专利名称：叠层热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用在车辆空气调节系统的冷却循环等过程中的叠层热交换器，它是通过将管状零件和散热片交替地分层布置在多个高度上的方式构成的，具体地说，本发明涉及这样一种叠层热交换器，它采用这样一种结构，其中，在管状零件的一侧形成有一对液槽部分，而在叠层方向的一端或在空气流动的方向上在主芯体的端面上设置有供热交换介质进出的进口/出口部分。
为了适应热交换器小型化的需要和改善热交换效率，申请人已研制了一种如
图1和2所示的热交换器并且已做了许多涉及此热交换器的研究工作。在此叠层热交换器中，通过将管状零件与散热片2交替地分层布置在多个高度上的方式形成主芯体，将设置在每个管状零件一侧处的一对液槽部分12制成可经一个U形通道部分13连通，必要时通过使毗邻的管状零件的液槽部分12之间形成连通的方式在主芯体内形成一条具有多个通路的热交换介质流动通道，在叠层方向上在主芯体的一端处设置供热交换介质进出的进口/出口部分(进口部分4和出口部分5)，这些进口和出口部分中的一个(进口部分4)被制成与一个液槽排21连通，该液槽排通过一个连通管30构成热交换介质流动通道的一端，而进口和出口部分中的另一个(出口部分5)则被制成与一个液槽排22连通，该液槽排构成热交换介质流动通道的另一端。
申请人不仅对上面描述的热交换器而且还对在现有技术中已知的一侧液槽式叠层热交换器进行了各类研究工作。例如，图10和11示出了这样一种热交换器。在此热交换器中，将管状零件与散热片2交替地分层布置在多个高度上的方式形成主芯体，将设置在每个管状零件一侧(向着图面的底部)处的一对液槽部分12制成可经一个U形通道部分13连通，必要时通过使毗邻的管状零件的液槽部分12之间形成连通的方式在主芯体内形成一条具有多个通路的热交换介质流动通道。在这些方面，此热交换器与前面描述的热交换器类似。但是，此热交换器在空气流动的方向上在主芯体的端面处设置有供热交换介质进出的进口/出口部分(进口部分4，出口部分5)。
在上面描述的这些热交换器中，当热交换介质通过进口/出口部分中之一个(进口部分4)流入时，热交换介质直接地或经连通管30进入构成热交换介质流动通道的一端的液槽排21内。在流过多个通路之后，热交换介质到达构成热交换介质流动通道的另一端的液槽排22，然后通过与液槽排22连通的进口/出口部分的另一个(出口部分5)流出。在此过程中，热交换介质向上或向下流过管状零件的U形通道部分13的流动被计为一个通路，例如，其中热交换介质从构成热交换介质流动通道的一端的液槽排起流过U形通道部分13两次才到达构成另一端的液槽排的热交换器被称为4通路热交换器，如果它流过U形通道部分三次，则称为6通路热交换器。
但是，在第一类热交换器，即4通路冷却热交换器中，其中，热交换介质流过一个没有隔开部分18的液槽组，当它从第二通路流到第三通路时，如图9A所示那样，冷却剂势必会在垂直于上述结构中的空气流的方向上流动，其中冷却剂会从主芯体的一端流出。这会导致冷却剂集结在管状零件中靠近出口处(在叠层方向的一端)。换句话说，在从第三通路延伸通过第四通路的区域内，冷却剂并不会迅速地朝靠近隔开部分18侧流动，这已通过实验证明了；实验结果在图7和8中以虚线示出，它证实了在隔开部分靠近出口处的区域中的管子温度和通过的空气的温度比其他区域中的高。
在本说明书中，图7至12中的管子温度(管温)指管状零件自身的温度，而管子编号(管号)指从图1和10前左侧起指定的管子编号。而且，通过的空气的温度(空气温度)是指通过管状零件之间的区域的空气的温度，与管状零件的热交换就是借散热片完成的。空气的温度是在下游侧离开主芯体的端面1-2cm的位置处测定的。
在6通路热交换器中，热交换介质流也是在背离隔开部分18朝向出口侧的区域中集结，如图9B所示的那样。因此，可以认为在隔开部分靠近出口的区域中的管子温度和通过的空气的温度与其他区域中的温度不同。
此外，在后一类的热交换器中，即4通路冷却热交换器中，当流速随着单位时间的冷却剂流量的增加而增加时，冷却剂在从第二通路流过第三通路时会向叠层方向上的端部集结，如图14所示，并且冷却剂在从第三通路延伸通过第四通路的区域中不易在朝向隔开部分18的区域中流动。通过图12中的虚线所标示的实验结果清楚地证实了冷却剂是以这样的方式流动的，该图显示在靠近隔开部分18的区域中的流过的空气的温度比其他的区域中的温度高。
因此，本发明的目的是提供一种叠层热交换器，其中，热交换介质可以均匀地流遍管状零件而不会集结在任何区域中，借此就可以在热交换效率上获得改善。
