用于热交换器的翅片组包的翅片以及热交换器的制作方法

本发明涉及用于热交换器的翅片组包的翅片，翅片组包和包括翅片组包的热交换器。

背景技术：

在许多应用中，通过使第一流体与第二流体成热交换连通而加热或冷却第一流体。通过将第一流体输送到与第二流体的通过区交叉的管内来实现这点。

提出了不同类型的热交换器，包括所谓的“带翅片组包”的热交换器，其包括多个组包的翅片；这种翅片包括板状元件，板状元件具有多个孔，管接合于孔中用于输送第一流体，而第二流体在翅片之间发送以与第一流体进行热交换。

翅片具有基本上平滑或波纹几何形状，特别地希望增加热交换的表面积或效率。

然而，根据现有技术的交换器中的热交换效率常常是有限的并且因此需要改进在热交换器中可获得的性能。

发明的公开

本发明的目的在于提供一种用于热交换器的翅片组包的新颖翅片以及可以始于一个这样的翅片获得的新翅片组包和新热交换器。

本发明的另一目的在于提供一种能确保改进的热交换效率的翅片组包的新颖翅片。

本发明的另一目的在于提供一种如上文所叙述的翅片，其允许以均匀方式影响热交换器的管的外表面。

根据本发明的一方面，提供根据权利要求1的翅片。

根据本发明的一方面，提供根据权利要求13的翅片组包。

根据本发明的一方面，提供根据权利要求15的热交换器。

从属权利要求参考本发明的优选和有利的实施例。

附图说明

通过参考附图以举例说明的方式示出的翅片、翅片组包和热交换器的实施例的描述，本发明的其它特征和优点将更加显然，在附图中：

图1是根据本发明的翅片的平面图；

图2是图1的翅片的放大比例的一细节的视图；

图3和图4分别示出了根据图1的实施例的翅片的孔和安装挡板区域的指示，以及部分包围的孔；

图5是具有根据图1的多个翅片的翅片组包的透视图；

图6至图10分别是参考根据本发明的翅片和翅片组包的另一实施例的类似于图1至图5的图；

图11至图15分别为参考根据本发明的翅片和翅片组包的另一实施例的图1至图5的图；

图16是根据本发明的且包括根据本发明的翅片的翅片组包的视图；以及

图17至图19是其中可安装根据本发明的翅片组包的热交换器的视图。

在这些附图中，相似的零件或部件用相同的附图标记来表示。

具体实施方式

参看图1至图5，示出了一种用于热交换器的翅片组包的翅片1，其包括板2，在所述板2中做出多个通孔3以用来定位管4，所述管4计划输送第一热交换流体例如液体。

板2具有边缘5以及两个主面6，每个主面6各计划被第二热交换流体诸如空气在从板2的边缘5的入口部5a到出口部5b的横向方向a-a上冲刷或影响。出于这个目的，两个相邻并且连续的翅片1的面对的主面6在它们之间界定第二流体通过或横穿的相应区域，第二流体撞击接合于这些翅片中的管4的相应部段。

边缘5实际上构成两个主面6之间的外连接面并且其可以配备两个例如平行的主侧5a、5b，这两个主侧5a、5b由副侧或更小侧5c、5d像桥一样连接，若需要，副侧或更小侧5c、5d也平行并且正交于主侧。主侧5a、5b实际上分别构成入口部5a和出口部5b。

孔3由板2的相应内界定壁7界定，内界定壁7包括朝向入口部5a的第一部分7a和朝向出口部5b的第二部分7b。孔3的界定壁7可以基本上为圆柱形。

而翅片1包括用于第二流体的流动的一个或多个约束单元8、9，每个约束单元绕多个孔中的孔3的界定壁7的第二部分7b的相应部段布置从而获得或限定部分包围的孔或者更好地相应部分包围的孔3。优选地，约束单元8、9提供用于翅片1的每个孔3或者在任何情况下用于翅片本身的大部分孔3。仍更优选地，约束单元并不影响或者更好地并不绕相应界定壁7的第一部分7a布置。

更特定而言，至少一个约束单元包括两个第一挡板8、9或用于容纳第二挡板的两个贯通容纳凹部，两个挡板或两个贯通容纳凹部相对于相应部分地包围的孔3彼此相对并且各包围部分包围的孔3的界定壁7的第二部分7b的相应部段并且与部分包围的孔3的界定壁7的第二部分7b的相应部段间隔开，从而在使用中在板2上约束第二流体在每个挡板8或凹部与界定壁7的第二部分7b的相应部段之间的第一流动区fz1。

