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热交换器用波纹散热

阅读:21发布:2021-04-13

专利汇可以提供热交换器用波纹散热专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供即便在气体中存在有尘埃等颗粒状物质的环境下也不会产生堵塞且具有高 传热 性能的波纹 散热 片。在波纹 散热片 的各壁面(3)交替地排列有倾斜 角 度为10度~60度的凸条(4)和凹条(5),在将凸条和凹条的凹凸的高度设为Wh,将凹凸的间距设为Wp,将波纹散热片的间距设为Pf,将散热片的板厚设为Tf时,满足下述条件。Wh≤0.3674·Wp+1.893·Tf‑0.1584;0.088<(Wh‑Tf)/Pf<0.342;a·Wp2+b·Wp+c<Wh,其中,a=0.004·Pf2‑0.0696·Pf+0.3642;b=‑0.0036·Pf2+0.0625·Pf‑0.5752:c=0.0007·Pf2+0.1041·Pf+0.2333。,下面是热交换器用波纹散热专利的具体信息内容。

1.一种热交换器用波纹散热片,其夹装在以相互分离的方式排列的扁平管之间、或设置于扁平管的内部,其中,
所述散热片的材质为或铝合金
所述散热片的板厚为0.06~0.16mm,散热片的沿长度方向弯折成波形的顶部与谷部之间,具有上升与下降的各壁面(3),
在所述各壁面(3)上交替地排列有同一方向的凸条(4)和凹条(5),该凸条(4)和凹条(5)相对于散热片的宽度方向的倾斜度为10度~60度,
将所述凸条和凹条的凹凸的高度、即从凹部的谷部到凸部的顶部且包括板厚的外尺寸设为Wh,该Wh的单位是mm,
将凹凸的间距、即从某一凸条到相邻的凸条的周期设为Wp,该Wp的单位是mm,将波纹散热片的间距设为Pf,该Pf的单位是mm,
将散热片的板厚设为Tf,该Tf的单位是mm,
此时满足下述条件,且气体沿散热片的宽度方向流通,
Wh≤0.3674·Wp+1.893·Tf-0.1584       [式1]
0.088<(Wh-Tf)/Pf<0.342              [式2]
a·Wp2+b·Wp+c<Wh                 [式3]
其中,
a=0.004·Pf2-0.0696·Pf+0.3642
b=-0.0036·Pf2+0.0625·Pf-0.5752
c=0.0007·Pf2+0.1041·Pf+0.2333。
2.根据权利要求1所述的热交换器用波纹散热片,其中,
满足下述条件,且气体沿散热片的宽度方向流通,
0.100<(Wh-Tf)/Pf<0.320             [式4]
a’·Wp2+b’·Wp+c’<Wh               [式5]
其中,
a’=0.004·Pf2-0.0694·Pf+0.3635
b’=-0.0035·Pf2+0.0619·Pf-0.5564
c’=0.0007·Pf2+0.1114·Pf+0.2304。
3.根据权利要求1所述的热交换器用波纹散热片,其中,
满足下述条件,且气体沿散热片的宽度方向流通,
0.118<(Wh-Tf)/Pf<0.290             [式6]
a”·Wp2+b”·Wp+c”<Wh               [式7]
其中,
a”=0.0043·Pf2-0.0751·Pf+0.3952
b”=-0.0038·Pf2+0.0613·Pf-0.6019
c”=0.0017·Pf2+0.1351·Pf+0.2289。

说明书全文

热交换器用波纹散热

技术领域

[0001] 本发明涉及热交换器用波纹散热片,其夹装在扁平管之间、或设置在扁平管内部,其中,在该热交换器用波纹散热片的上升壁面以及下降壁面交替地配置有凸条和凹条。

背景技术

[0002] 作为不易堵塞且对于包含大量尘埃等颗粒状物质的气体也能够应用的热交换器用波纹散热片,已知例如下述专利文献1所记载的散热片,在建设机械的热交换器、排气热交换器中使用。
[0003] 如图16、图17所示,专利文献1所述的发明为矩形波状的波纹散热片,其波的顶部以及谷部在长度方向上蜿蜒(以下称作以往型波纹散热片)。专利文献1所述的散热片被用作设置于管内的内散热片,使在内部流通的气体从上游侧向下游侧蜿蜒,对气体进行搅拌从而尽可能地减少在壁面产生的边界层
[0004] 在先技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本特开2007-78194号公报

