鳍板、包括至少一个该板的框架和包括该框架的热交换器

摘要

一种鳍板(20)，包括基部(22)和从所述基部延伸的多个热交换鳍(30)，所述鳍(30)分布在互相平行的鳍条带(34)上。根据本发明，两条相邻的鳍条带(34)沿着与所述鳍条带的方向垂直的方向被至少一条没有任何鳍的平坦条带(32)分隔开。两个此种类型的鳍板(20)被组装成框架，特别是适合被并入热交换器中的框架。

说明书

技术领域

本发明涉及热交换器的领域。

具体来说，本申请涉及鳍板、包括至少一个该鳍板的框架和包括该框架 的热交换器。

背景技术

目前已知的热交换器是由多个热交换模块的堆叠组成，每个模块910均 包括用于待冷却流体F1(特别是液体)的流动室912，以及用于冷却流体F2 (例如气体，特别是空气)的流动室914，这两个室热联接在一起。图1中 示出了一个这样的热交换模块。

为了增加其热交换面积，从而增加与冷却流体的热交换效率，用于待冷 却流体的流动室包括具有多个鳍918的板916，这些鳍918为大体矩形的轮 廓且设置为多个平行条带，这些条带沿垂直于所述条带方向的方向彼此并排。

这样的鳍板远不能提供令人满意的效率。在当前的环保意识的背景下， 除其它因素之外，有必要提升设备的能量效率，特别是热交换器的能量效率， 同时不增加其成本，也不增加制造它们所用的材料。

发明内容

因此，本发明寻求提出一种能量性能及热性能良好、制造所需使用的材 料少、而且也不昂贵的热交换器。

在第一方案中，本发明提供了一种鳍板，包括基部和多个从基部延伸的 热交换鳍，所述鳍分布在至少两条互相平行的鳍条带上，且其特征在于，两 个相邻的鳍条带被没有任何鳍的平坦条带沿与鳍条带的方向垂直的方向分隔 开。

在第二方案中，本发明还提供了一种框架，特别是适合并入热交换器中 的框架，该框架包括两个鳍板，这两个鳍板以如下方式嵌套在一起：第一鳍 板的鳍插入到第二鳍板的平坦条带的面对空间中，且相对于第二鳍板的相邻 的鳍以头对脚的方式设置。

在本申请通篇中，鳍板的侧向被定义为鳍板的鳍条带延伸的方向。

以同样的方式，鳍板的纵向被定义为既垂直于所述侧向、又平行于鳍板 的基部的平面(该平面也被称为“基部平面”)的方向。

最后，鳍板的横向被定义为垂直于基部平面的方向。

除非有相反指定，否则在本申请通篇中，涉及鳍板或鳍板的一部分的长 度是沿纵向测量的，宽度是沿侧向测量的，而厚度或高度是沿横向测量的。

在以上限定的鳍板中，沿与所述鳍条带的方向垂直的方向相邻的两条鳍 条带之间的平坦条带被定义为沿基部平面延伸的没有鳍的条带。

在本发明的有益实施例中，这样的平坦条带的宽度不大于鳍条带的宽度。

总体来说，给定鳍板中的各个鳍条带的宽度是确实相同的。

而且总体来说，每个平坦条带均在鳍条带的整个长度上延伸。

在本发明的设定中，如上限定的鳍板可形成为单件，或者由依次组装或 设置的多个段形成。

在本发明的设定中，每个鳍均具有固定在基部上的两个不同端部，端部 之间限定的鳍部是不与基部重合的连续单件。应理解，鳍板的侧向大体平行 于给定鳍的两端进行对准的方向。

在一个示例中，基部具有位于每个鳍的各个端部之间的开口。

在本发明的有益设定中，每个热交换鳍均包括至少一个弯曲部或相对于 基部倾斜的至少一个倾斜部。换言之，每个鳍均具有既不平行、也不垂直于 鳍板的基部平面的至少一部分。

在优选的方式中，鳍具有从鳍板的基部延伸的、沿相对的方向倾斜的两 个倾斜或弯曲的部分。这样的构造赋予鳍沿鳍板的横向的、一定量的弹性或 柔性。已展示的是，与现有技术相比，鳍的这种柔性允许使用较少量的材料， 因为用于制作本发明的鳍板的板的厚度可以较小。因此，这样的设定还具有 环境和经济方面的优点。