如果考虑到一旦组装好翅片组包，这些部件(第一挡板或第二挡板)计划以基本上相同的方式执行相同任务，将参考第一挡板描述的配置实际上也适用于第二挡板，并且反之亦然。

第一流动区fz1包括界定于板2、第一挡板8、9与界定壁7的一部分之间用于第二流体的引入口以及用于将第二流体引入到相应孔3下游的区域即在横向方向a-a的指向上在孔3后方的区域内的递送口。第一流动区fz1或更好地其壁是不透流体的以便防止液体在引入口与递送口之间泄漏或出来。

关于引入口，其优选地界定于板2，第一挡板8、9或凹部的第一端8a、9a，与界定壁7的第二部分7b的一部分之间。

有利地，第一挡板8或凹部也可以延伸超过相应孔，即，具有相对于相应孔更靠近出口部5b的端部段并且因此限定第二流动区fz2，第二流动区fz2实际上构成第一流动区fz1的延续部，这个第二流动区fz2界定于第一挡板8、9或凹部的端部段之间。

以此方式，在部分包围的孔3的下游获得对第二流体的约束，表达“在下游”约束表示对在翅片1的区域或区中的第二流体进行约束使得这种流体在流过孔3或者更好地撞击接合于孔3中的管4之后横流。

第二流动区fz2具有对应于第一流动区fz1的递送口的进料口以及参考横向方向a-a朝向翅片后面的孔或部分排放第二流体的口。第二流动区fz2或更好地其壁是不透流体的以便防止流体在递送口与排放口之间泄漏或出来。

有利地，孔3各绕相应对称轴线x-x延伸，孔3的对称轴线x-x基本上彼此平行，而第一挡板8、9或者用于约束单元8、8的第二挡板的容纳凹部基本上关于从边缘5的入口部5a到出口部5b穿过横向方向a-a和穿过相应至少部分包围的孔3的对称轴线x-x的平面基本上彼此对称。

此外，界定壁7可以具有套环部段7c，套环部段7c相对于主面6之一向上突出，而具有套环部段7c的部分包围的孔3的第一挡板8、9绕套环部段7c的至少一部分远离入口部5a并且朝向出口部5b延伸，第一挡板或第二挡板具有等于或小于套环部段7c的高度或厚度。界定壁7的套环部段7c主要执行在翅片组包的两个相邻和连续翅片1之间的间隔功能。

有利地，第一挡板8、9或一个或多个约束单元8、9的凹部具有靠近入口部5a的第一端8a、9a以及远离板2的入口部5a的第二端8b、9b。第一挡板8、9或容纳凹部的近端8a、9a彼此离第一距离d1，而约束单元的第一挡板8、9或凹部的远端8b、9b离彼此第二距离d2，第二距离d2有利地小于第一距离d1，使得第一挡板或凹部在它们之间界定远离入口部5a基本上呈逐渐减小的第一区域。此外，在此情况下，优选地不存在第一挡板8、9的中间部段，在它们之间的距离大于在近端8a、9a之间的第一距离d1。

若需要，在第一挡板8之间的距离可能最初远离入口部5减小并且然后在第一挡板的中间部分获得最小值之后，再次朝向第二端8b、9b增加，在此情况下，在相应第二端8b、9b处的第一挡板之间的距离也可能大于距离d1。在此情况下，在第一挡板或容纳凹部的近端与中间部分之间的面积在远离入口部5a的方向上基本上逐渐减小，而第二区域可以设置于第一挡板或容纳凹部的中间部分与第二端之间，其中初始部段具有不断减小的截面，而端部段具有远离入口部5a不断增加的截面。

此外，(第一和/或第二)挡板可以具有平坦或略微弯曲的层状主体，位置优选地相对于板2正交或向上突出。此外(第一或第二)挡板优选地是不透流体的(若需要，它们并未被穿孔)以便防止第二流体通过它们。此外，每个挡板优选地形成为单件。

若需要，第一挡板包括板2的拉制部分或剪切和弯曲部分，即，通过拉制板2本身获得挡板8、9。如果设置套环部段7c，那么通过拉制相应板2而获得第一挡板8、9和套环部段7c。

替代地，(第一和/或第二)挡板8、9可以各包括层状主体，位置基本上正交于板2；这种层状主体可以部分地或单独地相对于板2形成并且若需要经由焊接或装配而与板2连接。此外，第二挡板可以单独地形成，各插入于约束单元8、9的相应容纳凹部内；这种挡板可以具有在使用中基本上对应于挡板8、9的配置和布置。

