熱交換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種熱交換器，包括：第一集管和第二集管，具有在第一集管和第二集管之間延伸的多條管道，多條管道與散熱片陣列聯(lián)用，其中，多條管道具有多個凹坑密度不均的凹坑部分，多個交替的光滑部分中的一個伴隨著凹坑部分，從而在層流狀態(tài)、過渡流狀態(tài)及湍流狀態(tài)下于流過每條管道的液體與管壁之間有效地傳遞熱量。通過本實用新型的技術(shù)方案，借助于交替布置的光滑部分和凹坑部分，無論是層流狀態(tài)、過渡流狀態(tài)還是湍流狀態(tài)下，都能在流過管道的液體與周圍環(huán)境之間有效地傳遞熱量。
【專利說明】熱交換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種熱交換器的管道及散熱片設(shè)計。

【背景技術(shù)】
[0002]管道及散熱片式熱交換器被用以在流過管道的冷卻液和周圍環(huán)境之間傳遞熱量。管道及散熱片設(shè)計包含在第一和第二集管之間延伸的若干管道，這些管道與提供較大表面積的散熱片陣列聯(lián)用。冷卻液從一個集管橫跨管道流動至另一集管，同時散熱片暴露于周圍環(huán)境的空氣中。散熱片和管道由高導熱性材料制成，如此允許熱量在冷卻液與周圍環(huán)境的空氣之間有效地傳遞。集管通常附接至收集流入和流出熱交換器的液體的液箱。
[0003]為將熱量從管道和散熱片傳遞至空氣，首先必須將能量從冷卻液傳遞至管道和散熱片。至今已提出多種管道及散熱片設(shè)計來增加從液體至管道和散熱片的熱傳遞，然而，不同設(shè)計在不同流量下運行有所不同。光滑管道和具有突出至管道內(nèi)部的凹坑的管道都已經(jīng)在管道及散熱片式熱交換器中使用。在流動為層流的低流率期間，具有光滑管道設(shè)計或凹坑管道設(shè)計的管道及散熱片式熱交換器的熱傳遞量的差異可忽略不計。當冷卻液流率增加時，流動進入層流與湍流之間的過渡流階段，此時在凹坑管道中從冷卻液傳遞至管道壁和散熱片的熱量顯著增大。在過渡流期間，采用凹坑管道而非光滑管道的熱交換器能夠?qū)崿F(xiàn)較大的熱傳遞，這是因為凹坑“攪擾”上述流動，如此產(chǎn)生擾動，這會增加湍流和熱傳遞。在湍流期間，光滑管道相較于凹坑管道而言，從冷卻液至管道壁和散熱片的熱傳遞明顯較大。在湍流期間，通過采用光滑管道而非凹坑管道的熱交換器，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的熱傳遞，這是因為該流動已具有顯著的擾動，而凹坑管道的壁上的凹坑減小了管道與散熱片之間的接觸面積，如此會減少管道與散熱片之間傳遞的熱量。從管道至散熱片的熱傳遞的減少最終減少了從熱交換器中的冷卻液傳遞至周圍外部環(huán)境的整體熱量。
[0004]期望提供一種包含凹坑管道在過渡流期間的性能及光滑管道在湍流期間的性能的熱交換器，以在冷卻液的兩種流動狀態(tài)下都能增加熱傳遞。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是提供一種能夠增加熱傳遞的熱交換器。
[0006]本實用新型提供了一種在冷卻液與周圍環(huán)境的空氣之間傳遞熱量的熱交換器。該熱交換器包括在兩個集管之間延伸并與散熱片陣列聯(lián)用的若干細長管道。該管道包含交替的光滑部分和凹坑密度不均的凹坑部分。在管道上交替布置凹坑部分和光滑部分實現(xiàn)了在層流狀態(tài)、過渡流狀態(tài)和湍流狀態(tài)期間從穿過管道的液體進入管壁和散熱片的足量的熱傳遞。冷卻液從一個集管橫跨管道流動至另一集管，同時散熱片暴露于周圍環(huán)境的空氣。該管道和散熱片由高導熱性材料制成，如此將熱量從冷卻液有效地傳遞到管道和散熱片中并進入周圍環(huán)境。優(yōu)選地，液箱附接至每個集管以收集流入和流出管道的冷卻液。熱交換器還可反向工作，此時，熱量從周圍環(huán)境流入到管道和散熱片中并進入流過該管道的冷卻液，正如空調(diào)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器。