在一个实施例中，每个鳍均呈没有任何直角的梯形轮廓。梯形的每个侧 边可以例如相对于基部平面以20°至70°范围之间的角度倾斜，优选以等于 45°的角度倾斜。然而，这样的示例不是限制性的，且这些鳍可以呈给予其沿 横向的弹性度的其它形状，特别是部分弯曲或完全弯曲的形状。

优选地，每个鳍均呈垂直于包括所述鳍的鳍板的侧向的对称平面。

有益地，两条相邻的鳍条带的两个相邻的鳍沿所述鳍条带的方向相对彼 此偏移。为此目的，两条相邻的鳍条带可例如沿所述条带的方向(即侧向) 相对彼此偏移。

流体所遭遇的鳍的偏移的值用于提升热交换。

在第一示例中，两条相邻的鳍条带被在所述鳍条带的整个长度上延伸的 连续平坦条带分隔开。

在第二示例中，两条相邻的鳍条带被不连续平坦条带分隔开，该不连续 平坦条带由被多个开口间隔开的一连串段形成。每个平坦条带段均优选与相 邻的鳍条带的对应的鳍相关联并附接在该鳍上。

在第一示例中，基部是金属板，其中鳍通过模压和切割来制作。

在第二示例中，基部是金属板，其中鳍通过切割和折叠来制作。通过这 样的方法，板的厚度保持大致恒定。

在一个示例中，在本发明的框架中，分别属于两个鳍板的两条相邻的鳍 条带沿所述鳍条带的方向相对彼此偏移。

在一个示例中，每K条鳍条带，方位相同的两个鳍部沿垂直于鳍条带且 平行于鳍板的基部方向(即沿纵向)对准，其中K是大于2的整数，且优选 等于4。

K对应于以下所称的周期，即沿纵向Y的出现频率。

除非另有指定，否则偏移在下文中被认为是沿侧向。

流过框架的流体所遭遇的鳍的偏移的周期和值用于获得良好热交换。

在第三方案中，本发明还提供了一种热交换器，包括一叠热交换模块， 每个模块均具有用于待冷却流体的流动室和用于冷却流体的流动室，模块并 排设置且热联接在一起，用于待冷却流体的流动室和/或用于冷却流体的流动 室包括以上限定的框架。

在一个示例中，为了提供密封，每个流动室均容置具有至少两个间隔件 的框架，每个间隔件均具有适合与所述框架的鳍板的相应基部相接触的第一 和第二相对的平行支承面。

在一个示例中，每个间隔件的两个支承面之间的距离均小于热交换鳍的 高度。当框架被安装在由所述间隔件彼此间隔开的两个分隔板之间时，鳍由 于它们沿横向的相对柔性而进行弹性形变，从而提供与所述分隔板的永久接 触并因而使热交换更有效。

本说明书中描述了若干实施例和实施方式。然而，除非另有指定，否则 参照任一实施例或实施方式描述的特征可应用于任何其它实施例或实施方 式。

附图说明

在参阅以下的具体说明和作为非限制性示例给出的若干实施例的基础 上，本发明可以被良好地理解且其优点会更好地显现。具体说明参引附图， 在附图中：

图1示出现有技术的热交换模块；

图2是本发明的一个实施例中的热交换器的总体视图；

图3是图2的热交换器中包含的热交换模块的分解视图；

图4和图5是分别从上方和下方观察到的、第一实施例中的鳍板的部分 立体图；

图6以平面图示出图4和图5的鳍板；

图7A和图7B示出从边缘观察到的、本发明的第一实施例中的框架；

图8更详细地示出鳍如何设置在图7A和图7B的框架中；

图9示出从上方观察到的图8的框架；

图10是图8的框架的部分剖视图；

图11以立体图示出本发明的第二实施例中的框架；以及

图12示出从边缘观察到的图11的框架。

具体实施方式

图2示出本发明的一个实施例中的热交换器80，其包括沿横向Z1堆叠 的多个热交换模块10。

在这样的示例中，该堆叠由框架82包围，框架82具有两个纵向侧边 84a和84b和两个其它侧边86a和86b，其中纵向侧边84a和84b带有紧固 工具85，而其它侧边86a和86b沿横向Z1延伸，且分别限定用于待冷却流 体的、具有至少一个出口90的出口总管CS及具有至少一个入口88的入口 总管CE。