(第一和/或第二)挡板8、9的高度或厚度约0.1mm至约12mm。

此外，为了限定挡板的位置，将考虑具有基本上圆形截面的一个或多个孔3和具有基本上半圆形截面的第一部分7a和第二部分7b。

下列也将限定于相对于轴线x-x在横向或正交的平面中：由横向方向a-a限定并且经过对称轴线x-x的第一直线l1和正交于直线l1并且总是经过对称轴线x-x的第二直线l2。

然后将限定象限，其总是界定于横向于或正交于轴线x-x、在第一直线l1与第二直线l2之间的平面中，并且更特定而言，第一象限q1和第二象限q2为限定于第一直线l1与第二直线l2之间并且封闭第一部分7a的相应一半或一部分(或者这些部分位于其内)的象限，并且第三象限q3和第四象限q4为限定于第一直线l1与第二直线l2之间并且封闭第二部分7b的相应一半或一部分的象限。

基于到目前为止给出的考虑和定义，挡板8、9或容纳凹部然后能各有利地定位成一个在第三象限q3并且另一个在第四象限q4内，并且更有利地，每个在由从轴线x-x出来的直线限定并且相对于第二直线l2在10°与80°之间倾斜角ia1倾斜的圆扇形区域内。

此外，每个挡板8、9或凹部可以离界定壁7和更特别地离界定壁7的第二部分7b的一部段在约1mm与约10mm之间的第三距离d3。

如图1至图5所示的翅片允许减小参考第二流体的流动方向a-a在管下游的所谓的“死区”。

挡板8、9或在任何情况下可接合于容纳凹部中的挡板实际上决定将第二流体输送或约束于相应界定壁7的第二部分7b上并且然后朝向相应管4，如可以确认的那样，这确保了界定壁7和因此相应管的每个部分受到第二流体影响。

现参考图6至图10示出的实施例，挡板81、91或凹部具有包围部分包围的孔3的界定壁7的第二部分7b的相应部段并且与部分包围的孔3的界定壁7的第二部分7b的相应部段间隔开的第一部分81c、91c以及从第一部段8c向上突出并且例如基本上平行于方向a-a的第二部段81d、91d。

挡板81、91除了减小“死区”之外，增加了在高温管4的区周围的表面热交换系数。

这些挡板81、91可以是经由挤压、模制或成形而获得并且机械插入于翅片组包的翅片中或更好地翅片板中的金属部段，例如强制插入或者经由干涉插入或者使用便于粘附和传输热的焊接材料或合金。

基于上文所提供的考虑和定义，挡板81、91或者相应容纳凹部的第一部段81c、91c各有利地定位成一个在第三象限q3并且另一个在第四象限q4中，并且仍更有利地，每一个在由从轴线x-x出来的直线限定并且相对于第二直线l2成约0°与80°之间的倾斜角ia2的圆扇形区中。

第一部段81c、91c也可以基本上为直的或弯曲的或者若需要，为略微彼此倾斜的多个部段，但是每个部段相对于第二直线l2成约0°与80°之间的角度。

此外，每个挡板81、91或者凹部或更好地每个挡板81、91的第一部段81c、91c可以离界定壁7和更特别地离界定壁7的第二部分7b的一部分在约1mm与约15mm之间的第四最小距离d4。

第二部段81d、91d可以替代地具有小于或等于两个连续行的孔3之间的距离的延伸部，其中孔3或管4的行意图表示在离入口部5相同距离处翅片的孔或或接合于其中的管的集合并且连续行意图表示在横向方向a-a的指向上一个接一个地排列并且因此在使用期间，一个接一个地受到第二流体流动的影响的行。

出于这些目的，根据本发明的翅片优选地包括两行或更多行相对于横向方向a-a彼此偏移的孔3使得每一行孔3相对于其它行的孔3在离入口部5a不同距离处。

如现在将描述的挡板厚度可以在0.1mm与5mm之间。

现参考在图11至图15所示的实施例，示出了翅片的另一实施例，其具备具有成形轮廓的挡板82、92，挡板82、92具有类似于现在描述的实施例的第一部段81c、91c和第二部段81d、91d的第一部段82c、92c和第二部段92d、92d，但是还提供加强部段82e、92e，加强部段82e、92e在相应挡板82、92的背离相应部分包围的孔3和更特别地背离其中间区的面延伸到第二部段82d、92d的自由端，即，远离入口部5a的端部。

