使用具有内流动改变件和外腔室组件的管状结构的热交换器的制造方法
【专利摘要】一种热交换器包括由管状结构和腔室组件形成的至少一个圆柱形管状件。多个流动改变件以预定间隔联接在管状结构内。所述流动改变件在它们的朝向热交换媒介的流动的相应侧上具有斜式表面。成对的进口孔和出口孔与流动改变件相比以相同的间隔形成在管状结构的壁上。腔室组件作为整个或部分凸缘联接在管状结构的外部上。每个腔室组件都是中空的，允许流体在其中流动，并与相应的进口孔、出口孔对流体地连通，使得所述热交换媒介反复地从管状结构流出到腔室组件中和流回管状结构中。多个圆柱形管状件可联接在歧管之间。
【专利说明】使用具有内流动改变件和外腔室组件的管状结构的热交换器
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及热交换器管和热交换器，尤其涉及具有圆柱形管状件的热交换器管和热交换器，所述圆柱形管状件在每个管状件内具有多个流动改变件。所述流动改变件分别与附连至所述圆柱形管状件的外表面的腔室组件成对。
【背景技术】
[0002]热交换器通常用于期望将热量移除的系统。通常的基础热交换器由大致的直管制成，在所述大致的直管内引导热交换媒介。集管或歧管通常附连至管的每个端部。这些集管和歧管充当用于热交换媒介的接收器。管式热交换器的效率受能够用于传递热量的表面面积大小限制。在管腔式热交换器中，多个管腔组件以间隔开的关系在一对集管或歧管之间延伸，从而形成热交换器的核心。热交换器的热交换性能依由所述多个管腔组件提供的总表面面积而定。
[0003]为了增加表面面积以提高热交换性能，通常的热交换器(比如冷凝器)包括通常由具有延伸表面的挤压成型的管状材料形成的扁平管设计，所述延伸表面由波纹状散热片材料提供，所述波纹状散热片材料通常嵌在一对挤压成型的管状材料之间。该类型的热交换器通常包括扁平管，流体经过所述扁平管且多个波纹状散热片在所述管之间延伸。散热片附连至管，以便有效地增加管的表面面积，由此提高管的热传递能力。多个管和散热片可彼此堆置，留有小开口以使空气能够从中通过。为了进一步提闻热传递效率，可使管的壁厚度更薄。因此，该部件在重量上更轻，进而使整个热交换器重量更轻。然而，这降低了耐压性，且较薄的管更容易损坏。并且，组装过程由于部件的脆弱性质而变得复杂。另外，挤压成型的管在制造过程中易于堵塞，尤其在进行钎焊过程的情况下。挤压成型过程的复杂性导致较高的成本和较高的缺陷率。此外，由于扁平管通常使用金属挤压过程被挤压成形，因此通常使用能够容易地被挤压成形的材料来制成扁平管，从而使可用于扁平管的材料通常限于现有技术中已知的铝和各种铝合金。
[0004]由于需要强力压缩机来将热交换媒介移动通过管的较小开口，因此扁平管热交换系统的总成本较高。相反地，如果不使用较高动力的压缩机，就需要额外的管来获取期望的热交换性能，因为较小的管明显降低了热交换媒介的流动。管的增加提高了热交换系统的总成本。目前，该类型的热交换器用于需要高热交换能力的应用、比如汽车空调冷凝器中。
[0005]在另一管片式设计中，管可以是蜿蜒式设计，因此不需要集管或歧管，因为管呈“S”形来回弯曲，以便产生类似的效果。该类型的热交换器的典型应用除了冷凝器之外还有蒸发器、油冷器和加热器芯。这种管片式设计还用于汽车的散热器中。在汽车领域之外，管片式设计应用于工业油冷器、压缩机油冷器以及需要较高效率热交换器的其他类似用途中。蜿蜒式设计基本上是具有单个腔室的单个长管材料，以用于将热交换媒介从蜿蜒式设计热交换器的进口传递至出口，由此提高了通过热交换器的热交换媒介的压力阻力。这不利于热交换器的性能，尤其在比如蒸发器的用途中，例如其中，压力下降明显减小了压缩机的性能。
[0006]一种管式热交换器的变型包括堆叠的扁平肋板。当彼此堆叠时，这些肋板形成用于传递热交换媒介的腔室。实质上，该类型的热交换器与管片式类型热交换器大体相同，但是被不同地装配。该类型的热交换器一般实施为现代蒸发器。
[0007]在管式热交换器的另一变型中，一束管被布置以形成在本领域中通常被称为管壳式热交换器的热交换器。在管壳式热交换器中，多个大致直管被捆束起来，在管之间留有充分的空间以使第一热交换媒介能够绕着各个管的外部流动，并使第二热交换媒介能够在各个管内流动。在各个管外部流动的热交换媒介和在各个管内流动的热交换媒介可以是相同类型的或不同类型的热交换媒介。该类型的热交换器通常使管束的第一端部联接至第一歧管，并使管束的第二端部联接至第二歧管。整个管束通常封闭在不透水器皿中。管壳式热交换器通常用于需要极其高压的用途中，并通常采用两种热交换媒介，其中一种热交换媒介在管束内流动，且第二热交换媒介在不透水器皿中绕着管束流动。管壳式热交换器通常还用于大型热交换装置中，以用于需要大的热交换能力的商业和工业用途。管壳式热交换器通常将在管的内侧或外侧均没有表面放大的大致直管捆束起来，从而导致有限的热交换性能特征。这使得管壳式热交换器必须加大尺寸以满足期望的热交换性能，从而需要大的占用面以用于安装目的。
[0008]热交换器的另一变型是管腔式设计，其具有嵌入腔室组件中的媒介引导件。管腔式设计热交换器通过以下方式运行:阻止热交换媒介沿着直线流动，并通过首先借助媒介引导件且然后借助腔室组件迫使热交换媒介在热交换器内不断地改变方向而在热交换器内产生涡流。在热交换媒介进入管腔式设计热交换器时，热交换媒介沿着直线流动通过直管段。媒介引导件在直管段的端部处。媒介引导件的功能是将热交换媒介流动的方向从大致直线流动改变成几乎垂直的流动，同时将热交换媒介引导至热交换器的腔室部分中。腔室部分连通至管段，且与管段相比通常具有更大的直径。在热交换媒介被引入腔室组件时，热交换媒介的流动沿循两个半圆形路径。在半圆形路径的端部处，热交换媒介再次遇到媒介引导件。随着热交换媒介再次遇到媒介引导件，该流动随着热交换媒介被引导至热交换器的另一管段而恢复为大致直线流动。该过程在管腔式设计热交换器的长度内自行重复。