申请人发现，当使热交换介质充分地流过靠近隔开部分的管状零件时，通过改变从液槽组中的一个偶数通路流到一个奇数通路的热交换介质的流动状态，就可以防止热交换介质在任何特定区域中的集结，这会导致主芯体中近乎一致的温度分布，申请人就是基于此观测结果完成了本发明。
为了实现上述目的，本发明的叠层热交换器是通过将管状零件和散热片交替地分层布置在多个高度上以形成一个主芯体的方式构成的，在每个管状零件的一侧设置有一对液槽部分，和一个使该对液槽部分之间连通的U形通道部分。通过在必要时将通过将管状零件的液槽部分结合构成的液槽组分隔开的方式在主芯体中形成一条具有多条通路的热交换介质流动通道。在叠层方向上的主芯体的一端上设置有供热交换介质进出的进口/出口部分，进口/出口部分中的一个经一个连通管在热交换介质流动通道的一端处与液槽排连通，进口/出口部分中的另一个在叠层方向上的一端处与构成热交换介质流动通道的另一端的液槽排连通。在液槽组中至少一个这样的部位，即介质流在多条通路中从偶数通路转换到奇数通路的部位处，设置一个限制流动通道横截面的约束部分。
因此，在此结构中，流过进口/出口部分中的一个的热交换介质经该连通管进入构成热交换介质流动通道的一端的液槽排内，在多次通过主芯体后到达构成热交换介质流动通道的另一端的液槽排，并经进口/出口部分中的另一个在叠层方向上从此液槽排的另一端流出。在此过程中，在介质流在多条通路中从偶数通路转换到奇数通路的区域中，热交换介质倾向于朝出口流得较多。但是，由于在介质流在液槽组中从偶数通路(偶数路径)转换到奇数通路(奇数路径)的区域中，设置有一个限制流动通路横截面的约束部分，因此，由约束部分等导致的减小的流速，会使得热交换介质如流过其它管状零件那样，以足够的流量流过靠近隔开部分上的出口的管状零件。用这样的方法，如图7和8中实线所示的那样，温度分布上的大的偏差就得以消除，从而达到了上述的目的。
另一种方法是，可达到同样的目的的另一个叠层热交换器是通过将管状零件和散热片交替地分层布置在多个高度上以形成一个主芯体的方式构成的，在每个管状零件的一侧设置有一对液槽部分，和一个使该对液槽部分之间连通的U形通道部分，其带有一条通过在必要时将通过将液槽部分结合构成的液槽组分隔开的方式在主芯体中形成的包括多条通路的热交换介质流动通道。在垂直于叠层方向的方向上在构成热交换介质流动通道的两端的液槽排中设置有供热交换介质流进和流出的进口/出口部分并且在液槽组中至少一个这样的部位，即介质流在多条通路中从偶数通路转换到奇数通路的部位处，设置一个限制流动通道横截面的约束部分。具体地说，在此结构中，进口/出口部分可以在空气流动的方向上设置在液槽排的端面(例如，主芯体的前表面)上。
同样，在此结构中，已通过进口/出口部分中的一个流入的热交换介质流进入构成热交换介质流动通道的一端的液槽排，在多次流过主芯体后到达构成热交换介质流动通道的另一端的液槽排，然后经进口/出口部分中的另一个流出。在此过程中，在介质流从偶数通路转换到奇数通路的区域中，如果流速高的话，热交换介质倾向于以集中的方式从偶数通路流走。但是，由于在液槽组中在介质流从偶数通路(偶数路径)转换到奇数通路(奇数路径)的区域中设置有限制通道横截面的约束部分，因此，由约束部分等导致的减小的流速，会使得热交换介质如流过其它管状零件那样，以足够的流量流过靠近隔开部分的管状零件。这样，如图12中实线所示的那样，就不存在温度分布上的大的偏差，从而达到了上述的目的。
在此结构中，约束部分是在与设置有隔开部分的液槽组相对的液槽组内形成的，最好在这样的位置处提供约束部分，该位置与液槽组中设置有隔开部分的叠层中的位置对应。此外，该约束部分可以由多个孔构成。
虽然约束部分的形式可以包括许多种变更形式，但是，已经证实，在给定的面积下，两个孔的构形要比一个孔的构形在温度分布方面提供较大的一致性，并且在必要时通过调节孔的数量，它们的形状和尺寸，就可以获得灵敏的调节，同时保持实际上是一致的温度分布。因此，在实际使用中，权利要求4所述结构的优点是很大的。此外，必须设定一个与压力损失和主芯体的热排放量有关的合适的约束部分。如果约束部分的横截面积较小，就会导致较大的压力损失，并且伴随有热排放量的减少，而如果约束部分的横截面积太大，压力损失就会减小，但是，热交换介质的不均匀分布(这是现有技术中的问题)就变得明显了。由于这样，最好是约束部分的横截面积S1和将液槽部分之间连通的通孔的横截面积S2保持这样的关系0.25≤S1/S2≤0.80。
