專利名稱：翅片結(jié)構(gòu)、設(shè)置有該翅片結(jié)構(gòu)的傳熱管以及裝配有該傳熱管的換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于攪動換熱器中的流體的翅片結(jié)構(gòu)，更具體地，本發(fā)明涉及一種布置在熱交換型冷卻裝置的傳熱管中的翅片結(jié)構(gòu)，其用來產(chǎn)生攪動作用，以在傳熱管內(nèi)流動的被冷卻介質(zhì)流體或者冷媒流體中形成紊流或者渦流，從而增加傳熱管壁和流體之間的接觸。而且，該翅片結(jié)構(gòu)還用來使傳熱管內(nèi)流動的流體的流動速度或者流動速率均勻一致，從而實現(xiàn)優(yōu)良的熱交換作用；本發(fā)明還涉及一種換熱器的傳熱管，其內(nèi)設(shè)置有所述的翅片結(jié)構(gòu)，和一種換熱器，其內(nèi)裝配有所述的傳熱管。
2.相關(guān)技術(shù)說明近年來，已將許多諸如液體-液體、液體-氣體或者氣體-氣體這樣的多種模式的流體換熱器既用作使汽車廢氣再循環(huán)的廢氣循環(huán)(EGR)冷卻器，又用作廢氣冷卻器、燃料冷卻器、油冷卻器、中間冷卻器或者類似的冷卻器。在上述那些流體在其中流動的傳熱管中加工出多種部件，從而借助這些部件有效地散發(fā)或者吸收流體的熱量。例如，將下述方法稱為“廢氣再循環(huán)”(EGR，Exhaust Gas Recirculation)，在該方法中，將部分廢氣從柴油機的排氣系統(tǒng)中抽出，使這部分廢氣再次返回發(fā)動機的輸入系統(tǒng)中，并加入空氣-燃料的混合物。該方法用來減少NOx(氮的氧化物)含量，從而達(dá)到下述多重效果即減少泵損和冷卻液體的散熱損失，伴隨著燃燒氣體的溫度下降，由于工作氣體的數(shù)量/成分的改變而使比熱增大，并因此而改進(jìn)循環(huán)效率。所以，人們已經(jīng)廣泛地采用EGR方法作為有效地凈化柴油發(fā)動機廢氣或者提高熱效率的方法。
但是，當(dāng)EGR氣體溫度升高并且流動速率增大時，其熱力作用使EGR閥門的使用壽命降低，并且可能在初期損壞EGR閥門。必須通過設(shè)置冷卻系統(tǒng)的方式形成一種冷卻水的結(jié)構(gòu)，以作為克服上述問題的對抗措施。當(dāng)入口溫度升高時，還引起出現(xiàn)下述現(xiàn)象即注油效率(charging efficiency)降低，從而使行車?yán)锍探档汀榱吮苊膺@種情況，采用了下述裝置來冷卻EGR氣體，所述裝置借助發(fā)動機冷卻液體、汽車空氣調(diào)節(jié)制冷劑、冷風(fēng)或者類似的冷媒進(jìn)行冷卻。在這些裝置中，提供了許多氣體-液體熱交換型的EGR氣體冷卻裝置，以借助發(fā)動機的冷卻水來冷卻所述的氣體或者EGR氣體。在供EGR氣體在其內(nèi)流動的管子中設(shè)置了多種形式的翅片，以改進(jìn)熱交換性能。在這些氣體-液體換熱型EGR氣體冷卻裝置中，對下述雙管換熱型的EGR氣體冷卻裝置的需求仍然迫切。所述的EGR氣體冷卻裝置具有簡單的結(jié)構(gòu)，從而可以容易地將其安裝在狹窄的安裝空間內(nèi)。例如有許多種雙管型換熱器，包括一種雙管型換熱器(例如參照J(rèn)P-A-11-23181(第1-6頁，附

圖1和2))。在該雙管型換熱器中，將供液體流通的外管設(shè)置在供高溫EGR氣體流通的內(nèi)管周圍，借此實現(xiàn)氣體和液體之間的熱交換。在該換熱器中，在內(nèi)管中插入金屬波紋板作為翅片。還包括這樣一種雙管型換熱器(例如參照J(rèn)P-A-2000-111277(第1-12頁，附圖1-12))，該雙管型換熱器包括用于供被冷卻介質(zhì)從其中流過的內(nèi)管；外管空間，該空間密閉內(nèi)管的外圍；和散熱翅片，其布置在內(nèi)管中并具有削弱熱應(yīng)力的作用。
根據(jù)所述的雙管型換熱器，其中設(shè)置有做出了不同改進(jìn)的翅片結(jié)構(gòu)，盡管該換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但是可以合理地預(yù)期獲得優(yōu)良的冷卻效率。像在小型汽車中一樣，換熱器的安裝空間是有限的，所以已經(jīng)將許多雙管型換熱器投入實際應(yīng)用，作為EGR氣體的冷卻換熱器。由于其緊湊的結(jié)構(gòu)，流體的絕對流動速率受其自身的限制，從而留下未解決的總的換熱量方面的問題。為了解決這個問題，必須采用所謂的“殼管型換熱器”，盡管這種類型的換熱器在結(jié)構(gòu)上或多或少地復(fù)雜一些，并且必須將其設(shè)計為大尺寸。人們已經(jīng)對上述那些換熱器做出了各種改進(jìn)。在殼管型換熱器的一個例子中，冷卻水入口固定在殼體外圍的一端，所述殼體構(gòu)成冷卻外殼，作為冷卻水出口的噴嘴固定在殼體外圍的另一端。引入高溫EGR氣體的蓋罩與殼體縱向的一端結(jié)合在一起，排放熱交換過的EGR氣體的蓋罩與殼體縱向的另一端結(jié)合在一起。多個扁平傳熱管在整個管板范圍內(nèi)以一定的間隔固定在各個蓋罩的內(nèi)側(cè)，從而使高溫EGR氣體流入扁平傳熱管中，所述扁平傳熱管穿過在殼體中流動的冷卻水。除了由上述那些扁平傳熱管形成的擴大的傳熱面積外，在扁平傳熱管的內(nèi)周上還裝配有C形板式翅片，借此將EGR氣流削薄，并更進(jìn)一步增大傳熱面積。這樣就得到了具有優(yōu)良熱交換效率的殼管型換熱器(例如參照J(rèn)P-A-2002-107091(第1-3頁，附圖1-3))。