【发明内容】
[0009]本发明是一种包括圆柱形管状件的加强型管状热交换器，所述圆柱形管状件具有联接至圆柱形管状件的外表面的多个腔室组件。所述圆柱形管状件是中空的，使得流体能够在其中流动，并具有沿着圆柱形管状件的纵向长度以预定间隔联接在圆柱形管状件的流体流动路径内的多个流动改变件。定位于圆柱形管状件内的流动改变件基本上改变在圆柱形管状件内流动的热交换媒介的流动路径，阻止热交换媒介从圆柱形管状件的进口沿着大致直线持续地流动至圆柱形管状件的出口。
[0010]位于圆柱形管状件内的流动改变件可分别配有形成在圆柱形管状件的壁上的进口孔和出口孔。流动改变件在圆柱形管状件内朝向热交换媒介的流动的一侧具有斜式面。进口孔和出口孔形成在圆柱形管状件的壁上，每个进口孔和出口孔都穿过形成圆柱形管状件的材料的整个厚度，从而形成了对热交换媒介而言从圆柱形管状件的内部到圆柱形管状件的外部的流动路径。多个腔室组件联接在圆柱形管状件的外部上。与圆柱形管状件的直径相比，腔室组件的直径通常更大，且与圆柱形管状件的轴向跨度相比，腔室组件的轴向跨度通常明显更短。腔室组件是中空的，使流体能够在其中流动。腔室组件可以是圆形的，但也可以是圆柱形的、长方形的或其他几何形状。腔室组件沿着圆柱形管状件的长度定位，每个腔室组件都与形成于圆柱形管状件的壁中的一对进口孔和出口孔重叠。圆柱形管状件的一个端部可连通至集管或歧管。圆柱形管状件的第二端部可连通至另一集管或歧管。
[0011]热交换媒介从集管或歧管流至圆柱形管状件中。圆柱形管状件内的热交换媒介沿着与圆柱形管状件大致平行的第一流动线流动。在圆柱形管状件内沿着第一流动线流动的热交换媒介向着流动改变件行进。流动改变件具有朝向热交换媒介的流动的斜式表面，并将热交换媒介的流动引导向形成于圆柱形管状件的壁中的第一进口孔，所述进口孔穿过形成圆柱形管状件的壁的整个厚度。流动改变件在朝向热交换媒介的流动的一侧通常具有斜式表面，使热交换媒介的定向流动产生平稳的而实质性的改变。
[0012]在圆柱形管状件中流动的热交换媒介起初沿着第一流动线流动。多个流动改变件联接在圆柱形管状件的内表面上。热交换媒介在其遇到流动改变件时被引导成沿着第二流动线流动。第二流动线大致成锐角、在本发明的某些实施例中接近大致与第一流动线垂直的角度，从而将热交换媒介的流动引导向进口孔。中空的腔室组件联接至圆柱形管状件的外表面。腔室组件与圆柱形管状件相比通常具有更大的直径，并与圆柱形管状件相比具有明显更短的轴向长度。腔室组件与圆柱形管状件的进口孔流体地连通。热交换媒介通过进口孔离开圆柱形管状件并进入腔室组件。一旦处于腔室组件内，热交换媒介就分散在腔室组件中，并被引导向形成于圆柱形管状件的壁中的出口孔。
[0013]在非限制性意义上，出口孔定位在圆柱形管状件的壁的与上面定位有进口孔的一侧大致相反的一侧上。在其他实施例中，进口孔和出口孔的位置可相对偏移。腔室组件与形成在圆柱形管状件的壁上的进口孔和出口孔都流体连通。该布置方式使得通过进口孔离开圆柱形管状件的热交换媒介能够进入腔室组件并通过出口孔重新进入圆柱形管状件。通过出口孔流回圆柱形管状件中的热交换媒介遇到流动改变件。该流动改变件在朝向圆柱形管状件的出口的一侧上具有斜式表面并将热交换媒介的定向流动大致恢复成沿着第一流动线。该过程在圆柱形管状件的整个长度上重复。在圆柱形管状件的端部处，热交换媒介可退出到第二集管或歧管。
[0014]随着热交换媒介流动通过圆柱形管状件和多个腔室组件，包含在热交换媒介中的热量被构成圆柱形管状件和腔室组件的材料所吸收。被圆柱形管状件和腔室组件吸收的热量然后被释放至组件外部的周围环境。
[0015]在本发明的一个实施例中，热交换媒介从附连在圆柱形管状件的第一端部上的第一歧管流入圆柱形管状件中。热交换媒介在圆柱形管状件中沿着第一流动线流动，大致沿着圆柱形管状件的长轴线。在热交换媒介接近第一流动改变件时，热交换媒介被引导成沿着与第一流动线大致垂直的第二流动线流动。流动改变件通常联接至圆柱形管状件的内表面。随着热交换媒介通过流动改变件被引导成沿着第二流动线，热交换媒介通过形成在圆柱形管状件的壁上的进口孔离开圆柱形管状件并进入腔室组件。一旦处于腔室组件内，热交换媒介就被引导成沿着第三流动线流动，该流动由腔室组件的内轮廓规定。在非限制性意义上，热交换媒介的第三流动线可以是至少一个半圆形流动模式。热交换媒介然后通过出口孔离开腔室组件并重新进入圆柱形管状件，所述出口孔形成在圆柱形管状件的壁上。一旦热交换媒介重新进入圆柱形管状件，热交换媒介就通过流动改变件被引导成大致沿着第一流动线流动，所述流动改变件在朝向热交换媒介流动的一侧具有斜式表面。该过程在圆柱形管状件内自行重复，直至热交换媒介到达圆柱形管状件的端部，该媒介然后离开圆柱形管状件并进入第二集管或歧管。
[0016]在本发明的实施例中，圆柱形管状件可包括无缝管状结构或有缝管状结构。无缝管状结构可通过挤压成型、通过铸造或通过其他形成方法形成。有缝管状结构可通过高频焊接、其他焊接方法或机械手段形成。
[0017]在本发明的一个实施例中，热交换特性可通过在圆柱形管状件的表面上或腔室组件的一个或多个表面上添加附加的板材来增强。在表面上添加附加的板材增加了热交换器的总表面面积，且热交换器的性能通过具有更大表面面积来从热交换器散出热量而被增强。与构成圆柱形管状件的材料相比，附加的板材可包括明显较薄的材料，由此进一步增强了用于特定用途的热交换器的热传递性能。