发明内容

[0007] 发明要解决的课题
[0008] 专利文献1所述的以往型波纹散热片具有抑制边界层的发展的效果但并不充分。另外,在制作性方面存在与波形加工相伴的散热片高度方向的变形等困难。
[0009] 因此,谋求传热性能更高且制作性高的波纹散热片。
[0010] 于是,本发明人进行了各种实验以及流体分析,其结果为,发现了与上述专利文献1的波纹散热片相比传热性能高且容易制作的散热片的规格。
[0011] 即,在波纹散热片的成为上升面以及下降面的壁面交替地重复形成凸条与凹条时,通过将其板厚、凹凸的间距、凹凸的高度以及波纹散热片的间距确定在一定范围内,从而开发出与上述专利文献1所记载的散热片相比传热性能高且容易制造的波纹散热片。
[0012] 用于解决课题的手段
[0013] 技术方案1所述的本发明涉及一种热交换器用波纹散热片,其夹装在以相互分离的方式排列的扁平管之间、或设置于扁平管的内部,其中,
[0014] 所述散热片的材质为或铝合金
[0015] 所述散热片的板厚为0.06~0.16mm,在散热片的沿长度方向弯折成波形的顶部与谷部之间,具有上升部与下降部的各壁面(3),
[0016] 在各所述壁面(3)上交替地排列有同一方向的凸条(4)和凹条(5),该凸条和凹条相对于散热片的宽度方向的倾斜度为10度~60度,
[0017] 将所述凸条和凹条的凹凸的高度、即从凹部的谷部到凸部的顶部且包括板厚的外尺寸设为Wh,该Wh的单位是mm,
[0018] 将凹凸的间距、即从某一凸条到相邻的凸条的周期设为Wp,该Wp的单位是mm,[0019] 将波纹散热片的间距设为Pf,该Pf的单位是mm,
[0020] 将散热片的板厚设为Tf,该Tf的单位是mm,
[0021] 此时满足下述条件,且气体沿散热片的宽度方向流通。
[0022] Wh≤0.3674·Wp+1.893·Tf-0.1584  [式1]
[0023] 0.088<(Wh-Tf)/Pf<0.342  [式2]
[0024] a·Wp2+b·Wp+c<Wh  [式3]
[0025] 其中,
[0026] a=0.004·Pf2-0.0696·Pf+0.3642
[0027] b=-0.0036·Pf2+0.0625·Pf-0.5752
[0028] c=0.0007·Pf2+0.1041·Pf+0.2333
[0029] 技术方案2所记载的本发明以技术方案1所记载的热交换器用波纹散热片为基础,其中,满足下述条件,且气体沿散热片的宽度方向流通。
[0030] 0.100<(Wh-Tf)/Pf<0.320  [式4]
[0031] a’·Wp2+b’·Wp+c’<Wh  [式5]
[0032] 其中,
[0033] a’=0.004·Pf2-0.0694·Pf+0.3635
[0034] b’=-0.0035·Pf2+0.0619·Pf-0.5564
[0035] c’=0.0007·Pf2+0.1114·Pf+0.2304
