操作，来使得它们变薄，由此使得所述缝隙的边缘偏移至间隔开的关系。
在一个优选实施例中，所述对齐的导管延伸段以液压方式串联起来，以便可以在致冷***或者热泵***中用作气体冷却器或者气体冷却器/蒸发器。
通过下面结合附图的说明，其它目的和优点将变得明了。
附图简述
图1是一个根据本发明制造而成的热交换器的示意性透视图；
图2是一个大体沿着图1中线2-2的局部放大剖视图；
图3是一个大体沿着图2中线3-3的局部剖视图；
图4是一个大体沿着图2中线4-4的局部剖视图，示出了本发明的一个改进实施例；
图5是一个大体沿着图2中线5-5的局部剖视图，示出了本发明的再一个改进实施例；
图6是一个类似于沿着图2中线5-5的视图，但是示出了本发明的又一个改进实施例；
图7示意性地示出了一个致冷***，具体来说是一个热泵***，其中可以采用一个具有根据本发明制造而成的散热片的热交换器。
优选实施例
下面将主要结合致冷***对本发明进行描述，所述致冷***也将包括热泵***。描述的领域将是车辆用加热/冷却***，但是需要特别指出的是，本发明并不局限于车辆***。还将针对气体冷却器对本发明进行描述，其中利用一种气体，一般是空气，来对一种诸如致冷剂这样的流体进行冷却和/和冷凝；并且术语“气体冷却器”将包括冷凝器和在无需对致冷剂进行冷凝的条件下对其进行冷却的冷却器。但是本发明也可应用于具有大量芯体的热交换器，各个芯体用于接收不同的工作流体，比如用于对来自于气体冷却器的致冷剂和用于发动机或类似装置的冷却剂进行冷却的多芯体式热交换器。类似地，尽管将针对用于在热交换器内部冷却另外一种工作流体的气体，一般是空气，对本发明进行描述，但是必须明白的是，也可以采用利用工作流体对所述气体进行加热的热交换器。简而言之，除了所附权利要求中陈述的那样，本发明并不局限于下面的描述。
参照图1，示出了一个根据本发明制造而成的热交换器，并且可以看到其包括一对间隔开的平行管状总管10、12。当然，根据需要也可以采用装配有贮液槽的总管板来替代管状总管10、12。
在所示出的实施例中，总管10带有一个在14处示意性示出的出口，同时总管12带有一个在16处示意性示出的入口。气流穿过该热交换器的方向由箭头18来指示，并且将可以看出刚刚描述过的入口16与出口14的配置提供了一种反向/横向流动热交换方式。但是，在某些情况下，气流方向18可以颠倒。
当所述热交换器将被用作致冷***中的气体冷却器或者气体冷却器/蒸发器时，前述反向/横向流动方案是优选的。这种情况下也适合于使用管状总管10、12，因为它们具有较高的耐压性。
在总管10、12之间延伸着大量的扁平导管20，它们相互之间的内部流体连通。各根扁平导管均被构造成蛇形构造，以便具有三个延伸段22、24和26，它们相互平行并且从热交换器的前侧28至其后侧30相互对齐。因此，延伸段22在热交换器内部形成了前排延伸段，延伸段24在热交换器内部形成了中排延伸段，而延伸段26在热交换器内部形成了后排延伸段。延伸段22、24与26由一个微小间隙27间隔开(图2)，以便防止或者减小由于它们相互接触而导致在延伸段22、24与26之间发生的热传导。
各个延伸段均由弧形部32连接起来。在通常情况下，弧形部32将沿着气流穿过热交换器的方向18与总管10、12中的一个或者另外一个成直线排列。优选的是，构成延伸段22、24、26以及弧形部32的导管均为扁平导管，它们的大尺寸为DM而垂直于大尺寸的小尺寸为Dm。所希望的是，为了增大穿过热交换器的气流路径的横剖面积，延伸段22、24、26被定位成使得它们的大尺寸DM平行于气流穿过该热交换器的方向18。