[0018]在本发明的一个实施例中，用于热交换器的圆柱形管状件和腔室组件例如被提供用于冷凝器、蒸发器、散热器等。热交换器还可以是加热器芯、中间冷却器、或用于汽车用途(例如，转向器、变速器、发动机等)的以及用于非汽车用途的油冷器。本发明的一个优点是:与传统热交换器相比，该热交换器具有更大的表面面积以在更短的距离上散发热量，所述表面面积由圆柱形管状件和腔室组件提供。通过提供大的表面面积用于热交换，极大地提高了热交换器的效率。附加地，通过具有包括单个无缝或有缝管的圆柱形管状件所提供的结构刚度，使其自身能够用于内部或外部压力高的用途中。
[0019]本发明的另一优点是:与传统热交换器相比，用于热交换用途的强化管的总长度可更短，进而使总成本更低，以及需要更少的原材料和更小的包装。附加地，圆柱形管状件可由较厚规格材料制成，以使热交换器能够用于高压力用途。另外，本发明的较小占用面使其能够用于空间有限的用途。本发明优于传统热交换器的又一优点是:制造过程可以更简单，因为本发明需要更少的脆弱部件和更少的制造步骤。本发明使得易于组装热交换器，在成本效益好的同时提供了增强的热交换性能。通过提供可由厚规格管状材料制造的刚性圆柱形管状件，本发明还擅长于在商业和工业应用中典型的高压用途。整个单元可硬钎焊(braze)起来，或该单元的任何部分可首先硬钎焊，然后另外的部件可硬钎焊、软钎焊(solder)起来,或通过机械手段在使用或不使用垫衬物的情况下附连起来。
[0020]本发明还通过具有单件圆柱形管状件使得其自身容易组装。圆柱形管状件可以是具有多个进口孔和出口孔的单件管状结构，所述多个进口孔和出口孔以预定间隔形成在圆柱形管状件的壁中。这些孔可以是机械钻孔的、通过冲压冲出的、或通过其他机械手段形成的，只要所用方法形成的孔能够穿过圆柱形管状件的壁的整个厚度。多个流动改变件可嵌入圆柱形管状件内，以与进口孔和出口孔对进行对齐。在本发明的一个实施例中，多个流动改变件可由单件材料形成，或者多个流动改变件可联接起来以形成具有多个流动改变结构特征的单件材料。在本发明的另一实施例中，多个流动改变件可嵌入圆柱形管状件内，且每个流动改变件的长度是预定的，使得一旦单个流动改变件端对端地被嵌入圆柱形管状件中，每个流动改变件就与一对进口孔和出口孔对齐。在圆柱形管状件的外表面上，联接有多个腔室组件，每个腔室组件都定位在包括进口孔和出口孔的对上。
[0021]腔室组件可机械地联接至圆柱形管状件的外表面，或可通过其他方式(例如硬钎焊、软钎焊或焊接)附连。在将腔室组件联接至圆柱形管状件之前，多个腔室组件可首先组合起来以形成多个腔室组件的整体单元。通过在联接至圆柱形管状件之前组合多个腔室组件，简化了组装过程。附加地，多个腔室组件可通过冲压、铸造、液压成形或其他机械加工过程由单件材料形成。
[0022]在本发明的另一实施例中，散热片或板件可附连至圆柱形管状件的外表面、附连至腔室组件的外表面或附连至圆柱形管状件和腔室组件两者的表面。附连至外表面的散热片或板件进一步增加了热交换器的表面面积，由此提高了热交换器的性能特征。散热片和板件通过增加能够用于热量传递的表面面积而提供了经济的手段以提高热交换器的热交换能力，而无需大量增加热交换器的大小或耗费更多制造热交换器的成本。
[0023]在本发明的又一实施例中，腔室组件大小在各个腔室组件之间可以变化。
[0024]在本发明的另一实施例中，多个圆柱形管状件可束在一起以形成具有多个圆柱形管状件的热交换器。成束的圆柱形管状件的一个端部可连通至第一歧管或集管，且成束的圆柱形管状件的第二端部可连通至第二歧管或集管。在本发明的一个实施例中，圆柱形管状件的大小在各个圆柱形管状件之间可以变化。
[0025]在本发明的又一实施例中，多个圆柱形管状件可束在一起，在成束的管中的每个之间留出充分的空间，以使热交换媒介能够绕着各个圆柱形管状件的外部流动。成束的圆柱形管状件的第一端部可连通至第一歧管或集管。成束的圆柱形管状件的第二端部可连通至第二歧管或集管。包括成束的圆柱形管状件的整个区域可密封在不透水的器皿中，使得热交换媒介能够在成束的圆柱形管状件的外表面上流动。所述器皿可具有进口，以使第一热交换媒介能够流入所述器皿内侧。所述器皿还可具有出口，以使第一热交换媒介能够离开器皿。
[0026]另外，所述器皿可具有挡板(baffle)，以便引导热交换媒介在所述器皿内的流动。在本发明的一个实施例中，第二热交换媒介可在成束的圆柱形管状件内流动。在成束的圆柱形管状件之外流动的第一热交换媒介和在成束的圆柱形管状件之内流动的第二热交换媒介可以是气体、液体或两者的组合。
[0027]在本发明的另一实施例中，每个腔室组件可使热交换媒介在腔室中分散，从而进一步提高了本发明的热交换能力。并且，圆柱形管状件还可将热交换媒介混合。
[0028]在本发明的另一实施例中，圆柱形管状件的内表面可具有凹痕以增加表面面积。并且，在本发明的又一实施例中，腔室组件的内表面也可具有凹痕以增加表面面积。在本发明的另一实施例中，流动改变件也可具有凹痕。在本发明的一个实施例中，腔室组件可具有其他表面结构特征，比如、但不限于:凹痕、百叶窗式结构(louver)、波纹(dimple)以及其他延伸式表面结构特征，以改变腔室组件内的流体流动特征。
[0029]圆柱形管状件和腔室组件可由带镀层或不带镀层的铝制成。流动改变件可由带镀层或不带镀层的铝制成。圆柱形管状件、腔室组件和流动改变件也可由不锈钢、铜或者其他铁基材料或有色金属材料制成。圆柱形管状件、腔室组件和流动改变件也可以是塑料或其他复合材料。
[0030]圆柱形管状件、腔室组件和流动改变件可通过冲压、冷锻、铸造、液压成形或机械加工来制造。