[0007]本實用新型提供了一種熱交換器，包括:第一集管和第二集管，具有在第一集管和第二集管之間延伸的多條管道，多條管道與散熱片陣列聯(lián)用，其中，多條管道具有多個凹坑密度不均的凹坑部分，多個交替的光滑部分中的一個伴隨著凹坑部分。
[0008]優(yōu)選地，凹坑部分具有第一端和第二端，凹坑的密度在液體流動的方向上沿著從第一端延伸至第二端的縱向逐漸減小。
[0009]優(yōu)選地，多條管道均具有至少三個凹坑部分和至少三個光滑部分。
[0010]優(yōu)選地，凹坑部分內(nèi)的凹坑以多個集群的方式布置。
[0011]優(yōu)選地，多條管道由鋁制成。
[0012]優(yōu)選地，還包括兩個固定至第一集管和第二集管的集管液箱，其中，集管液箱收集流過多條管道的液體。
[0013]優(yōu)選地，集管液箱由塑料制成。
[0014]優(yōu)選地，集管液箱由鋁制成。
[0015]優(yōu)選地，液體在第一集管處流入熱交換器、流過多條管道并在第二集管處從熱交換器流出。
[0016]優(yōu)選地，凹坑部分具有在1mm和200mm之間變化的長度L。
[0017]優(yōu)選地，光滑部分具有在1mm和200mm之間變化的長度M。
[0018]本實用新型提供了一種熱交換器，包括:第一集管和第二集管，具有在第一集管和第二集管之間延伸的多條管道，多條管道與散熱片陣列聯(lián)用；以及具有端口并且附接至第一集管和第二集管以收集流入和流出熱交換器的液體的第一集管液箱和第二集管液箱，其中，多條管道具有多個凹坑密度不均的凹坑部分，多個交替的光滑部分中的一個伴隨著凹坑部分。
[0019]優(yōu)選地，凹坑部分具有第一端和第二端，凹坑的密度在液體流動的方向上沿著從第一端延伸至第二端的縱向逐漸減小。
[0020]優(yōu)選地，多條管道均具有至少三個凹坑部分和至少三個光滑部分。
[0021]優(yōu)選地，凹坑部分內(nèi)的凹坑以多個集群的方式布置。
[0022]優(yōu)選地，多條管道由鋁制成。
[0023]優(yōu)選地，集管液箱由塑料制成。
[0024]優(yōu)選地，集管液箱由鋁制成。
[0025]優(yōu)選地，凹坑部分具有在1mm和200mm之間變化的長度L。
[0026]優(yōu)選地，光滑部分具有在1mm和200mm之間變化的長度M。
[0027]通過本實用新型的技術(shù)方案，借助于交替布置的光滑部分和凹坑部分，無論是層流狀態(tài)、過渡流狀態(tài)還是湍流狀態(tài)下，都能在流過管道的液體與周圍環(huán)境之間有效地傳遞熱量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是熱交換器的軸測圖，為便于示出，減少了所示管道的數(shù)目并增大了每個手風琴式散熱片的各部分之間的距離；
[0029]圖2是沿圖1中線2-2截取的熱交換器的集管、管道和散熱片的局部截面軸測圖；
[0030]圖3是沿圖2中線3-3截取的管道的縱向截面圖；
[0031]圖4a是具有凹坑密度逐漸減小的凹坑部分的區(qū)域與交替的光滑區(qū)域的管道的平面圖；
[0032]圖4b示出了圖4a中管道的凹坑密度與沿方向X的管道長度的函數(shù)的曲線；
[0033]圖5a是具有集群的凹坑部分的區(qū)域和交替的光滑部分的區(qū)域的管道的平面圖；
[0034]圖5b示出了圖5a中管道的多個凹坑密度與沿方向X的管道長度的函數(shù)的曲線；以及
[0035]圖6示出了凹坑管道、光滑管道及具有凹坑部分和光滑部分的管道在層流狀態(tài)、過渡流狀態(tài)和湍流狀態(tài)期間的相對熱傳遞能力的曲線。