与此同时，在高压场合中，比如用在超临界致冷***中的气体冷却器，所希望的是总管10、12的直径尽可能地小。因此，可以想象到并且非常可能的是，导管的大尺寸DM将大于任一总管10或12的直径。在这种情况下，在34处集中示出的延伸段22、26的端部，被容置在相应总管10、12上的细长切槽36中，细长切槽36沿着相应总管10、12的延长方向延伸。为了在导管的大尺寸DM必须平行于气流方向18的同时获得所述关系，紧靠端部34，这些导管带有一个扭曲部38，该扭曲部38一般扭曲90度，但并非总是如此。相似的扭曲部也被设置在各个弧形部32的端部处，并且由虚线40示意性示出。扭曲部40有利于所述导管发生弯曲来形成弧形部32。
总体被标识为42的蛇形散热片被设置在相邻导管之间，同时各个散热片42在对齐的成对延伸段22、24以及26之间从热交换器的前侧28延伸至后侧30。可选择地，可以使用平板或者其它散热片。因此，在延伸段22、24以及26之间存在有穿过散热片42的热传导流动路径。
正如前面间接提及的那样，在许多场合中并不希望存在这种热传导路径。如前所述，这些场合包括在延伸段22与26之间存在着相当大的温度差，当气体冷却器或者气体冷却器/蒸发器在超临界致冷***中被用作气体冷却器时将会出现这种情况。另外一种典型示例将是某些延伸段被用在用于致冷剂的冷凝器中而其它延伸段被用作用于诸如发动机冷却剂这样的冷却剂的散热器。当然，在后一种情况下，将采用额外的总管来将致冷剂流与冷却剂流分开。如图1中所示，各个散热片42均包括大量总体扁平的部分44，它们通过顶部46相互连接起来，相应地，顶部46比如通过硬焊、软焊或者熔接(welding)而被以冶金学方式粘结在各个导管延伸段22、24、26的平整侧面上，散热片42位于所述平整侧面之间。
如图2所示，各个部分44均由三个片段限定而成，包括在导管延伸段22之间延伸的第一片段48、在导管延伸段24之间延伸的第二片段50以及在导管延伸段26之间延伸的第三片段52。各个片段48、50、52一般均带有百叶窗式换气孔54，百叶窗式换气孔54可以具有常规构造。
在各个片段48、50、52之间，存在有一个流动阻断装置。在图2中示出了两个这种流动阻断装置，它们根据本发明的不同实施例制造而成。第一个流动阻断装置总体被标识为56，而第二个流动阻断装置总体被标识为58。根据本发明，各个流动阻断装置均由一条细长缝隙限定而成，该细长缝隙连续延伸穿过各个散热片44，并且被设置成与延伸段22、24、26之间的间隙27相对齐。所述缝隙在图2中于62处示出，并且各条缝隙均由连接部64断开，连接部64的长度可以是几毫米，并且在相应缝隙62中间隔设置。连接部64并非必须存在于各个散热片42的各个部分44处，并且一般也将不是这样。它们出现的频率仅需要保持散热片42的整体性即可，从而使得散热片42不会在各个缝隙62处分成各个独立部分。
缝隙62通常呈直线状，并且具有对置的边缘。如图3中所示，对置边缘在66和68处示出，它们相互面对，并且大体垂直于气流方向18。在图3示出的实施例中，边缘66和68几乎相互邻接，但并非真正相互邻接，因为在该位置处散热片42的连续性发生了中断，中断了热量从一个片段48、50、52向其它片段的流动。需要特别指出的是，缝隙62在无需从散热片42本身上去除任何材料的条件下形成。由此，各个散热片42的表面面积不会因为缝隙62的存在而以任何方式减小，并且由此，各个散热片42均具有最大的表面面积，用于供沿着方向18流动的空气进行热交换。因此，各个散热片的较大表面面积提供了更好的热传递效果。