[0036] 技术方案3所记载的本发明以技术方案1所记载的热交换器用波纹散热片为基础,其中,满足下述条件,且气体沿散热片的宽度方向流通。
[0037] 0.118<(Wh-Tf)/Pf<0.290  [式6]
[0038] a”·Wp2+b”·Wp+c”<Wh  [式7]
[0039] 其中,
[0040] a”=0.0043·Pf2-0.0751·Pf+0.3952
[0041] b”=-0.0038·Pf2+0.0613·Pf-0.6019
[0042] c”=0.0017·Pf2+0.1351·Pf+0.2289
[0043] 发明效果
[0044] 本发明的波纹散热片能够通过轧辊加工等通用的制作方法进行制作,通过使其规格满足技术方案1的[式1]~[式3],从而在被扁平管与散热片的上升壁、下降壁包围的单元的区域内,使通过该区域的空气等气体的流动如图2所示那样形成为沿气体的流通方向行进的两个回旋流,由此能够将单元内的中央部分的流体高效地向散热片引导,从而能够提供与以往型波纹散热片相比提高了散热性且加工容易的波纹散热片。附图说明
[0045] 图1是本发明的热交换器用散热片的主要部分主视图。
[0046] 图2是示出该散热片的作用的说明图。
[0047] 图3是图1的III-III向视简图。
[0048] 图4是图1、图2的IV-IV向视剖视简图。
[0049] 图5是使用该波纹散热片的热交换器的主视图。
[0050] 图6是图5的VI-VI向视简图。
[0051] 图7是示出该波纹散热片的展开状态的俯视图。
[0052] 图8是使用该波纹散热片的热交换器的主要部分立体简图。
[0053] 图9是示出制作该波纹散热片时的每种散热片板厚的加工极限的图,在横轴示出凹凸的间距Wp,在纵轴示出该凹凸的高度Wh。
[0054] 图10是在纵轴示出该波纹散热片的、考虑了压损失所产生的流量减少的热交换量(以下,称作扇匹配散热量(日语:ファンマツチング放熱量))之比(将以往型波纹散热片的情况设为100%)、在横轴示出(Wh-Tf)/Pf的图。
[0055] 图11是示出与以往型波纹散热片相比风扇匹配散热量提高的范围的曲线,设为波纹散热片的间距Pf=3mm的情况,在横轴示出凹凸的间距Wp,在纵轴示出凹凸的高度Wh。
[0056] 图12是该波纹散热片的间距Pf为6mm的情况下的曲线。
[0057] 图13是该波纹散热片的间距Pf为9mm的情况下的曲线。
[0058] 图14示出使用本发明的波纹散热片的热交换器的散热片的各单元内(散热片的壁面与一对扁平管之间)的速度分布,示出从剖面A起依次向下游侧移动的各剖面,且依次示出该散热片的各单元内的流体的流动。
[0059] 图15与图14同样地依次示出在以往型波纹散热片中各单元内的流体的流动(剖面内的流速分布)。
[0060] 图16是以往型波纹散热片的主要部分立体图。
[0061] 图17是该散热片的顶部俯视图。