在前述的各項相關(guān)技術(shù)中，如同JP-A-11-23181和JP-A-2000-111277中揭示的那樣，由于通過在雙管型EGR氣體冷卻器中設(shè)置波紋翅片或者橫向翅片，使氣流被細(xì)化，從而增大了與波紋翅片或者橫向翅片的接觸面積，所以預(yù)期可以達(dá)到相當(dāng)顯著的效果。但是，構(gòu)成EGR氣體通道的大部分管子在其整個縱向長度上都具有平滑的內(nèi)周，從而導(dǎo)致管子中心附近的傳熱不足。而且，氣體沿EGR氣體管道系統(tǒng)直線流動，從而導(dǎo)致氣流的擾動不足以削薄傳熱面的邊界層，從而導(dǎo)致傳熱效能不足。另外，緊湊的雙管結(jié)構(gòu)留下這樣一個問題沒有解決，即待交換熱量的絕時值小。在JP-A-2002-107091揭示的殼管型換熱器中，將設(shè)置在扁平管中的板式翅片加工成相對于氣流為直線形的，結(jié)果流體沒有得以充分的攪動，從而不能說其對流線的切斷作用和時流體的攪動效果是充分的。
另外，如附圖16中所示，近年來殼管型換熱器20得到了廣泛的應(yīng)用，不僅將其作為前述的EGR氣體冷卻裝置，而且作為熱交換型冷卻裝置的一個范例，所述的熱交換型冷卻裝置包括上述EGR氣體冷卻裝置。在殼管型換熱器20中，在殼體21內(nèi)由多個傳熱管形成傳熱管組23，用于供穿過管板25的冷卻水在其中流動。從被冷卻介質(zhì)入口g1引入的高溫流體從被冷卻介質(zhì)出口g2排出，所述的被冷卻介質(zhì)入口g1形成在蓋罩22-1內(nèi)，所述的被冷卻介質(zhì)出口g2設(shè)置在另一側(cè)的蓋罩22-2內(nèi)。同時，高溫流體與冷卻水進(jìn)行熱交換，所述冷卻水在與被冷卻介質(zhì)的流動方向垂直的方向上穿過傳熱管的壁面在殼體21中流動，以便將高溫流體冷卻到預(yù)定的溫度，上述傳熱管構(gòu)成所述的傳熱管組23。另外，如附圖17A-17C所示，把構(gòu)成傳熱管組23的各個傳熱管23-1弄平，以增大它們的接觸面積。波紋板翅片26配置在扁平傳熱管23-1中，借此使高溫流體或者被冷卻介質(zhì)的通道構(gòu)成多個小通道，所述波紋板翅片26具有正方形的截面，并在縱向上具有任意形狀。如附圖17C所示，使所述板式翅片26呈波浪形，以使流入小通道中的流體蜿蜒流動，借此增大傳熱面積。就這樣提出了上述用來更好地改進(jìn)熱交換效率的那些翅片結(jié)構(gòu)，以達(dá)到它們各自的初始效果。但是，在具有通過下述方式加工而成的翅片結(jié)構(gòu)的傳熱管中，由該翅片結(jié)構(gòu)形成的小通道中流體的壓力損失非常小，從而使得在小通道之間流動的流體分布不均勻，而導(dǎo)致流動速度呈不均勻分布。上述翅片結(jié)構(gòu)的加工方式為在扁平傳熱管中對單張金屬薄板構(gòu)成的板式材料進(jìn)行專門的塑性處理。而且，由單張金屬薄板構(gòu)成的板式翅片分隔而成的小通道形成各自獨立的通道，而不互相聯(lián)通，因此，一旦流動速度分布不均勻，則無法消除這種情況。從而，流下了這樣的問題不能解決即熱交換效率由于流動速度分布不均勻而大大降低。另外，傳熱管中分隔成的小通道內(nèi)流體的分布不均勻，這種不均勻性使得如果有在該通道內(nèi)流動的過量流體的話，無法將該流動的過量流體冷卻至理想的溫度范圍。另一方面，如果流體流動不足的話，雖然對流體進(jìn)行了冷卻，但是流體不能達(dá)到預(yù)定的流動速率，結(jié)果使得換熱量降低。即使在前述改進(jìn)的以提高熱交換效率的翅片結(jié)構(gòu)中，采用諸如復(fù)雜的塑型加工來加工或安裝這樣的翅片結(jié)構(gòu)的方法也遇到了困難，從而使得不能達(dá)到滿足需要的性能。上述末解決的嚴(yán)重遺留問題有待于再做改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明想要達(dá)到下述目的即解決上述提出的那些問題并提供一種翅片結(jié)構(gòu)、一種熱交換傳熱管和一種換熱器。所述翅片結(jié)構(gòu)裝配在扁平傳熱管中，盡管其結(jié)構(gòu)簡單，但是通過對其進(jìn)行改進(jìn)，使其熱交換效率良好。所述的熱交換傳熱管具有裝配在其中的上述翅片結(jié)構(gòu)，所述的換熱器具有裝配在其中的上述傳熱管。
為解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方式，提供有一種翅片結(jié)構(gòu)，其包括設(shè)置在傳熱管中的板式翅片。該板式翅片具有正方形的截面并在縱向上具有任意形狀，以用來將流體的通道分隔成多個小通道，所述流體由在所述傳熱管中流動的被冷卻介質(zhì)或者冷媒組成，其特征在于在所述板式翅片的側(cè)面、上壁或者下壁面內(nèi)形成至少一個切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)。
而且，根據(jù)本發(fā)明所述的翅片結(jié)構(gòu)的特征在于所述傳熱管為扁平管子，并且所述的多個小通道在縱向上呈曲線或者直線，所述的小通道由設(shè)置在所述扁平傳熱管中的板式翅片構(gòu)成，所述的小通道具有正方形的截面，且在縱向上具有任意的形狀。