熟悉本发明所涉及领域的人在阅读了下面结合示出较佳实施例的附图所给出的说明之后就能较好地理解和领悟本发明的上述和其他的特征和所伴随的优点。在附图中图1示出一个热交换器内的与空气流的方向垂直的端面，该热交换器是本发明的叠层热交换器的第一种模式；图2A示出图1所示的叠层热交换器的设置有进口/出口部分的侧面，图2B示出图1所示的叠层热交换器的底面；图3示出构成用在叠层热交换器中的管状零件的成形板，其中图3A示出正常的成形板6a，图3B示出设置有一个隔开部分的成形板6b，图3C示出设置有一个约束部分的成形板6e；图4～6示出约束部分的各种变型；图7是一幅特征曲线图，它示出叠层热交换器中的管状零件的温度；图8A是一幅特征曲线图，它示出通过第一模式的叠层热交换器的上部的空气的温度(在管状零件之间通过上半部的空气的代表性温度)，图8B是一幅特征曲线图，该图示出通过第一模式的叠层热交换器的下部的空气的温度(在管状零件之间通过下半部的空气的代表性温度)
图9A是一幅原理示意图，它示出在现有技术中的4通路叠层热交换器内的热交换介质的流动，该热交换器在叠层方向上于主芯体的一端处设置有供热交换介质进出的进口/出口部分，该主芯体没有设置约束部分，而图9B也是一幅原理示意图，它示出现有技术中的没有约束部分的6通路叠层热交换器中的热交换介质的流动；图10示出在一个叠层热交换器内的与空气流的方向垂直的端面，该叠层热交换器是本发明的叠层热交换器的第二模式；图11A示出图10所示的叠层热交换器的侧面，而图11B示出图10所示的叠层热交换器的底面；图12A是一幅特征曲线图，它示出通过第二模式的叠层热交换器的上部的空气的温度(在管状零件之间通过上半部的空气的代表性温度)，图12B是一幅曲线图，该图示出通过第二模式的热交换器的下部的空气的温度(在管状零件之间通过下半部的空气的代表性温度)；图13是一幅特征曲线图，它表示主芯体的热排放量Q和压力损失ΔPr与约束部分的横截面积S1与将液槽部分之间连通的通孔的横截面积S2的比值的关系；图14是一幅原理图，它示出在一个现有技术的4通路叠层热交换器中的热交换介质的流动，该叠层热交换器在空气流动的方向上在主芯体的端面处设置有进口/出口部分，但没有设置约束部分。
下面结合附图对本发明的实施例进行解释。在图1和2中，叠层热交换器1是一个4通路型蒸发器，例如带有通过将散热片2和管状零件3交替地分层布置在多个高度上形成的主芯体和在管状零件3的叠层方向上的一端处设置的供热交换介质进出的一个进口部分4和一个出口部分5。除了在叠层方向的两端处的管状零件3a和3b，设置有后面将作说明的延伸的液槽部分的管状零件3c，大致地处在中心处的管状零件3d和毗邻管状零件3d的管状零件3e之外，所有的管状零件3都是通过将两个成形板6a结合起来的方式构成的，其中一个示出在图3A中。
成形板6a是通过这样的方式成形的冲压加工一块铝板，使其具有两个在一端形成的用于液槽构造的碗型扩张部分7和7，一个与碗型扩张部分连续成形的用于通道构造的扩张部分8，一个在用于液槽构造的扩张部分之间形成的用于安装一个连通管的凹入部分9(后面将对其作说明)和一个在用于通道构造的扩张部分8内形成并从两个用于液槽构造的扩张部分7和7之间的区域延伸到靠近成形板6a的另一端的区域的突伸部分10。此外，在成形板6的另一端处，设置有一个用于防止散热片2在钎焊前的装配过程中脱落的突片(示于图1中)。
用于液槽构造的扩张部分7被制得比用于通道构造的扩张部分8扩张得更大，而突伸部分10被成形在位于与成形板的边缘处的结合边同一高度上。当两块成形板6a在它们的边缘处结合起来时，它们的突伸部分10也被结合起来，从而形成一对带有用于液槽构造且相互面对的扩张部分7的液槽部分12和i2和形成一个带有用于通道构造且相互面对的扩张部分8的U形通道部分13，该U形通道部分13用于使液槽部分之间连通。
在叠层方向的两端处的管状零件3a和3b每一个都是通过将一块扁平板15结合到板6a上的方式形成的，如图3A所示。
在构成管状零件3c的成形板6B和6c中，用于液槽构造的扩张部分中的一个延伸到接近用于液槽构造的另一个扩张部分。因此，在管状零件3c中，就形成有一个其尺寸与前面提及的管状零件3中的液槽部分一样的液槽部分12，和一个被制成延伸进并充满凹入部分的液槽部分12a。其他结构特征，即与用于液槽构造的扩张部分连续成形的用于通道构造的扩张部分8，从在用于液槽构造的扩张部分之间的区域延伸到靠近成形板的另一端的区域的突伸部分10和设置在成形板的另一端处用于防止散热片2脱落的突片11都与图3A中所示的成形板6中的一样，此处略去了它们的说明。
