一種帶有內(nèi)翅片的換熱管和熱交換器的制作方法

本發(fā)明涉及一種帶有內(nèi)翅片的換熱管和熱交換器，是一種汽車發(fā)動機使用的設(shè)備，是一種發(fā)動機的設(shè)施所使用的設(shè)備，是一種發(fā)動機EGR系統(tǒng)所使用的熱交換設(shè)備。

背景技術(shù)：

對于熱交換器，提高換熱效率和減小熱交換器的體積，一直是業(yè)內(nèi)研究的方向和主題，特別是對于應(yīng)用在汽車發(fā)動機上的熱交換器，盡可能的在保持或增加熱交換效率的前提下，減小熱交換器的體積更為重要。同時還要考慮產(chǎn)品的工藝性能，是否符合大批量生產(chǎn)的需要。

傳統(tǒng)熱交換器基本為兩種形式：板翅式熱交換器和管殼式熱交換器，這兩種熱交換器各自具有優(yōu)缺點。

管殼式熱交換器是在一個圓筒形或截面為矩形的殼體內(nèi)設(shè)置管束，冷熱兩種流體分別從管內(nèi)空間和管外空間流過進行熱量的交換。此類熱交換器選材范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，適合大批量生產(chǎn)。但管殼熱交換器的換熱效率相對板翅式熱交換器較低，可以通過強化內(nèi)部換熱管來提高換熱效率，但會相應(yīng)的增大壓力損失，由于管殼熱交換器的換熱管之間必須有一定的間隙，因此，體積相對較大。

板翅式換熱器，是由很多塊薄板和板間的二次表面組成，二次表面既作為肋化面，又能起到管板間距并增強剛度的作用。此類熱交換器相對體積較小，熱交換效率較高，但結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高。

傳統(tǒng)的板翅式熱交換器通常為整體翅片式設(shè)計，翅片沿軸向為平直狀，隨著發(fā)動機對廢氣再循環(huán)冷卻器性能要求的提高，在有限空間下，可以通過采用波浪形整體翅片來提高換熱效率，但必須不斷的減小翅片的間距來達到高性能，這樣在積碳產(chǎn)生的情況下可能造成翅片間的堵塞，從而使冷卻器的性能不能得到有效的發(fā)揮；另外，由于翅片與扁管或隔板的接觸點較多，也就是焊接點較多，容易產(chǎn)生失效，在翅片發(fā)生脫落的情況下，同樣對換熱性能會產(chǎn)生較大的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種帶有內(nèi)翅片的換熱管和熱交換器。所述的換熱管和熱交換器，將傳統(tǒng)的板翅式和管殼式熱交換器結(jié)合，在換熱管中設(shè)置翅片，形成一種全新的換熱管。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種帶有內(nèi)翅片的換熱管，包括：截面形狀為長條矩形的管體，所述的管體內(nèi)上下面對應(yīng)的設(shè)有沿管內(nèi)流體運動方向的多條成對長條形凹陷，所述的多條長條形凹陷在管體外表面形成長條形凸起；上下對應(yīng)的長條凹陷中連接至少一條帶有點凸起或短線狀凸起的翅片。

進一步的，所述的管體由上下兩部分構(gòu)成。

進一步的，所述的管體外表面設(shè)有支撐凸起。

進一步的，所述的翅片在與管體凹陷結(jié)合部設(shè)有折彎。

進一步的，翅片上所述的點狀凸起是圓形或橢圓形凸起。

進一步的，所述的短線狀凸起是四角倒圓的矩形，或為兩端半圓中間為矩形的結(jié)合體，或為半個流線體。

進一步的，所述短線狀凸起兩個一組，每組兩個短線狀凸起呈八字形排列，所述的八字形排列短線狀凸起的排列方式為：頭對頭、腳對腳反復出現(xiàn)，或者兩個八字形成對的頭對頭腳對腳反復出現(xiàn)。