[0031]本发明的其他特征和优点随着通过随后的说明书以及附图被更好地理解而将更容易被认可。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1A是根据本发明的实施例的包括具有多个腔室组件附件的圆柱形管状件的热交换器的透视图；
[0033]图1B是通常用于管式热交换器中的现有技术管状结构的侧视图；
[0034]图1C是根据本发明的实施例的管状结构的透视图；
[0035]图1D示出了根据本发明的实施例的圆柱形管状件的剖视图，所述圆柱形管状件具有与管状结构的外表面联接的多个腔室组件，并具有在圆柱形管状件内定位在预定位置中的多个流动改变件；
[0036]图2A示出了根据本发明的一个实施例的热交换器的另一剖视图；
[0037]图2B是根据本发明的实施例的管状结构的侧视图；
[0038]图2C示出了根据本发明的一个实施例的流动改变件的侧视图；
[0039]图2D示出了根据本发明的一个实施例的腔室组件的侧视图；
[0040]图2E是根据本发明的实施例的腔室组件的透视图；
[0041]图3A示出了根据本发明的实施例的在圆柱形管状件内的热交换媒介的流动模式；
[0042]图3B是根据本发明的实施例的热交换器的剖视图；
[0043]图3C是根据本发明的实施例的管状结构的剖视图；
[0044]图3D是根据本发明的一个实施例的多个流动改变件的剖视图；
[0045]图3E是根据本发明的实施例的另一腔室组件的剖视图；
[0046]图4A是根据本发明的实施例的热交换器的透视图；
[0047]图4B是根据本发明的实施例的热交换器的侧视图；
[0048]图4C是根据本发明的实施例的热交换器的顶视图；
[0049]图4D是根据本发明的实施例的另一热交换器的透视图；
[0050]图4E是根据本发明的另一实施例的热交换器的侧视图；
[0051]图4F是根据本发明的另一实施例的热交换器的顶视图；
[0052]图5A是根据本发明的实施例的流动改变件的透视图；
[0053]图5B是根据本发明的实施例的流动改变件的顶视图；
[0054]图5C是根据本发明的实施例的流动改变件的前视图；
[0055]图是根据本发明的实施例的流动改变件的侧视图；
[0056]图5E是根据本发明的实施例的流动改变件的另一实施方式的透视图；
[0057]图5F是根据本发明的实施例的多个流动改变件的侧视图；
[0058]图6A是根据本发明的另一实施例的热交换器的侧视图；
[0059]图6B是根据本发明的另一实施例的热交换器的透视图；
[0060]图6C是根据本发明的另一实施例的热交换器的顶视图；
[0061]图6D是根据本发明的另一实施例的圆柱形管状件的侧视图；
[0062]图6E是根据本发明的另一实施例的圆柱形管状件的透视图；
[0063]图6F是根据本发明的另一实施例的圆柱形管状件的顶视图；
[0064]图7A是根据本发明的另一实施例的流动改变件的透视图；
[0065]图7B是根据本发明的另一实施例的流动改变件的正视图；
[0066]图7C是根据本发明的另一实施例的流动改变件的后视图；
[0067]图7D是根据本发明的另一实施例的流动改变件的透视图；
[0068]图8A是根据本发明的实施例的热交换器的正视图，并示出了圆柱形管状件和腔室组件内的热交换媒介的流动模式。
【具体实施方式】
[0069]参照附图并尤其参照图1A，示出了圆柱形管状件100的一个实施例。圆柱形管状件100具有:进口 5，其用于将热交换媒介引入圆柱形管状件100 ;和出口 10，其用于使热交换媒介能够流出圆柱形管状件100。圆柱形管状件100具有管状结构15。同时参照图1D，管状结构15的外表面具有附连至管状结构15的外表面的多个腔室组件20。参照图1C，管状结构15具有多个进口孔30和出口孔35，以使热交换媒介能够流出管状结构15，并进入腔室组件20，然后使热交换媒介能够从腔室组件20通过出口孔35重新进入管状结构15。参照图1C和图1D，进口孔30和出口孔35形成在管状结构15的壁上，孔30和35穿过形成管状结构15的材料的整个厚度。每个进口孔30都配对有一出口孔35，出口孔35定位在管状结构15的与布置有配对的进口孔30的一侧相反的一侧上。参照图1D，每对进口孔30和出口孔35都配对有流动改变件25。流动改变件25联接至管状结构15的内壁。均包括进口孔30、腔室组件20、出口孔35和流动改变件25的流动改变区段在管状结构15的全部长度上重复。多个流动改变区段布置在圆柱形管状件100上。相比之下，现在参照图1B，典型的现有技术管式热交换器具有管状结构15a，所述管状结构15a是中空的且沿着大致直线轴向地延伸，使热交换媒介能够在该管状结构内流动。该管状结构的内部和外部是大致平滑的且不包括通孔。该管状结构具有:进口 5a，用于将热交换媒介引入管状结构15a ;和出口 10a，用于使热交换媒介能够离开管状结构15a。现有技术管状结构15a在该管状结构的内侧以及外侧上可具有表面强化结构特征，以强化热传递特性。
[0070]参照图2A，示出了本发明的另一实施例。圆柱形管状件100具有:进口 5，其用于将热交换媒介引入圆柱形管状件100 ;和出口 10，其用于使热交换媒介能够流出圆柱形管状件100。圆柱形管状件100具有管状结构15。现在参照图2B，管状结构15具有形成在管状结构15上的多个进口孔30和出口孔35，这些孔穿过形成管状结构15的材料的整个厚度。每个进口孔30都配对有一出口孔35。参照图2A和图2C，与附连件45附连起来的多个流动改变件25嵌入管状结构15内侧，从而形成具有多个流动改变件25的单一单元的嵌入件40。嵌入件40置于管状结构15内，使得每个流动改变件均与一对进口孔30和出口孔35对齐。嵌入件40的附连件45定位成:使得形成附连件45的材料不妨碍形成在管状结构15上的进口孔30或出口孔35。
