換熱器管組件及其制造方法
【專利說明】換熱器管組件及其制造方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請是美國申請N0.13/570，767和美國申請N0.13/570, 806的部分繼續申請，這兩個申請都遞交于2012年8月9日，且這兩個申請的全文通過引用合并于此。
技術領域
[0003]總體上，本發明涉及管，涉及用于換熱器的翅片和管組件，以及涉及其制造方法。
【背景技術】
[0004]大規模換熱器是公知的，其包含分立的、可獨立更換的管組件，該管組件具有傳送第一流體的管，以及便于第二流體向第一流體傳遞熱或者第一流體向第二流體傳遞熱的輔助熱傳遞表面區域。作為示例，在授予Murray的美國專利3，391，732和授予Neudeck的美國專利4，236，577中已經描述了這種類型的換熱器，其充當將來自引擎冷卻劑的廢熱傳遞到空氣的重型設備散熱器。在這些換熱器中使用的管組件具有用于換熱的帶翅片的中央段，以及用于插入密封墊圈中的不帶翅片的柱形端段。
[0005]上述類型的換熱器管組件通常由銅制成，帶翅片區域中的擴展的空氣側表面被焊接到管上。銅提供了高導熱率、易于制造以及良好的強度和耐用性的優勢。然而，銅的持續提高的價格導致對可替代的、較低成本材料的需求。
[0006]在其他換熱器(例如，汽車散熱器和商業散熱器)中，鋁作為優選的構造材料已經取代了銅，但是在這種類型的重型換熱器中尚未成功取代銅。鋁所具有的強度比銅低得多，產生了耐用性的擔憂。這在需要現場移除和插入個別管組件的應用中尤其會出現問題，因為在這樣處置過程中很可能出現損壞。此外，鋁部件的結合比銅的焊接需要高得多的溫度，導致制造上的困難。因此，仍有改進的余地。
【發明內容】
[0007]根據本發明的實施例，用于換熱器的管組件包括管，所述管具有平坦段，所述平坦段具有由相對的窄的管側面連結的間隔開的寬的管側面。管組件還包括兩個翅片結構以及兩個大致平面型側板，每個翅片結構都具有由側翼部連接的波峰部和波谷部。一個翅片結構的波谷部連結至一個寬的管側面，該翅片結構的波峰部連結至一個側板的面。另一翅片結構的波谷部連結至另一寬的管側面，該翅片結構的波峰部連結至另一側板的面。
[0008]在一些實施例中，管包括在所述管的縱向端處的柱形段，所述平坦段布置在所述柱形段之間。在一些實施例中，管、翅片結構和側板由釬焊接頭連結，而在一些實施例中，管、翅片結構和側板由一種或多種鋁合金形成。根據一些實施例，寬的管側面的厚度至少為側板的厚度的兩倍。
[0009]根據本發明的另一實施例，用于換熱器的管組件包括流體流導管，所述流體流導管在管組件的至少一部分上方在縱向方向上延伸。所述流體流導管具有主尺寸和次尺寸，兩者均垂直于所述縱向方向，所述次尺寸顯著小于所述主尺寸。一連續管壁圍繞所述流導管。兩個大致平面型側板在次尺寸方向上與所述連續管壁等距間隔，并且通過薄的連結板連接至所述管壁。
[0010]在一些這樣的實施例中，連續管壁限定了相對于沿主尺寸方向的軸線的管壁質心慣性矩。在一些實施例中，所述管組件相對于該軸線的質心慣性矩至少為所述管壁質心慣性矩的五倍，在一些實施例中至少為十倍。
[0011]在一些實施例中，第一柱形管段在流導管的第一端處連結至連續管壁，第二柱形管段在流導管的第二端處連結至連續管壁。在一些這樣的實施例中，由連續管壁限定的外周長大于至少一個所述柱形管段的外周長。
[0012]根據本發明的另一實施例，一種制造換熱器管組件的方法包括:提供管、第一和第二波紋狀翅片結構，以及第一和第二大致平面型側板。第一波紋狀翅片結構布置在第一側板和所述管的第一寬且平坦的側面之間，而第二波紋狀翅片結構布置在第二側板和管的第二寬且平坦的側面之間。壓縮力施加到側板的相對側面以使所述翅片結構的波峰部和波谷部與所述側板和所述寬且平坦的側面相接觸，并且在第一翅片結構與第一側板之間、第一翅片結構與第一寬且平坦的側面之間、第二翅片結構與第二側板之間、以及第二翅片結構與所述第二寬且平坦的側面之間形成釬焊接頭。
[0013]在一些這樣的實施例中，管、翅片結構和側板在真空環境中提升溫度以形成釬焊接頭。在其他環境下，管、翅片結構和側板在受控的惰性氣體環境中提升溫度。在一些實施例中，提供管、翅片結構和側板包括提供覆有釬焊填充金屬的材料。
