具有帶凸緣的孔口的傳熱面的制作方法
【專利說(shuō)明】具有帶凸緣的孔口的傳熱面
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00780038339.9 (PCT/CA2007/001484)、申請(qǐng)人為“達(dá)納加拿大公司”、題為“具有帶凸緣的孔口的傳熱面”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種熱交換器，并且更具體地，涉及用于提高熱交換器的熱交換性能的諸如散熱片、湍流增強(qiáng)器或湍流器的流動(dòng)增強(qiáng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]在熱交換器中，特別是那種用于加熱或冷卻諸如油的液體的熱交換器類型中，通常使用流動(dòng)增強(qiáng)裝置以增強(qiáng)混流或湍流或者防止形成邊界層，從而改善熱交換器的熱傳遞效率。過(guò)去，使用過(guò)多種類型的多孔金屬(expanded metal)散熱片或湍流增強(qiáng)器。一種常見(jiàn)的類型是波紋散熱片，其中波紋形成有狹縫的圖案并且波紋的材料橫向移位以產(chǎn)生偏移開(kāi)口。這樣通過(guò)湍流增強(qiáng)器產(chǎn)生曲折的流動(dòng)路徑，從而增強(qiáng)湍流并破壞邊界層。
[0004]在授予Joshi的美國(guó)專利N0.4，945，981中示出了另一種類型的湍流增強(qiáng)器。該專利示出了作為湍流增強(qiáng)器的百葉窗式散熱片的使用。百葉窗式散熱片通常用在氣液熱交換器的氣體側(cè)。然而，在該Joshi的專利中，百葉窗式散熱片則位于通常容納諸如油的液體的熱交換器管或通道內(nèi)。
[0005]多孔金屬湍流增強(qiáng)器或百葉窗式湍流增強(qiáng)器所具有的一些困難在于，它們?cè)跓峤粨Q器中產(chǎn)生不希望的高的壓降或流量損失，或者它們?cè)跓峤粨Q器中產(chǎn)生不規(guī)則或不均勻的流型。這會(huì)在熱交換器的某些區(qū)域中產(chǎn)生滯留，但是即使不發(fā)生這種情況，不均勻的流型一般也表明未達(dá)到熱交換器的理想熱傳遞效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明中，波紋狀傳熱面具有多個(gè)間隔開(kāi)的孔口，該孔口具有相對(duì)的外圍邊緣部分，所述外圍邊緣部分包括用于增強(qiáng)熱傳遞效率的橫向凸緣。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于熱交換器的傳熱面，該傳熱面包括波紋狀構(gòu)件，該波紋狀構(gòu)件具有平行的、間隔開(kāi)的脊和在脊之間延伸的平面散熱片。所述平面散熱片形成有間隔開(kāi)的孔口，該孔口具有相對(duì)的外圍邊緣部分。此外，每個(gè)孔口的相對(duì)的邊緣部分包括從平面散熱片橫向延伸的相應(yīng)凸緣。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種熱交換器，該熱交換器包括通常平坦的管，該管具有間隔開(kāi)的第一和第二壁。管中設(shè)置有波紋狀傳熱面。傳熱面包括平行的、間隔開(kāi)的脊，在脊之間延伸有平面散熱片。交替的脊分別與第一和第二壁接觸。平面散熱片形成有間隔開(kāi)的孔口，該孔口具有相對(duì)的外圍邊緣部分。此外，每個(gè)孔口的相對(duì)的外圍邊緣部分包括從平面散熱片橫向延伸的相應(yīng)凸緣。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另外又一個(gè)方面，提供了一種制造傳熱面的方法。所述方法包括提供片材的步驟。給片材穿孔以形成間隔開(kāi)的、平行的多行間隔開(kāi)的孔口，該孔口具有包括橫向凸緣的相對(duì)的外圍邊緣部分。另外，沿平行于該多行孔口的彎折線使片材橫向彎折。彎折線在多行孔口之間間隔開(kāi)，從而沿彎折線形成脊并且平面散熱片在脊之間延伸。