進一步的，所述的翅片為單片設(shè)置，凸起的突出方向是交錯間隔正反設(shè)置。

進一步的，所述的翅片為雙片設(shè)置，單片翅片上的凸起方向朝向一個方向，兩個翅片合在一起，形成相反的兩個方向凸起。

一種使用上述帶有內(nèi)翅片的換熱管的熱交換器，包括：依次連接的擴散器、擴散器端管板、換熱管組件和管殼、收集器端管板、收集器；以及進水管和出水管，所述的換熱管組件使用至少一組帶有內(nèi)翅片換熱管。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明通過在換熱管中設(shè)置散熱翅片的方式，增大傳熱面，翅片為二次傳熱面，熱氣流加熱翅片，翅片上的熱量通過換熱管上的條狀凸起在傳輸?shù)綋Q熱管表面的同時，通過條狀凸起傳輸至冷卻液體中，在翅片上設(shè)置的點狀或短線狀能夠攪動和干擾流動氣體，避免積碳和提高換熱效率。由于管體和翅片均可以沖壓生產(chǎn)，在滿足換熱需求的前提下，可以減少翅片的布置，翅片減少，焊點較少，可靠性得到提高，焊接十分方便，適合于大批量生產(chǎn)，具有制造成本較低的優(yōu)勢。使用這種換熱管的熱交換器結(jié)構(gòu)十分緊湊，具有較高的換熱性能，不易積垢，成本較低。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是本發(fā)明的實施例一所述換熱管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例一所述換熱管的結(jié)構(gòu)示意圖，是圖1中的A-A的剖面圖；

圖3是本發(fā)明的實施例二所述的管體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的實施例三所述的管體上設(shè)置凸起的示意圖；

圖5是本發(fā)明的實施例四所述的翅片邊緣折彎的示意圖；

圖6是本發(fā)明的實施例五所述的帶有圓形凸起的翅片示意圖，是圖5中B向視圖；

圖7是本發(fā)明的實施例五所述的帶有橢圓形凸起的翅片示意圖，是圖5中B向視圖；

圖8是本發(fā)明的實施例六所述的帶有矩形短線段凸起的翅片示意圖，是圖5中B向視圖；

圖9是本發(fā)明的實施例六、七所述的帶有兩端半圓中間為矩形的結(jié)合體凸起的翅片示意圖，是圖5中B向視圖；

圖10是本發(fā)明的實施例六、七所述的帶有半個流線體的短線段凸起的翅片示意圖，是圖5中B向視圖；

圖11是本發(fā)明的實施例七所述的帶有雙八字形短線段凸起的翅片示意圖，其中的短線段凸起的形狀是四角倒圓的矩形，是圖5中B向視圖；

圖12是本發(fā)明的實施例七所述的帶有雙八字形短線段凸起的翅片示意圖，其中的短線段凸起的形狀是兩端半圓中間為矩形的結(jié)合體，是圖5中B向視圖；

圖13是本發(fā)明的實施例八所述的單片翅片橢圓形交錯凸起的翅片示意圖，是圖7中C向視圖；

圖14是本發(fā)明的實施例八所述的單片翅片流線型交錯凸起的翅片示意圖，是圖10中D向視圖；

圖15是本發(fā)明實施例九所述的正反交錯排列的雙片翅片分離狀態(tài)示意圖；

圖16是本發(fā)明實施例九所述的正反交錯排列的雙片翅片合在一起狀態(tài)示意圖；

圖17是本發(fā)明實施例九所述的正反一一對應(yīng)排列的雙片翅片分離狀態(tài)示意圖；

圖18是本發(fā)明實施例九所述的正反一一對應(yīng)排列的雙片翅片合在一起狀態(tài)示意圖；

圖19是本發(fā)明實施例十所述的換熱器外形示意圖；

圖20是本發(fā)明實施例十所述的換熱器剖面圖，是圖19中E-E的剖面圖。

具體實施方式

實施例一：

本實施例是一種帶有內(nèi)翅片的換熱管，如圖1所示。本實施例包括：截面形狀為長條矩形的管體1，所述的管體內(nèi)上下面對應(yīng)的設(shè)有沿管內(nèi)流體運動方向的多條成對長條形凹陷2，所述的多條長條形凹陷在管體外表面形成長條形凸起3；上下對應(yīng)的長條凹陷中連接至少一條帶有點凸起或短線狀凸起4的翅片5，見圖2。

本實施例所述的管體形狀類似于傳統(tǒng)的扁管，其截面形狀為長邊較長的矩形，或簡單的說是橫截面拉長的扁管，如圖2所示，矩形的兩個短邊可以是直邊，也可以是半圓過渡（如圖2中的管體截面形狀）。

管體可以用一片板材折彎成型，也可以分為上下兩部分，折彎成型后再搭接或?qū)雍附釉谝黄稹?/p>

本實施例的關(guān)鍵在于管內(nèi)設(shè)置了多片傳導熱量的翅片，相對于扁管的一次傳熱面，翅片為二次傳熱面，這些翅片沿氣流的流動方向設(shè)置，并與管體牢固連接，將管體分割為多個窄小的空間，熱氣流進入管體后，分散的進入這些狹小空間。熱氣流在這些狹小空間中運動時，充分接觸組成狹小空間的翅片，并將氣體中的熱量傳導至翅片上，翅片再將熱量傳輸至與冷卻液接觸的管壁上，冷卻液將熱量帶走。

