專利名稱：用于單相流體或者多相流體的流體分配元件、其制造方法及其應(yīng)用的制作方法
用于單相流體或者多相流體的流體分配元件、其制造方法及其應(yīng)用本發(fā)明涉及一種用于単相流體或者多相流體的流體分配元件及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件用在熱交換中或者用于在流體之間物質(zhì)交換的裝置中。用于判斷交叉流驅(qū)動的蒸發(fā)器的效率的ー個重要參數(shù)是在表面上的最優(yōu)溫度分布。該溫度分布是在所涉及的工作介質(zhì)之間的小溫度差的前提條件。該差被稱為溫度梯度(Graedigkeit)。為了實現(xiàn)傳熱器的最佳溫差，冷卻劑的均勻分布是必需的。除了溫差之外，壓カ損失具有重要地位。均勻的并且盡可能優(yōu)化的壓カ損失意味著蒸發(fā)溫度中的小變化并且由此總體上又意味著高的溫度均勻性。在現(xiàn)代的、焊接的傳熱器中，這借助分配管和匯集管來實現(xiàn)，多個迷你通道扁管(MPE管)連接到其上。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的并且總體上短的流動路徑長度。然而，由此在流體分配時出現(xiàn)大問題，因為根據(jù)蒸發(fā)器的功率，必須連接可變數(shù)目 的這種扁管。由于使用迷你通道扁管，其本身又將多個MPE管并行地匯合成ー個扁管，所以流體分配不僅必須針對每個分配管的多個扁管來考慮，而且也必須關(guān)于每個連接的扁管的多個通道來協(xié)調(diào)。空氣ー冷卻劑ー蒸發(fā)器通常由插入的傳熱器構(gòu)成并且是銅管狀調(diào)溫器(Kupfer-Rohrregister)和招薄片組構(gòu)成的組合。通過在這種結(jié)構(gòu)類型的傳熱器中使用文丘里分配器(Venturi-Verteiler),在此可以最佳地進行相分配以及流體分配。在經(jīng)濟意義上，在所使用的冷卻劑填充量方面以及在效率方面可以借助焊接的傳熱器來實現(xiàn)技術(shù)上的進步。焊接的傳熱器可以通過僅僅使用鋁作為原料以及使用擠壓成形的MPE管結(jié)合擴散焊接方法來成本低廉地并且以可容易自動化的制造方法來制造。在EPl 525 428B1公開了ー種建立液壓系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用于熱傳遞和/或物質(zhì)傳輸?shù)姆椒?，其中預(yù)先給定的傳輸面或者預(yù)先給定的傳輸體積設(shè)置有多重分支的液壓系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。US 2007/0039724描述了ー種熱交換器，其具有直接在文丘里噴嘴上的穿孔的導(dǎo)管，用于在分配管中的流體分配和相分配。由此出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)是，提供ー種流體分配元件，借助其能夠?qū)崿F(xiàn)進入的物質(zhì)流的均勻化。在此，流體分配元件應(yīng)當(dāng)能夠用于單相流體和多相流體。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求I所述的特征的流體分配元件以及具有權(quán)利要求7、12和13所述的特征的流體分配元件的制造方法來解決。在權(quán)利要求18中提出了一種根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用。另外的從屬權(quán)利要求給出了有利的改進方案。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于単相或者多相流體的流體分配元件，其帶有支承結(jié)構(gòu)，所述支承結(jié)構(gòu)至少局部具有彎曲表面，其中支承結(jié)構(gòu)具有至少ー個通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置，用于流體分配。通道結(jié)構(gòu)或者流體引導(dǎo)裝置在此具有多個通道或者管，其通過分支或者匯合裝置連接。由此，本發(fā)明提出了一種用于分配単相或者多相流體的新方案。該新方案的基礎(chǔ)是有針對性地使用分支而不是使用同時提供多個流體引導(dǎo)管或者通道的分配管線或者分配管。尤其是對于傳熱器例如冷卻循環(huán)中的交叉流驅(qū)動的空氣ー冷卻劑ー蒸發(fā)器，借助根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件提供了對于將單相或者多相進入的物質(zhì)流均勻化的有效解決方 案。在此，本發(fā)明基于使用支承結(jié)構(gòu)中的離心力，所述支承結(jié)構(gòu)至少局部地具有彎曲表面， 其中在彎曲的區(qū)域中離心力作用到要輸送的流體上，并且所述支承結(jié)構(gòu)具有通道結(jié)構(gòu)和/ 或流體引導(dǎo)裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)流體分配并且必要時甚至實現(xiàn)相分離。