在图3示出的实施例中，尽管并非绝对必要，但是所希望的是，如果采用了硬焊材料，那么硬焊材料将被置于导管延伸段22、24、26的侧壁70上，而并非被置于散热片42上。这就确保了缝隙62将在形成之后保持连续，因为防止了硬焊金属流入缝隙62之内，否则硬焊材料会将边缘66、68焊接在一起。
图4中的实施例提供了进一步保证，即各个缝隙62的边缘66、68将不会被焊接在一起。在该实施例中，各个散热片42上在导管延伸段24之间延伸的片段50沿着导管延伸段22、24、26的延长方向偏离于片段48、52，但是无需从散热片42上去除任何材料。由此，位于大体垂直于各个片段48、50、52所在平面的平面中的间隙70，被用来形成流动阻断装置56。
再一个替代实施例在图5中示出。在图5示出的实施例中，示出了一个流动阻断装置58。缝隙62的一个边缘72向上弯曲，而另外一个边缘74向下弯曲，从而使得两个边缘72、74如图5中所示那样间隔开。还有，边缘72、74之间的间隙也如同在图4所示实施例中那样制成，并且无需从散热片42上去除任何材料，否则会减小其表面面积。
图6示出了本发明的又一个实施例。在该实施例中，连接部64通过合适的操作受到压缩，比如通过模压或压花操作。这将使得缝隙的边缘72、74虽然位于同一平面中，但是相互远离，以便在相邻的片段48、50、52之间形成一个间隙76。由于模压操作不会导致从散热片上去除任何材料，所以散热片的表面面积再次得以最大化，来提高热传递效果。
图7示出了一个使用根据本发明制造而成的热交换器的优选环境。更具体地说，图示出了一个致冷***，比如可以被用于致冷或者空气调节目的，再具体地说，是一个热泵***，其可以被用于加热和冷却双重目的。两个分别总体被标识为80和82并且根据本发明制造而成的热交换器被用作气体冷却器/蒸发器，同时一个用作气体冷却器而另外一个用作蒸发器，或者恰好相反。这两个热交换器如同常规的压缩机86和膨胀阀88那样被连接在带有阀84的常规热泵管线中。一般来说，一个吸入管线热交换器(未示出)将与一个存储器(也未示出)一同被置于压缩机86的入口侧90上。
当图7中示出的***被用于冷却目的时，热交换器80将用作一个气体冷却器，并且将经由管线94上的热泵连接管道和阀84从压缩机86的出口侧92接收经压缩的致冷剂。经压缩的高温致冷剂将从热交换器80中排出，热交换器80此时在管线96上用作一个气体冷却器，来最终穿过膨胀阀88，由后者在一条连接于热交换器82上的管线98上排出。致冷剂将在热交换器82中发生膨胀，热交换器82此时用作一个蒸发器，并且最终经由前述吸入管线热交换器(如果存在)返回至压缩机86的入口侧90。采用常规的风扇100来驱动空气穿过热交换器80和82。
当图7中示出的***被用于加热目的时，热交换器82将被用作一个气体冷却器并且热交换器80将被用作一个蒸发器。在这种情况下，来自于压缩机86的出口侧92的经压缩高温致冷剂将被提供给管线98上的热交换器82，来从热交换器82排出至一条管线102，该管线102将由热泵连接管道和阀84连接到膨胀阀88上。从膨胀阀88出来，致冷剂将进入管线94上的热交换器80中，并且在这里发生膨胀，因为热交换器80此时将被用作一个蒸发器。从热交换器80排出的致冷剂将在管线96上排出，以便经由热泵连接管道和阀84返回至压缩机86的入口侧90。
通过前述的描述将会明白的是，根据本发明的热交换器非常适用于那些非常希望通过共用于若干排导管延伸段的散热片进行热传导的场合。通过在片段48、50以及52之间的散热片54中设置缝隙62来用作热量阻断装置，在无需去除任何形成散热片42的材料的条件下实现了所述功能。因此，散热片42保持了它们的原始表面面积，这些表面面积随后可以被用于进行热传递，与迄今为止已知的散热片相比，使得散热片42的效率更高，已知的散热片需要从散热片上去除材料来形成热量阻断装置。