在此热交换器中，如图1所示，毗邻的管状零件在液槽部分处贴合在一起形成两个液槽组，即在叠层方向(垂直于空气流动方向)上延伸的第一液槽组15和第二液槽组16，在一个包括延伸的液槽部分12a的液槽组15中，除了在叠层方向上的大致中心的位置处的成形板6d之外，所有的液槽部分都通过在用于液槽构造的扩张部分9中形成的通孔17连通。在另一个液槽组16中，所有的液槽部分都经通孔17连通，没有任何隔板。
管状零件3d是通过将图3A所示的成形板6a和图3B所示的成形板6d结合的方式构成的，该成形板6d在用于液槽构造的其扩张部分中的一个扩张部分7a和一个隔开部分18上未设置有通孔，以便将液槽组中的一组，即形成有此未连通部分的液槽组15，隔离开。注意，隔开部分18可以这样构成，即使得该隔开部分也具有毗邻的管状零件3e，一个不具有通孔的盲液槽，和将用于液槽构造且没有通孔的扩张部分结合起来以便增加强度，或它具有这样的结构，其中代替盲液槽的，是在管状零件3d和管状零件3e之间包封住一块薄板，以便封闭住连通液槽部分之间的通孔。
此外，管状零件3e是通过将图3A所示的成形板6a和图3C所示的成形板6e结合的方式构成的，在成形板6e上有一个用于限制液槽组16的连通部分的约束部分19，液槽组16处在设置有隔开部分18的液槽组15的对面，该约束部分19处在成形板6e与管状零件3d结合的那一侧。因此，第一液槽组15由隔开部分18隔开成一个包括延伸的液槽部分12a的第一液槽排21，和一个与出口部分5连通的第二液槽排22，而未隔开的第二液槽组16则构成一个设置有约束部分19的第三液槽排23。注意，在此实施例中，管状零件分层布置在27层上，其中从图中的左侧数起，管状零件3c设置在第6层上，管状零件3d设置在第14层上，管状零件3e则设置在第15层上。
约束部分19是由例如一个圆孔构成的，其流动通道横截面积(通孔17的尺寸)与其他的面积相比要小些，如图4A所示。在此实施例中，标准通孔17的直径设定为Φ15.7mm，而约束部分的直径设定为Φ12mm，并且约束部分19设置在成形板6e上。不过，约束部分也可以设置在形成有隔开部分18的成形板6d处，如图4B所示，或它也可以设置在成形板6d和6e处，以便增加强度。
但是，必须记住的是，如果约束部分19的横截面积太小，通道阻力会变大，增加了压力损失ΔPr并且因热交换介质的流速减小导致热排放(热排放量)Q减少(见图13)，而如果为了避免这一点，将约束部分19的横截面积制得太大，热交换介质分布的不均匀性(这是现有技术中的问题)则变得更加突出。这样，为了避免这些问题，最好将约束部分19的尺寸设在这样的范围内，其中约束部分19的横截面积S1和通孔17的横截面积S2保持这样关系0.25≤S1/S2≤0.80。因此，如此实施例中那样，当通孔17的尺寸是Φ15.7时，在大约Φ8～Φ14的范围内形成约束部分是满足要求的。
此外，在远离延伸的液槽部分12a的一侧设置在叠层方向的一端处的进口部分4和出口部分5是通过将用于进口/出口通道构造的板24结合到前面提及的构成一个端板的扁平板15上的方式构成的，并且分别设置有一个进口通道25和一个出口通道26，它们成形成从板15的大致中间的位置朝着液槽部分在长度方向上延伸。
在进口通道25和出口通道26的顶部处，借助一个固定住一个膨胀阀的联接件27分别设置有一个流入口28和一个流出口29。进口通道25和延伸的液槽部分12a通过一个用一个连通管30构成的连通通道相互连通，连通管30被固定在凹入部分9内并且被结合到在板15上形成的孔和一个在成形板6b上形成的孔上。第二液槽排22和出口通道26借助一个在板15上形成的孔相互连通。
这样，在如上述那样构成的热交换器中，已经通过进口部分4流入的热交换介质通过该连通管30进入延伸的液槽部分12a内，接着分散到整个第一液槽排21上，然后通过对应于第一液槽排21的管状零件的U形通道部分13(第一通路)沿着突伸部分10向上流动。接着，热交换介质在开始向下流动前在突伸部分10上方作一U形回转(第二通路)，到达在对面侧上的液槽排(第三液槽排23)。在这之后，热交换介质水平地流动到构成第三液槽排23的余下的管状零件上并通过管状零件的U形通道部分13(第三通路)沿着突伸部分10向上流动。接着，它在向下流动之前在突伸部分10上方作一U形回转(第四通路)，然后在通过出口部分5流出之前流动到构成第二液槽排22的液槽部分上。由于这样流动，在其通过构成第一至第四通路的U形通道部分13流动的过程中，热交换介质的热就传递到散热片2上，完成了与在散热片之间流过的空气的热交换。