[0071]参照图2A，多个腔室组件20联接在管状结构15的外表面上，每个腔室组件都与管状结构15的外表面形成不透水配合。参照图2D和2E，腔室组件20包括第一平坦壁90和第二平坦壁95，第二平坦壁95设置成与第一平坦壁90以一距离间隔开，从而在第一平坦壁90与第二平坦壁95之间留出空间。侧壁85将第一平坦壁90和第二平坦壁95互相连接。第一平坦壁90、第二平坦壁95和侧壁85形成不透水连接，从而在腔室组件20内留出腔室50。孔55穿过第一平坦壁90和第二平坦壁95形成。孔55的大小(例如直径)稍大于管状结构15的外尺寸的大小(例如直径)，使得腔室组件20和管状结构在管状结构15被嵌入孔55内时能够形成紧密配合。多个所述腔室组件20联接至管状结构15的外表面，如图2A所示。每个腔室组件20都定位成:使得每个腔室组件20都与形成在管状结构15中的一对进口孔30和出口孔35对齐。均包括进口孔30、腔室组件20、出口孔35和流动改变件25的流动改变区段在管状结构15的全部长度上重复。因此，多个流动改变区段由圆柱形管状件100提供。
[0072]现在参照图3A和图3B，示出了本发明的另一实施例。在该实施例中，管状结构15制有多个进口孔30和出口孔35。腔室组件60是整体单元，具有在其间以预定间隔定位的多个腔室单元20。腔室单元20通过管段70彼此连通(见图3B和图3E)。具有进口孔30和出口孔35的管状结构15本身在图3C中示出。进口孔30和出口孔35在管状结构15上定位成:使得每个进口孔30都配对有一出口孔35。进口孔30和出口孔35在管状结构15上的定位使得:出口孔35相对于进口孔30位于大致相反的一侧上，尽管在本发明的某些实施例中出口孔35的定位还可偏移。对每对进口孔30和出口孔35而言，流动改变件都被定位成:使得进入管状结构15的进口 5的热交换媒介的流动遇到流动改变件25，其中，流动改变件25的第一侧面75具有斜式表面，从而使得热交换媒介的流动被引导向进口孔30。对于定位在管状结构15内的每个流动改变件25而言，流动改变件25的第一侧面75朝向进口孔30，且流动改变件25的第二侧面80朝向出口孔35(见图3D连同图3C)。
[0073]参照图4A和图4B，示出了热交换器200的一个实施例。热交换器200包括一对歧管210和230。多个圆柱形管状件100以相对于彼此间隔开的关系延伸在歧管210和230之间。圆柱形管状件100的一个自由端部连通至第一歧管210。圆柱形管状件100的另一自由端部连通至第二歧管230。第一歧管210具有进口 220，用于将热交换媒介引入热交换器200。第二歧管230具有出口 240，用于使热交换媒介能够离开热交换器200。被引入第一歧管210的热交换媒介可分散至多个圆柱形管状件100。第二歧管230可接收来自所述多个圆柱形管状件100的热交换媒介。歧管210和230可具有挡板，使得流动模式可以是从第一歧管至第二歧管的简单的单定向流动，或更复杂的多流动模式，其中，多流动模式存在于第一歧管和第二歧管之间。
[0074]在本发明的另一实施例中，参照图4C、图4D和图4E，热交换器300包括一对歧管210和230。多个圆柱形管状件100延伸在该对歧管210和230之间。圆柱形管状件100的一个自由端部连通至第一歧管210。圆柱形管状件100的另一自由端部连通至第二歧管230。该对歧管210和230之间的空间完全封闭在器皿350中。该器皿提供具有器皿进口310和器皿出口 320的不透水罩壳，以使热交换媒介的流动能够绕着圆柱形管状件100流入和流出器皿350。第一歧管210具有进口 220，用于将第一热交换媒介引入所述多个圆柱形管状件100。第二歧管230具有出口 240，用于使第一热交换媒介能够离开所述多个圆柱形管状件100。歧管210和230内可具有挡板，使得流动模式可以是从第一歧管至第二歧管的简单的单定向流动，或更复杂的多流动模式，其中，多流动模式存在于第一歧管和第二歧管之间。第二热交换媒介通过器皿进口 310进入器皿350。第二热交换媒介绕着定位于器皿350内的所述多个圆柱形管状件100流动。第二热交换媒介通过器皿出口 320流出器皿350。
[0075]因此，在本发明的实施例中，热交换器(例如300)具有两种热交换媒介，一种热交换媒介在所述多个圆柱形管状件100之内流动，且第二热交换媒介在所述多个圆柱形管状件100之外流动。在所述多个圆柱形管状件100之内流动的第一热交换媒介可含有热量、将热量传递至在所述多个圆柱形管状件100之外流动的第二热交换媒介。在本发明的另一实施例中，在所述多个圆柱形管状件100之内流动的热交换媒介可从在所述多个圆柱形管状件100之外流动的第二热交换媒介吸收热量。
[0076]在本发明的另一实施例中，进口和出口都可定位在第一歧管上，且第二歧管便于使热交换媒介向着第一歧管返回。参照图4F，热交换器355包括一对歧管215和235。多个圆柱形管状件100 (如图4C中)以间隔开的关系延伸在该对歧管215和235之间。圆柱形管状件100的一个自由端部连通至第一歧管215。圆柱形管状件100的另一自由端部连通至第二歧管235。第一歧管215具有:进口 220，其用于将热交换媒介引入热交换器355 ；和出口 245，其用于使热交换媒介能够离开热交换器355。第一歧管215内具有分隔部，以便将所述多个圆柱形管状件100的一部分隔离成至少两组。所述多个圆柱形管状件100中的一部分用于使热交换媒介能够从第一歧管215流动至第二歧管235，且所述多个圆柱形管状件100中的其余部分用于使热交换媒介能够从第二歧管235流动至第一歧管215。第二歧管235通过第一歧管215的第一分隔部中的所述多个圆柱形管状件100接收来自第一歧管215的热交换媒介。一旦第二歧管接收了热交换媒介，热交换媒介就通过第一歧管215的第二分隔部中的所述多个圆柱形管状件返回至第一歧管215。进口 220连通至第一歧管215的第一分隔部，且出口 245连通至第一歧管215的第二分隔部。