一個優(yōu)選的實施形式設(shè)計了，通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置為了相分離而被穿 孔。在通過成型或者分離將該流體分配器作為空心圓柱體制造時，進入的兩相物質(zhì)流 的該離心的導(dǎo)流通過穿孔而在本身空心地實施的圓柱形部件中實現(xiàn)液相和氣相部分的相 分離。由此，不僅受控的相分配和流體分配是可能的，而且氣相的相分離也是可能的。在針 對傳熱器或者蒸發(fā)器使用該方法時，尤其可以通過這種方式來將這種蒸發(fā)器的構(gòu)型更為緊 湊地構(gòu)建，因為大量的氣相可以預(yù)先沉積在分配器中。這能夠?qū)崿F(xiàn)更緊湊的傳熱器的結(jié)構(gòu)， 改進的熱傳遞并且同樣實現(xiàn)將壓力損失最小化。根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件也可以用于多相物質(zhì)流。通過起作用的離心力，兩相 的物質(zhì)流具有比較小的相界面，因為由于小的熱傳遞，氣泡形成是最小的。通過連接到小的 空腔上的匯合裝置和分支的組合，可以將任意數(shù)量的進入的物質(zhì)流劃分為任意數(shù)量的輸出 的物質(zhì)流。在一個優(yōu)選的實施形式中，支承結(jié)構(gòu)被至少局部地波紋形、螺旋形或者圓柱形地 成型，由此能夠?qū)崿F(xiàn)流體分配并且必要時甚至實現(xiàn)相分離。優(yōu)選的是，通道結(jié)構(gòu)具有Y形和/或多重形狀的分支和/或匯合裝置。除了 Y形 的分支之外，其中一個通道劃分為兩個通道的所有其他形狀也是可能的。在焊接的傳熱器情況下，現(xiàn)有技術(shù)是，將匯集管路劃分為分離的區(qū)域，以便將要進 行加載的、所連接的管的數(shù)目最小化，并且由此能夠?qū)Ω恫畹牧黧w分配和相分配的問題。每 個中央的、左邊的和右邊的匯集管路的所連接的管的數(shù)目在此是相同的。如果對于每個后 繼的轉(zhuǎn)向區(qū)域增大管的數(shù)目，則可以將流動速度均勻化，因為所提供的可流過的體積通過 這種方式可以更好地與蒸發(fā)的介質(zhì)的可變比密度(spezifische Dichte)協(xié)調(diào)。然而可變數(shù)目的所連接的管導(dǎo)致不能用簡單的Y分支來對所連接的管進行均勻 的流體分配或者加載。這在流體引導(dǎo)裝置中在圓柱形表面上只能借助同樣圓柱形地引導(dǎo)的 小室、借助多重分支或者多次匯合來實現(xiàn)。在分支為所需數(shù)目的用于加載的通道之后，圓柱形的引導(dǎo)裝置對于更好地控制相 分配而言不再是必需的?，F(xiàn)在，通道引導(dǎo)裝置可以用更緊湊的方式來進行，其方式是在軸向 方向上設(shè)置了通道結(jié)構(gòu)的更大坡度。流入?yún)^(qū)域首先必須為了加載而與MPE管的接頭的實施 方式協(xié)調(diào)。對于使用分離的匯集管路(這些匯集管路帶有小室，所述小室裝備有多重分支或 者匯合裝置)的一個普通的附加條件是已經(jīng)提及的、在兩個匯集管路中所連接的管的恒定 的總數(shù)目。該附加條件必須在匯集管路中的流體分配時被一同考慮，其導(dǎo)致上面深入描述 的情況，即在單個分支中引入的管和離開的管的比例不能恒定地為1 : 2，而是必需多重分 支。本發(fā)明的另一方面涉及在如空心圓柱體地成形的流體分配元件中的相分離。這可 以通過螺旋式地弓I導(dǎo)的流體通道的穿孔來進行。
在匯集管接頭中每個轉(zhuǎn)向區(qū)域的管數(shù)目可以被進ー步最小化。這通過向內(nèi)指向的通道壁的穿孔來實現(xiàn)，這能夠?qū)崿F(xiàn)在空心實施的新型匯集管路中的氣相的相分離。這尤其是在其中離心カ最大的通道區(qū)段中是有趣的，因為通過這種方式可以很大程度上避免液相的溢出。物質(zhì)流減少比容積。要加載的、所連接的管的數(shù)目由此可以被最小化。通過這種方式，在限定的蒸汽比例情況下所出現(xiàn)的熱傳遞的最大值可以被受控地調(diào)節(jié)，并且將由于近似過熱狀態(tài)導(dǎo)致的熱傳遞的減小最小化。根據(jù)本發(fā)明，同樣提供了一種用于制造前面描述的流體分配元件的方法，其中借助成型或者分離在圓柱形本體中產(chǎn)生了通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置，并且接著該本體與第二圓柱形本體借助接合方法在第一本體的結(jié)構(gòu)化的表面上連接為支承結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的范圍中，成型和分離都理解為在DIN 8580中說明的制造技術(shù)。在本發(fā)明的范圍中，接合方法都理解為在DIN 8593中說明的接合技術(shù)，尤其是釬焊、焊接、擠壓、粘合、燒結(jié)和/或其組合。 