另外，在本發(fā)明所述翅片結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)選方式中，各個板式翅片分別由一張金屬薄板構(gòu)成的板式材料加工而成。并且，在所述板式材料內(nèi)形成切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)的方式為諸如沖壓加工這樣的機械加工方法，或者為諸如蝕刻這樣的化學(xué)加工方法。
在本發(fā)明所述翅片結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)選方式中，在焊接、低溫焊接或者其它連接方式中適當(dāng)選出將所述板式翅片安置在傳熱管中的方式，并且所述板式翅片與傳熱管一體連接。
在本發(fā)明的另外一種優(yōu)選方式中，提供一種傳熱管，其特征在于一種翅片結(jié)構(gòu)設(shè)置在該傳熱管中，所述翅片結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在傳熱管中的板式翅片，該板式翅片具有正方形的截面并在縱向上具有任意形狀，以用來將流體的通道分隔成多個小通道。所述流體由在所述傳熱管中流動的被冷卻介質(zhì)或者冷媒組成，并且在所述翅片結(jié)構(gòu)中，在所述板式翅片的側(cè)面、上壁或者下壁面內(nèi)形成至少一個切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)。
另外，在根據(jù)本發(fā)明所述的傳熱管中，所述傳熱管為扁平管子，并且所述的多個小通道在縱向上呈曲線或者直線形，所述的小通道由設(shè)置在該扁平傳熱管中的翅片結(jié)構(gòu)形成，所述的小通道具有正方形的截面，且在縱向上具有任意的形狀。
另外，在該傳熱管的一種優(yōu)選的方式中，設(shè)置在所述傳熱管中的各個板式翅片分別由一張金屬薄板構(gòu)成的板式材料制成，并且，在所述板式材料內(nèi)形成切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)的方式為諸如沖壓加工這樣的機械加工方法，或者為諸如蝕刻這樣的化學(xué)加工方法。
在本發(fā)明傳熱管的一種優(yōu)選方式中，在焊接、低溫焊接或者其它連接方式中適當(dāng)選出將所述板式翅片安置在傳熱管中的方式，并且所述板式翅片與傳熱管一體連接。
根據(jù)本發(fā)明的又一種形態(tài)，提供一種換熱器，特征在于其至少包括一個設(shè)置在其中的下述傳熱管，該傳熱管中設(shè)置有包括板式翅片的翅片結(jié)構(gòu)，所述板式翅片具有正方形的截面并在縱向上具有任意形狀，以用來將流體的通道分隔成多個小通道，所述流體由在所述傳熱管中流動的被冷卻介質(zhì)或者冷媒組成，并且在所述板式翅片的側(cè)面、上壁或者下壁面內(nèi)形成至少一個切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)。
根據(jù)前述本發(fā)明的翅片結(jié)構(gòu)，在所述板式翅片的側(cè)面、上壁或者下壁面內(nèi)形成至少一個切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等類似結(jié)構(gòu)。所述板式翅片設(shè)置在扁平傳熱管中，其將流體通道分隔成多個小通道，所述流體由在所述傳熱管中流動的被冷卻介質(zhì)或者冷媒組成，所述的多個小通道具有正方形截面并在縱向上具有任意形狀。在相鄰的小通道中，流動的流體互相來回流動，從而使得下述方向上的流動是自由的，所述方向為垂直于扁平傳熱管中的流體流動的方向。因此，在傳熱管內(nèi)被分隔而形成的上述多個小通道中的流體的流速就沒有形成偏差，該偏差的形成會伴隨流體速度分布不均勻。這樣，該結(jié)構(gòu)就可以保持均勻的流動速度。而且，被分成多個小通道的各個通道之間流體的壓力一致，從而使得流體平均分布，換熱性能得以改進(jìn)。這里，在下述翅片結(jié)構(gòu)中，隔開的小通道中的流體之間不能互相聯(lián)通，但是在壁面部分內(nèi)，即彎曲的轉(zhuǎn)角部分內(nèi)，形成的隆起部或者凹陷對流體的流線產(chǎn)生有效的影響，從而可以實現(xiàn)良好的攪動效果，所述翅片結(jié)構(gòu)在板式翅片的側(cè)面、上壁或者下壁面內(nèi)形成至少一個隆起部或者凹槽，所述板式翅片具有形成該翅片結(jié)構(gòu)的正方形截面。而且，通過在側(cè)壁面上補加形成前面提及的切口、通孔、上升部或者類似結(jié)構(gòu)，不僅可以實現(xiàn)前述的流體之間的聯(lián)通現(xiàn)象，而且熱交換也可以實現(xiàn)，而預(yù)期達(dá)到良好的傳熱效率。
另外，依照其中設(shè)置有本發(fā)明的翅片結(jié)構(gòu)的扁平傳熱管，流體可以自由地流入和流出小通道，這些小通道由翅片結(jié)構(gòu)側(cè)面內(nèi)形成的切口、通孔、上升部、隆起部和凹槽等分離并隔開。結(jié)果流體之間的混合和碰撞會頻繁發(fā)生，從而形成了工作流體的紊流和渦流。并使流體的流線以復(fù)雜的方式擾動，層流被切斷，而重復(fù)有效的攪動作用，從而使流入傳熱管中的流體可以與傳熱管壁和翅片反復(fù)接觸，從而形成有效的熱交換。另外，由前述切口、通孔、上升部、隆起部、凹陷和類似結(jié)構(gòu)形成的端部產(chǎn)生熱交換邊緣效應(yīng)，從而使得熱交換性能得以更好地改進(jìn)。因而，不僅在殼管型熱交換冷卻裝置中，而且在廢氣冷卻器、EGR氣體冷卻器的熱交換傳熱管、燃料冷卻器、油冷卻器、或者中間冷卻器中，都可以將本發(fā)明的翅片結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)夭贾贸蓴噭恿黧w的板式翅片。同時，本發(fā)明的其中設(shè)置有翅片結(jié)構(gòu)的傳熱管和其中裝配有傳熱管的殼管型換熱器憑借其優(yōu)良的熱交換性能能夠減小上述那些裝置的尺寸和重量，并有助于裝置的緊湊化。因而，能夠以相對較低的成本提供簡單地安裝在有限空間內(nèi)的所述換熱器。