【具體實施方式】
[0036]本實用新型的具體實施例按要求在此公開，然而，應(yīng)當理解，在此公開的實施例僅為本實用新型的示例，其能夠以各種替代方式實施。附圖不一定是按比例繪制；可對一些特征放大或縮小以顯示特定部件的細節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和特征細節(jié)不應(yīng)視為限定，而僅作為用于教導本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式應(yīng)用本實用新型的代表性基礎(chǔ)。
[0037]圖1示出了根據(jù)本實用新型的熱交換器10。熱交換器10包含在兩個集管14之間延伸的若干細長管道12，管道12附接至散熱片陣列16。在優(yōu)選實施例中，冷卻液從一個集管14橫跨管道12在單通道中流動至另一集管14。然而，本實用新型并不限于單通道流動，且本實用新型應(yīng)當解釋為包括具有多通道的其它實施例。同樣，在優(yōu)選實施例中，散熱片16布置為手風琴式結(jié)構(gòu)、設(shè)置在相鄰管道之間并暴露于周圍環(huán)境的空氣。然而，本實用新型并不限于手風琴式結(jié)構(gòu)，并應(yīng)當理解為包括其它散熱片結(jié)構(gòu)，諸如管道及散熱片交叉結(jié)構(gòu)。管道12、集管14和散熱片16優(yōu)選由高導熱性材料制成，諸如鋁、銅、黃銅或鋼，但并不限于這些材料。銅焊是通常用以將管道12固定至集管14的工藝。兩個集管液箱18配置成固定至集管14并收集在端口 20處流入和流出熱交換器10的冷卻液。優(yōu)選地，集管液箱18由諸如塑料的輕質(zhì)耐蝕材料制成。然而，集管液箱18不局限于僅由輕質(zhì)塑料制成，并可能由其它材料制成，諸如招、鋼或例如黃銅的銅合金。
[0038]如圖2所示，細長管道12具有外寬W和外高H。優(yōu)選地，細長管道12的寬度W在1mm至40mm的范圍內(nèi)，且高度H在Imm至2.5mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，細長管道12的材料厚度在0.15_和0.35_之間變化。集管具有約為1.5mm的優(yōu)選材料厚度，而散熱片16具有的優(yōu)選材料厚度從0.05mmm至0.1Omm變化。散熱片高度優(yōu)選從4mm至9mm變化。在所示的手風琴式設(shè)計中，散熱片高度約等于兩條相鄰細長管道12之間的距離。
[0039]參照圖2和圖3，凹坑22配置成突出到細長管道12的內(nèi)部中。凹坑22通過攪動冷卻液增加了過渡流狀態(tài)期間的熱傳遞。這種攪動在圖3中由圓形流向箭頭示出。
[0040]參照圖4a和圖5a，細長管道12被劃分成交替的凹坑部分24和光滑部分26。在湍流狀態(tài)期間，光滑管道26相較于凹坑部分24具有較高熱傳遞。
[0041]仍參照圖4a和圖5a，該優(yōu)選實施例使凹坑部分24和光滑部分26交替，以便無論是在過渡流狀態(tài)下還是在湍流狀態(tài)下都能利用凹坑管道和光滑管道增加熱傳遞性能。凹坑部分具有長度L，且光滑部分具有長度M。優(yōu)選地，長度L和M都在1mm和200mm之間變化，且更優(yōu)選地是從35mm至75mm變化。
[0042]圖4a和圖4b示出了細長管道12根據(jù)本實用新型具有交替的凹坑部分24和光滑部分26的實施例，其中，凹坑部分24中的凹坑22的密度沿著方向X逐漸降低。圖4b是細長管道12的一部分的圖示，其示出凹坑密度在每個凹坑部分24中沿方向X以線性方式降低且在每個光滑部分中的凹坑密度為零。