[0077]参照图3A，示出了圆柱形管状件100内的热交换媒介的流动模式。圆柱形管状件100的一个自由端部是进口 5。圆柱形管状件100的另一自由端部是出口 10。热交换媒介通过进口 5进入圆柱形管状件，沿着第一流动线流动，即大致平行于管状结构15流动。沿着第一流动线流动的热交换媒介遇到流动改变件25。多个流动改变件25优选以预定间隔定位在管状结构15内。参照图3A、图3D、图5A和图流动改变件25在朝向圆柱形管状件100的进口的表面上具有斜式表面75，使得沿着第一流动线流动的热交换媒介能够在管状结构15内被引导至第二流动线。参照图5A和5C，流动改变件25的外圆周在轮廓上大致匹配于管状结构15的内圆周。通过流动改变件25沿着第二流动线被引导的热交换媒介向着管状结构15上的进口孔30流动。一旦热交换媒介到达进口孔30，热交换媒介就离开管状结构15并进入腔室组件20。在腔室组件20内，热交换媒介在腔室组件内沿循腔室组件的内轮廓流动，所述腔室组件是中空的以便于热交换媒介在其中流动。在非限制性意义上，腔室组件20具有圆柱形形状，腔室组件的直径大于管状结构15的直径。腔室组件20的轴向跨度明显短于管状结构15的轴向跨度，从而使得多个腔室组件20能够联接至管状结构
15。在腔室组件20内流动的热交换媒介沿着至少一个半圆形流动模式流动。在腔室组件内流动的热交换媒介通过在形成管状结构15的壁上形成的出口孔35重新进入管状结构15。一旦热交换媒介重新进入管状结构15，热交换媒介就遇到流动改变件25。参照图5D，流动改变件在流动改变件的朝向出口 10的一侧上具有斜式表面80，所述斜式表面80大致恢复热交换媒介在管状结构15内的第一定向流动。该过程自行重复，直至从进口 5引入圆柱形管状件100中的热交换媒介通过所述圆柱形管状件100的出口 10离开。
[0078]现在参照图5E和5F，示出了流动改变件的另一实施例。在图5E和图5F中提供的流动改变件的实施例中，多个流动改变结构特征可由单件材料形成，或多个流动改变件可联接起来以形成具有多个流动改变结构特征的单一单元，如图5E中的流动改变件40所示。沿着流动改变件40的侧向跨度具有多个流动改变表面75。朝向管组件15的进口 5的流动改变表面75具有斜式表面，并引导在管组件15内沿着第一流动线流动的热交换媒介改变流向并沿着第二流动线流动，从而通过进口孔30将热交换媒介引导至腔室组件20。流动改变件40还具有多个流动改变表面80，所述流动改变表面80朝向管组件15的出口 10。流动改变表面80的表面被设置成相对于管组件15的出口 10倾斜。流动改变表面80引导热交换媒介通过出口孔35离开腔室组件20并进入管组件15的流动，以便沿着第一流动线流动。流动改变件40具有连接件45，所述连接件45形成流动改变件40的侧壁。连接件45的总体外轮廓适合于管组件15的内轮廓，从而将流动改变件40的外表面联接至管状结构15的内表面。
[0079]现在参照图6A、图6B和图6E，示出了本发明的另一实施例，其中，该实施例采用圆柱形管状件105，其包括管状结构110和成对的腔室组件125、126。尤其参照图6E，管状结构110形成了热交换器的结构基础，且多个进口孔和出口孔形成在管状结构110上。参照图7A，多个流动改变件150以预定间隔定位在管状结构110内。在管状结构的外部上，多个腔室组件125和126联接至管状结构110的外表面。参照图6C和图7A，流动改变件150在流动改变件表面的朝向管状结构110的进口 115的平面上具有通道，且具有朝向管状结构110的进口 115的斜式平坦表面170。流动改变件150上的所述通道包括:第一侧壁155，其限定出通道的第一壁；第二侧壁160，其限定出通道的第二壁；和底壁165，其限定出通道的基底。每个流动改变件150都配有多个进口孔130和135。参照图6B、图6C和图8A，每个进口孔130都配对有一腔室组件125。腔室组件125联接至管状结构110的外表面，所述腔室组件是中空的，以使流体能够在其中流动。
[0080]在管状结构110中流动的热交换媒介起初沿着第一流动线流动。随着热交换媒介在管状结构110内行进，热交换媒介与流动改变件150产生接触。随着热交换媒介接触流动改变件150，热交换媒介的流动向着第二流动线被引导，该方向改变通过流动改变件150的斜式平坦表面170并通过由流动改变件150的第一侧壁155、第二侧壁160和底壁165形成的所述通道来规定。沿着第二流动线被引导的热交换媒介于是被引导出管状结构110并进入腔室组件125。参照图8A，热交换媒介的一部分被引导到进口孔130中并流动到第一腔室组件125中，更具体地是到半圆柱形腔室180中。热交换媒介的另一部分被引导到进口孔135中并流动到第二腔室组件126中，更具体地是到半圆柱形腔室182中。热交换媒介在相应的腔室组件125/126内的流动由腔室组件的内轮廓规定，大体沿循由相应的半圆柱形腔室180、182规定的半圆形流动模式。流入第一腔室组件125中的热交换媒介被引导向出口孔140。在到达出口孔140时，在第一腔室组件125内行进的热交换媒介离开腔室组件125，并重新进入管状结构110。流入第二腔室组件126中的热交换媒介被引导向出口孔145。在到达出口孔145时，在第二腔室组件126中行进的热交换媒介离开腔室组件126，并重新进入管状结构110。在第一腔室组件125和第二腔室组件126中行进过的热交换媒介在管状结构110中汇合。参照图7C，已经重新进入管状结构110的热交换媒介与流动改变件150产生接触，从而改变热交换媒介的定向流动。流动改变件150具有朝向管状结构110的出口 120的斜式平坦表面185。朝向管状结构的出口 120的表面的平面具有通道，所述通道由第一侧壁190、第二侧壁195和底壁205限定，如图7C所示。随着热交换媒介通过出口孔140和145离开第一腔室组件125和第二腔室组件126，热交换媒介与流动改变件150的斜式平坦表面185产生接触。随着热交换媒介与流动改变件150的斜式平坦表面185产生接触，定向流动大致恢复为沿着第一流动线的定向流动。该过程在管状结构110内自行重复，直至热交换媒介通过出口 120离开管状结构110。