具体实施方式

[0062] 以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0063] 图5是使用本发明的波纹散热片的热交换器的一例,图6是图5的VI-VI向视剖视简图。
[0064] 该热交换器在排列的多个扁平管1之间配置有波纹散热片2,它们的接触部间被钎焊成一体而固定,从而形成内芯11。并且,各扁平管1的上下两端部经由管头箱板10与箱12内连通。
[0065] 如图1~图4所示,该波纹散热片2通过将铝制(包括铝合金,例如Al-Mn系合金(JIS 3000系等)、Al-Zn-Mg系合金(JIS7000系等))金属板弯折波形而成,其弯折的顶部8以及谷部9(图7)与扁平管1接触。并且,在顶部8与谷部9之间形成有上升以及下降的各壁面3,在该壁面3交替地配置有凸条4和凹条5。如图3所示,该凸条4、凹条5相互平行且相对于散热片的宽度方向倾斜。在本发明中,其倾斜角度设定为10度~60度。
[0066] 这种具有多个凸条4和凹条5的壁面3、顶部8以及谷部9在成形时形成为一体,但若将其以展开图表示则能够如图7所示那样展现。
[0067] 即,波纹散热片2的顶部8与谷部9在散热片的长度方向上隔开地交替形成,在它们之间存在有壁面3。在散热片成形时对置的各壁面3,倾斜地形成有相对于顶部8呈左右对称的直线状的凸条4和凹条5。图3是其局部放大图,用点划线表示凸条4,用虚线表示凹条5。
[0068] 需要说明的是,如该图所示,在波纹散热片2的前端未形成有凸条4、凹条5,在此处设置有平坦部6。
[0069] (波纹散热片的特征)
[0070] 本发明的特征在于,图1中的凹凸的高度Wh、波纹散热片的间距Pf、散热片的板厚Tf、以及图3中的凹凸的间距Wp具有特定的关系。上述各诸要素的确定根据如下的实验、流体的流动分析以及铝制散热片的加工限度而求出。以下依次进行说明。
[0071] 在因压力损失的增加而产生的流量降低的影响不成为主导地位的范围内,散热片的凹凸的高度Wh越大,则传热性能越高,但凹凸的高度Wh还被散热片的加工极限限制。
[0072] 图9是针对每种板厚而求出的散热片的弯折加工的限度中的壁面的凹凸的间距Wp与凹凸的高度Wh的关系的图。板厚为0.06mm的铝制散热片的加工限度用(▲)绘出,在凹凸的间距Wp为1.5mm时,凹凸的高度Wh的上限为0.5mm。
[0073] 同样地,在Wp为2.0mm时,高度Wh的上限为0.7mm。此外,在Wp为2.5mm时,高度Wh的上限为0.87mm左右。
[0074] 同样地,在板厚为0.1mm的情况下的加工限度用(■)绘出,在板厚为0.16mm的情况下的加工限度用(◆)绘出。
[0075] 将该图9中图示的加工限度表示为数学式[式1]。
[0076] [式1]  Wh≤0.3674·Wp+1.893·Tf-0.1584
[0077] 接下来,图10是实验性地求出本发明的风扇匹配散热量与以往型波纹散热片相比的优异程度,并绘出其散热量比Qf(将以往型波纹散热片的情况设为100%)的图。
[0078] 由此可知如下内容。
[0079] 本发明的散热片的风扇匹配散热量比存在极大值,该值相对于以往型波纹散热片约为120%。
[0080] 需要说明的是,存在极大值的原因为,随着(Wh-Tf)/Pf的增加,在某一程度之前,因回旋流的生成而带来的传热促进效果增加,但若进一步增加,则压力损失的增大所产生的流量减少的影响占据主导,传热量降低。
[0081] 用数学式[式2]表示该图10所图示的风扇匹配散热量比大于100%的(Wh-Tf)/Pf的范围。
[0082] [式2]  0.088<(Wh-Tf)/Pf<0.342
[0083] 接下来,作为一例,图11中图示了在波纹散热片的间距Pf为3.0mm的情况下能够加工出本发明的散热片且其风扇匹配散热量比与以往型波纹散热片相比大于100%的范围。
[0084] 在图11中,曲线A是风扇匹配散热量比大于100%的凹凸的高度Wh的下限(参照[式3])。
[0085] [式3]  a·Wp2+b·Wp+c<Wh
[0086] 其中,
[0087] a=0.004·Pf2-0.0696·Pf+0.3642
[0088] b=-0.0036·Pf2+0.0625·Pf-0.5752
[0089] c=0.0007·Pf2+0.1041·Pf+0.2333
[0090] 直线B是散热片的板厚Tf为0.06mm的情况下的加工上限(参照[式1]),直线C是散热片的板厚Tf为0.16mm的情况下的加工上限(参照[式1])。
