專利名稱：熱交換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱交換器，尤其是指用于汽車空調設備的、優選按照權利要求1前序部分所述的冷凝器或空氣冷卻器。
背景技術：
在歐洲專利EP-B 0 414 433所公開的冷凝器中，兩個冷凝器在空氣側按前后排列，并通過輔助的固定元件達到相互之間的機械連接。在制冷劑側，制冷劑先后或平行地流過這兩個冷凝器。在前后排列的布置中，熱交換以交叉逆流的方式進行，也就是說，制冷劑首先流過背風面的冷凝器，然后經過一個連接管到達迎風面的冷凝器，并從面朝迎風面的制冷劑出口中流出。兩個冷凝器為多流程并且流體斷面逐步減小(遞減的管路)。這樣制冷劑的折流就只發生在每個冷凝器的平面內，也就是說只在寬度上。這種已公開的雙冷凝器結構的缺點在于，兩個冷凝器之間既必須是機械連接，又必須在制冷劑側相互連接，這就需要增加部件和裝配時間。這就意味著提高了制造成本。此外，這種已公開的冷凝器還由于未使介質的流過達到最優而帶有熱力學上的勢能。
發明內容
本發明的目的是改進本文開頭所提到的那種熱交換器，尤指空氣冷卻器或冷凝器，從而在端面相同的情況下提高效率，和/或減少重量和/或制造成本。
這一目的是通過權利要求1所述的特征來實現的。
按照本發明所述的熱交換器，特別是指冷凝器或空氣冷卻器，在制造時優選地采用粘接或焊接的塊狀形式，最好是“一次性”地釬焊而成。這樣就可取消機械連接件，從而減少制造成本。此外，冷凝器在一個或多個流道平面中，即在寬度上被分成若干芯體，和/或在與上述平面垂直的方向上，即在深度上被分成若干段，它們被介質先后流過；同時，折流不僅發生在深度上或寬度上，而且它既發生在深度上又發生在寬度上。通過將冷凝器網分成雙列，可以使制冷劑側的介質流過情況得到優化，從而提高冷凝器的效率。
從屬權利要求則提供了本發明具有優點的結構形式。
本發明的優點是，上述段的數量為偶數，因為每個芯體由兩段組成，該段又有著相同數量的流道。但該段的數量也可以是奇數，也就是說，一段(或多個段)又被分成若干被制冷劑先后流過的子段。這樣可以使冷凝器能更多地被制冷劑流過，從而可以進一步提高冷凝器效率。另外，具有優點的結構是，如果制冷劑進口布置在一個位于背風面或迎風面的段上，那么制冷劑出口則布置在一個位于迎風面或背風面的段上。
按照本發明一個具有優點的結構，各段被先后流過，并且制冷劑的折流交替出現在深度和寬度上。這樣就在空氣和制冷劑的熱交換中出現了交叉流-逆流-直流(Kreuzgegengleichstrom)的方式。
按照本發明另一個具有優點的方案，制冷劑在深度上出現折流后，接著在深度和寬度上同時出現折流。這樣就在空氣和制冷劑的熱交換中出現了交叉逆流，這種對流進一步帶來了熱力學上的益處。
按照本發明的一個具有優點的方案，流道采用扁平管的形式，也就是說，要么扁平管為兩列、三列或更多列，要么扁平管為一列，但這個“直通的”扁平管中有兩個、三個或更多的流程。在可能的情況下，這些扁平管具有平行布置的內流道，它們被介質平行流過。并且這些內流道之間還可以有連接孔。而且扁平管中還可以裝上紊流裝置。
另外一種具有優點的方案是，扁平管端部固定在一個總的集流管中，并且這個集流管同時與一個以上的扁平管相連，而在這個集流管中折流出現在深度上。還有一種具有優點的方案是，扁平管端部在另一側接入到兩個集流管中，在這兩個集流管中折流發生在寬度上。在這里，具有優點的是，這兩個集流管或者成為一體并將該芯體固定住，或者是分開的集流管并通過一個“直通的”扁平管相互接合。
具有優點的是在扁平管之間布置連續的波浪型翅片，通過將它們與扁平管釬焊在一起保證了冷凝器芯體的緊湊性和穩定性。
