具有带凸缘的孔口的传热面的制作方法
【专利说明】具有带凸缘的孔口的传热面
[0001]本申请是申请号为200780038339.9 (PCT/CA2007/001484)、申请人为“达纳加拿大公司”、题为“具有带凸缘的孔口的传热面”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种热交换器，并且更具体地，涉及用于提高热交换器的热交换性能的诸如散热片、湍流增强器或湍流器的流动增强装置。
【背景技术】
[0003]在热交换器中，特别是那种用于加热或冷却诸如油的液体的热交换器类型中，通常使用流动增强装置以增强混流或湍流或者防止形成边界层，从而改善热交换器的热传递效率。过去，使用过多种类型的多孔金属(expanded metal)散热片或湍流增强器。一种常见的类型是波纹散热片，其中波纹形成有狭缝的图案并且波纹的材料横向移位以产生偏移开口。这样通过湍流增强器产生曲折的流动路径，从而增强湍流并破坏边界层。
[0004]在授予Joshi的美国专利N0.4，945，981中示出了另一种类型的湍流增强器。该专利示出了作为湍流增强器的百叶窗式散热片的使用。百叶窗式散热片通常用在气液热交换器的气体侧。然而，在该Joshi的专利中，百叶窗式散热片则位于通常容纳诸如油的液体的热交换器管或通道内。
[0005]多孔金属湍流增强器或百叶窗式湍流增强器所具有的一些困难在于，它们在热交换器中产生不希望的高的压降或流量损失，或者它们在热交换器中产生不规则或不均匀的流型。这会在热交换器的某些区域中产生滞留，但是即使不发生这种情况，不均匀的流型一般也表明未达到热交换器的理想热传递效率。
【发明内容】
[0006]在本发明中，波纹状传热面具有多个间隔开的孔口，该孔口具有相对的外围边缘部分，所述外围边缘部分包括用于增强热传递效率的横向凸缘。
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种用于热交换器的传热面，该传热面包括波纹状构件，该波纹状构件具有平行的、间隔开的脊和在脊之间延伸的平面散热片。所述平面散热片形成有间隔开的孔口，该孔口具有相对的外围边缘部分。此外，每个孔口的相对的边缘部分包括从平面散热片横向延伸的相应凸缘。
[0008]根据本发明的另一个方面，提供了一种热交换器，该热交换器包括通常平坦的管，该管具有间隔开的第一和第二壁。管中设置有波纹状传热面。传热面包括平行的、间隔开的脊，在脊之间延伸有平面散热片。交替的脊分别与第一和第二壁接触。平面散热片形成有间隔开的孔口，该孔口具有相对的外围边缘部分。此外，每个孔口的相对的外围边缘部分包括从平面散热片横向延伸的相应凸缘。
[0009]根据本发明的另外又一个方面，提供了一种制造传热面的方法。所述方法包括提供片材的步骤。给片材穿孔以形成间隔开的、平行的多行间隔开的孔口，该孔口具有包括横向凸缘的相对的外围边缘部分。另外，沿平行于该多行孔口的弯折线使片材横向弯折。弯折线在多行孔口之间间隔开，从而沿弯折线形成脊并且平面散热片在脊之间延伸。
【附图说明】
[0010]现在将参照附图通过示例来描述本发明的优选实施方式，在附图中:
[0011]图1是包括根据本发明的传热面的优选实施方式的热交换器或热交换器管的透视图；
[0012]图2是图1中示出的传热面的从正面、左侧的透视图；
[0013]图3是图2中示出的传热面的正视图；
[0014]图4是图2的由虚线圈4所指示的部分的放大侧视图；
[0015]图5是类似于图2的透视图，但是示出根据本发明的传热面的另一种优选实施方式；
[0016]图6是图5的由虚线圈6所指示的部分的放大侧视图；
[0017]图7是根据本发明的散热片孔口的优选构造的透视图；
[0018]图8是根据本发明的散热片孔口的另一优选构造的透视图；
[0019]图9是根据本发明的散热片孔口的另外又一优选构造的透视图；
[0020]图10是图4或图6的沿10-10线的示意性剖视图；
[0021]图11是类似于图10的示意性剖视图，但是示出略微偏置的散热片孔口 ；
[0022]图12是类似于图11的示意性剖视图，但是示出偏置稍大的散热片孔口 ；
[0023]图13是类似于图11和图12的示意性剖视图，但是示出完全偏置的散热片孔口 ；
[0024]图14是类似于图11和图12的示意性剖视图，但是示出具有不同宽度和角度的凸缘的散热片孔口；
[0025]图15是类似于图14的示意性剖视图，但是示出偏置的散热片孔口和更高的散热片密度；
[0026]图16是示出具有不同宽度或大小的散热片孔口的类似于图10的示意性剖视图；
[0027]图17是示出具有不同大小和间距的散热片孔口的另一实施方式的类似于图10的示意性剖视图；