在翅片上沿軸向有規(guī)律的布置拱型或翼型的凸起或凹陷，這些凸起和凹陷能夠干擾氣體的流動，使其在凸起或凹陷處產(chǎn)生湍流，既能夠充分的產(chǎn)生散熱作用，也能夠避免積碳。傳統(tǒng)的翅片為提高換熱性能，需進一步減小翅片高度，增大了積碳堵塞的風險，，因此，本實施例相對傳統(tǒng)翅片換熱管有明顯的優(yōu)勢。

翅片上設(shè)置的凸起或凹陷有多種方式。在翅片沿軸向的同一位置可以布置單個拱型的凸起或凹陷，也可以布置一對翼型的凸起或凹陷，在翅片的同一側(cè)可以看到凸起和凹陷的拱型或翼型交錯排布，同一翅片的兩側(cè)凸起和凹陷是相對的，一側(cè)為凸起另一側(cè)則對應(yīng)凹陷。凸起的形狀為中間凸起，周邊向翅片本體自然延伸，凸起的高度為0.4-2mm。這種翅片尤其適用于作為廢氣再循環(huán)（簡稱EGR）冷卻器的換熱元件，成組放置在扁狀管或者隔板之間，扁狀管或隔板的平面上布置有長條形的凹槽，翅片固定與凹槽中，形成高溫廢氣的流通通道，由于翅片上拱型或翼型的凸起或凹陷的布置，極大的增加了流體的擾動，熱邊界層得到有效的減薄，使得冷卻器的換熱效果較常規(guī)翅片進一步提升，同時也不易積垢。

在長條形的翅片上，從一個側(cè)面看，布置有凸起和凹陷，在翅片的另一側(cè)面看，凸起在翅片的另一側(cè)面看為凹陷，凹陷在翅片的另一側(cè)面看為凸起，凸起與凹陷的形狀相對應(yīng)，凸起的形狀為中間凸起，周邊向翅片本體自然延伸并連接到翅片本體，翅片沿徑向邊緣有小的平直折彎。

本實施例所述的翅片為長條形翅片，沿徑向邊緣小的平直折彎呈“C”型或呈“Z”型，用于翅片與管或隔板對應(yīng)平面的搭接，可以有效增強焊接的強度。

本實施例所述的凸起或凹陷交替排布。翅片作為主換熱元件，只有布置在熱交換器中才能有效發(fā)揮其作用。翅片平行排布在扁管或者兩隔板之間，當氣體在翅片之間通過時，相連兩片翅片的凸起和凹陷相對應(yīng)，使氣流方向發(fā)生較大的折彎，隨著氣流的前進，氣流方向向另外方向發(fā)生折彎，流動路徑呈“S”型，一方面延長了氣流的流動方向，另一方面氣流受到凸起的強烈沖擊，增加了氣體的擾動，極大的減薄了熱邊界成，提高了流體的湍流度，換熱效果大大提高。傳統(tǒng)的翅片為整體式設(shè)計，為實現(xiàn)較高的換熱效率，翅片間的間距較小，而采用所述翅片的熱交換器，在同樣的邊界條件下，可以減少翅片的數(shù)量，使翅片的間距增大，從而減少了積碳的風險。

翅片上的凸起或凹陷深度可以控制在0.4~2mm，根據(jù)換熱性能的要求不同進行調(diào)整，單獨對翅片進行加工，可以有效降低零件的加工成本，從而降低整體的制造成本。

管體的上下表面平行布置有長條狀的突起，從管體內(nèi)部看，外側(cè)的突起是管內(nèi)的條形凹槽；管體的上下表面還布置有鼓包，上下表面的鼓包對稱。由于管體端部需要與管板焊接在一起，因此管體端部需預留平段，也就是長條狀凹槽距離管體的管端要有一定的距離，距離范圍為2~10mm。翅片與管體內(nèi)的凹槽一一對應(yīng)并置于管以內(nèi)。

翅片放置在管體內(nèi)的凹槽中，且一一對應(yīng)，由于凹槽距離管端有一定的距離，相應(yīng)的翅片也距管端有一定的距離。翅片的高度等于管體內(nèi)高度加上兩個凹槽的深度，翅片沿徑向的平直折彎與凹槽內(nèi)的平面剛好對應(yīng)搭接在一起，可以有效的提高此處的焊接強度。

