熱交換器管插入物的制作方法
【專利說明】熱交換器管插入物
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2014年4月17日提交的美國申請Να 61/980，606的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及熱交換器，并且更具體地，本發(fā)明涉及諸如發(fā)動機(jī)冷卻散熱器、中冷器、冷凝器等的熱交換器，其利用管插入物增加在管-集管接頭的區(qū)域中的強(qiáng)度。
【背景技術(shù)】
[0004]諸如發(fā)動機(jī)冷卻散熱器、中冷器、冷凝器等的熱交換器，通常由以下部件組成:進(jìn)口集箱(或歧管)和出口集箱(或歧管)；芯體部分，其位于集箱之間，進(jìn)口和出口集管連接至集箱，并且多個流體管從進(jìn)口集管延伸到出口集管，冷卻翅片附接在管之間；和結(jié)構(gòu)側(cè)板，每側(cè)一個，連接至進(jìn)口和出口集箱。這些側(cè)板常常提供安裝熱交換器的附接件。
[0005]每個流體管被分別插入進(jìn)口和出口集管的壁的開口中，并且密封以形成管-集管接頭。在熱交換器的操作期間，當(dāng)管被交替地加熱和冷卻時，流體輸送管承受反復(fù)膨脹和收縮，使得當(dāng)膨脹和收縮管試圖移動連接至進(jìn)口和出口集箱的進(jìn)口和出口集管時，導(dǎo)致在管-集管接頭區(qū)域產(chǎn)生大應(yīng)力，結(jié)構(gòu)側(cè)板抑制了進(jìn)口和出口集箱的移動。
[0006]由于膨脹和收縮管試圖移動固定的集管和集箱，第一個導(dǎo)致使用中的熱交換器故障的因素是外管-集管接頭的故障或臨近這些接頭的管的故障?，F(xiàn)有技術(shù)中努力提出多種設(shè)計以解決該問題，例子包括具有彈性管-集管接頭的熱交換器，具有膨脹接頭的結(jié)構(gòu)側(cè)板，不能輸送加熱流體的封閉的端管，具有柔性突出物(管和集管支撐部件之間的集管的一部分)的集管等。這些方法中的一些效果很好，但是所有方法在材料和人工上都很貴，并且經(jīng)常導(dǎo)致管堵塞，從而導(dǎo)致傳熱性能降低。
[0007]因此，需要提出一種手段來在材料和人工花費(fèi)最小的情況下防止端部管-集管故障，而保留熱交換器熱性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的問題和不足，本發(fā)明的目標(biāo)是提供可手動或自動安裝的管插入物，在其穿過并且連接至集管的位置處或附近的管的關(guān)鍵部分中為管提供增大的強(qiáng)度。
[0009]本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供管插入物，其中管插入物的厚度可調(diào)節(jié)以提供必須的管和管接頭強(qiáng)度來滿足應(yīng)用需求。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的目標(biāo)是提供管插入物，其在應(yīng)用中是靈活的，并且其中管插入物可被應(yīng)用于最接近結(jié)構(gòu)側(cè)板的管的端部或應(yīng)用于多個管，以滿足所需的使用壽命需求。
[0011 ] 本發(fā)明的又一個目標(biāo)是提供管插入物，其需要的額外材料量相比標(biāo)準(zhǔn)熱交換器來說可以忽略不計。
[0012]本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供管插入物，其導(dǎo)致通過熱交換器芯體的流體壓降的差不多不可測的增加，因此在熱交換器熱性能方面影響很小或沒有影響。
[0013]本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供管插入物，其包括彈簧特征，以允許管插入物在芯體處理過程中保持就位。
[0014]本發(fā)明的又一個目標(biāo)是提供管插入物，其在無翅片區(qū)域開始處和鄰近無翅片區(qū)域開始處提供逐漸降低的管剛度以避免應(yīng)力集中。無翅片區(qū)域從外翅片端部開始支撐管，并且延伸至集管。
[0015]本發(fā)明的其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)部分是顯而易見的并且部分通過說明書顯現(xiàn)。
[0016]對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的以上目標(biāo)和其它目標(biāo)在本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明涉及用于熱交換器的芯體，包括具有壁的集管和多個間隔的管，該壁中具有多個開口，管具有中點(diǎn)和內(nèi)徑，每個管具有管端部，管端部固定在集管的壁的開口中，以形成管-集管接頭。芯體包括多個外翅片，這些外翅片附接在多個管之間并且其圍繞管長度的中點(diǎn)居中設(shè)置。外翅片具有與管-集管接頭間隔開的端部以形成在兩者間延伸的無翅片區(qū)域。多個外翅片能在流經(jīng)多個管的流體和外翅片的外部之間傳熱。芯體進(jìn)一步包括多個彈性管插入物，彈性管插入物具有與多個管的橫截面基本相似的橫截面。每個彈性管插入物在管端部處被插入到一個或多個管中并且基本固定在無翅片區(qū)域中。在插入之前每個彈性管插入物具有稍微大于每個管的內(nèi)徑的外尺寸，以使管插入物在組裝熱交換器期間在無翅片區(qū)域中保持就位。
