冷却器的制作方法

本发明涉及一种冷却器，其包括具有相互平行延伸的通道的、以堆叠结构方式的多个单独的冷却元件，所述通道分别限定用于被待冷却的液体介质穿流的流动空间，在所述通道之间延伸有至少两层单独的多排曲折翅片，所述层分别彼此限定用于被空气穿流的另外的流动空间。

背景技术：

这类用作液体-空气热交换器的冷却器是现有技术，例如参见de102014001703a1。为了实现对于相应应用目的所需的冷却功率，空气-液体冷却器通常作为具有冷却鼓风机的主动冷却器运行，冷却鼓风机在流动空间中产生对于有效热交换所需的空气流动。为了避免与使用鼓风机相关的装置和能源成本，参见de102011107013a1已知，在用于向环境排放在风力发电设备中产生的损耗热量的冷却器中，利用绕流吊舱或塔架的风流来产生冷却空气。如在所提及的文献中所示，为了在流动空间中实现足够高的流速，将相应的热交换器设置在风力发电设备上的如下位置处，在该位置处气流通过由风力发电设备的几何形状产生的排挤作用加速。

该解决方案不是最佳的，因为强制将热交换器设置在特定位置上防碍对吊舱和/或塔架的几何形状的自由设计。即使冷却器的安装位置特殊，热交换的效率仍有待改进，因而可能需要附加的通风机作为主动流动增强器。

从de2163951b2已知一种同类型的热交换器，其具有设置在被流体穿流的管道内部的干扰元件，该干扰元件由薄金属带制成且具有成排设置的、从通孔弯曲的、突出的凸片，其弯曲的端部贴靠在管道内壁上，所述凸片分别设有窗口，并且在金属带中附加地在通孔之间设有横向设置的凹口。由此应改善流动介质的湍流并由此确保良好的热传导。但基于通过上述干扰元件引入的阻碍，无论如何都会出现压力损失，即使这些压力损失被称为很小，并且待冷却流体在热交换器中的停留时间更长，这减少了待冷却流体的通过量并因此劣化了热交换器的整体能量平衡。

由wo03/076860a1已知另一种尤其是用于机动车的、以热交换器形式的冷却器，其具有在内部可被第一流体穿流并且在外部可被加载第二流体的扁平管，所述扁平管基本上横向于第二流体的流动方向并且相互平行地且彼此间隔开地设置并且在此形成用于第二流体的、贯穿热交换器的流动路径，在这些流动路径中设置有冷却肋片，它们分别在相邻的扁平管之间延伸，作为冷却肋片设置多个在第二流体的流动方向上依次设置的波纹状肋片，它们彼此侧向偏移。扁平管设有用于导流的导流元件并且在端部引导流体地连接到总管或集流管中。波纹状肋片分别形成多个单独的仅一层一排曲折翅片，它们依次设置并且横向于扁平管的穿流方向看彼此间具有偏移并且在翅片壁中具有鳃状狭槽以改善待引导的第二流体的热传递，这也有助于增加热交换器的稳定性。

技术实现要素：

基于该现有技术，本发明的任务是提供开头所提类型的冷却器，其具有高效率、自身稳定且实现成本低。

根据本发明，所述任务通过具有权利要求1全部特征的冷却器来解决。

由于根据权利要求1的特征部分特征，相应的流动空间在没有障碍物的情况下能够使液体介质在一个穿流方向上以层流的方式穿流可配设的通道，实现了待冷却的液体介质的高通过量，这导致在能量方面的有利运行，同时具有高冷却效率。

由于此外每个翅片的横向于液体介质的穿流方向看的高度至少具有与相邻设置的通道的流动空间的平行于相应翅片的延伸方向看的自由穿流横截面相同的高度，并且在每一层中多排多个翅片依次设置，这些排沿通道的穿流方向看彼此间分别具有偏移，由于相应冷却元件的堆叠层直接相互叠置地设置，与单层系统相比，实现了非常高的空气通过量，从而实现了高效率，因此根据本发明的冷却器作为被动的、利用周围气流的热交换器可特别有利地使用在例如根据de102012017462a1、根据专利权利要求13的特征设计的风力发电设备中。在不通过额外的冷却引导元件、如鳃状狭槽削弱壁的情况下，由此实现了无阻碍的流动引导和高热交换，此外这可以特别稳定且低成本的方式实现。