[0081]参照图7A，多个流动改变件150可布置在管状结构110内，优选以预定间隔布置。现在参照图7D，在本发明的另一实施例中，多个流动改变件150可联接起来以形成整体单元。在该实施例中，第二流动改变件150的第一侧壁155和第二侧壁160接合第一流动改变件的第一侧壁190和第二侧壁195。在该实施例中，单个流动改变件150可联接起来，或可由单件材料形成具有多个流动改变结构特征的整体单元，或在两种情况之间任意地组合。
[0082]在热交换媒介通过圆柱形管状件105的传送中，热交换媒介中所含的热量被传递至构成圆柱形管状件105的材料。由圆柱形管状件105吸收的热量然后被传递至圆柱形管状件105外侧的环境。在非限制性意义上，现有技术中已知的普通热交换媒介包括各种制冷剂(即:R-134A、R-410A)、铵、气体、水、油类和各种化学品混合物。
[0083]如上所述，第一热交换媒介可在圆柱形管状件105内流动，且第二热交换媒介可在圆柱形管状件105的外侧流动。第一热交换媒介可以是现有技术中已知的热交换媒介，比如各种制冷剂(即；R_134A，R-410A)、铵、气体、水、油类和各种化学品混合物。第二热交换媒介也可以是各种制冷剂(即；R-134A，R-410A)、铵、气体、水、油类和各种化学品混合物。当使用多于一种热交换媒介时，来自第一热交换媒介的热量可被第二热交换媒介吸收，或反过来。
[0084]参照图1C和图6E，所示出的实施例中的管状结构15、110是中空圆形的。在其他实施例中，管状结构可以是中空非圆形的，比如椭圆形、长方形或其他几何形状。
[0085]参照图2E，在所示出的实施例中，腔室组件20是中空圆柱形的。在其他实施例中，腔室组件20可以是中空、但非圆柱形的，例如椭圆柱形或箱形。
[0086]管状结构15、110和腔室组件20、125、126可由带镀层或不带镀层的铝制成。管状结构和腔室组件还可由不锈钢、铜或者其他铁基材料或有色金属材料制成。管状结构和腔室组件还可以是塑料或其他复合材料。同样地，流动改变件也可由带镀层或不带镀层的铝制成。流动改变件也可由不锈钢、铜或者其他铁基材料或有色金属材料制成。流动改变件也可以是塑料或其他复合材料。并且，本发明的一个实施例允许管状结构和腔室组件由彼此不同的材料制成。附加地，垫衬材料可用于在管状结构和腔室组件之间进行密封。
[0087]管状结构可由无缝管利用挤压成型过程制成。管状结构也可由有缝管利用超声波焊接、滚轧成形过程或其他机械手段或铸造方法制成。
[0088]依据上述教导可实现本发明的许多修改和变型。例如，流动改变件的各种实施例还可以以除了上述及附图中所示的组合方式外的方式结合管状结构使用。因此，在权利要求的范围内，本发明可不同于所具体描述地被实施。
【权利要求】
1.一种热交换器(200)，其具有至少一个圆柱形管状件(100)，所述圆柱形管状件(100)包括: 管状结构(15)，其具有在一端部处的进口(5)和在另一端部处的出口(10)并具有多个进口孔(30)和出口孔(35)，所述多个进口孔和出口孔沿着所述管状结构的相应的侧间隔开，使得对每个进口孔(30)而言，都存在布置在所述管状结构的大体相反侧上的配对的出口孔(35)； 附连至管状结构(15)的外表面的多个腔室组件(20)，每个腔室组件(20)都具有大体平坦的第一和第二平坦壁(90、95)，所述第一和第二平坦壁(90、95)具有孔(55)，所述管状结构(15)穿过所述孔(55)布置成至少部分地限定出在所述管状结构(15)外部并围绕所述管状结构(15)的大体圆柱形腔室(50)，每个腔室组件(20)在所述管状结构(15)上定位成:使得所述腔室组件(20)的腔室(50)与相应的进口孔、出口孔对(30、35)流体地连通；和 布置在所述管状结构(15)内的多个流动改变件(25、150)，每个流动改变件都具有第一侧部(75、170)和第二侧部(80、185)，所述第一侧部(75、170)具有朝向相应的进口孔(30)的斜式表面，所述第二侧部(80、185)具有朝向与所述相应的进口孔(30)配对的出口孔(35)的斜式表面。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，每个腔室组件(20)还包括侧壁(85)，所述侧壁(85)将所述第一平坦壁(90)连接至所述第二平坦壁(95)，以进一步限定所述大体圆柱形腔室(50)。