空心或者實心地實施的圓柱形的、向內(nèi)或者向外結(jié)構(gòu)化的本體可以在成型エ藝中作為陽模工具預(yù)先給定結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)優(yōu)選通過內(nèi)部高壓成型(IHU)或者電磁成型來將引入的或者覆蓋的管件成型，并且由此將工具的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到管件上。通過這種方式形成的、在圓柱形表面上的通道結(jié)構(gòu)向外或者向內(nèi)取向地首先還朝著環(huán)境開放。在該制造步驟之后，合適的未被變形的第二管件與該成型的圓柱體通過合適的接合方法接合為新的不可松開的、耐壓カ的部件。在ー個組合方法中，其中一個管件的成型與未變形的管件的接合一同進行，以便產(chǎn)生壓力密封的通道結(jié)構(gòu)用于流體分配。根據(jù)本發(fā)明，同樣提供了一種用于制造前面描述的流體分配元件的方法，其中在板材中借助成型或者分離來產(chǎn)生通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置，接著將第一板材和第二板材彎曲成螺旋形狀，并且所述板材借助接合方法在第一板材的結(jié)構(gòu)化的表面上連接成為支承結(jié)構(gòu)⑵。為了避免在朝向彎曲軸線取向的表面上在彎曲時出現(xiàn)的隆起(Stauchung)和離開彎曲軸線取向的表面的延展，在彎曲之后才進行接合兩個板材的方法步驟。如果兩個板材具有通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置，則在板材的變形時已經(jīng)注意到相應(yīng)的內(nèi)部/外部板材的以后的隆起/延展，使得通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置彼此匹配地制造。如果僅僅在板材上設(shè)置成型裝置作為支承結(jié)構(gòu)來用于產(chǎn)生通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置，則隆起/延展僅僅必須作為對于彎曲之前板材長度的影響變量來考慮。在此，彎曲過程不必一定以兩個板材同時來進行。在兩個板材接合之前的每個板材的彎曲過程甚至是希望的，因為可以更容易地進行對于接合必需的準備性的エ藝步驟，例如施加用于焊接的焊劑在分離的板材上而還沒有隨后的接合エ藝。根據(jù)本發(fā)明，同樣提供了一種用于制造前面描述的流體分配元件的方法，其中在板材中借助成型或者分離來產(chǎn)生通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置，接著該本體與第二板材借助接合方法在第一板材的結(jié)構(gòu)化的表面上連接成為支承結(jié)構(gòu)，并且支承結(jié)構(gòu)被彎曲為螺旋形狀，優(yōu)選彎曲為阿基米德螺旋形的形狀。本發(fā)明的下面的其他方面要進行強調(diào) 按照已知方式(例如參見EPl 525 428B1)結(jié)構(gòu)化和接合的、設(shè)置有用于引導(dǎo)流體的通道結(jié)構(gòu)的板材通過彎曲而成為螺旋形狀。 管件通過成型來盡可能地通過圓柱形陽模來壓印，并且隨后與另外的合適的、 外部靠置的管件、例如通過擴散焊接(Diffusionsloeten)來壓力密封地連接，使得在表面 上形成用于引導(dǎo)流體的結(jié)構(gòu)，其允許通過在管表面上的Y分支、多重分支和匯合裝置進行 流體分配。該借助陽模的成型應(yīng)當(dāng)更好是向內(nèi)取向。通過這種方式，也可以避免向外取向 的不平坦的表面，并且由此簡化了例如在緊湊的傳熱器中的進一步加工。 在管直徑或者通道直徑中(其橫截面大小在用于低粘性流體(冷卻劑如FKW和 碳氫化合物)的亞毫米范圍以上)，可以基于的是，體積力、如重力和在螺旋形或者圓柱形 的流體分配器情況中的離心力超過表面張力。在具有多相流體的應(yīng)用情況下，類似于旋風(fēng)， 離心的體積力在通道結(jié)構(gòu)中弓丨起加速的相分離。相分配被均勻化并且由此簡化了到分支的 流體分配，因為根據(jù)相組成和流管理，不必存在液滴或者氣泡均勻分布。 在將該方法應(yīng)用于替代焊接的傳熱器中的匯集管路時，相對于連接到匯集管路 上的扁管的整體，現(xiàn)在不再要解決相分配的問題，而是僅僅還針對每個扁管的迷你通道的 數(shù)目，這是技術(shù)上要解決的、具有均勻的相組成的流體分配的重要簡化。根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件或者多個流體分配元件的裝置如前面已描述的那樣 應(yīng)用于熱交換器中或者用于在流體之間物質(zhì)交換的裝置中。在此優(yōu)選的是，流體分配元件 使用在帶有至少一個交換元件的熱交換器中，該交換元件又具有多個通道結(jié)構(gòu)和/或流體 引導(dǎo)裝置，其中流體分配在該交換元件上通過通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置的系緊來改 善。對于多相系統(tǒng)，同樣實現(xiàn)相分配的改善。借助附圖進一步闡述根據(jù)本發(fā)明的主題，而并非旨在限制于這里所示的特定實施形式。