附圖的簡要說明附圖1A和1B示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例所述的翅片結(jié)構(gòu)和扁平傳熱管的一個單元，該傳熱管內(nèi)設(shè)置有該翅片結(jié)構(gòu)。其中附圖1A示出正視圖，附圖1B示出主要部分的示意性透視圖。
附圖2為放大透視圖，其示出同一實施例中設(shè)置的翅片結(jié)構(gòu)的主要部分。
附圖3為同一實施例的頂視平面示意圖，其示出在傳熱管內(nèi)流動的部分高溫流體的流動狀況。
附圖4示出根據(jù)本發(fā)明第二個實施例所述的翅片結(jié)構(gòu)和扁平傳熱管的一個單元，該傳熱管內(nèi)設(shè)置有該翅片結(jié)構(gòu)。并且該圖示出主要部分的透視圖。
附圖5示出根據(jù)本發(fā)明第三個實施例所述的翅片結(jié)構(gòu)和扁平傳熱管的一個單元，該傳熱管內(nèi)設(shè)置有該翅片結(jié)構(gòu)。并且該圖示出主要部分的示意性透視圖。
附圖6為放大透視圖，其示出同一實施例中設(shè)置的翅片結(jié)構(gòu)的主要部分。
附圖7示出同一實施例中高溫流體的流體分布狀況和流動速度分布。
附圖8為示意性的透視圖，其示出依照本發(fā)明第四個實施例的翅片結(jié)構(gòu)的主要部分。
附圖9為示意性的透視圖，其示出依照本發(fā)明第五個實施例的翅片結(jié)構(gòu)的主要部分。
附圖10A-10C示出根據(jù)本發(fā)明第六個實施例所述的翅片結(jié)構(gòu)的一個單元的主要部分。其中附圖10A示出頂視平面圖；附圖10B示出側(cè)視圖；附圖10C示出正視圖。
附圖11為局部剖面正視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明第七個實施例所述的殼管型換熱器。
附圖12為透視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明所述的第一個對比樣例的板式翅片的主要部分，和扁平傳熱管的一個單元，該扁平傳熱管內(nèi)設(shè)置有上述板式翅片。
附圖13為放大透視圖，其示出同一對比樣例中設(shè)置的板式翅片的主更部分。
附圖14示出同一對比樣例中高溫流體的流體分布狀況和流動速度分布。
附圖15為透視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明所述的第二對比樣例的板式翅片的主要部分，和扁平傳熱管的一個單元，該傳熱管內(nèi)設(shè)置有上述板式翅片。
附圖16為示意性側(cè)視圖，其用來對相關(guān)技術(shù)的殼管型換熱器進(jìn)行說明。
附圖17A-17C示出一種扁平的傳熱管和一種冷卻外殼(或者殼體)，所述傳熱管安裝在前述的換熱器中，其內(nèi)設(shè)置有截面為正方形的波紋翅片。其中附圖17A示出沿附圖16中的線A-A的剖面圖；附圖17B顯示正視圖，其示出扁平傳熱管本身；附圖17C示出設(shè)置在扁平傳熱管中的板式翅片的頂視平面圖。
優(yōu)選實施例的說明將參照附圖對本發(fā)明的實施例做更詳細(xì)地說明。
附圖1A和1B示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例所述的翅片結(jié)構(gòu)和扁平傳熱管的一個單元，該傳熱管內(nèi)設(shè)置有所述的翅片結(jié)構(gòu)。其中附圖1A示出正視圖，附圖1B示出主要部分的示意性透視圖。附圖2為放大透視圖，其示出同一實施例中設(shè)置的翅片結(jié)構(gòu)的主要部分。附圖3為同一實施例的頂視平面示意圖，其示出在傳熱管內(nèi)流動的部分高溫流體的流動狀況。附圖4示出根據(jù)本發(fā)明第二個實施例所述的翅片結(jié)構(gòu)和扁平傳熱管的一個單元，該傳熱管內(nèi)設(shè)置有所述翅片結(jié)構(gòu)。并且該圖示出主要部分的示意性透視圖。附圖5示出根據(jù)本發(fā)明第三個實施例所述的翅片結(jié)構(gòu)和扁平傳熱管的一個單元，該傳熱管內(nèi)設(shè)置有該翅片結(jié)構(gòu)。并且該圖示出主要部分的示意性透視圖。附圖6為放大透視圖，其示出同一實施例中設(shè)置的翅片結(jié)構(gòu)的主要部分。附圖7示出同一實施例中高溫流體的流體分布狀況和流動速度分布。附圖8為示意性的透視圖，其示出依照本發(fā)明第四個實施例的翅片結(jié)構(gòu)的主要部分。附圖9為示意性的透視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明的第五個實施例所述的翅片結(jié)構(gòu)的主要部分。