【附圖說(shuō)明】
[0010]現(xiàn)在將參照附圖通過(guò)示例來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在附圖中:
[0011]圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的傳熱面的優(yōu)選實(shí)施方式的熱交換器或熱交換器管的透視圖；
[0012]圖2是圖1中示出的傳熱面的從正面、左側(cè)的透視圖；
[0013]圖3是圖2中示出的傳熱面的正視圖；
[0014]圖4是圖2的由虛線圈4所指示的部分的放大側(cè)視圖；
[0015]圖5是類似于圖2的透視圖，但是示出根據(jù)本發(fā)明的傳熱面的另一種優(yōu)選實(shí)施方式；
[0016]圖6是圖5的由虛線圈6所指示的部分的放大側(cè)視圖；
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明的散熱片孔口的優(yōu)選構(gòu)造的透視圖；
[0018]圖8是根據(jù)本發(fā)明的散熱片孔口的另一優(yōu)選構(gòu)造的透視圖；
[0019]圖9是根據(jù)本發(fā)明的散熱片孔口的另外又一優(yōu)選構(gòu)造的透視圖；
[0020]圖10是圖4或圖6的沿10-10線的示意性剖視圖；
[0021]圖11是類似于圖10的示意性剖視圖，但是示出略微偏置的散熱片孔口 ；
[0022]圖12是類似于圖11的示意性剖視圖，但是示出偏置稍大的散熱片孔口 ；
[0023]圖13是類似于圖11和圖12的示意性剖視圖，但是示出完全偏置的散熱片孔口 ；
[0024]圖14是類似于圖11和圖12的示意性剖視圖，但是示出具有不同寬度和角度的凸緣的散熱片孔口；
[0025]圖15是類似于圖14的示意性剖視圖，但是示出偏置的散熱片孔口和更高的散熱片密度；
[0026]圖16是示出具有不同寬度或大小的散熱片孔口的類似于圖10的示意性剖視圖；
[0027]圖17是示出具有不同大小和間距的散熱片孔口的另一實(shí)施方式的類似于圖10的示意性剖視圖；
[0028]圖18是示出具有不同大小和不同間距的散熱片孔口的另外又一實(shí)施方式的類似于圖10的示意性剖視圖；
[0029]圖19是示出菱形孔口的散熱片的一部分的平面圖；
[0030]圖20是示出三角形孔口的類似于圖19的平面圖；
[0031]圖21是示出圓形孔口的類似于圖19的平面圖；以及
[0032]圖22是示出沙漏形孔口的類似于圖19的平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]首先參見(jiàn)圖1，大體由附圖標(biāo)記10來(lái)指示根據(jù)本發(fā)明的簡(jiǎn)單交換器的優(yōu)選實(shí)施方式。熱交換器10包括容納有湍流增強(qiáng)器或傳熱面14等的單管12，并且能夠用于通過(guò)將熱量傳遞至管12周圍的環(huán)境流體或從所述環(huán)境流體傳遞出熱量來(lái)加熱或冷卻一種流經(jīng)管12的流體。然而更為可能的是，管12可以是構(gòu)建模塊，從而使得多個(gè)這種管12可以以間隔開(kāi)的關(guān)系垂直地堆疊，同時(shí)波紋狀散熱片設(shè)置在管12之間。在管12的各個(gè)端部處的開(kāi)口端16或者可以形成用于熱交換器的相應(yīng)的流體入口和出口，或者可以附連成與歧管或總管(未示出)連通以將流體供給至管12的堆垛和從管12的堆垛接受流體。
[0034]傳熱面14還能夠附連至管12的外表面或者設(shè)置于堆疊的、間隔開(kāi)的管12之間。在傳熱面14用于管12內(nèi)部的情況下，因?yàn)樗鼈兪沽鲃?dòng)通過(guò)管的流體產(chǎn)生湍流或增強(qiáng)湍流，所以通常稱它們?yōu)橥牧髟鰪?qiáng)器。然而，取決于流速，傳熱面14可以僅導(dǎo)致流體中的混流而非實(shí)際的湍流。為了公開(kāi)的目的，名稱“湍流增強(qiáng)器”旨在包括在湍流或非湍流的所有流態(tài)下操作的傳熱面。