以堆叠结构方式的接连的流动空间层的被空气流过的翅片分别与一个相配设的冷却介质通道热接触。这允许大大增加从待冷却的液体介质的热量排放，因此根据本发明的冷却器的特点是即使在冷却空气的有限流速下也有很高的冷却功率并且因此可特别有利地且在可自由选择风力发电设备上的安装位置的情况下使用。具有相应大的接片高度的翅片在此能实现高的冷却空气通过量，同时在冷却器的翅片和冷却空气之间具有相应高的热传递。

在一种优选实施例中规定，每层翅片的至少一部分相互连接地、分别接片状地在两个分别相对置的、以连接接片形式的转向部之间形成波纹形状的情况下延伸，并且在连接到冷却元件的相邻设置的通道上的共同的平面中两个相邻层的贴靠在该平面上的转向部重叠地彼此面对。

在冷却器竖立时的垂直平面中看，彼此重叠的翅片部件允许简化制造，因为对于整个冷却器总是可使用相同形状的金属板部件。作为材料可以提供金属板材料，其优选由导热良好的铝材料制成。在根据本发明的冷却器的一种有利实施方式中，在相应的平面中分隔壁平行于液体介质在通道中的穿流方向延伸。在冷却器运行时分别水平设置的分隔壁增加了整个装置内的翅片层的稳定性并且同时增加了热传递。

有利的是，相应的分隔壁在此具有与形成波纹形状的翅片相同的材料厚度。使用统一的金属板壁厚简化了制造并降低了成本。

在此有利的是，单个接片状翅片的接片高度优选是用于引导待冷却液体的通道的流动空间的高度的三到六倍、特别优选是五倍。接片高度的倍数同时意味着相对于在相应引导介质的通道中待冷却介质的体积获得数倍的翅片空气冷却表面。由此实现了冷却空气的高通过量和每个单独的冷却元件的大热传递，由这些冷却元件以堆叠结构方式形成冷却器。就此而言，实现了待冷却介质和冷却介质(空气)之间的最佳量比。

有利的是，每个通道的流动空间具有自由开口横截面，其仅由周向的通道壁以矩形方式限定，通道壁的材料厚度优选相应于相应翅片的壁厚。

此外有利的是，偏移选择为，使得设置在两个相互平行延伸的且彼此无偏移的翅片排之间的另一翅片排以其相应翅片相对于这两个邻接的翅片排的相邻翅片平行于相应通道沿所述通道的穿流方向看偏移可预定的轴向距离。通过偏移形成一种用于冷却空气的空气配设器，其具有改进的、更均匀的流动引导，这导致特别有效的热传递。页片偏移也可以在冷却器的正面前视图中看到，其中偏移的排相对于相邻的排——在液体穿流方向上看——突出或后退上述的轴向距离。

有利的是在此可规定，所述偏移在3mm和8mm之间、优选在4mm到6mm之间、特别优选在5mm到5.9mm之间。在此优选对于在邻接的相应通道之间具有更大高度或长度的翅片，也为偏移设置更高的值。

在有利的实施例中，单个翅片的横向于通道的穿流方向看的高度在5mm和15mm之间、优选为12mm，并且具有多个在水平面中依次设置的翅片排的冷却器的总深度在60mm和90mm之间、优选63mm和82mm之间。

在特别优选的实施例中，由金属板材料制成的翅片的厚度或壁厚为0.15mm至0.4mm、优选为0.2mm，并且翅片排之间的、由金属板材料制成的、作为分隔壁的板的厚度为0.2mm至0.8mm、优选为0.4mm。使用铝作为用于翅片和相应通道的金属板材料是有利的。

在特别有利的实施例中，相应翅片排的曲折形状具有相互平行延伸的翅片并且翅片排的两个相邻翅片分别通过转向部或者说连接接片彼此一体式地连接，这些转向部平行于通道及其分界壁在通道的穿流方向上延伸。通过转向部上的连接接片的平行延伸，这些连接接片与通道的分界壁全表面地接触，从而形成扩大的接触面，以用于将热量从翅片传导到相应通道。在运行期间由于热膨胀而出现的热应力通过曲折翅片的这些转向部得到补偿。