兩相鄰管體外表面的鼓包相對應(yīng)，起到互相支撐的作用，防止管體的熱變形，從而預防翅片處焊點在扁管上脫落，有效的保障換熱性能的實現(xiàn)。

翅片上的凸起或凹陷的形狀為可以是立方體狀，與翅片連接處為矩形。沿翅片軸向（氣流方向）的同一位置布置有兩個凸起或凹陷，兩凸起或凹陷呈一定的角度排列，夾角為15~165°。翅片上凸起或凹陷可以布置為沿翅片的軸向（氣流方向），一組凸起和一組凹陷交替排布，交替排布的凸起和凹陷為正翼型和倒翼型相互交替。

翅片上凸起或凹陷的形狀可以呈錐狀（近似于流線體，所述的流線體的截面形狀是流線型，回轉(zhuǎn)后形成流線體），沿流動方向，截面逐漸變大，再迅速縮小，各突起的面之間圓滑過渡。沿翅片軸向的同一位置布置有兩個平行的凸起或凹陷。當高溫氣體在翅片間通過時，受到兩側(cè)突起的強烈沖擊，氣體不斷的收縮和擴充，擾動明顯，有效的減薄了熱邊界層，提高換熱效果。與傳統(tǒng)的翅片式換熱器相比，應(yīng)用該翅片的熱交換器，翅片的間距增大，從而減少了積碳的風險，使換熱效率始終保持在較高的水平。

翅片還可以雙片布置，兩片翅片疊加在一起形成一個組合翅片，組合翅片的外表面均為凸起。每個翅片只包含單側(cè)的凸起，翅片疊加組合后作為獨立的換熱元件順次排布在熱交換器中。高溫氣體在組合翅片間通過，由于交錯凸起的存在，使得氣體的流動路徑呈波浪形。

兩個相同的翅片疊加在一起形成一個組合翅片，組合翅片按一定的順序排布，應(yīng)用在熱交換器中時，翅片放在扁管內(nèi)或者隔板之間。翅片的凸起結(jié)構(gòu)，可以有效增加流體的湍流度，提高熱交換器的換熱效率。

實施例二：

本實施例是實施例一的改進，是實施例一關(guān)于管體的細化。本實施例所述的管體由上下兩部分101、102構(gòu)成，如圖3所述。

為便于加工管體，本實施例將管體分為上下兩部分，折彎后，在折彎部分連接成為一體。也就是說，管體有兩塊板折彎焊接而成，有兩個連接焊口。這樣設(shè)計的管體有十分良好的工藝性能。管體板面上的長條形凸起可以十分方便沖壓成型，同時也方便翅片方便的焊接在管體中。上下兩部分管體的接口處可以對稱的設(shè)計在管體的兩側(cè)，也可以如圖3中的管體那樣交錯的設(shè)置在接近一側(cè)折彎的部位。由于上下管體的 形狀完全一致，可以使用同一模具沖壓成型，節(jié)約模具的成本。

實施例三：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于管體的細化。本實施例所述的管體外表面設(shè)有支撐凸起103，如圖4所示。

換熱管在工作時通入高溫氣體，管體本身會發(fā)生熱膨脹，使換熱管之間的距離變小，這是十分有害的。換熱管之間的距離變小，意味著冷卻液的流通通道變窄，影響了冷卻液帶走熱量的效率。為維持換熱管之間的距離不變，本實施例在管體外設(shè)置了點狀或短線狀的凸起，兩個相鄰換熱管之間的凸起相互作用，可以有效的放置管體之間的相互接近，維持相互之間的距離。

實施例四：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于翅片的細化。本實施例所述的翅片在與凹陷結(jié)合部設(shè)有折彎501，如圖5所示。

本實施例所述的翅片為長條形翅片，沿徑向邊緣設(shè)有小的平直折彎。這個折彎的方式有兩種，一種呈“C”字型，如圖2-4所示。另一種呈“Z” 字型，如圖5所示。這個翅片邊緣的小折彎用于翅片與管體對應(yīng)面的搭接，可以有效增強焊接的強度。

實施例五：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于翅片上的點狀凸起的細化。本實施例所述的點狀凸起是圓形，如圖6所示，或橢圓形凸起，如圖7所示。

圓形凸起和橢圓形凸起是一種加工比較簡單的凸起形狀，并且能夠起到十分良好的干擾氣流運動效果。圓形凸起和橢圓形凸起在翅片上的排列方式有多種，可以是單排排列，也可以是兩個一排，或者三個一排的圓形或橢圓形排列。對于橢圓形，還有兩種選擇，一種是橢圓形的長軸與氣流運動方向一致，一種是橢圓形的長軸與氣流方向垂直。