在此过程中，由于出口部分5经主芯体在叠层方向上的端部连接到第二液槽排22上，从第二通路流到第三通路的热交换介质流倾向于象前面描述的那样朝出口部分集结，这正是所要关心的问题。但是，采用在第三液槽组中的连通区域内形成的约束部分19，热交换介质也就可以以足够的量流入构成第三通路和第四通路的所有管状零件中靠近隔开部分的管状零件内。通过提供约束部分19所产生的冷却剂流的这种变化估计是由这样的事实引起的流到第三通路的热交换介质的流速受到约束部分19以及复杂的流型的限制，该复杂的流型是通过防止第二液槽组16内侧的热交换介质的层流引起的。在任何情况下，根据实验结果，其中所测定的管子温度和通过的空气的温度如图7和8所示，在靠近出口的隔开部分内的管状零件(具体地说是编号9～13的管子)的温度和通过管状零件(具体地说是编号5～13的管子)的上层的空气的温度要比现有技术中的没有约束部分的热交换器中的温度低，如实线标示的那样，达到整个一致的温度分布，而这证明了热交换介质(冷却剂)在整个主芯体上的流动实际上是一致的，在任何区域都没有大量集结。
已经证实温度分布根据上面提及的约束部分19上的孔的形状和数量微妙地发生变化，因而流动通道面积制得比其他通孔17小些。即使用于配置有隔开部分18的成形板6d或毗邻它的成形板6e的液槽构造的扩张部分7上的约束部分19，如图4C或4D所示的那样，是通过在上部区域或下部区域上的两个位置上对称地成形两个孔，例如约束部分的整个面积保持不变的方式制成的，隔开部分靠近出口处的温度(管子温度和通过的空气的温度)就可以得到进一步降低，使得主芯体上的温度分布更加平缓。
此外，约束部分19并不局限于上面描述的形式，它可以通过在用于配置有隔开部分18的成形板6d或毗邻它的成形板6e的液槽构造的扩张部分上的左侧和右侧上的两个位置上对称地成形两个孔的方式构成的，如图5A所示那样，或它可以通过相对于以约45°倾斜的假想线对称地成形两个孔的方式构成的，如图5B所示那样。
其中约束部分19是用两个孔构成的结构还可以包括这样一种构形，其中，在用于配置有隔开部分18的成形板或毗邻它的成形板的液槽构造的扩张部分上的左侧和右侧上所成形的两个孔的尺寸是不相等的，如图5C或图5D所示那样，或者不同尺寸的两个孔可以在用于液槽构造的扩张部分上的相互上下两个位置处成形，如图5E或图5F。
可以想出用于限制流动通道面积的约束部分19的形状的其他各种变化，并且，如图6A所示，孔可以是十字形的，或者，如图6B所示，约束部分19可以采用这样一种形式，其中，在四个位置处，即上、下、左、右，设置有小孔。而且，如图6C所示，可以在三个位置处，即用于液槽构造的扩张部分的上部、中部和下部上，设置有孔，或者，如图6D所示，约束部分19可以用三个孔构成，这三个孔是通过将一个圆孔分成三个圆心角近似地相同的近似相等的扇形段的方式使圆所形成的三段。而且，如图6E所示，它可以用四个孔构成，这四个孔是将圆分成圆心角近似相同的四个相等的扇形段构成的四段。
在这些形式的任何一种中，只要约束部分19的横截面积(当约束部分是用多个孔构成的，就是所有孔的横截面积的总面积)S1与通孔17的横截面积S2保持这样的关系0.25≤S1/S2≤0.80时，就可以获得前面描述的优点。
本发明的另一个实施例示于图10和11中，下面将主要描述它与前面的实施例不同的方面，同样的标号标示与所有附图中的部件相同的部件。
此叠层热交换器是一个4通路型蒸发器，例如在空气流的方向上在主芯体的端面处，特别是在上游侧上的端面处，设置有供热交换介质进出的一个出口部分4和一个进口部分5。除了在叠层方向的两端处的管状零件3a和3b，大致地处在中心处的管状零件3d和毗邻管状零件3d的管状零件3e以及其中每一个都被形成一个带有进口部分4和出口部分5的部件的管状零件3f之外，所有的管状零件都是通过将两个成形板6a结合起来的方式构成的，其中一个示出在图3A中。
除了管状零件3f之外，所有的管状零件都是与前面描述的管状零件相同地制成的，这里就略去了它们的解释。在每一个管状零件3f中，在上游侧用于液槽构造的扩张部分7在空气流动的方向上突伸和开启，因此，在管状零件3f中，进口部分4或出口部分5是通过将突伸和开启的此部分面对面结合起来的方式成形的。其他的结构特征，即与用于液槽构造的扩张部分连续地成形的用于通道构造的扩张部分，从用于液槽构造的扩张部分之间的区域延伸通过靠近成形板的另一端的区域的突伸部分和设置在成形板的另一端处的用于防止散热片2脱落的突片与图3A所示的成形板6中的特征一样，如图3A所示，此处就略去了它们的解释。