在所示的示例中，每个热交换模块10包括供所述流体流过以进行冷却 的室(本文中也称为流动室)，该室沿热交换器80的方向Y1从入口总管 CE延伸到出口总管CS。

此外，每个模块10均具有供冷却流体流过的室(本文中也称为第二流 动室)，该室沿热交换器的侧向在其相对两端向外部开口。

如图3中所示，每个第一流动室均由第一分隔板70和第二分隔板72 来限定，第一分隔板70和第二分隔板72被第一对间隔件60a和60b间隔开。 本发明的框架16(见图7A和图7B)用于确保各种元件之间限定有内部空 间。

每个第二流动室均由第二对间隔件78限定(图3中仅示出其中一个)， 且其容置鳍块74。

热交换模块10的各种元件可以通过熔焊和/或钎焊技术而紧固到彼此， 这些技术本身是已知的且不在本文中详细描述。

应注意，实例中描述的热交换器并非以任何方式限制本发明。因此，本 发明的热交换器可具有任何其它适当构造。举例来说，待冷却流体和冷却流 体可沿着并非垂直、而是沿相反或相同方向平行的路径流动。

以下是对如上文提到的、用于放置在热交换模块的流动室中的本发明的 框架16的更详细的描述。

该框架16由两个相似的、彼此嵌套的板20(以下称为鳍板)组成。

为了清楚地说明框架16的结构，因此有必要从鳍板20之一的结构来开 始描述。这将在以下参照图4和图5来进行。

如图4中所示，鳍板20具有大体矩形的基部22，且被限定在基部平面 PB中。

然后，鳍板20的短侧边24a和24b延伸的方向被限定为侧向X，同样 地，长侧边26a和26b延伸的方向被限定为纵向Y，以及最后横向Z被限定 为垂直于基部平面PB。为了简化附图，图4和图5中仅示出了板20的一部 分。如虚线所表示的，板以完全相同的方式沿纵向Y延续。

参照图2的热交换器80，被包括在热交换器中的鳍板20的纵向Y平行 于热交换器80的纵向Y1。类似地，鳍板20的侧向X平行于热交换器80 的侧向X1。最后，鳍板的横向Z平行于热交换器80的横向Z1。

如图5中所示，基部22具有多个基本矩形的开口28，这些开口28设 置为沿侧向X延伸的多个平行排。参照图4可以理解的是，这些开口中的 每一个均具有覆盖在其上的鳍30，该鳍从基部22沿横向Z延伸。

因此，每个鳍30是与基部不重合的连续件，但是经由两端连接在基部 上。

换言之，鳍板20具有由持续平坦的基部条带32彼此间隔开的多个波状 条带34或鳍条带34，这些条带在该示例中的宽度相同(沿板的纵向Y测量) 且在板的整个或大致整个长度上延伸。如图4和图5中所见，所有的鳍30 都向鳍板的同一侧突出，而其相对侧仍是大体平面。

这样的板20可例如通过对平面金属片同时进行冲压和模压来获得。

在给定的鳍条带34中，两个相邻的鳍30由与基部22重合的部分(称 为中间部36)彼此间隔开。

如图4中可见，几乎所有的鳍30都呈同样的等腰梯形轮廓。

因此，每个鳍30均具有第一倾斜壁42和沿第一倾斜壁的相反方向倾斜 的第二倾斜壁44，这两个壁由接合部40互相连接，接合部40平行于基部 平面PB且与所述基部平面PB间隔开对应于鳍板20的总厚度的预定距离 d1。在所示的示例中，倾斜壁42和44均以相对于基部平面PB的45°角度 z倾斜。此外，在该示例中，接合部40的长度与上述中间部36的长度相同。