實施例六：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于翅片上的短線狀凸起的細化。本實施例所述的短線狀凸起是四角倒圓的矩形，如圖8所示，或為兩端半圓中間為矩形的結(jié)合體，如圖9所示，或為半個流線體，如圖10所示。

短線狀突起的形狀有多種選擇，可以是四角倒圓的矩形、兩個半圓中間加矩形等。排列的方式也有多種選擇，可以是長軸沿氣流方向、垂直方向、傾斜方向等多種選擇。

為產(chǎn)生較好的擾流作用，流線體的大端迎氣流面設(shè)置。

實施例七：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于翅片的細化。本實施例所述短線狀凸起兩個一組，每組兩個短線狀凸起呈八字形排列，所述的八字形排列短線狀凸起的排列方式為：頭對頭、腳對腳反復出現(xiàn)，如圖8、9所示，或者兩個八字形成對的頭對頭腳對腳反復出現(xiàn)，如圖11、12所示。

本實施例中短線狀凸起在翅片上的排列呈八字形，或者稱為翼型排列，具體為：短線狀凸起成對出現(xiàn)，兩個短線狀凸起的長軸分別與氣流方向成相反的一定夾角，類似于向后掠的翅膀，或者是八字形的一撇一捺。短線狀凸起的長軸與氣流方向之間夾角的角度α在0~90度之間選擇，見圖8、9。

實施例八：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于翅片的細化。本實施例所述的翅片為單片設(shè)置，凸起的突出方向是交錯間隔正反設(shè)置。

凸起的突出方向是相對于翅片板面而言，如果從翅片的單面角度描述，則可以將翅片表面形容為一個凸起、一個凹陷，反復出現(xiàn)。圖13為交錯出現(xiàn)的橢圓形凸起，圖14為交錯出現(xiàn)的流線型凸起。

實施例九：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于翅片的細化。本實施例所述的翅片為雙片設(shè)置，單片翅片上的凸起方向朝向一個方向，兩個翅片合在一起，形成相反的兩個方向凸起。

所述的雙片設(shè)置，就是有兩個翅片和在一起，各翅片上的凸起方向一致向一個方向，翅片上的凸起背對背，兩個合在一起。圖15、17顯示了兩片翅片分開的狀態(tài)，圖16、18顯示了兩片翅片合在一起的狀態(tài)。

圖15-19顯示兩種不同的突起排列方式，一種是正反間隔的方式，如圖15、16所示。另一種是正反一一對應(yīng)的方式，如圖17、18所示。

實施例十：

一種使用上述所述帶有內(nèi)翅片的換熱管的熱交換器，包括：依次連接的擴散器7、擴散器端管板8、換熱管組件和管殼9、收集器端管板10、收集器11；以及進水管12和出水管13，見圖19，所述的換熱管組件14使用至少一組帶有內(nèi)翅片換熱管，見圖15。

本實施例所述的熱交換器，尤其適用于發(fā)動機廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)，作為EGR冷卻器使用。

本實施例所述的熱交換器所使用的換熱管組件是帶有內(nèi)翅片的扁管，管內(nèi)的翅片沿氣流方向有規(guī)律的交錯布置拱型或翼型的凸起或凹陷，且沿徑向的端部布置有小的折彎，扁狀管外表面的平面上沿管長方向設(shè)置多條長條形凸起，扁狀管的內(nèi)部對應(yīng)為凹槽，長條形翅片布置在扁狀管內(nèi)部對應(yīng)的長條形凹槽內(nèi)，翅片上的折彎與扁管上凹槽內(nèi)平面相貼合，可以保證焊接的牢固性；翅片固定在凹槽中形成高溫廢氣的流通通道，由于翅片上拱型或翼型的凸起或凹陷的布置，極大的增加了流體的擾動，熱邊界層得到有效的減薄，使得冷卻器的換熱效果較常規(guī)翅片進一步提升，同時也不易積垢。扁狀管與管殼之間形成冷卻劑的流通通道，扁狀管外表面還均勻布置若干個高于長條形凸起的鼓包，布置在熱交換器中的相鄰的扁狀管通過鼓包相互支撐，避免扁狀管受熱變形，同時由于鼓包的設(shè)置使得冷卻液的流動加強，對提高冷卻器的換熱性能有促進作用。

換熱管可以成組出現(xiàn)，如圖15中有兩組換熱管，也可以有更多組換熱管。

最后應(yīng)說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案（比如管體的形式、直管或U型管、翅片的形式、突起的形式、換熱器的形式等）進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。