附圖10A-10C示出根據(jù)本發(fā)明的第六個實施例所述翅片結(jié)構(gòu)的一個單元的主要部分，附圖10A示出頂視平面圖；附圖10B示出側(cè)視圖；附圖10C示出正視圖。附圖11為局部剖面正視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明第七個實施例所述的殼管型換熱器。附圖12為透視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明所述的第一個對比樣例的板式翅片的主要部分，和扁平傳熱管的一個單元，該傳熱管內(nèi)設(shè)置有所述板式翅片。附圖13為放大透視圖，其示出同一對比樣例中設(shè)置的板式翅片的主要部分。附圖14示出同一對比樣例中高溫流體的流體分布狀況和流動速度分布。附圖15為透視圖，其示出根據(jù)本發(fā)明所述的第二個對比樣例的板式翅片的主要部分，和扁平傳熱管的一個單元，該傳熱管內(nèi)設(shè)置有所述板式翅片。
(實施例)下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明做更詳細(xì)的說明。但是本發(fā)明不應(yīng)受實施例的限制，相反，可以在其要旨的范圍內(nèi)自由地設(shè)計其方案。
(實施例1)在根據(jù)本發(fā)明第一實施例所述的板式翅片中，如附圖1A和1B所示，通過將下述薄板加工成預(yù)定尺寸的正方形來獲得多個板式部件，所述薄板由厚度為0.2mm的奧氏體不銹鋼SUS304構(gòu)成，并且通過借助沖床沖壓板式部件的8張板材的方式形成預(yù)定的切口2-1。然后對板式部件進(jìn)行塑型加工以制造翅片結(jié)構(gòu)2，該翅片結(jié)構(gòu)具有矩形截面，并在縱向上有波紋，在其側(cè)面內(nèi)有多個切口2-1，如附圖2所示。以這種方式獲得的翅片結(jié)構(gòu)2插在扁平的傳熱管1內(nèi)，該傳熱管1由同樣的材料構(gòu)成，并具有0.5mm的厚度。用焊料將翅片結(jié)構(gòu)2連接成一體的結(jié)構(gòu)，以便將其分成多個小通道3，這些小通道3在扁平傳熱管1中具有正方形截面，并且在縱向上具有波紋。這里，通過上述沖壓加工方式在小通道3的側(cè)壁內(nèi)形成多個切口2-1，從而使得分隔開的相鄰小通道3彼此聯(lián)通。制備8個以這種方式形成的扁平傳熱管，并將其裝配成冷卻外殼中的EGR氣體冷卻裝置(雖然未示出)內(nèi)的氣體通道。對這個冷卻外殼進(jìn)行了冷卻性能測試，并且將這些測試結(jié)果同基于對比樣例1的相關(guān)技術(shù)的測試結(jié)果進(jìn)行比較，這些測試結(jié)果在表1中示出。根據(jù)表1中列舉的結(jié)果下面的信息得以確認(rèn)。就本發(fā)明而言，由于設(shè)置的翅片結(jié)構(gòu)的作用，使EGR氣體可以在相鄰的小通道3之間流進(jìn)和流出，從而使得小通道3之間EGR氣體的壓力均勻，如附圖7所示，流入傳熱管1b的小通道3b的EGR氣體的流體分布和流動速度分布保持均勻一致。如附圖7所示，傳熱管周圍冷卻外殼的熱交換得以有效地促進(jìn)，從而具有非常高的溫度效率。
表1

根據(jù)該實施例，形成前述翅片結(jié)構(gòu)2的板式材料采用奧氏體不銹鋼SUS304的薄板材。但是，不排除選擇任何其它合適的金屬材料，如果該材料具有預(yù)定的機械強度，耐熱性能、抗腐蝕性能和傳熱性能良好，并且具有符合要求的可使用性的話。而且，該實施例中形成切口2-1的手段為借助沖床的沖壓方式。但是，可以采用機械切割、激光或者放電加工作為使切口成形的方法。而且，還可以通過使用遮蔽板式材料并借助化學(xué)方法在腐蝕性溶液中對其進(jìn)行蝕刻的方式來形成該切口。
(實施例2)如附圖4所示，制備了類似于實施例1那樣的波紋翅片結(jié)構(gòu)2a，只是形成了圓形通孔4來代替實施例1中翅片結(jié)構(gòu)2a形成的小通道3a的側(cè)壁內(nèi)的切口2-1。像實施例1的翅片結(jié)構(gòu)一樣，用類似的方式將獲得的翅片結(jié)構(gòu)2a與扁平傳熱管一體連接，以便獲得8個換熱器扁平傳熱管1a，所述的每個傳熱管都具有翅片結(jié)構(gòu)2a，如附圖4所示。然后像實施例1中一樣，將傳熱管1a裝配到EGR冷卻裝置中，并在與實施例1一樣的條件下對其進(jìn)行冷卻測試。結(jié)果表明冷卻效率大體上與實施例1的相等。
(實施例3)如附圖6所示，制備了類似于實施例2那樣的翅片結(jié)構(gòu)2b，只是板式材料縱向上的形狀是直線形的。這里用來制備翅片結(jié)構(gòu)2b的方法不需要任何復(fù)雜的塑型加工，而是像沖壓通孔4a那樣的簡單沖壓加工就可以滿足需要，從而使得可以大大降低制造翅片結(jié)構(gòu)2b的成本。如同實施例2的翅片結(jié)構(gòu)一樣，翅片結(jié)構(gòu)2b插在扁平傳熱管中，并用類似的方式一體連接，以便制造8個扁平傳熱管1b，所述的每個傳熱管都具有設(shè)置在在其中的翅片結(jié)構(gòu)2b，如附圖5所示。然后像實施例2中一樣，將傳熱管1b裝配到EGR氣體冷卻裝置中，并在相同的條件下對其進(jìn)行冷卻測試。結(jié)果表明熱交換效率與實施例2相比略低，但是冷卻效率實際上是滿足需要的。