在冷却器的一种优选实施方式中，翅片排和通道在两个引导介质的主撑杆之间延伸，所述主撑杆与通道形成流体连接并且形成矩形端面作为冷却器表面，在此20至48个、优选25至63个、特别优选54个通道形成有效冷却器表面。大量的通道能实现通道表面与待冷却介质体积的有利比率并且特别是在与冷却器的其它几何设计相结合的情况下能实现特别有效的冷却。

根据权利要求13，本发明的另一技术方案也是一种风力发电设备，其中，至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的冷却器在空间上配设给该设备的吊舱，以便仅借助叶片气流和/或其它纯风力驱动的环境空气在无风扇驱动的情况下自由穿流流动空间。根据本发明的冷却器允许显著增加从待冷却的液体介质的热量排放，因此它的特点是冷却功率高，即使在冷却空气的流速有限的情况下亦是如此，因此它可特别有利地且可自由选择在风力发电设备的吊舱上的安装布置的情况下面向环境地使用。

附图说明

下面根据附图中所示的实施例详细阐述本发明。附图如下：

图1示出风力发电设备的与吊舱相邻的端部区域的高度示意性简化且断开示出的透视斜视图，其设有两个根据本发明的冷却器；

图2示出根据本发明的冷却器的实施例的透视斜视图；

图3和图4示出冷却器的实施例的前视图和俯视图；

图5示出与实际实施方式相比放大约两倍示出的在图3中由v表示的实施例局部区域的视图；

图6示出沿气流方向接连的两排翅片的区段的前视图；

图7和图8示出三排沿气流方向接连的翅片的透视斜视图和俯视图；和

图9以正面前视图示出未连接到用于待冷却介质的主撑杆上的通道的一部分的透视图，为了更好地显示，壁厚被放大地示出。

具体实施方式

图1以高度简化图示出风力发电设备2的吊舱4，其可旋转地设置在仅象征性示出的塔架6上。在位于吊舱4前侧8上的旋翼中仅可见轮毂10连同其余部分未示出的旋翼叶片的叶片根部12。两个根据本发明实施例的冷却器18彼此并排设置在吊舱4的上侧14上，使得冷却器的端面16暴露于沿吊舱表面14流动的风流中。冷却器18的更多细节在图2至9中可知。

如图2和3所示，冷却器18的暴露于风流的端面16的轮廓是方形的。形成支承结构的主撑杆20在两侧连接到端面16上，每个主撑杆具有接片状空心箱的形状，该空心箱具有任意形状、在该所示实施例中具有方形的横截面并且分别形成用于待冷却的液体介质的集流室。介质可以是水-乙二醇混合物，其被在风力发电设备运行过程中产生的损耗热量加热，该损耗热量应被排放到环境空气中。为了介质的流入和流出，在撑杆20上设有接头22，所述接头形成通往相应集流室内部的介质通路。虽然在图2至4中显示接头位于撑杆20的上端部上，但可以理解，当冷却器18安装在吊舱4的上侧14时，接头22适宜地被设置在朝向吊舱上侧14的下侧上。

在附图所示的实施例中，方形轮廓的边长和因此冷却器的垂直于端面16的平面测量的深度是63mm。撑杆20的在图3的图平面中测量的高度和撑杆20的间距确定为，使得端面16形成暴露于环境风的矩形端面16作为冷却器表面。在撑杆20之间延伸有分界壁24，各分界壁在图2和3中仅部分地标示并且各分界壁由薄的表面平坦的铝板制成，其宽度相应于撑杆20的方形轮廓的边长，参见图4。参见图5和9，分界壁24分别以两个一组组合，在所述组中壁24以相同的间距相互平行延伸并且与前壁23和后壁23'在其之间形成用于尤其是液体形式的待冷却介质的通道25。以相同的间距相互平行地延伸的两个一组的分界壁24在其之间分别限定由两个流动空间26和28组成的复合结构，这两个流动空间通过另一用作分隔壁27的板分开，环境空气可从形成冷却器表面的端面16穿流这两个流动空间。形成在分界壁24之间的通道25以其端部分别与撑杆20内部中的集流室流体连接并且在运行期间被待冷却的液体介质穿流。在本示例中通道25的横向于通道纵向方向测量的宽度分别为3mm。