根据这些实施例，第一部段82c、92c基本上为直线形，而第二部段82d、92d具有弯曲或者包括彼此略微倾斜并且与加强部段82e、92e一起限定一开口或第一开口11的两个部段的配置，例如具有基本上三角形截面，若需要，基本上平行于相应孔3的对称轴线x-x延伸。

这种开口11通常用于第三流体穿过相应挡板即在基本上平行于轴线x-x的方向上的通路，以便增加交换器的交换效率或者用于互补功能诸如在作为空气加热器的交换器操作的情况下融化霜。此外，开口11也可以被进给第一流体。

还观察到先前描述的挡板8、9和81、91可以具有开口11以便具有基本上管状结构，管状结构具有基本上平行于相应孔3的对称轴线x-x延伸的贯通开口。关于挡板81、91，它们可以具有基本上管状的第一部段81c、91c和/或第二部段81d、91d。

一个或多个挡板的第一开口11可以具有任何合适形状的截面，例如圆形、椭圆形、矩形或多边形。

此外，也可以在每个挡板中设置两个或更多个开口或微通道11。

显然，如果挡板包括相对于板2单独地经由挤压、模制或成形而获得并且机械地插入于板2本身中的金属部段，可以特别地存在如上文所示的开口11。

由于这些挡板82、92，根据图11至图15的实施例的翅片能使得相应翅片组包自支承，增加了热交换并且增加了流体的速度，并且“主要”表面适于容纳或界定第二流体的通路。

挡板82、92可以包括经由挤压或成形，若需要通过纵向焊接而获得的例如金属的型材或部段，其然后能通过干涉而机械地插入或者固定到翅片上或者更好地利用高传导性焊接金属固定到其板上。

每个挡板82、92或者凹部可以在离界定壁7和更特别地离界定壁7的第二部分7b的一部段约1mm与约15mm之间的第五距离d5处。

那么在相应第三象限q3和第四象限q4中的每个挡板82、92相对于直线l2具有在约0°与50°之间的倾斜角ia3。

在每个挡板82、92与第二部分7b的相应部段之间的第一流动区fz1可以在5mm²与用于主要流体或第一流体通过的管的通路截面值之间。

如现在所描述的挡板82、92厚度也可以在0.1mm与12mm之间。

特别地参考根据本发明的翅片中的孔的几何形状和分布，限定以下内容：

-孔3或管4的排或行是在离入口部5a相同距离处的翅片的孔或接合于其中的管的集合；

-a是相同行的管的孔3或管4的间距或距离乘以这一行的管的数量；以及

-b是排的间距或距离乘以排的数量。

基于这些定义，根据本发明的翅片可以具有在10×10和100×100之间的a×b。

在下文中，表格报告了根据本发明的翅片以及将接合于其中的管的若干可能几何形状和大小。

为此目的，c和d预期表示在板2的边缘处的孔与相应板2的边缘的侧部之间的距离。上文报告c和d的值自然地仅出于例示目的而给出。

此外，翅片也可以在12mm或16mm直径的管的情况下具有等于48×41.75或者50×40的a×b，或者在具有约5mm直径的管的情况下具有等于20×20的a×b。

替代地，关于管或孔“偏移”的定义：预期相邻和连续行的孔参考横向方向a-a偏移，而定义“方阵(squaredpitch)”表示相邻和连续行的孔或管对准，全都参考横向方向a-a。为此目的，在根据本发明的翅片中，每行孔3包括沿着横向方向a-a与其它行的孔中的相应孔对准的至少一个孔和/或相对于其它行孔3中的孔偏移的至少一个孔，全都参考横向方向a-a。

实质上，根据本发明的翅片包括两个或更多个排或行的孔3，即，基本上离入口部5a相同距离的孔组。此外，相邻和连续行的孔能参考横向方向a-a偏移或对准。

此外，在根据本发明的翅片中，也可以设置用于定位加热元件的孔(或不设置)，例如具有等于9.5mm直径的通孔。

根据本发明的翅片厚度可以在0.1mm与0.4mm之间。

翅片之间的间距或距离可以在1.2与12mm之间。

根据本发明的翅片1可以具有平滑表面或所谓的“华夫饼”、“角锥形”或“湍流”表面。这种翅片也可以具有所谓的“锯齿状”或“平滑”边缘。

翅片1可以由任何合适材料例如铝、铝合金、铜、铜合金、钢、以不同合金的不锈钢诸如aisi304、aisi316等制成。

此外，翅片1可以通过表面处理进行修饰，例如涂漆、电泳或其它处理。

现参考图16，示出了用于热交换器的根据本发明的翅片组包10，其包括连续地一个接一个地或者一个紧邻另一个并且基本上彼此平行排列的多个翅片1。每个翅片1还具有与其它翅片1的通孔3对准的通孔3。