圖1在三個透視的側(cè)視圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件的變形方案。圖2示出了另一根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件的變形方案。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件的通道結(jié)構(gòu)的基本形狀的視圖。圖4示出了螺旋形的流體分配元件。圖5示出了焊接的傳熱器，其帶有在分配管路和匯集管路中的分離的轉(zhuǎn)向區(qū)域。在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件1，其在圓柱形表面2上具有基本的分 支，即Y分支或者分叉3。在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件，其具有更復(fù)雜的分支結(jié)構(gòu)。該更復(fù) 雜的分支結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)在單相或者多相物質(zhì)流的受控的流體分配情況下更大的自由度。通 過匯合裝置5和分支5’(它們在此連接到小的空腔6上)的組合，可以將任意數(shù)量的進入 的物質(zhì)流劃分為任意數(shù)量的輸出的物質(zhì)流。在圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件的通道結(jié)構(gòu)。該流體分配元件借助用 于螺旋形彎曲的板材成型(輥壓接合、IHU、EMU)來制造。在此只可以看到通道本身而不能 看到實際的板材，其中通道結(jié)構(gòu)7嵌入該板材中。由此，示出了板材的未被彎曲的形狀。在圖4中示出了彎曲形狀8的、圖3中所示的板材。未示出在螺旋形彎曲的板材 的外部邊緣區(qū)域中MPE管的多個開口形式的出口以及入口，入口起點在螺旋軸線中在上端 部或下端部上。在圖3中所描述的通道結(jié)構(gòu)在圖4中也不可見。在圖5中示出了焊接的傳熱器9，其帶有分配管路10以及匯集管路12。分配管路 10在此具有分離的轉(zhuǎn)向區(qū)域11、11'、11"，匯集管路12具有分離的轉(zhuǎn)向區(qū)域13和13'。
權(quán)利要求
1.一種用于單相或者多相流體的流體分配元件(I)，其帶有支承結(jié)構(gòu)(2)，所述支承結(jié)構(gòu)至少局部具有彎曲表面，其中支承結(jié)構(gòu)具有至少一個通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)，用于流體分配，所述通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置具有分支和/或匯合裝置(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流體分配元件，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)為了相分離而被穿孔。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的流體分配元件，其特征在于，所述通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)具有Y形(3)和/或多重形狀(5，5')的分支和/或匯合裝置。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的流體分配元件，其特征在于，所述支承結(jié)構(gòu)(2)為波紋形、螺旋形或者圓柱形。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的流體分配元件，其特征在于，所述支承結(jié)構(gòu)(2)由兩個接合的圓柱本體構(gòu)成，其中至少一個本體具有通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的流體分配元件，其特征在于，支承結(jié)構(gòu)(2)由板材形成，其中至少一個板材具有形成所述通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)的壓印部，并且所述兩個板材被接合，并且支承結(jié)構(gòu)(2)被螺旋形地彎曲。