本发明并不仅仅适用于那些从一个延伸段至下一个延伸段存在较大温度差的热交换器，其中所有延伸段均包含一种诸如致冷剂这样的工作流体，而且也可以高效地应用于诸如共用芯体式冷凝器和散热器这样的组合式热交换器中，其中散热片共用于冷凝部分和散热部分。
热量阻断装置56、58易于在一般的滚压成形操作中制造而成，所述滚压成形操作用于形成蛇形散热片42，这样就提供了一种实现预期结果的简单而又经济的途径，却无需从散热片42上去除材料和对由这些去除材料构成的废料进行处置。
最后，将会明白的是，在某些情况下，本发明的原理并不局限于蛇形散热片式热交换器，而是也可以用于平板散热片式热交换器中。

Claims (20)

1.一种热交换器，具有一个前侧和一个后侧，大量间隔开的从前侧至后侧的成排扁平导管，在各排中限定出对齐的导管延伸段，以及在各排中与相邻导管延伸段邻接的散热片，所述散热片从前侧向后侧延伸，从而使得各个散热片为各排导管所共用，并且在各个散热片中均具有热流阻断装置，所述热流阻断装置位于各排中对齐的导管延伸段之间的间隙位置处，改进之处在于，各个所述热流阻断装置均由一个完全延伸穿过散热片的缝隙限定而成，并且其特征在于，无需在所述缝隙处去除任何形成散热片的材料。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述缝隙的边缘偏离于散热片的其余部分。
3.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述缝隙的边缘以一个锐角相对于所述散热片的其余部分延伸。
4.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，各个缝隙的边缘均以所述锐角沿着相反方向偏离于所述散热片的其余部分。
5.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，各个缝隙的边缘均偏移入间隔开的偏置平面内。
6.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，在各个散热片中限定出热流阻断装置的所述缝隙均由短小的连接部间隔开，并且各个缝隙的边缘均通过使得所述连接部发生变形而相互间隔开。
7.如权利要求6所述的热交换器，其特征在于，所述连接部被制成薄于所述散热片的其余部分。
8.一种热交换器，具有一个前侧和一个后侧，大量间隔开的从前侧至后侧的成排扁平导管，在各排中限定出对齐的导管延伸段，以及在各排中与相邻导管延伸段邻接的蛇形散热片，从前侧向后侧延伸，从而使得各个散热片为各排导管所共用，并且在各个散热片中均具有热流阻断装置，所述热流阻断装置位于各排中对齐的导管延伸段之间的间隙位置处，改进之处在于，各个所述热流阻断装置均由一个完全延伸穿过散热片的缝隙限定而成，并且其特征在于，无需在所述缝隙处去除任何形成散热片的材料，所述对齐的导管延伸段被以液压方式串联起来。
9.一种热交换器，具有一个前侧和一个后侧，大量间隔开的从前侧至后侧的成排扁平导管，在各排中限定出对齐的导管延伸段，以及在各排中与相邻导管延伸段邻接的蛇形散热片，所述蛇形散热片从前侧向后侧延伸，从而使得各个散热片为各排导管所共用，并且在各个散热片中均具有热流阻断装置，所述热流阻断装置位于各排中对齐的导管延伸段之间的间隙位置处，改进之处在于，各个所述热流阻断装置均由一个完全延伸穿过散热片的缝隙限定而成，并且其特征在于，无需在所述缝隙处去除任何形成散热片的材料，所述缝隙具有平行边缘，所述平行边缘沿着相反方向偏离于散热片的其余部分。