按照本發明的另一個具有優點的方案是，集流管之間設置了附加的折流元件，這個裝置使制冷劑可以同時在深度上和寬度上發生折流。被介質先后流過的各段通過這個折流元件，如彎管在制冷劑側相互連接。折流元件可以釬焊在集流管中，因此這種本發明所述的冷凝器的變型能夠在一個工步內在釬焊爐中完成釬焊。
下面通過附圖和實施例對本發明進行詳細說明。其中圖1為一個雙列熱交換器，它在深度和寬度上進行折流，圖2為一個雙列熱交換器，它在深度上進行折流，隨后又在寬度和深度上進行折流，圖3為兩個成為一體的用于雙列扁平管的集流管，圖4為兩個分開的、用于單列雙流程扁平管的集流管，圖5為第一種流動模式，圖6為第二種流動模式，圖7為第三種流動模式，圖8為第四種流動模式，圖9為本發明所述的熱交換器如冷凝器與現有技術相比較的功率圖。
具體實施例方式
圖1為一個雙列熱交換器1，如冷凝器或空氣冷卻器，它帶有第一列2和第二列3扁平管4，在扁平管4之間布置著已知的波浪型翅片(圖中未示)。
波浪型翅片的翅片高度，即一列中的兩個扁平管之間的距離優選為4mm到12mm。翅片密度，即每分米內的翅片數量優選為45到90個/分米，翅片間的距離或片距為1.05到2.33mm。具有優點的是，翅片或波浪型翅片采用一條散熱帶的形式，在這種情況下，成波浪型或之字形的散熱帶被裝入到扁平管之間。按照本發明，這樣成形的翅片起到不同區域之間的隔熱作用，這樣，位于不同扁平管或扁平管區之間的區域至少一部分被絕熱。
在另一個優選的實施形式中，翅片由若干單獨的散熱帶組成，它們被裝入到各相鄰的扁平管之間。這種形式的優點在于，不同列的各翅片間不存在熱連接。
扁平管具有優點的結構是，管的寬度(即管朝著相同平面內相鄰管的方向延伸)為1mm到5mm，優選為1.2mm到3mm。管在與上述平面相垂直的方向上的延伸為管的深度，適合的深度為3mm到20mm，優選為5mm到10mm。
在本發明的一個實施例中，熱交換器的各芯體中管的深度基本相同。但在本發明的另一個實施例中，在各芯體中，管可以選擇不同的深度。特別適合本發明的是，迎風側平面中的管的深度小于背風側平面中的管的深度。
在圖中所示的熱交換器中，從氣流方向看，不同平面的管前后排列并對準，也就是說，它們在同一高度上前后排列。
在圖中未示的熱交換器中，一個平面中的管與另一平面中的管錯位排列。這種錯位排列可優選為翅片高度的一半加上管的寬度的一半。當然也可以取中間值。在這樣一個實施例中，在不同平面的管之間可以有不同或相同的翅片，翅片優選地采用獨立的散熱帶的形式。
兩列2、3扁平管4上帶有扁平管端部4a，它們接入到一個共同的集流管5中。在另一側，兩列2、3扁平管4上帶有扁平管端部4b，它們接入到兩個分開的集流管6、7中。集流管7上有一個制冷劑進口8。兩個集流管6、7被隔板分成若干集流段。在圖中只顯示了集流管6中的隔板9。空氣按箭頭L所示的方向即氣流方向穿過冷凝器1。制冷劑在冷凝器1中的流動路線由一條多次轉彎的線條表示，它的起點是制冷劑進口KME，終點是制冷劑出口KMA。正如將在后文中詳細說明的那樣，兩列2、3扁平管4被分成三個芯體I、II、III，其中，每個芯體又分為兩段Ia、Ib，IIa、IIb和IIIa、IIIb。制冷劑首先流過后面的管列3上的背風側的段Ia，然后流進集流管5，在那里它如箭頭UT1所示在深度上被折流。隨后制冷劑進入到迎風側的段Ib，并進入到迎風側的集流管6，在那里它如箭頭UB1所示在寬度上被折流。制冷劑隨后流過下一段IIa并又回到集流管5，在那里它又如箭頭UT2所示沿著與之前相反的方向在深度上被折流。之后，它流過背風側的段IIb進入到背風側的集流管7，在那里它又再次如箭頭UT2所示在寬度上被折流。然后流過另一段IIIa再次進入集流管5，這里它如箭頭UT3所示在深度被折流，最后，它流過最后的、迎風側的段IIIb，到達制冷劑出口KMA。一方面通過制冷劑的這種流動和另一方面通過空氣的穿流，于是產生了交叉流-逆流-直流，也就是說，這是由于一方面制冷劑和空氣之間成交叉流，另一方面在深度上的折流UT1、UT3與氣流方向L相反，而UT2則沿著氣流方向。