在本发明的一个方案中，具有板20的形状的两个类似的鳍板120和220 被组装在一起以形成图7A、图7B和图8中所示类型的框架16。以上参照 鳍板20描述的这些元件的附图标记在图6至图10中相同，根据涉及的两个 鳍板120和220中的一者，附图标记可能会增加100或200。

图6示出了从上方观察到的该板120，并且可见的是，2N(其中N是 整数)列的鳍条带都具有完全一样的构造。具体来说，2N列的鳍的每个条 带中的每个鳍均沿纵向Y与2N列的每个其它条带中的鳍对准。

而且在图6中，可以看出2N+1(N是整数)列的鳍条带相对于2N列 的条带沿侧向X偏移。

在该示例中，2N列的条带与2N+1列的条带之间的沿侧向X的该偏移 等于鳍的长度L的四分之一(沿该侧向X测量)。

仍然参照图6，可见所有2N列的条带都具有相同的长度，该长度大于 2N+1列的条带的长度。在该示例中，每个2N列的条带均在一端具有附加 的鳍部50。如图4中所示，每个这些鳍部均相对于基部平面折起以呈三角 形轮廓50。而且在图6中，可见所述鳍部的长度等于L/2，换言之等于鳍的 长度的一半。

最后，2N列和2N+1列的鳍的两个紧邻的条带沿纵向Y间隔开，该间 隔的距离不小于鳍条带沿该方向Y的宽度。

上述构造使得上述类型的两个鳍板120和220可以头对脚地设置，从而 组成框架16。

在该位置，第一鳍板120的第一长侧边126a面向第二板220的第二长 侧边226a，且第一鳍板120的第二长侧边126b面向第二板220的第一长侧 边226b(见图3)。

而且，第一鳍板120的鳍130的接合部140面向第二鳍板220的平坦条 带232，反之亦然。

图7A、图7B、图8、图9和图10中示出了所获得的构造。

参照图9，如果将两个鳍板的鳍条带一起计数，则4N列的条带的鳍沿 纵向Y互相对准，且类似地4N+1列的条带的鳍相对于4N列的条带的鳍沿 侧向X偏移L/4的距离，4N+2列的条带的鳍相对于4N列的条带的鳍偏移 L/2的距离，以及4N+3列的条带的鳍相对于4N列的条带的鳍偏移3L/4的 距离。

特别在图8和图10中，可见方位相同的鳍分支沿纵向Y以周期4(a periodicityof4)呈现。换言之，每四个鳍条带，方位相同的两个鳍部就沿 纵向Y对准。在附图中，方位相同的两个连续的鳍分支之间的沿纵向Y的 距离被表示为D，且在该示例中D等于鳍条带的宽度的三倍。

换言之，沿纵向Y经过框架16的流体F会连续遇到(在考虑鳍条带的 宽度部分时)：鳍、然后无物、无物、无物、鳍、无物、无物、无物、鳍等 等。

换言之，与鳍具有相同横截面且沿方向F流动的流体层沿纵向Y最接 近4N列的鳍而经过。

与现有技术的以开/关模式(即以周期2)来操作的装置相比，这种设置 可以相当程度地降低框架16的内部压力损耗。在这样的已知装置中，流体 在其超过一半的行程中与鳍接触。然而，鳍构成对流动的主要阻碍，因而引 起流体中的压力损耗。因此相对于给定的效率而言，需要利用的能量的量会 大得多。

在本发明的其它实施例中，框架16的内部的鳍的周期可以不是4，特 别是可以大于4。鳍的偏移值也可以作为所讨论的流体的函数而进行选择。

从图7A中可以看出，通过被夹在所述板之间的两个间隔件60a和60b， 两个鳍板120和220在热交换模块10的内部被保持就位。

如图3中所示，每个间隔件60a和60b的形式均为具有第一支承面63 和第二支承面64的细长元件，这些支承面相对且平行，并且彼此间隔开距 离d3。这两个支承面具有长度L1和宽度l2，长度L1大致等于其中合并有 框架16的热交换器80的长度(见图2)，宽度l2足以确保支承面被牢固地 压靠在第一鳍板和第二鳍板的基部上。