10.如权利要求9所述的热交换器，其特征在于，所述缝隙的边缘偏离于所述散热片的其余部分。
11.一种热交换器，具有一个前侧和一个后侧，大量间隔开的从前侧至后侧的成排扁平导管，在各排中限定出对齐的导管延伸段，以及在各排中与相邻导管延伸段邻接的蛇形散热片，从前侧向后侧延伸，从而使得各个散热片为各排导管所共用，并且在各个散热片中均具有热流阻断装置，所述热流阻断装置位于各排中对齐的导管延伸段之间的间隙位置处，改进之处在于，各个所述热流阻断装置均由一个完全延伸穿过散热片的缝隙限定而成，并且其特征在于，无需在所述缝隙处去除任何形成散热片的材料，所述缝隙具有边缘，所述边缘偏移入间隔开的偏置平面内。
12.一种热交换器，具有一个前侧和一个后侧，大量间隔开的从前侧至后侧的成排扁平导管，在各排中限定出对齐的导管延伸段，以及在各排中与相邻导管延伸段邻接的蛇形散热片，从前侧向后侧延伸，从而使得各个散热片为各排导管所共用，并且在各个散热片中均具有热流阻断装置，所述热流阻断装置位于各排中对齐的导管延伸段之间的间隙位置处，改进之处在于，各个所述热流阻断装置均由一个完全延伸穿过散热片的缝隙限定而成，并且其特征在于，无需在所述缝隙处去除任何形成散热片的材料，所述缝隙具有边缘，同时在各个散热片中限定所述热流阻断装置的所述缝隙由短小连接部间隔开，各个缝隙的边缘通过使得所述连接部发生变形而相互间隔开。
13.一种致冷***，包含一种超临界致冷剂，一个用于对致冷剂进行压缩的压缩机，一个连接在压缩机的入口上并且用于使得致冷剂蒸发的蒸发器，以及一个气体冷却器，该气体冷却器用于从所述压缩机接收压缩的致冷剂，对其进行冷却，并且将冷却后的致冷剂排放至所述蒸发器，改进之处在于所述气体冷却器包括一个热交换器，该热交换器具有一个前侧和一个后侧，大量间隔开的从前侧至后侧的成排扁平导管，在各排中限定出对齐的导管延伸段，以及在各排中与相邻导管延伸段邻接的蛇形散热片，所述蛇形散热片从前侧向后侧延伸，从而使得各个散热片为各排导管所共用，并且在各个散热片中均具有热流阻断装置，所述热流阻断装置位于各排中对齐的导管延伸段之间的间隙位置处，改进之处在于，各个所述热流阻断装置均由一个完全延伸穿过散热片的缝隙限定而成，并且其特征在于，无需在所述缝隙处去除任何形成散热片的材料。
14.如权利要求13所述的热交换器，其特征在于，所述缝隙的边缘偏离于所述散热片的其余部分。
15.如权利要求14所述的热交换器，其特征在于，所述缝隙的边缘以一个锐角相对于所述散热片的其余部分延伸。
16.如权利要求15所述的热交换器，其特征在于，各个缝隙的边缘均以所述锐角沿着相反方向偏离于所述散热片的其余部分。
17.如权利要求14所述的热交换器，其特征在于，各个缝隙的边缘均偏移入间隔开的偏置平面内。
18.如权利要求13所述的热交换器，其特征在于，在各个散热片中限定出热流阻断装置的所述缝隙均由短小的连接部间隔开，并且各个缝隙的边缘均通过使得所述连接部发生变形而相互间隔开。
19.如权利要求18所述的热交换器，其特征在于，所述连接部被制成薄于所述散热片的其余部分。
20.如权利要求13所述的致冷***，其特征在于，该***是一个热泵***，其中所述蒸发器也是一个气体冷却器，并且所述气体冷却器也是一个蒸发器。
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