圖2中是冷凝器10的另一個實施例，這里的冷凝器基本上和圖1的冷凝器結構相同，所以相同的部件就使用相同的標號。與圖1中所示實施例不同的是，冷凝器10在迎風側的集流管6中增加了一個隔板11，并帶有兩個管狀的折流元件12、13，它們分別將迎風側的集流管6的各段與背風側的集流管7的各段連接起來。制冷劑的流動路線在這里也用一條連續并多次轉彎的線條表示，它的起點是制冷劑進口KME，終點是制冷劑出口KMA。制冷劑首先流過背風側的段Ia，在集流管5中按照箭頭UT1所示在深度上朝著迎風側的段Ib的方向折流，并在流過這一段后到達迎風側的集流管6。由于隔板11的位置，芯體I的段Ia和Ib中有六個扁平管4。然后通過折流元件12，制冷劑在背風側的集流管7中的一段出現折流，也就是說，它同時在寬度和深度上出現折流，如同箭頭UBT1所示。在折流后制冷劑沿朝著集流管5的方向流過背風側的段IIb，并在集流管5中按箭頭UT2所示沿著與氣流方向相反的方向折流，并進入到迎風側的段IIa中。在到達迎風側的集流管6即隔板9、11之間的段后，制冷劑通過折流元件13再次在寬度和深度上出現折流，如同箭頭UBT2所示。然后，制冷劑流過另一個背風側的段IIIa，并在集流管5中按箭頭UT3所示折流，最后流過最后一個迎風側的段IIIb到達制冷劑出口KMA。這一流動模式是一種交叉逆流，因為在深度上的折流UT1、UT2、UT3分別與氣流方向L相反。與圖1中所示的流動模式相比，這種流動模式具有熱力學上的優點。
在圖3中，兩個集流管6、7(在圖中用6’、7’表示)形成了一個眼鏡狀的雙管結構14。這兩個集流管6’、7’由一塊連續的、端邊為16、17的帶鋼15制成，這兩個端邊插入到連接兩個集流管6’、7’的腹板18中并釬焊在一起。這樣兩個集流管6’、7’就被固定連接，而扁平管4的端部4b則插入到集流管中。這樣就可以制成一個被釬焊成一個芯體的雙列冷凝器。
圖4是集流管6、7即6”、7”成形的另一種實施形式，它們形成了兩個分開的集流管。在這里，扁平管不是被布置成前面的實施例中的兩個分開的列，而是由一個“直通”的、具有兩個流程的扁平管19構成，也就是說分為一個前部(迎風側)19a和一個后部(背風側)19b。通過一個中央間隔區19c，兩個部分19a、19b在介質流動上被分開。直通的扁平管19帶有兩個分開的扁平管端部19a’和19b’，它們插入到兩個集流管6”、7”上的通道20中并釬焊在一起。通過這種方式形成了一個連通的、整體釬焊而成的冷凝器芯體。
圖5是圖1所示實施例的流動模式的示意圖，即交叉流-逆流-直流。冷凝器1的整個管系分為三個芯體I、II、III，其中，每個芯體分別由兩段Ia和Ib、IIa和IIb及IIIa和IIIb組成。一個芯體中的各段的管子數量相同，并按氣流方向L前后依次排列。在圖5的實施例中，段Ia、Ib分別有九個扁平管4，段IIa、IIb分別有七個扁平管，段IIIa、IIIb分別有五個扁平管。這樣就在制冷劑側形成了遞減的管路，也就是說，制冷劑側的出口斷面小于制冷劑進口斷面，它相當于進口斷面的5/9或56％。這對于在管系分為三個芯體和六段的情況下制冷劑側流道的分級是有利的。其它的由字母數字組成的標號與圖1中所示實施例的標號相同，也就是說，流動路線中有三個在深度上的折流UT1、UT2和UT3以及兩個在寬度上的折流UB1和UB2。