[0035]下面參見(jiàn)圖2、圖3以及圖4，可以看出傳熱面或湍流增強(qiáng)器14是波紋狀構(gòu)件18，其具有平行的、間隔開(kāi)的上脊20和下脊22以及在脊20、22之間延伸的平面散熱片24。在圖2和圖4所示的實(shí)施方式中，上脊20和下脊22通常是平坦的，并且平面散熱片24通常是直立或垂直且平行的。
[0036]平面散熱片24形成有多個(gè)間隔開(kāi)的、“火山狀”穿孔或孔口 26?？卓?26是細(xì)長(zhǎng)的并具有沿橫向于脊20、22的方向延伸的縱軸線。下文還將結(jié)合圖7、圖8和圖9來(lái)描述孔口
26 ο
[0037]應(yīng)當(dāng)理解，如圖1所示，管12通常是具有頂部和底部或間隔開(kāi)的第一和第二壁28和30以及縱向側(cè)壁32的細(xì)長(zhǎng)管。湍流增強(qiáng)器的上脊20和下脊22通常與第一和第二壁28、30的內(nèi)表面接觸，并且如果熱交換器10由鋁制成，那么湍流增強(qiáng)器的脊20、22通常會(huì)銅焊至第一和第二壁28、30上。如圖1所示，湍流增強(qiáng)器14設(shè)置在管12中，使得上脊20和下脊22橫向于管12的縱軸線34設(shè)置。因此通過(guò)管12的流動(dòng)將垂直于脊20、22。這被稱作湍流增強(qiáng)器14的高壓降方向。該高壓降方向橫向于平面散熱片24，并且孔口 26沿該高壓降方向延伸。然而，湍流增強(qiáng)器14還具有平行于平面散熱片24的低壓降方向。湍流增強(qiáng)器14可以旋轉(zhuǎn)90°，使得上脊20和下脊22平行于管12的縱軸線34延伸。于是孔口 26將橫向于流經(jīng)管12的縱向流動(dòng)方向延伸。在散熱片24是直立的并與管壁28、30平行或垂直的情況下，通過(guò)孔口 26的流動(dòng)大體與散熱片24垂直或正交。
[0038]下面參見(jiàn)圖5和圖6，示出了傳熱面或湍流增強(qiáng)器40，除了間隔開(kāi)的上脊42和下脊44是圓的并且平面散熱片46相對(duì)于彼此是傾斜的之外，該傳熱面或湍流增強(qiáng)器40類似于湍流增強(qiáng)器14。因而散熱片同樣相對(duì)于管壁28、30是傾斜的。
[0039]下面參見(jiàn)圖7、圖8以及圖9，孔口 26具有相對(duì)的外圍邊緣部分48、50。外圍邊緣部分48、50具有從平面散熱片24、46橫向延伸的相應(yīng)的凸緣52、54。在圖7至圖9中，與各個(gè)孔口 26相關(guān)聯(lián)的橫向凸緣52、54相對(duì)于彼此略成角度。然而，橫向凸緣52、54可制成垂直于平面散熱片24、46。即使在如圖7至圖9所示的凸緣52、54相對(duì)于彼此成角度的情況下，為了說(shuō)明的目的仍然認(rèn)為凸緣大體垂直于平面散熱片24、46。
[0040]在圖7中，可以看出，與孔口 26相關(guān)聯(lián)的凸緣繞孔口 26的外圍是連續(xù)的。這種構(gòu)造產(chǎn)生上述稱作火山狀的孔口 26。在圖8和圖9中，與各個(gè)孔口 26’和26”相關(guān)聯(lián)的凸緣繞所述孔口的外圍是裂開(kāi)的或中斷的。如下文將進(jìn)一步描述的，這源自于形成孔口的方法。
[0041]在圖4和圖6所示的實(shí)施方式中，所有孔口 26或至少凸緣52、54在湍流增強(qiáng)器中沿相同的方向延伸。如上所述，通過(guò)這些孔口的流動(dòng)是指沿高壓降方向流動(dòng)。實(shí)際上，在圖4和圖6中，從右至左流動(dòng)時(shí)的壓降略高于從左至右流動(dòng)時(shí)的壓降。在圖4所示的實(shí)施方式中，交替的平面散熱片24上的凸緣52、54在湍流增強(qiáng)器中能夠在相反的方向上延伸。如果散熱片24間隔得足夠遠(yuǎn)以至于相鄰散熱片中的凸緣52、54不會(huì)互相干擾，那么在圖6的實(shí)施方式中同樣能夠這樣。當(dāng)凸緣52、54在交替的平面散熱片24中在相反的方向上延伸時(shí)，在