[0017]多個彈性管插入物可以由與多個管相同的材料構(gòu)成。多個彈性管插入物中的每一個基本可以或不可以在管的中點(diǎn)的方向上延伸超過無翅片區(qū)域。多個彈性管插入物中的每一個可以具有基本等于外翅片端部和管端部之間間距的長度。
[0018]多個彈性管插入物中的每一個可以具有長度，并且包括彈性管插入物長度的材料的在外翅片的端部處開始且在管的中點(diǎn)方向上延伸的一部分可以被移除。可選地，每個彈性管插入物可以包括至少一個錐形齒，其開始于外翅片的端部處并且在管的中點(diǎn)方向上延伸。
[0019]多個管中的每一個可以包括多個內(nèi)翅片，這些內(nèi)翅片處于管內(nèi)部并且其圍繞管的長度的中點(diǎn)居中設(shè)置，內(nèi)翅片具有與管端部間隔的端部，并且彈性管插入物中的每一個可以允許內(nèi)翅片在管端部的方向上至少部分地延伸穿過。
[0020]在另一方面，本發(fā)明涉及熱交換器，包括具有壁的集管和插置在多個外翅片之間的多個管，該壁中具有多個開口，外翅片能在流經(jīng)多個管的流體和外翅片的外卻之間傳熱。每個管延伸超過多個外翅片的頂部。每個管具有中點(diǎn)和管端部，管端部固定在集管的壁的開口中以形成管-集管接頭。多個外翅片的頂部和集管之間的距離是無翅片區(qū)域。熱交換器也包括多個管插入物，其具有與多個管的橫截面基本相似的橫截面。管插入物在無翅片區(qū)域中在管端部處可滑動地安裝在一個或多個管中，每個管插入物固定在無翅片區(qū)域中，以使管插入物在組裝熱交換器期間能夠保持就位。熱交換器進(jìn)一步包括連接至集管的集箱。
[0021]多個管插入物可以由與多個管相同的材料構(gòu)成。多個管插入物中的每一個在管的中點(diǎn)的方向上基本可以或不可以延伸超過無翅片區(qū)域。多個管插入物中的每一個可以具有基本等于從管端部至外翅片頂部之間間距的長度。
[0022]多個管插入物中的每一個可以具有長度，并且包括管插入物長度的材料的大約在外翅片的頂部處開始并且在管的中點(diǎn)的方向上延伸的部分可以被移除?？蛇x地，每個管插入物可以包括至少一個錐形齒，其大約從外翅片的頂部延伸并且在管的中點(diǎn)的方向上延伸。
[0023]多個管中的每一個可以包括多個內(nèi)翅片，這些內(nèi)翅片處于管內(nèi)部并且其圍繞管長度的中點(diǎn)居中設(shè)置，內(nèi)翅片具有與管端部間隔的端部，并且每個彈性管插入物可以允許內(nèi)翅片在管端部的方向上至少部分延伸穿過，以改進(jìn)傳熱并增大管的強(qiáng)度。
[0024]在另一個方面，本發(fā)明涉及組裝熱交換器芯體的方法，包括以下步驟:提供具有包括多個開口的壁的集管，并且提供多個間隔的具有中點(diǎn)和內(nèi)部尺寸的管。每個管具有能固定在集管的壁上的開口中以形成管-集管接頭的管端部。該方法包括將多個外翅片附接在多個管之間并且外翅片與每個管端部間隔一定距離，多個外翅片能在流經(jīng)多個管的流體和外翅片的外部之間傳熱。該方法進(jìn)一步包括將多個管端部插入到集管的壁的開口中以形成管-集管接頭，管-集管接頭與外翅片的端部間隔一定距離以在其間形成無翅片區(qū)域。該方法還包括提供多個彈性管插入物。每個彈性管插入物具有與多個管的橫截面基本相似的橫截面并且能夠在管端部處可滑動地安裝在一個或多個管中并且固定在無翅片區(qū)域中。在插入之前每個彈性管插入物具有稍微大于每個管內(nèi)尺寸的外尺寸，以使管插入物能在組裝熱交換器期間保持就位。該方法進(jìn)一步包括步驟:將至少一個彈性管插入物在無翅片區(qū)域中在管端部處插入到多個管中的至少一個管中。
[0025]多個彈性管插入物可以由與多個管相同的材料構(gòu)成。多個彈性管插入物可以在熱交換器組裝的釬焊過程中通過釬焊固定在無翅片區(qū)域中，或者在熱交換器組裝的焊料烘干過程中通過熔焊固定在無翅片區(qū)域中。
[0026]彈性管插入物在管的中點(diǎn)方向上基本可以或不可以延伸超過無翅片區(qū)域。多個彈性管插入物可以具有基本等于從多個翅片的頂部至管端部之間的間距的長度。
[0027]多個彈性管插入物的每一個可以具有長度，并且包括管插入物長度的材料的在外翅片的頂部處開始且在管的中點(diǎn)方向上延伸的一部分可以被移除?？蛇x地，每個彈性管插入物可以包括至少一個錐形齒，其開始于外翅片的頂部處并且在管的中點(diǎn)方向上延伸。
[0028]多個管的每一個可以包括多個內(nèi)翅片，這些內(nèi)翅片處于管內(nèi)部且其圍繞管長度的中點(diǎn)居中設(shè)置，內(nèi)翅片具有與管端部間隔的端部，并且每個彈性管插入物可以允許內(nèi)翅片在管端部的方向上至少部分地延伸穿過，以改進(jìn)傳熱和增加管強(qiáng)度。
[0029]該方法可以進(jìn)一步包括提供集箱，并且將集箱連接至集管以形成熱交換器。
【附圖說明】
[0030]本發(fā)明的特征被認(rèn)為是新穎的并且本發(fā)明的元件特性在所附權(quán)利要求中具體闡述。附圖僅用于說明，不是按比例繪制的。然而，參照結(jié)合下面附圖的詳細(xì)說明可以更好地理解發(fā)明本身的構(gòu)造和操作方法，其中:
[0031]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的典型熱交換器組件的冷卻空氣流動方向上的前視立體圖；
[0032]圖2A示出了部分地剖開的典型熱交換器組件的一部分的前正視圖，示出了進(jìn)口集箱的集管部分、密封于管-集管接頭處的熱交換