圖6中是以圖2所示實施例為基礎的流動模式，在這里也使用了相同的字母數字組成的標號。冷凝器10(見圖2)的管系也在寬度上被分為三個芯體I、II和III，每個芯體在深度上被分為兩個相同的段Ia、Ib，IIa、IIb及IIIa、IIIb。芯體I的管子數量為2×9，芯體II的管子數量為2×7，芯體III的管子數量為2×5，即與前一個實施例相同。在相同的段中，制冷劑在深度上的折流均發生在同一方向上，即與氣流方向L相反的、箭頭UT1、UT2和UT3所示的方向上。此外，從段Ib到段IIb，折流既出現在寬度上，也出現在深度上，如同箭頭UBT1所示；從段IIa到段IIIa，折流同樣既出現在寬度上，也出現在深度上，如同箭頭UBT2所示。就這點而言，這種流動類型是一種交叉逆流，它與交叉流-逆流-直流相比在效率上具有優點。
圖7中是另一種流動模式，在這里，冷凝器的管系在寬度上分為兩個芯體I、II。芯體I在深度上分為兩個相同的段Ia和Ib，每段帶有九個扁平管4。芯體II分成一個帶有九個扁平管4的段和兩個子段帶有五個扁平管4的子段IIaa和帶有四個扁平管的子段IIab。制冷劑首先流過背風側的段Ia，然后它按箭頭UT1所示在深度上折流，接著流過迎風側的段Ib，之后它按箭頭UB1所示在寬度上折流，并流進相鄰的子段IIaa，隨后它又按UT2在深度上折流并流向背風側的段IIb，從那里再次按箭頭UT3所示在深度上折流到背風側的子段IIab。由于一個段被分成了兩個子段，這里就出現了五段流路，也就是說是一個奇數。這樣一種帶有子段的流動模式特別有利于制冷劑在最后的子段IIab達到過冷。
在將一段分成若干子段時，具有優點的方法是在集流管設置隔壁。這一隔壁可以相應地采用隔板的形式。
圖8中是另一種將冷凝器管系分成七段流路的形式。管系在寬度上分為三個芯體I、II、III；芯體I分成兩個相同的、分別帶有九個扁平管4的段Ia、Ib。芯體II分成兩個相同的、分別帶有七個扁平管的段IIa、IIb，芯體III分成一個帶有七個扁平管的段IIIa和兩個子段，帶有四個扁平管的子段IIIba和另一個帶有三個扁平管的子段IIIbb。制冷劑在上述各段之間的流動按照后面給出的箭頭的順序UT1、UB1、UT2、UB2、UT3和UB3。
如果制冷劑出口斷面與制冷劑進口斷面之間的比例關系處于0.25到0.40的范圍內時，前面所描述的所有形式(帶遞減管路的流動模式)可以使效率達到最大。這一比例等于制冷劑所流過的最后一段的扁平管數量ni與第一段的扁平管數量n1之間的比(前提條件是扁平管斷面相同)。
圖9為本發明所涉及的冷凝器與現有技術下的冷凝器之間在效率上的比較，這里，變化著的氣流速度(單位m/s)為橫坐標。冷凝器的效率(單位kW)為縱坐標。實線S表示的是傳統的、多流程蛇形盤管冷凝器的效率，它的管路呈遞減趨勢。圖1所示的本發明的第一種形式由一條標有KGG的虛線表示，它代表交叉流-逆流-直流。圖2所示的本發明的第二種形式由一條標有KG的虛線表示，它代表交叉逆流。從圖中可以看出，本發明的兩種形式在效率上高于現有技術，其中，當氣流速度增大時，形式2優于形式1。這樣就可以看出將冷凝器管系分成在深度上折流的芯體和段的明顯的優點。圖中所示的曲線S、KGG、KG來自對帶有相同端面和相同翅片密度的冷凝器的計算。
按照本發明的另一個方案，熱交換器可以被從上到下或從下到上穿流。從下或從上由熱交換器的安裝位置決定。當然也可以是熱交換器的一個平面被從下到上穿流，而另一平面則被從上到下穿流。在這種情況下，流道優選為水平布置。
在另一個具有優點的實施例中，流道可以布置在垂直方向上，集流管為水平方向。
權利要求
1.熱交換器，特別是用于汽車空調的冷凝器或空氣冷卻器，具有至少兩列流道，這些流道被制冷劑穿流并且端部與集流管相連；在各流道之間布置著被氣體繞流的翅片，同時若干位于一個列的流道形成一個平面，而主要氣流方向與這一平面垂直，并且這至少兩列的流道沿氣流方向前后依次排列。其特征在于，至少兩列(2、3)流道(4)在所在平面中被分成至少兩個芯體(I、II)，每個芯體(I、II)在與平面垂直的方向上被分成至少兩段(Ia、Ib；IIa、IIb)流道(4)，其中各段在制冷劑側被制冷劑由以下方式依次流過在各段之間，在與平面垂直的方向上進行折流(UT1、UT2)，或在平面中進行折流(UB1、UB2)，或者既在平面中又在與平面垂直的方向上進行折流(UBT1、UBT2)。