翅片组包10包括用于在多个翅片中的成对翅片之间的第二流体的引入开口10a和用于在成对翅片之间的第二流体的出口开口10b。翅片1的入口部5a在引入开口10a处而出口部5b在出口开口5b处。

插入于多个翅片1的对准通孔中的多个管4也设置于交换器中，管4具有朝向入口开口10a的第一区段4a和朝向出口开口10b的第二区段4b，翅片1具有绕相应管4的第二区段的一部分的一个或多个约束单元8、9。

如上文已经提到的那样，两个相邻并且连续的翅片1的面对的主面6在它们之间界定第二流体通过或横穿的相应区域，第二流体撞击接合于这些翅片中的管4的相应部段，并且这些管4连通挡板延伸穿过通过区以被第二流体的流动撞击。

翅片组包10可以包括上拼板10c、下拼板10d和另外在一侧用于管4的歧管10f和在另一侧用于发送在两个管4之间的第一流体的小叉10g。

若需要，每个翅片具有至少一个约束单元，具有用于定位挡板的两个贯通凹部并且每个约束单元的每个贯通凹部与其它翅片的相应凹部对准。在此情况下，翅片组包还包括用于每个约束单元的两个挡板，每个挡板插入于翅片1，优选地翅片组包10的所有翅片的相应系列对准的贯通凹部中。

根据这种变型，挡板或杆能构成翅片组包10的承载机械元件。这特别地适用于图6至图15示出的实施例。

此外，如果挡板界定开口11，翅片组包10或更好地相应热交换器可以包括用于将第三流体或第一流体进给到一个或多个挡板8、9、81、91、82、92的开口11内的装置。在此情况下，在挡板8、9、81、91、82、92的端部处，可以设置管接头，以及在一个挡板的端部与另一挡板的相应端部之间设置管状连接元件。实际上，在此情况下，可以设置由串联地和/或并联地连接在一起的挡板构成的用于第三流体的进给管道。

替代地，挡板可以彼此和与管4串联和/或并联，使得挡板和管能被进给第一流体。

翅片组包10的管4可以例如由铜和铜合金、不锈钢和其合金、铁和其合金、铝和其合金或者其它合适材料制成。

管也可以具有平滑或带凹槽的内壁，凹槽为例如倾斜凹槽、螺旋凹槽或者具有交叉螺旋的凹槽。

管可以具有在4mm与35mm之间，有利地5mm与22mm之间，优选地5mm、6.35mm、7.2mm、7.9mm、9.5mm、12mm、14mm、16mm或22mm的直径。

管厚度替代地优选地在0.15mm与1.50mm之间，并且更优选地，其等于0.25mm、0.28mm、0.32mm、0.35mm、0.4mm或0.5mm。

根据本发明的翅片组包可以集成或安装于：

-流体冷凝器或冷却器13(参看图17)，即，计划用于在待冷却的冷却剂流体与环境之间进行热交换的机器，其能采用液体、空气状或气态冷却剂流体；

-例如利用co2的气体冷却器14(参看图18)，其是计划用于在冷却剂流体诸如待冷却的co2与环境之间进行热交换的冷却器；或者

-干燥冷却器15(参看图19)，其也计划用于在待冷却的冷却剂流体与环境之间进行热交换，其能采用液体、空气状或气态冷却剂流体。

-空气蒸发器或空气冷却器，即，计划用于在被蒸发/加热的冷却剂与待冷却的次要流体之间进行热交换的机器，其可能采用液体、双相或气态冷却剂流体；

应了解，根据本发明的翅片和翅片组包允许绕孔和因此翅片管的整个表面而且也在面向出口部的每个管的区中输送第二流体。

因此，实际上，本专利申请的申请人能确定利用根据现有技术的翅片和翅片组包，第二流体正确地和均匀地撞击和影响管朝向翅片的入口部的部分，但是在一行的管与随后行的管之间的区域中，第二流体与管的外表面“分开”，因此，并不影响管朝向翅片的出口部的部分。自然地，这涉及热交换效率的大幅降低，因为与第一流体交叉的管的大部分外面并不与第二流体成热交换接触。

由于根据本发明的翅片和相应翅片组包的约束单元，第二流体实际上替代地紧邻管引导并且保持紧邻管，即使在其下游的区中，从而影响第二流体并且使第二流体与管的整个外面成热交换，显著地改进了可获得的热交换效率。

在权利要求限定的保护范围内，能对本发明做出修改和变型。