此外，隔开部分18和设置在与隔开部分18处在相反侧上的约束部分19与前面描述的部分是同样地构成的。但是，在此热交换器中，管状零件是分层布置在26个高度上，其中，从图的左面数起，进口部分4成形在第7层上，出口部分5成形在第20层上，而隔开部分18和约束部分19成形在从左面数起第7层(管状零件3e)和第14层(管状零件3d)之间。在此热交换器中，隔开部分18和约束部分19也可以成形在从左面数起第14层和第15层之间。
如图4A所示，约束部分19可以通过形成一个圆孔的方式形成，例如，该圆孔流体通道横截面是在成形板6e上受到约束的。另一种方法是，此圆孔可以设置在成形板6d上，在该成形板上形成有隔开部分18，如图4B所示，或者为了增加强度可以在成形板6d和6e两者上设置一个圆孔。此外，虽然圆孔的直径针对设定为Φ15.7mm的正常通孔17的直径设定为Φ12mm，但通过考虑图13所示的关系，如前面所解释的那样，将此约束部分的横截面积设定在这样的范围内，其中使约束部分19的横截面积S1与通孔17的横截面积S2保持这样的关系0.25≤S1/S2≤0.80，将都能满足要求，因此当通孔尺寸如此实施例中那样定为Φ15.7时，约束部分19可以在约Φ8～14的范围内形成。
因此，在如上面描述那样构造的热交换器中，流入进口部分4的热交换介质分布在整个第一液槽排21上，接着它沿着突伸部分10通过对应于第一液槽排21的管状零件的U形通道部分13(第一通路)向上流动。然后它在向下流动到达相反侧上的液槽组(第三液槽排23)之前在突伸部分10的上方作一个U形回转(第二通路)。在此之后，热交换介质水平地流动到构成第三液槽排23的其余的管状零件并沿着突伸部分10通过管状零件的U形通道部分13(第三通路)向上流动。接着，它在向下流动之前在突伸部分10的上方作一个U形回转(第四通路)，然后在通过出口部分5流出之前流到构成第二液槽排22的液槽部分上。因作这种流动，热交换介质在流过构成第一至第四通路的U形通道部分13的过程中，它的热就传递到散热片2上，从而与在散热片之间流过的空气完成了热交换。
在此过程中，从第二通路流到第三通路的热交换介质流如前面所描述的那样倾向于向出口部分集结，而这正是所关心的问题。但是，在约束部分19是在第三液槽组23中的连通区域中形成的情况下，热交换介质也会以足够的量流入构成第三和第四通路的所有的管状零件中靠近隔开部分的管状零件内。通过提供约束部分19所造成的冷却剂流的这种变化估计是由这样的事实造成的，即约束部分19以及由于热交换介质在第二液槽组16内侧阻止层流流动而导致的复杂流型使得流到第三通路的热交换介质的流速减小。在任何情况下，根据在其中测得通过的空气的温度的实验结果，如图12所示，在约束部分靠近出口的管状零件(具体地说是编号14～20的管子)之间通过的空气的温度要比现有技术中没有约束部分的热交换器中的温度低，如图中实线所示，从而获得完全一致的温度分布。这证明了热交换介质(冷却剂)流实际上在整个主芯体上是一致的，而没有在任何特定的区域内有太多的集结。
如前面的实施例中那样，已经证实，当上面提及的约束部分19的流动通道面积制得较其他通孔17小时，温度分布根据其内的孔的形状和数量微妙地变化。即使当约束部分19是通过在两个相互处在上下的位置处，即在用于设置有隔开部分的成形板6d或毗邻该成形板6d的成形板6e的液槽构造的扩张部分7的上部区域和下部区域上对称地形成孔的方式制成的，如图4C或4D中所示，并且流动通道面积保持不变，隔开部分18靠近出口部分的温度(管子温度和通过的空气的温度)也可以进一步地降低，在主芯体上提供更加平缓的温度分布。
此外，约束部分19并不局限于上面描述的结构，它还可以通过在用于设置有隔开部分18的成形板6d或毗邻该成形板6d的成形板6e的液槽构造的扩张部分上左右两个位置处形成对称的两个孔的方式制成，如图5A中所示，或者它还可以通过相对于一条以约45°倾斜的假想线形成两个对称孔的方式构成，如图5B所示。
其中约束部分19是用两个孔的方式构成的结构还可以包括这样一种结构，其中在用于设置有隔开部分18的成形板或毗邻该成形板的成形板的液槽构造的扩张部分上左右位置形成两个尺寸不同的孔，如图5C或图5D所示，或者可以在用于液槽构造的扩张部分上两个相互上下的位置处形成两个不同尺寸的孔，如图5E或5F所示。
可以想出用于限制流动通道面积的约束部分19的形状的其他各种变化，并且，如图6A所示，孔可以是十字形的，或者，如图6B所示，约束部分19可以采用这样一种形式，其中，在四个位置处，即上、下、左、右，设置有小孔。而且，如图6C所示，可以在三个位置处，即用于液槽构造的扩张部分的上部、中部和下部上，设置有孔，或者，如图6D所示，约束部分19可以用三个孔构成，这三个孔是通过将一个圆孔分成三个圆心角近似地相同的近似相等的扇形段的方式使圆形成的三段。而且，如图6E所示，它可以用四个孔构成，这四个孔是将圆分成圆心角近似相同的四个相等的扇形段构成的四段。