[0091] 直线D表示在考虑了加工上限的基础上风扇匹配散热量比大于100%的(Wh-Tf)/Pf的下限,将[式1]中的Wh的上限(Wh=0.3674·Wp+1.893·Tf-0.1584)与[式2]中的(Wh-Tf)/Pf的下限(0.088=(Wh-Tf)/Pf)联立而消除了Tf。
[0092] 同样地,直线E表示在考虑了加工上限的基础上风扇匹配散热量比大于100%的(Wh-Tf)/Pf的上限,将[式1]中的Wh的上限与[式2]中的(Wh-Tf)/Pf的上限(0.342=(Wh-Tf)/Pf)联立而消除了Tf。
[0093] 换句话说,在散热片的板厚Tf为0.06mm的情况下,在被曲线A与直线B包围的范围内,能够进行散热片的加工且其风扇匹配散热量比与以往型波纹散热片相比大于100%。
[0094] 另外,在散热片的板厚Tf为0.16mm的情况下,在被曲线A、直线C、直线D以及直线E包围的范围内,能够进行散热片的加工且其风扇匹配散热量比与以往型波纹散热片相比大于100%。
[0095] 接下来,作为其他例子,图12以及图13中图示了在波纹散热片的间距Pf分别为6.0mm、9.0mm的情况下同样能够加工出本发明的散热片且其风扇匹配散热量比与以往型波纹散热片相比大于100%的范围。
[0096] 另外,用数学式[式4]表示风扇匹配散热量比大于105%的(Wh-Tf)/Pf的范围,[式5]表示该情况下的凹凸的高度Wh的下限。
[0097] [式4]  0.100<(Wh-Tf)/Pf<0.320
[0098] [式5]  a’·Wp2+b’·Wp+c’<Wh
[0099] 其中,
[0100] a’=0.004·Pf2-0.0694·Pf+0.3635
[0101] b’=-0.0035·Pf2+0.0619·Pf-0.5564
[0102] c’=0.0007·Pf2+0.1114·Pf+0.2304
[0103] 此外,用数学式[式6]表示风扇匹配散热量比大于110%的(Wh-Tf)/Pf的范围,[式7]表示该情况下的凹凸的高度Wh的下限。
[0104] [式6]  0.118<(Wh-Tf)/Pf<0.290
[0105] [式7]  a”·Wp2+b”·Wp+c”<Wh
[0106] 其中,
[0107] a”=0.0043·Pf2-0.0751·Pf+0.3952
[0108] b”=-0.0038·Pf2+0.0613·Pf-0.6019
[0109] c”=0.0017·Pf2+0.1351·Pf+0.2289
[0110] 接下来,在图14中,在扁平管之间夹装有本发明的波纹散热片且使气体在该散热片的壁面与对置的管之间形成的部分内流通时,以剖面A至剖面D从上游侧向下游侧依次记载了散热片内的流体的流动。
[0111] 在该例子中,散热片的凹凸随着趋向下游侧而从中心向图的右方移动h1、h2、h3。伴随于此,凹凸之间的流体被引导向图的右方,通过右侧的管面,使流体朝向对置的散热片偏转,与来自对置的散热片的流动一起向左方流动,在左侧的管面朝向原来的散热片偏转。
[0112] 这样,产生回旋流,远离散热片的部分的流体也依次接近散热片而进行热传递,从而与以往型波纹散热片相比传热性能提高。
[0113] 需要说明的是,在图2所例示的本发明的波纹散热片中也产生同样的回旋流。
[0114] 另一方面,图15图示出图17的以往型波纹散热片的各剖面中的流动,但在此不产生前述的回旋流。
[0115] (本发明的应用范围)
[0116] 该波纹散热片能够应用于散热器冷凝器、EGR冷却器等各种热交换器,另外,在对流通于该波纹散热片的气体进行加热的情况和进行冷却的情况下均能够应用。另外,波纹散热片整体的波纹波形的形状也可以为矩形波状、正弦波状、梯形波状中的任一方。另外,在波纹散热片的顶部、谷部以外的散热片的壁面形成的凸条、凹条的横剖面也可以为正弦波、三角波、梯形波、曲线状、以及它们的组合中的任一方。
[0117] 附图标记说明:
[0118] 1 扁平管;
[0119] 2 波纹散热片;
[0120] 3 壁面;
[0121] 4 凸条;
[0122] 5 凹条;
[0123] 6 平坦部;
[0124] 7 钎焊部;
[0125] 8 顶部;
[0126] 9 谷部;
[0127] 10 管头箱板;
[0128] 11 内芯;
[0129] 12 箱;
[0130] 13 波型散热片;
[0131] 14 扁平管;
[0132] Wh 凹凸的高度;
[0133] Wp 凹凸的间距;
[0134] Pf 波纹散热片的间距;
[0135] Tf 散热片的板厚;
[0136] Qf 风扇匹配散热量比。
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