附图中所示的冷却器18由具有相互平行延伸的通道25的以堆叠结构方式的多个单独的冷却元件1形成。在此单个冷却元件1在任何情况下都包括具有两层3、5曲折翅片34的复合结构，在此冷却元件1的两层3、5由分别在水平面e中延伸的分隔壁27分开。

尤其是如图9所示，具有矩形、尤其是方形横截面的相应通道25在上侧和下侧由壁24限定并且由前壁23和后壁23'限定。就此而言，所提到的通道25形成一种流动空间29，该流动空间在保持无障碍的情况下允许待冷却的液体介质在一个穿流方向上以层流方式穿流通道25。

每个翅片34的横向于液体介质的穿流方向看的垂直高度h1至少具有与相邻设置的通道25的流动空间29的平行于相应翅片34在其高度定向上的延伸方向看的自由穿流横截面相同的高度h2。在每一层3、5中又存在多排36的多个翅片34，这些排沿水平方向依次设置(参见图7和8)并且分别沿通道25的穿流方向看彼此间具有偏移p(参见图6)。沿水平方向看向冷却器18的端面，可以看到依次设置的排36的这种轴向偏移p。

如从图5至图9可以看出，为了将穿流通道25的液体介质的热量传递到穿流流动空间26和28的空气中，在流动空间26和28中设有翅片34，其表面被穿流的冷却空气流过。如在图7和8中最佳所示，在附图中仅部分标示的翅片34设置成翅片排36，这些排36在平行于端面16平面的方向上延伸并且这些排36沿流动方向看依次设置。相同构成的翅片34分别由具有矩形轮廓的铝板制成的金属板部件形成，在本实施例中，金属板厚度为0.2mm。翅片34在平行于空气流动方向的且垂直于通道25的纵向方向的方向上延伸并且具有高度h1，该高度相应于相配的流动空间26或28的高度。在本示例中，流动空间26和28的高度以及相应地翅片34高度h1为10.3mm。在邻接分界壁24的端部上，翅片34通过一体式延续金属板材料的、形成转向部38的连接接片(在附图中也未全部标示)连接，这些连接接片表面平坦地贴靠在所面对的分界壁24上并且通过粘接或焊接固定在其上。通过转向部38的表面平坦的贴靠，每个翅片34与通道25处于良好的导热接触中。这也适用于翅片34在形成分隔壁27的板上的接合，所述板分别沿水平方向延伸。

如图7和8所示，翅片34排36沿流动空间26的空气流动方向无间隔地依次设置，接连的排36分别交替向一侧或另一侧沿通道25的纵向方向并且因此沿其穿流方向看轴向移动连接接片或转向部38的一半宽度。如在图8中以虚线40所示，由此为了空气穿流流动空间26而借助分流形成之字形延伸的流动路径。在本实施例中，翅片34的沿流动方向测量的宽度或者说其深度相应于翅片34的高度h1，翅片排36的沿流动方向测量的数量选择为，使得冷却器63的本实施例的深度为63mm。连接接片38的沿通道29纵向方向测量的宽度选择为，使得翅片34的在图6中以p表示的偏移在本实施例中为5mm。

翅片排36的在本发明中提供的布置及其几何设计连同通过连接接片38形成的作为分界壁24上的转向部的接触面能实现特别有效的热耦合，以便将热量从通道25中被加热的介质传递到翅片34，这些具有大面积表面的翅片34被空气流过。由于此外每个流动空间的翅片排36不仅与引导空气的通道26而且也与通道28进行热交换，因此根据本发明的冷却器提供的冷却效率允许冷却器18在自由选择风力发电设备的吊舱4上的安装位置的情况下用于排放在运行时产生的损耗热量，而不需要辅助的、电机驱动的辅助鼓风机。这在现有技术中没有对应物。