在这些形式的任何一种中，只要约束部分19的横截面积(当约束部分是用多个孔构成时，就是所有孔的横截面积的总面积)S1与通孔17的横截面积S2保持这样的关系0.25≤S1/S2≤0.80时，也可以获得前面描述的优点。
注意，虽然热交换介质流的状态估计可能也会受进口部分4和出口部分5的位置，特别是出口部分5的位置的影响，但由于热交换介质甚至在没有约束部分19的情况下也倾向于流近隔开部分，因此，只要出口部分5设置在靠近隔开部分18的位置处，本发明的模式就是有效的，特别是当出口部分5设置在从该端部到隔开部分18的距离的3/4的位置处(在此实施例中，就是在编号为管号18～26的管状零件中的任何一个处)时。
如已经解释的那样，根据本发明，不管是在其供热交换介质进出的进口/出口部分是设置在叠层方向上主芯体的一端处的热交换器中，或者是在其进口/出口部分在主芯体上是设置在与叠层方向垂直的方向上的热交换器中，由于约束部分是设置在热交换介质流从偶数通路转换到流动倾向于不均匀的奇数通路的区域中，更具体地说，是设置在被隔开来形成多个相对于液槽排中的叠层方向的通路的隔开部分的位置处，该液槽排处在其中设置有被隔开部分以便确保热交换介质流以足够的量流入靠近被隔开部分的管状零件内的液槽排的对面，从而防止了热交换介质的不均匀流动，使热交换效率得到提高。
权利要求
1.一种叠层热交换器，它是通过将管状零件和散热片交替地分层布置在多个高度上构成的，其中所述管状零件的每一个在一侧设置有一对液槽部分，和一个使该对液槽部分之间连通的U形通道部分；一对在叠层方向上延伸的液槽组是通过在供流体传输的所述液槽部分处将毗邻的管状零件结合起来的方式在所述一侧处形成的；在必要时通过隔开所述液槽组在所述热交换器内侧形成一条允许热交换介质多次通过的热交换介质流动通道；在所述液槽组中至少一个这样的部位，即介质流在所述多条通路中从偶数通路转换到奇数通路的部位处，设置一个与其他区域中的横截面相比限制流动通道横截面的约束部分。
2.如权利要求1所述的叠层热交换器，其特征在于在所述一侧处设置有一对液槽部分和一个将该对液槽部分之间连通的U形通道的管状零件与散热片交替地分层布置在多个高度上；在所述一侧通过将在这样形成的一个主芯体中的毗邻的管状零件的液槽部分结合起来的方式形成一对液槽组供流体传输；在必要时通过将所述液槽组隔开的方式在所述热交换器内侧形成一条允许热交换介质多次通过的热交换介质流动通道；在所述叠层方向上在所述主芯体的一端处设置供所述热交换介质进出的进口/出口部分；所述进口/出口部分中的一个经一条供流体传输的连通管与所述热交换介质流动通道的一个进口侧或一个出口侧连通；所述进口/出口部分中的另一个在叠层方向上的所述一端处与热交换介质流动通道的所述进口侧或出口侧中的另一个连通；在所述液槽组中至少一个这样的部位，即介质流在所述多条通路中从偶数通路转换到奇数通路的部位处，设置一个与其他区域中的横截面相比限制流动通道横截面的约束部分。
3.如权利要求2所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分在与设置有一个隔开部分的所述液槽组相对的液槽组中设置在与所述液槽组中的所述隔开部分同一叠层位置处。
4.如权利要求2所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分是在这样的区域中形成的，在该区域中，毗邻的管状零件的液槽部分被结合起来供流体传输并且是用一个其流动通道横截面被制得比其他结合区域中的横截面小的孔构成的。
5.如权利要求2所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分是在这样的区域中形成的，在该区域中，毗邻的管状零件的液槽部分被结合起来供流体传输并且是用多个孔构成的，其流动通道横截面的总和被制得比其他结合区域中的横截面小。
6.如权利要求5所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分是用多个在其中液槽部分被结合来供流体传输的区域中对称地形成的孔构成的。
7.如权利要求5所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分是通过在所述液槽部分被结合起来供流体传输的区域中形成多个不同尺寸的孔的方式构成的。