[0043]圖5a和圖5b示出了細長管道12根據(jù)本實用新型具有交替的凹坑部分24和光滑部分26的替代實施例。凹坑22以若干集群的方式布置，其中，每個凹坑部分24中的每個集群中的凹坑的數(shù)目均沿方向X降低。圖5b為細長管道12的一部分的圖示，其示出每個凹坑區(qū)域24中的集群尺寸沿方向X逐漸減小，在每個集群之間和在每個光滑部分中凹坑密度為零。
[0044]本實用新型并不限于本文所描述的實施例，且應(yīng)當理解為包括具有交替的凹坑部分24與光滑部分26的所有細長管道12，其中，凹坑部分24中的凹坑密度并不均勻。
[0045]圖6中的圖表示出了凹坑管道、光滑管道及具有交替的凹坑部分和光滑部分的管道在層流狀態(tài)、過渡流狀態(tài)和湍流狀態(tài)期間的熱傳遞能力。
[0046]盡管上文描述了示例性實施例，但并不意味著這些實施例描述了本實用新型的所有可能形式。正如前面指出的，本實用新型并不限于散熱器，也能夠是在空調(diào)系統(tǒng)等中用作冷凝器或蒸發(fā)器的熱交換器。本說明書里的詞語僅僅是描述性詞語而非限制性詞語，并且應(yīng)當理解，可進行多種變化而不背離本實用新型的精神和范圍。此外，可將多個可執(zhí)行實施例的特征組合在一起來形成本實用新型的其他實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種熱交換器，其特征在于，包括: 第一集管和第二集管，具有在所述第一集管和所述第二集管之間延伸的多條管道，所述多條管道與散熱片陣列聯(lián)用， 其中，所述多條管道具有多個凹坑密度不均的凹坑部分，多個交替的光滑部分中的一個伴隨著所述凹坑部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述凹坑部分具有第一端和第二端，凹坑的密度在液體流動的方向上沿著從所述第一端延伸至所述第二端的縱向逐漸減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述多條管道均具有至少三個凹坑部分和至少三個光滑部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述凹坑部分內(nèi)的凹坑以多個集群的方式布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述多條管道由鋁制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，還包括兩個固定至所述第一集管和所述第二集管的集管液箱，其中，所述集管液箱收集流過所述多條管道的液體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，液體在所述第一集管處流入所述熱交換器、流過所述多條管道并在所述第二集管處從所述熱交換器流出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述凹坑部分具有在1mm和200mm之間變化的長度L。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述光滑部分具有在1mm和200mm之間變化的長度M。
10.一種熱交換器，其特征在于，包括: 第一集管和第二集管，具有在所述第一集管和所述第二集管之間延伸的多條管道，所述多條管道與散熱片陣列聯(lián)用；以及 具有端口并且附接至所述第一集管和所述第二集管以收集流入和流出所述熱交換器的液體的第一集管液箱和第二集管液箱， 其中，所述多條管道具有多個凹坑密度不均的凹坑部分，多個交替的光滑部分中的一個伴隨著所述凹坑部分。
【文檔編號】F28F1/38GK203964744SQ201420229902
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】陳俊龍, 喬納森·雷弗, 賽義德·K.·阿里 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司