[0014]在一些實施例中，壓縮力通過與第一側板相鄰的第一分隔板以及通過與所述第二側板相鄰的第二分隔板傳輸。在一些這樣的實施例中，分隔板具有與所述管、側板和翅片結構的熱膨脹系數大致匹配的熱膨脹系數。在一些實施例中，第一分隔板是與第一側板相鄰的多個分隔板之一。
[0015]根據本發明的另一實施例，一種制造換熱器管組件的方法包括:提供多個管、多個波紋狀翅片結構以及多個大致平面型側板。每個管都布置在成對的波紋狀翅片結構之間，而每個波紋狀翅片結構都布置在一個管與一個側板之間。管、波紋狀翅片結構和側板布置成疊層。分隔板布置在相鄰對的側板之間，且與疊層的最外端處的側板相鄰。沿疊層方向對疊層施加壓縮負荷。在波紋狀翅片結構與管之間以及在波紋狀翅片結構與側板之間的接觸點處形成釬焊接頭，并且從分隔板移除釬焊后的管組件。
[0016]在一些這樣的實施例中，管、翅片結構和側板在真空環境中提升溫度以形成釬焊接頭。在其他環境下，它們在受控的惰性氣體環境中提升溫度。在一些實施例中，提供管、翅片結構和側板包括提供覆有釬焊填充金屬的材料。
[0017]根據本發明的另一實施例，用于換熱器的管包括:第一柱形段，其從所述管的第一端延伸；第二柱形段，其從所述管的第二端延伸；以及平坦段，其位于所述端之間且具有由兩個相對短的側面連結的兩個寬且平坦的、間隔開的平行側面。過渡區域位于每個柱形段與平坦段之間。過渡區域和所述管的每一個寬且平坦的側面的交叉處限定曲線路徑。
[0018]在一些這樣的實施例中，兩個相對短的側面的輪廓為弓形。在一些實施例中，每一個曲線路徑都包括位于管的中心平面中的頂部，在一些這樣的實施例中，弓形路徑段位于所述頂部。
[0019]在一些實施例中，鄰近一個柱形段的過渡區域在至少等于該段的直徑的長度上延伸。在一些實施例中，管的平坦段的外周長大于至少一個柱形段的外周長，而在一些實施例中至少大百分之二十五。
[0020]在一些實施例中，平坦管段限定了兩個相對短的側面的最外點之間的管主尺寸，并且每個曲線路徑均比管主尺寸長。在一些實施例中，管由鋁合金制成。
[0021]根據本發明的另一實施例，換熱器管是由一圓形管形成的，這是通過在該圓形管的第一段中減小該圓形管的直徑以及使鄰近第一段的第二段變平以在第二段中限定兩個間隔開的、寬且平坦的側面而形成的。在一些實施例中，第一段終止于管的端。在一些實施例中，在減小第一段的直徑之后，使第二段變平。
[0022]在一些實施例中，通過型鍛操作來減小第一段的直徑。在一些實施例中，通過用沖壓模件沖擊第二段來使該段變平。在一些實施例中，管由鋁合金制成。
[0023]在一些實施例中，在使第二段變平之前將心軸插入管中，且在使第二段變平之后從管中移除心軸。
[0024]在一些實施例中，減小圓形管的第三段的直徑，第三段鄰近第二段。在一些這樣的實施例中，第三段終止于管的第二端。在一些實施例中，在減小第三段的直徑之后，使第二段變平。
【附圖說明】
[0025]圖1是根據本發明的實施例的換熱器管組件的立體圖。
[0026]圖2是圖1的換熱器管組件的正視圖。
[0027]圖3是以線II1-1II為界限的圖2部分的詳細視圖。
[0028]圖4是圖1的換熱器管組件的平面圖。
[0029]圖5是圖1的換熱器管組件的分解立體圖。
[0030]圖6是根據本發明的實施例制成的換熱器管組件的疊層的正視圖。
[0031]圖7是圖6的疊層中的某些部件的平面圖。
[0032]圖8是根據本發明的實施例的換熱器管的立體圖。
[0033]圖9是現有技術的換熱器管的局部立體圖。
[0034]圖10是沿著圖8的線X-X截取的局部截面圖。
[0035]圖11是沿著圖8的線X1-XI截取的截面圖。
[0036]圖12是圖8的部分形成的管的局部立體圖。
[0037]圖13A和13B是制作圖8的管的形成操作的圖解視圖。
[0038]圖14是根據本發明的另一實施例的換熱器管組件的立體圖。
[0039]圖15是圖14的換熱器管組件的分解立體圖。
[0040]圖16是沿著圖14的線XV1-XVI截取的局部截面圖。
【具體實施方式】
[0041]在詳細說明本發明的任何實施例之前，應當理解本發明的應用不限于在下面的說明書中闡述的或者在附圖中圖示的部件構造和布置的細節。本發明可以有其他實施例，且能夠以多種方式來實現或實施。而且，應當理解此處