8.如权利要求2所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分的横截面积S1和在其中所述液槽部分被结合起来供流体传输但并不构成所述约束部分的区域中形成的通孔的横截面积S2具有这样的关系0.25≤S1/S2≤0.80。
9.如权利要求8所述的叠层热交换器，其特征在于当在其中所述液槽部分被结合起来供流体传输的所述区域中形成的所述通孔的直径是Φ15.7时，所述约束部分的直径处在Φ8～Φ14的范围内。
10.如权利要求1所述的叠层热交换器，其特征在于在所述一侧处设置有一对液槽部分和一个将该对液槽部分之间连通的U形通道的管状零件与散热片交替地分层布置在多个高度上；在所述一侧通过将在这样形成的一个主芯体中的毗邻的管状零件的液槽部分结合起来的方式形成一对液槽组供流体传输；在必要时通过将所述液槽组隔开的方式在所述热交换器内侧形成一条允许热交换介质多次通过的热交换介质流动通道；在与所述叠层方向垂直的方向上在构成所述热交换介质流动通道的进口侧和出口侧的液槽排处设置有允许热交换介质流入或流出的进口/出口部分；在所述液槽组中至少一个这样的部位，即介质流在所述多条通路中从偶数通路转换到奇数通路的部位处，设置一个与其他区域中的横截面相比限制流动通道横截面的约束部分。
11.如权利要求10所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分在与设置有一个隔开部分的所述液槽组相对的液槽组中设置在与所述液槽组中的所述隔开部分同一叠层位置处。
12.如权利要求10所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分是在这样的区域中形成的，在该区域中，毗邻的管状零件的液槽部分被结合起来供流体传输并且是用一个其流动通道横截面被制得比其他结合区域中的横截面小的孔构成的。
13.如权利要求10所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分是在这样的区域中形成的，在该区域中，毗邻的管状零件的液槽部分被结合起来供流体传输并且是用多个孔构成的，其流动通道横截面的总和被制得比其他结合区域中的横截面小。
14.如权利要求13所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分是用多个在其中液槽部分被结合来供流体传输的区域中对称地形成的孔构成的。
15.如权利要求13所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分是通过在所述液槽部分被结合起来供流体传输的区域中形成多个不同尺寸的孔的方式构成的。
16.如权利要求10所述的叠层热交换器，其特征在于所述约束部分的横截面积S1和在其中所述液槽部分被结合起来供流体传输但并不构成所述约束部分的区域中形成的通孔的横截面积S2具有这样的关系0.25≤S1/S2≤0.80。
17.如权利要求16所述的叠层热交换器，其特征在于当在其中所述液槽部分被结合起来供流体传输的所述区域中形成的所述通孔的直径是Φ15.7时，所述约束部分的直径处在Φ8～Φ14的范围内。
18.一种叠层热交换器，它是通过将管状零件和散热片交替地分层布置在多个高度上构成的，其中所述管状零件的每一个在一侧设置有一对液槽部分，和一个使该对液槽部分之间连通的U形通道部分；一对在叠层方向上延伸的液槽组是通过将在这样形成的主芯体中的毗邻的管状零件的液槽部分结合起来的方式在所述一侧处形成的；在必要时通过隔开所述液槽组在内侧形成一条允许热交换介质多次通过的热交换介质流动通道；在所述液槽组中至少一个这样的部位，即介质流在所述多条通路中从偶数通路转换到奇数通路的部位处，设置一个限制流动通道横截面的约束部分。
全文摘要
一种叠层热交换器，它带有在每个管状零件一侧形成的一对液槽部分和在叠层方向或其垂直方向的一端处设置的供热交换介质进出的进口/出口部分，在其中介质流在多条通路中从偶数通路转换到奇数通路的液槽部分的区域中设一限制流动通道横截面的约束部分，使介质可以足够量流入靠近隔开部分的出口侧的管状零件。在与其中设置有隔开部分的液槽组相对的液槽组中形成的约束部分设在与隔开部分同一叠层位置处。约束部分可用多个孔形成。
文档编号F28F27/02GK1137636SQ96103418
公开日1996年12月11日 申请日期1996年2月16日 优先权日1995年2月16日
发明者西下邦彦, 井上诚二, 反田清, 坂田均 申请人:株式会社杰克赛尔