(實施例4)如附圖8所示，制備了大體上類似于實施例3那樣的翅片結(jié)構(gòu)2c，只是形成了多個矩形上升部2c-1，并且剩下的部分朝向通道3c隆起，從而形成了多個上升翅片2c-2，這些翅片以舌形的形式向通道3c的上游伸出。該實施例中用來制備翅片結(jié)構(gòu)2c的方式不像實施例2中的那樣需要復(fù)雜的塑型加工，而是像形成上升部2c-1那樣的簡單沖壓加工就可以滿足需要。從而使得可以大大降低制造翅片結(jié)構(gòu)2c的成本。如同實施例3一樣，將上述翅片結(jié)構(gòu)2c插入并連接在扁平傳熱管中，以便獲得根據(jù)這個實施例所述的8個扁平傳熱管(雖然未示出)，所述的每個傳熱管都具有設(shè)置在其中的翅片結(jié)構(gòu)2c。像實施例3一樣，將獲得的這8個傳熱管1c裝配在EGR氣體冷卻裝置的殼管型換熱器中，并在相同的條件下對其進(jìn)行冷卻測試。結(jié)果表明不會發(fā)生高溫流體的混流，但是下述部件引起的邊緣效應(yīng)起到將通道3c內(nèi)流動的高溫EGR氣體的所有層流流體都切斷(separate)的作用，從而實現(xiàn)了與實施例3大體上相等的冷卻效率，所述部件為在通道3c中以舌形的形式伸出的上升翅片2c-2。
(實施例5)如附圖9所示，制備了與實施例4的翅片結(jié)構(gòu)大體上相同的翅片結(jié)構(gòu)2d，只是實施例4的上升部2c-1在該實施例中為三角形上升部2d-1，即以舌形的形式向通道3d的上游伸出的多個上升翅片2d-2為三角形的。通過相似方式或者類似方式來設(shè)置翅片結(jié)構(gòu)2d，獲取傳熱管2d(未示出)。像實施例4中的翅片結(jié)構(gòu)一樣，將獲得的該翅片結(jié)構(gòu)2d裝配在EGR氣體冷卻裝置的殼管型換熱器中，并在相同的條件下對其進(jìn)行EGR氣體的冷卻測試。結(jié)果表明可以達(dá)到與實施例4大體上相等的冷卻效率。
(實施例6)如附圖10A和10B所示，制備了大體上與實施例2相似的根據(jù)該實施例所述的翅片結(jié)構(gòu)2e，只是使具有正方形截面的所述板式翅片呈波浪形，從而像實施例1和2那樣在縱向上具有曲線，在對應(yīng)于板式翅片起伏的隆起部的轉(zhuǎn)角部的側(cè)壁上按照下述方式形成有凹陷和隆起部2e-3與2e-4，上述方式為隆起部和凹陷相對于它們的內(nèi)側(cè)通道3e交替設(shè)置；并且在上述側(cè)壁中沒有形成通孔4。像實施例2中的一樣，將翅片結(jié)構(gòu)2e設(shè)置在扁平傳熱管中，并將其裝配在EGR冷卻裝置的殼管型換熱器中，在像上述實施例那樣的相同條件下對其進(jìn)行冷卻測試。測試表明即使不會發(fā)生高溫流體的混流，也在流體通道3e的曲面轉(zhuǎn)角部分上交替形成了多個沿側(cè)壁豎直方向伸展的凹陷和隆起部2e-3與2e-4。流動的流體中形成了紊流和渦流，從而通過比預(yù)期的更強烈的攪動作用可以達(dá)到實際上滿足需要的冷卻效率。這里，根據(jù)該實施例所述的凹陷和隆起部2e-3與2e-4形成在轉(zhuǎn)角部。但是，不排除在轉(zhuǎn)角部以外的其余部分形成上述凹陷和隆起部，和整個波紋部分像微波一樣連續(xù)的凹陷和隆起部2e-5。
(實施例7)參照附圖11對這個實施例進(jìn)行說明，該實施例在EGR氣體冷卻裝置50中使用按照實施例1-6的任何一個所獲取的傳熱管1，該EGR氣體冷卻裝置50裝配在汽車被冷卻的EGR系統(tǒng)中。在根據(jù)這個實施例所述的EGR氣體冷卻裝置50中，通過下述方式在殼體51內(nèi)形成一組傳熱管。所述方式為將一對管板50-3和50-4連接至殼體51的兩端以使內(nèi)部密封，并在上述配時的管板50-3和50-4之間、分別以預(yù)定的間距穿過管板50-3和50-4連接并布置多個扁平傳熱管1，這些扁平傳熱管是根據(jù)前述實施例獲得的。此外，在殼體51的兩側(cè)上，安裝有蓋罩50-1和50-2，這些蓋罩上裝配有EGR氣體G的流入口G-1和流出口G-2。另一方面，在殼體51外圍的兩端部裝配有入口W1和出口W2，所述的入口和出口諸如發(fā)動機冷卻水或者冷風(fēng)這樣的冷媒的入口和出口，例如在這個實施例中冷媒為發(fā)動機的冷卻水W。由所述的配對管板50-3和50-4確定的不漏氣空間形成熱交換區(qū)域Wa，發(fā)動機的冷卻水W可以在該區(qū)域內(nèi)流動。通過在熱交換區(qū)域Wa內(nèi)連接多個支撐板50-5，并將傳熱管1插在支撐板50-5的橢圓形通孔中的方式，而將傳熱管1穩(wěn)固地支撐，使其成為擋板，促使流入熱流入熱交換區(qū)域Wa中的冷卻水W的水流蜿蜒流動。此時，預(yù)先通過低溫焊接的方式將連接并固定好的翅片結(jié)構(gòu)安裝在待裝配到殼體51內(nèi)的傳熱管1的內(nèi)周中。也可以在裝配在殼體51中的工序之后，通過低溫焊接的方式進(jìn)行連接翅片結(jié)構(gòu)的作業(yè)。
在按照這個實施例所述這樣構(gòu)造的EGR氣體冷卻裝置50中，自EGR氣體流入口G-1流至殼體51內(nèi)的高溫EGR氣體G流入布置在殼體51中的多個傳熱管1中?？墒前l(fā)動機冷卻水W已經(jīng)流入熱交換區(qū)域Wa中，從而使EGR氣體G和發(fā)動機冷卻水W之間通過傳熱管1管壁的熱交換立即開始，所述的熱交換區(qū)域Wa形成在以預(yù)定間距布置的傳熱管1的傳熱管組周圍。在這個實施例中，采用具有寬大傳熱面積的扁平管子作為傳熱管1，并且，如前面的各個實施例中舉例說明的那樣的翅片結(jié)構(gòu)2裝配在扁平傳熱管的內(nèi)周中。因此，通過下述方式確定了優(yōu)良的冷卻效率，即對流體的攪動作用、切斷層流的作用、分散作用、流體均勻的流動速率和速度協(xié)同作用，從而有效地促進(jìn)了EGR氣體G和發(fā)動機冷卻水W之間的熱交換，由此確定了優(yōu)良的冷卻效率。