间隔件60a或60b的两个支承面63和64通过呈V形轮廓的、指向流 体流动室的内部的侧边连接在一起。形成V形轮廓的面61和62相对于间 隔件的支承面63和64、以等同于鳍壁42和44的倾斜角Z的角度(在该实 施例中为45°)倾斜。远离V形轮廓的侧边65垂直于两个支承面63和64 而延伸。

在所示的示例中，每个鳍板20均在其每个侧向端126a、126b、226a、 226b处分别包括边缘125a、125b、225a或225b，这些边缘垂直于基部22 被折起且在鳍板20的整个宽度上具有恒定的高度。

每个折起的边缘125a、125b、225a、225b压靠在间隔件60a或60b的 侧边65上。在优选方式中，每个鳍板上的折起的边缘的高度被选择为至少 略小于间隔件的厚度d3的一半，使得两个鳍板120和220的各自相对的边 缘不会重叠。

应回想到，由间隔件60a和60b以及鳍板120和220共同组成的组件被 安装在上文参照图4描述的两个分开的板70与72之间。

鳍的形状、特别是它们的倾斜壁42和44的形状使它们具有一定量的弹 性，从而当两个分开的板70和72之间进行组装时可以减少空间限制。在鳍 的高度最初略微大于间隔件60a和60b的厚度的情况下，当板70和72移向 彼此、从而与间隔件的支承面相接触时，鳍的倾斜部会弯曲。

以下将参照图11和图12描述本发明的第二实施例中的框架116。

图11示出第二实施例中的两个鳍板320和420，这两个鳍板如上述实 施例一样彼此嵌套，且它们共同形成框架116。以上参照鳍板20、120、和 220描述的元件被赋予与图6至图10中相同的附图标记，根据涉及的鳍板 320和420中的一者，附图标记可能会增加100或200。

除非有相反指定，对于图2至图10的第一实施例的上述所有设定仍然 可应用于该第二实施例。

在这样的示例中，每个鳍板320和420的特征均在于，给定板中的两条 相邻的鳍条带由不连续的平坦条带332或432间隔开，而不连续的平坦条带 332或432由相间有多个开口337或437的一列平坦段333或433形成。如 图11中所示，平坦段333和433大体呈L5所示的形状，其大致等于鳍条 带的两个中间模块336或436之间测量的长度L4。

应注意，相邻的排的平坦段333和433彼此相对地偏移，从而适应鳍的 偏移，鳍的偏移与参照第一实施例所描述的相同且对于此实施例不再重复。

通过剪切金属板并随后进行折叠以获得鳍，可以获得这样的鳍板320 或420。与上述实施例不同的是，不需要模压操作。

如图11和图12中所示，一旦两个鳍板320和420嵌套在彼此内之后， 第二鳍板420的鳍430面向第一鳍板320的平坦条带332而定位，第二板 420的每个鳍430的接合部440被置于第一板320的两个条带段333之间， 位于开口337中。

以同样的方式，第一鳍板320的鳍330面向第二鳍板420的平坦条带 432而定位，第一板320的每个鳍330的接合部340被置于第二板420的两 个条带段433之间，位于开口437中。

图12示出安装在图3中所示类型的两个分隔板70与72之间的框架 116。

与上述第一实施例不同的是，可见分隔板70和72与间隔件60a和60b 直接接触。

还可以看出，一旦框架116被安装在两个板70与72之间后，两个鳍板 的鳍沿横向Z略为受到压缩，使得这些鳍的接合部340和440(如上所述位 于开口337和437中)分别承载抵靠在第二分隔板72和第一分隔板70上。 为了获得更好的总体能量效率，中间部336和436、和/或接合部340和440 可被紧固在它们所分别承载抵靠的接合板上，特别是可以通过钎焊或熔焊来 紧固。