3.一种热交换器(200)，其具有至少一个圆柱形管状件(105)，所述圆柱形管状件(105)包括: 管状结构(110)，其具有在一端部处的进口(115)和在另一端部处的出口(120)并具有多个进口孔(130、135)和出口孔(140、145)，所述多个进口孔和出口孔沿着所述管状结构的相应的侧间隔开，使得对每个进口孔(130、135)而言，都存在布置在所述管状结构的大体相反侧上的配对的出口孔(140、145)； 附连至管状结构(110)的外表面的多个大体半圆柱形腔室组件(125、126)，每个腔室组件(125、126)都具有大体平坦的第一和第二平坦壁，所述第一和第二平坦壁围绕所述管状结构的一部分以至少部分地限定出在所述管状结构(110)外部并部分地围绕所述管状结构(110)的大体半圆柱形腔室(180、182)，第一组腔室组件(125)在所述管状结构(110)上定位成使得所述腔室组件(125)的相应的腔室(180)中的每个都与相应的进口孔、出口孔对(130、140)流体地连通，第二组腔室组件(126)在所述管状结构(110)上定位成使得所述腔室组件(126)的相应的腔室(182)中的每个都与相应的进口孔、出口孔对(135、145)流体地连通，第一组和第二组中的腔室组件沿着所述管状结构间隔开，使得对于第一组中的每个腔室组件而言，在第二组中都存在布置在所述管状结构的大体相反侧上的相应的腔室组件；和 布置在所述管状结构(110)内的多个流动改变件(25、150)，每个流动改变件都具有第一侧部(75、170)和第二侧部(80、185)，所述第一侧部(75、170)具有朝向两个相应的进口孔(130、135)的斜式表面，所述第二侧部(80、185)具有朝向与所述两个相应的进口孔(130、135)分别配对的两个出口孔(140、145)的斜式表面。
4.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，每个腔室组件(125、126)还包括侧壁，所述侧壁将所述第一平坦壁连接至所述第二平坦壁，以进一步限定相应的所述大体半圆柱形腔室(180、182)。
5.一种热交换器(200)，其具有至少一个圆柱形管状件(105)，所述圆柱形管状件(105)包括: 管状结构(110)，其具有在一端部处的进口(115)和在另一端部处的出口(120)并具有多个进口孔(130)和出口孔(140)，所述多个进口孔和出口孔沿着所述管状结构的相应的侧间隔开，使得对每个进口孔(130)而言，都存在布置在所述管状结构的大体相反侧上的配对的出口孔(140)； 附连至管状结构(110)的外表面的多个大体半圆柱形腔室组件(125)，每个腔室组件(125)都具有大体平坦的第一和第二平坦壁，所述第一和第二平坦壁围绕所述管状结构的一部分以至少部分地限定出在所述管状结构(110)外部并部分地围绕所述管状结构(110)的大体半圆柱形腔室(180)，每个腔室组件(125)都在所述管状结构(110)上定位成使得所述腔室组件(125)的腔室(180)与相应的进口孔、出口孔对(130、140)流体地连通；和 布置在所述管状结构(110)内的多个流动改变件(25、150)，每个流动改变件都具有第一侧部(75、170)和第二侧部，所述第一侧部(75、170)具有朝向相应的进口孔(130)的斜式表面，所述第二侧部具有朝向与所述相应的进口孔(130)分别配对的出口孔(140)的斜式表面。
6.如权利要求5所述的热交换器，其特征在于，每个腔室组件(125)还包括侧壁，所述侧壁将所述第一平坦壁连接至所述第二平坦壁，以进一步限定相应的所述大体半圆柱形腔室(180)。
7.如权利要求1-6中任一所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器还包括管段(70)，所述管段(70)在相继的腔室组件(20、125、126)之间围绕所述管状结构(15、110)，以将所述相继的腔室组件互相连通。
8.如权利要求1-7中任一所述的热交换器，其特征在于，还包括将邻近的流动改变件(25)互相连接的附连件(45)。
9.如权利要求1-7中任一所述的热交换器，其特征在于，每个流动改变件(150)均具有第一侧壁(155)和第二侧壁(160)，所述第一侧壁(155)和所述第二侧壁(160)与流动改变件的第一侧部(170) —起限定出第一通道，所述第一通道布置成与进口孔流体地连通。
10.如权利要求9所述的热交换器，其特征在于，每个流动改变件(150)均具有第三侧壁(190)和第四侧壁(195)，所述第三侧壁(190)和所述第四侧壁(195)与流动改变件的第二侧部(185) —起限定出第二通道，所述第二通道与出口孔流体地连通。
11.如权利要求10所述的热交换器，其特征在于，第一侧壁(155)接合第三侧壁(190)，第二侧壁(160)接合第四侧壁(195)，以保持邻近的流动改变件(150)之间的间隔开的关系。
12.如权利要求11所述的热交换器，其特征在于，每个流动改变件(150)均包括第一底壁(165)和第二底壁(205),所述第一底壁(150)布置在第一侧壁(155)与第二侧壁(160)之间以进一步限定第一通道，所述第二底壁(205)布置在第三侧壁(190)与第四侧壁(195)以进一步限定第二通道。
13.如前面权利要求中任一所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括布置在第一歧管(210)与第二歧管(230)之间的多个圆柱形管状件，且每个管状件的进口都与第一歧管(210)或第二歧管(230)流体地连通,每个管状件的出口都与第一歧管(210)或第二歧管(230)流体地连通。
14.如权利要求13所述的热交换器，其特征在于，所述第一歧管(210)和所述第二歧管(230)通过内布置有所述多个圆柱形管状件的器皿(350)结合起来。
【文档编号】F28F9/22GK104169673SQ201380013936
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2012年11月15日
【发明者】M·尼塔, T·尼塔 申请人:米库塔伊公司