(對比樣例1)如附圖13所示，制備像實施例3中那樣的翅片結(jié)構(gòu)12，只是在翅片結(jié)構(gòu)的側(cè)壁中沒有形成通孔。通過下述方式獲得8個其中設(shè)置有翅片結(jié)構(gòu)12的扁平傳熱管10，如附圖12所示，所述方式為像實施例3的那樣，將翅片結(jié)構(gòu)12裝配在扁平管中，并借助像實施例3那樣的方式使它們一體連接。然后像實施例3中那樣，將所述的8個傳熱管10裝配在EGR氣體G的冷卻裝置中，并在相同的條件下對其進(jìn)行冷卻測試。如附圖14所示，下述發(fā)現(xiàn)已得以證實即流入傳熱管10的小通道13中的EGR氣體的流動速率分布和流動速度分布明顯不一致，從而使得與實施例3的熱交換效率相比，其熱交換效率大大下降了。
(對比樣例2)如附圖15所示，制備像實施例1中那樣的翅片結(jié)構(gòu)12a，只是在翅片結(jié)構(gòu)的側(cè)壁中沒有形成通孔。通過下述方式獲得8個傳熱管10a，所述的每個傳熱管內(nèi)都設(shè)置有波紋翅片結(jié)構(gòu)12a，如附圖15所示，上述方式為像實施例1那樣在扁平管中裝配波紋翅片結(jié)構(gòu)12a，并借助像實施例1那樣的方式使它們一體連接。然后像實施例1中那樣，將這8個傳熱管10a裝配在EGR氣體的冷卻裝置中，并在相同的條件下對其進(jìn)行冷卻測試。下述發(fā)現(xiàn)已得以證實即盡管在扁平傳熱管中裝配有下述波紋翅片結(jié)構(gòu)12a，但是流入獲得的傳熱管10a的小通道13a中的EGR氣體的流動速率分布和流動速度分布明顯不一致，從而使得其熱交換效率明顯低于實施例1的熱交換效率。上述波紋翅片結(jié)構(gòu)是利用生產(chǎn)成本非常高的塑型加工工藝制造的。
用來在各種扁平傳熱管中固定基于本發(fā)明的前述各個實施例所獲得的翅片結(jié)構(gòu)的方式是任意的，而不是特別限制的。通常采用低溫焊接方式連接該翅片結(jié)構(gòu)和扁平傳熱管，并優(yōu)選采用焊接或者低溫焊接作為扁平傳熱管和冷卻外殼(或者殼體)、蓋罩部分(或者管子)或者類似部件之間的連接方式。另外，在根據(jù)本發(fā)明的前述的各個實施例中，僅僅用在傳熱管中流動的流體作為EGR氣體或者被冷卻介質(zhì)的例子。在另外一個實施例中，將冷卻水或者冷媒輸送至傳熱管內(nèi)，從而使得傳熱管的外側(cè)可以構(gòu)成被冷卻介質(zhì)的氣體通道。在這種情形中，可以在傳熱管內(nèi)流動的冷卻水中形成紊流和渦流，從而借此有效地進(jìn)行與傳熱管外圍表面接觸的氣體的熱交換。
這里，在前述的各個實施例中僅僅示例性地用一種形態(tài)來表示(shape)在翅片結(jié)構(gòu)的側(cè)面、上壁或者下壁面上形成的切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)。但是優(yōu)選使前述實施例在一個板式翅片的通道中與多種形態(tài)搭配。例如，除了實施例1中的切口2-1之外，還可以附加形成凹槽2e-3和/或隆起2e-4?；蛘叱藢嵤├?的通孔4a之外，實施例4中的上升翅片2c-2和實施例5中的上升翅片2d-2也都可以設(shè)置，從而預(yù)期上述結(jié)構(gòu)產(chǎn)生協(xié)同作用。另外，在前面所述的各個實施例中，加工的切口、通孔和上升部等是簡單的矩形、三角形或者圓形，但是如果需要，不排除適當(dāng)?shù)剡x擇V形切口、星形或者多角形的通孔。而且毋庸多言，可以在加工波紋的工序之前和之后的任何時候加工各個實施例中的切口、通孔、上升部、隆起部、凹陷和類似部件。
依照本發(fā)明前述的翅片結(jié)構(gòu)，正如可以從前述的各個實施例和對比樣例中明顯地看到的那樣，在板式翅片的側(cè)面上單獨或者組合形成至少一個切口、上升部、隆起部、凹陷和類似部件，所述板式翅片設(shè)置在扁平傳熱管中，并將流入傳熱管內(nèi)的被冷卻介質(zhì)或者冷媒流體通道分成多個小通道，這些小通道具有正方形截面，并在縱向上具有任意形狀。在相鄰的小通道中，流動的流體互相來回流動，從而使得扁平傳熱管中平面方向的流動是自由的。因此，由傳熱管分成的小通道中的流體沒有產(chǎn)生不一致的流動速度，從而使流動速度沒有產(chǎn)生附帶的散布。這樣，該結(jié)構(gòu)就可以保持均勻的流動速度。而且，被分成多個小通道的各個通道之間流體的壓力一致，從而使得流體平均分布，換熱性能得以改進(jìn)。
另外，依照其中設(shè)置有本發(fā)明的翅片結(jié)構(gòu)的扁平傳熱管，流體可以自由地流入和流出小通道，這些小通道由翅片結(jié)構(gòu)側(cè)壁內(nèi)形成的切口、通孔等分隔。因此，流體之間的混合和碰撞會頻繁發(fā)生，從而形成了工作流體的紊流和渦流。并使流體的流線以復(fù)雜的方式擾動，以切斷層流，重復(fù)有效的攪動作用，從而使得流入傳熱管中的流體與傳熱管壁反復(fù)接觸，以此有效地進(jìn)行熱交換。另外，由前述切口、通孔、上升部、隆起部、凹陷和類似部件形成的端部引起熱交換邊緣效應(yīng)和流體的攪動作用，從而使得熱交換性能得以更好地改進(jìn)。