2.按照權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，一部分段(IIa、IIIb)，特別是制冷劑側位于順流方向的段，在所在平面中被分成子段(IIaa、IIab；IIIba、IIIbb)。
3.按照權利要求1或2所述的熱交換器，其特征在于，一個制冷劑進口(8，KME)位于一個背風側的段(Ia)。
4.按照權利要求1或2所述的熱交換器，其特征在于，一個制冷劑進口(8，KME)位于一個迎風側的段(Ia)。
5.按照權利要求1到4中之一所述的熱交換器，其特征在于，一個制冷劑出口位于一個迎風側的段(IIIb)。
6.按照權利要求1到4中之一所述的熱交換器，其特征在于，一個制冷劑出口位于一個背風側的段(IIIb)。
7.按照權利要求1到6中之一所述的熱交換器，其特征在于，芯體(I、II、III)的數量為三、四、五或更多。
8.按照權利要求1到7中之一所述的熱交換器，其特征在于，從段到段的折流交替出現在與平面垂直的方向上(UT1)和在平面中(UB1)。
9.按照權利要求1到7中之一所述的熱交換器，其特征在于，從段到段的折流交替出現在與平面垂直的方向上(UT1)和既在平面中又在與平面垂直的方向上(UBT1)。
10.按照權利要求1到9中之一所述的熱交換器，其特征在于，流道由扁平管(4)構成。
11.按照權利要求1到9中之一所述的熱交換器，其特征在于，至少兩列流道(2、3)由一列直通的具有雙流程或多流程(19a，19b)扁平管(19)構成。
12.按照權利要求1到11中之一所述的熱交換器，其特征在于，與平面相垂直的折流(UT1、UT2)出現在一個共同的集流管(5)中，兩列(2、3)流道或扁平管(4)的端部(4a)接入到這一集流管中。
13.按照權利要求1到12中之一所述的熱交換器，其特征在于，在平面中的折流(UB1、UB2)借助隔板(9、11)在各集流管(6、7)中實現，其中，每列(2、3)流道或扁平管(4)有著相應的集流管(6、7)。
14.按照權利要求1到12中之一所述的熱交換器，其特征在于，同時出現在平面中和與平面垂直的方向上的折流(UBT1、UBT2)通過折流元件(12、13)實現，該折流元件(12、13)將先后被制冷劑流過的段(Ib、IIb；IIa、IIIa)相互連接在一起。
15.按照權利要求10到13中之一所述的熱交換器，其特征在于，為了實現在平面中的折流，集流管(6′、7′)被一個腹板(18)連接形成一個雙管(14)。
16.按照權利要求11到13中之一所述的熱交換器，其特征在于，為了實現在平面中的折流，集流管(6″、7″)采用分開的集流管(6″、7″)結構，直通的扁平管(19)的端部(19a′、19b′)則插入到集流管之中。
17.按照以上權利要求中之一所述的熱交換器，其特征在于，熱交換器是一種空氣冷卻器或冷凝器(1、10)，由一個釬焊而成并在兩側布置有集流管的管/翅片芯體構成。
全文摘要
本發明提供了一種熱交換器，特別是用于汽車空調的冷凝器或空氣冷卻器，它具有至少兩列流道，這些流道被制冷劑穿流并且端部與集流管相連；在各流道之間布置著被氣體繞流的翅片。按照本發明，若干流道位于一列，至少兩列流道在一個平面中被分成至少兩個芯體，每個芯體在與該熱交換器的平面垂直的方向上被分成至少兩段流道。所述各段在與該平面垂直的方向上進行折流，或在平面中進行折流，或者既在平面中又在與平面垂直的方向上進行折流。
文檔編號F28D1/053GK1723378SQ200380105560
公開日2006年1月18日 申請日期2003年11月3日 優先權日2002年12月10日
發明者馬丁·卡斯帕, 格里特·韋爾克 申請人:貝洱兩合公司