[0028]图18是示出具有不同大小和不同间距的散热片孔口的另外又一实施方式的类似于图10的示意性剖视图；
[0029]图19是示出菱形孔口的散热片的一部分的平面图；
[0030]图20是示出三角形孔口的类似于图19的平面图；
[0031]图21是示出圆形孔口的类似于图19的平面图；以及
[0032]图22是示出沙漏形孔口的类似于图19的平面图。
【具体实施方式】
[0033]首先参见图1，大体由附图标记10来指示根据本发明的简单交换器的优选实施方式。热交换器10包括容纳有湍流增强器或传热面14等的单管12，并且能够用于通过将热量传递至管12周围的环境流体或从所述环境流体传递出热量来加热或冷却一种流经管12的流体。然而更为可能的是，管12可以是构建模块，从而使得多个这种管12可以以间隔开的关系垂直地堆叠，同时波纹状散热片设置在管12之间。在管12的各个端部处的开口端16或者可以形成用于热交换器的相应的流体入口和出口，或者可以附连成与歧管或总管(未示出)连通以将流体供给至管12的堆垛和从管12的堆垛接受流体。
[0034]传热面14还能够附连至管12的外表面或者设置于堆叠的、间隔开的管12之间。在传热面14用于管12内部的情况下，因为它们使流动通过管的流体产生湍流或增强湍流，所以通常称它们为湍流增强器。然而，取决于流速，传热面14可以仅导致流体中的混流而非实际的湍流。为了公开的目的，名称“湍流增强器”旨在包括在湍流或非湍流的所有流态下操作的传热面。
[0035]下面参见图2、图3以及图4，可以看出传热面或湍流增强器14是波纹状构件18，其具有平行的、间隔开的上脊20和下脊22以及在脊20、22之间延伸的平面散热片24。在图2和图4所示的实施方式中，上脊20和下脊22通常是平坦的，并且平面散热片24通常是直立或垂直且平行的。
[0036]平面散热片24形成有多个间隔开的、“火山状”穿孔或孔口 26。孔口 26是细长的并具有沿横向于脊20、22的方向延伸的纵轴线。下文还将结合图7、图8和图9来描述孔口
26 ο
[0037]应当理解，如图1所示，管12通常是具有顶部和底部或间隔开的第一和第二壁28和30以及纵向侧壁32的细长管。湍流增强器的上脊20和下脊22通常与第一和第二壁28、30的内表面接触，并且如果热交换器10由铝制成，那么湍流增强器的脊20、22通常会铜焊至第一和第二壁28、30上。如图1所示，湍流增强器14设置在管12中，使得上脊20和下脊22横向于管12的纵轴线34设置。因此通过管12的流动将垂直于脊20、22。这被称作湍流增强器14的高压降方向。该高压降方向横向于平面散热片24，并且孔口 26沿该高压降方向延伸。然而，湍流增强器14还具有平行于平面散热片24的低压降方向。湍流增强器14可以旋转90°，使得上脊20和下脊22平行于管12的纵轴线34延伸。于是孔口 26将横向于流经管12的纵向流动方向延伸。在散热片24是直立的并与管壁28、30平行或垂直的情况下，通过孔口 26的流动大体与散热片24垂直或正交。
[0038]下面参见图5和图6，示出了传热面或湍流增强器40，除了间隔开的上脊42和下脊44是圆的并且平面散热片46相对于彼此是倾斜的之外，该传热面或湍流增强器40类似于湍流增强器14。因而散热片同样相对于管壁28、30是倾斜的。
[0039]下面参见图7、图8以及图9，孔口 26具有相对的外围边缘部分48、50。外围边缘部分48、50具有从平面散热片24、46横向延伸的相应的凸缘52、54。在图7至图9中，与各个孔口 26相关联的横向凸缘52、54相对于彼此略成角度。然而，横向凸缘52、54可制成垂直于平面散热片24、46。即使在如图7至图9所示的凸缘52、54相对于彼此成角度的情况下，为了说明的目的仍然认为凸缘大体垂直于平面散热片24、46。
[0040]在图7中，可以看出，与孔口 26相关联的凸缘绕孔口 26的外围是连续的。这种构造产生上述称作火山状的孔口 26。在图8和图9中，与各个孔口 26’和26”相关联的凸缘绕所述孔口的外围是裂开的或中断的。如下文将进一步描述的，这源自于形成孔口的方法。
[0041]在图4和图6所示的实施方式中，所有孔口 26或至少凸缘52、54在湍流增强器中沿相同的方向延伸。如上所述，通过这些孔口的流动是指沿高压降方向流动。实际上，在图4和图6中，从右至左流动时的压降略高于从左至右流动时的压降。在图4所示的实施方式中，交替的平面散热片24上的凸缘52、54在湍流增强器中能够在相反的方向上延伸。如果散热片24间隔得足够远以至于相邻散热片中的凸缘52、54不会互相干扰，那么在图6的实施方式中同样能够这样。当凸缘52、54在交替的平面散热片24中在相反的方向上延伸时，在