因而，不僅在殼管型熱交換冷卻裝置中，而且在用來從廢氣中回收廢熱的換熱器、或者EGR氣體冷卻器的熱交換傳熱管、燃料冷卻器、油冷卻器、中間冷卻器或者類似的裝置中，都可以將本發(fā)明的翅片結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)夭贾贸蓴噭恿黧w的板式翅片。同時，其中設(shè)置有所述翅片結(jié)構(gòu)的傳熱管和其中裝配有所述傳熱管的殼管型換熱器憑借其優(yōu)良的熱交換性能能夠減小上述那些裝置的尺寸和重量，并有助于裝置的緊湊化。因而，能夠以相對較低的成本提供簡單地安裝在有限空間內(nèi)的所述換熱器，從而可以預(yù)期實現(xiàn)該換熱器在相關(guān)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種翅片結(jié)構(gòu)，其包括設(shè)置在傳熱管中的板式翅片，該板式翅片具有正方形的截面并在縱向上具有任意形狀，以用來將流體通道分隔成多個小通道，所述流體包括在所述傳熱管中流動的被冷卻介質(zhì)或者冷媒，其特征在于在所述板式翅片的側(cè)面、上壁或者下壁面內(nèi)形成至少一個切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的翅片結(jié)構(gòu)，其中所述傳熱管為扁平管子，并且所述的多個小通道在縱向上呈曲線或者直線，所述的小通道由設(shè)置在該扁平傳熱管中的板式翅片構(gòu)成，所述的小通道具有正方形的截面，且在縱向上具有任意的形狀。
3.如權(quán)利要求1或2所述的翅片結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置在所述傳熱管中的各個板式翅片分別由一張金屬薄板構(gòu)成的板式材料加工而成，并且，在所述板式材料內(nèi)形成切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)的方式為諸如沖壓加工這樣的機械加工方法，或者為諸如蝕刻這樣的化學(xué)加工方法。
4.如權(quán)利要求1所述的翅片結(jié)構(gòu)，其中從焊接、低溫焊接或者其它連接方式中適當(dāng)選出將所述板式翅片安置在傳熱管中的方式，并且所述板式翅片與傳熱管一體連接。
5.一種傳熱管，其特征在于下述翅片結(jié)構(gòu)設(shè)置在該傳熱管中，所述翅片結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在傳熱管中的板式翅片，該板式翅片具有正方形的截面并在縱向上具有任意形狀，以用來將流體的通道分隔成多個小通道，所述流體包括在所述傳熱管中流動的被冷卻介質(zhì)或者冷媒，并且在所述翅片結(jié)構(gòu)中，在所述板式翅片的側(cè)面、上壁或者下壁面內(nèi)形成至少一個切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種傳熱管，其中在板式翅片的整個側(cè)面區(qū)域范圍內(nèi)都沒置所述隆起部和凹陷。
7.如權(quán)利要求5所述的一種傳熱管，其中所述傳熱管為扁平管子，并且所述的多個小通道在縱向上呈曲線或者直線形，所述的小通道由設(shè)置在該扁平傳熱管中的翅片結(jié)構(gòu)形成，所述的小通道具有正方形的截面，且在縱向上具有任意的形狀。
8.如權(quán)利要求5所述的一種傳熱管，其中設(shè)置在所述傳熱管中的翅片結(jié)構(gòu)分別由一張金屬薄板構(gòu)成的板式材料加工而成，并且，在所述板式材料內(nèi)形成切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)的方式為諸如沖壓加工這樣的機械加工方法，或者為諸如蝕刻這樣的化學(xué)加工方法。
9.如權(quán)利要求5所述的一種傳熱管，其中從焊接、低溫焊接或者其它連接方式中適當(dāng)選出將所述翅片結(jié)構(gòu)安置在傳熱管中的方式，并且所述翅片結(jié)構(gòu)與傳熱管一體連接。
10.一種換熱器，其特征在于包括至少一個設(shè)置在其中的傳熱管，該傳熱管為如權(quán)利要求5所述的傳熱管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種翅片結(jié)構(gòu)、一種傳熱管和一種換熱器。所述的翅片結(jié)構(gòu)由設(shè)置在傳熱管中的板式翅片構(gòu)成，盡管其結(jié)構(gòu)簡單，但是其能通過下述方式達(dá)到良好的冷卻效率，所述方式為使流體的流動速度分布均勻并促進(jìn)有效的熱交換作用。所述的翅片結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在傳熱管中的板式翅片，該板式翅片具有正方形的截面，并在縱向上具有任意形狀，以用來將流體通道分隔成多個小通道，所述流體由在所述傳熱管中流動的被冷卻介質(zhì)或者冷媒組成。在該翅片結(jié)構(gòu)中，在所述板式翅片的側(cè)面、上壁或者下壁面內(nèi)形成至少一個切口、通孔、上升部、隆起部和凹陷等結(jié)構(gòu)。所述的傳熱管具有設(shè)置在其中的翅片結(jié)構(gòu)。所述換熱器具有裝配在其中的傳熱管。
文檔編號F28D7/10GK1749684SQ20051011322
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者臼井正一郎, 后藤忠弘 申請人:臼井國際產(chǎn)業(yè)株式會社