7.一種用于制造根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的流體分配元件的方法，其中借助成型或者分離在圓柱形本體中產(chǎn)生通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)，接著將所述本體與第二圓柱形本體借助接合方法在第一本體的結(jié)構(gòu)化的表面上連接成為支承結(jié)構(gòu)(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二圓柱形本體具有通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，在成型時，用具有結(jié)構(gòu)的圓柱形陽模來壓印所述圓柱形本體，并且由此將所述結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到本體上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述陽模是在外側(cè)上被結(jié)構(gòu)化的圓柱形本體，并且所述支承結(jié)構(gòu)⑵是空心圓柱，并且為了成型，支承結(jié)構(gòu)⑵將陽模包覆。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述陽模是圓柱形本體，其在內(nèi)側(cè)上被結(jié)構(gòu)化，并且支承結(jié)構(gòu)(2)是圓柱，并且為了成型，陽模將支承結(jié)構(gòu)(2)包覆。
12.—種用于制造根據(jù)權(quán)利要求I至6之一所述的流體分配元件的方法，其中在板材中借助成型或者分離來產(chǎn)生通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)，接著將第一板材和第二板材彎曲為螺旋形狀，并且所述板材借助接合方法在第一板材的結(jié)構(gòu)化表面上連接成為支承結(jié)構(gòu)⑵。
13.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求I至6之一所述的流體分配元件的方法，其中在板材中借助成型或者分離來產(chǎn)生通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)，接著將所述本體與第二板材借助接合方法在第一板材的結(jié)構(gòu)化的表面上連接成為支承結(jié)構(gòu)(2)，并且將支承結(jié)構(gòu)(2)彎曲為螺旋形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述板材用具有結(jié)構(gòu)的陽模來壓印，并且由此將所述結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到板材上。
15.根據(jù)權(quán)利要求7至14之一所述的方法，其特征在于，作為成型工藝，執(zhí)行內(nèi)部高壓成型或者電磁成型。
16.根據(jù)權(quán)利要求7至15之一所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生具有Y形(3)和/或多重形狀(5，5')的分支和匯合裝置的通道結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求7至16之一所述的方法，其特征在于，所述接合借助釬焊、焊接、擠壓、粘合、燒結(jié)和/或其組合來進行。
18.根據(jù)權(quán)利要求I至6之一所述的流體分配元件(I)或者多個流體分配元件(I)的布置的應(yīng)用，其應(yīng)用在熱交換器中或者在用于流體之間物質(zhì)交換的裝置中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的應(yīng)用，其特征在于，流體分配元件(I)使用在帶有至少一個交換元件的熱交換器中，所述交換元件又具有多個通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)，其中到該交換元件上的流體分配和相分配通過通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)以流裝置的形式、如孔口或者噴嘴的形式的實施通過突然的或者連續(xù)的橫截面變化來實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于單相或者多相流體的流體分配元件及其制造方法，所述流體分配元件帶有支承結(jié)構(gòu)(2)，所述支承結(jié)構(gòu)至少局部具有彎曲表面，其中支承結(jié)構(gòu)具有至少一個通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置(4)用于流體分配，所述通道結(jié)構(gòu)和/或流體引導(dǎo)裝置具有分支和/或匯合裝置。根據(jù)本發(fā)明的流體分配元件用于熱交換器中或者用于在流體之間物質(zhì)交換的裝置中。
文檔編號F28F9/02GK102667392SQ201080042802
公開日2012年9月12日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者尼爾斯·帕烏斯特, 托雷·奧爾特斯多夫 申請人:弗勞恩霍弗促進應(yīng)用研究注冊公司, 弗萊堡阿爾伯特-路德維希大學(xué)