专利名称：扁平状换热管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种扁平状换热管，尤其适于应用到汽车发动机废气再循环 冷却器或应用到涡轮增压的中冷器中，具有截面形状为高度与宽度不相等的 扁平状且靠近端部处设置用于减少热应力的波紋的换热管。
背景技术：
废气再循环冷却系统是汽车发动机满足日益严格的世界环保标准控制氮
氧化合物(N0x)排放的关键高新技术之一，其必将成为国内外汽车发动机满 足排放要求的必需装备。
冷却器进行冷却后，重新回传到发动机的燃烧室中循环再利用，这样既引入 了不活性气体到燃烧室，降低燃烧室内氮气和氧气的含量，又可以降低燃烧 室的温度，由于氮氧化合物的生成是与燃烧峰值及氧气含量密切相关的，采 用废气再循环冷却技术从而抑制氮氧化合物生成和排放。
其中，换热器是废气再循环冷却系统中的关键元件，其换热效率的高低 决定了再循环废气的温度高低，因此，在保证发动机性能不降低的前提下， 提高换热器的换热效率是设计换热器时首要考虑因素；而在保证换热器高效 的同时，提高换热器的寿命和利用率也是很重要的。而换热管是组成换热器 的关键部件，换热管换热系数的高低和换热管性能的好坏，很大程度影响着 换热器换热效率的大小和换热器的维修更换频率；换热管的直接制造成本同 样影响其市场的推广，因此需要不断的改进换热管的设计以提高其换热效率
和利用率，同时，考虑其制造的经济性。
目前，有些发动机废气再循环冷却器中应用了一种管翅式换热管，也就
是在管子的内部焊接翅片以提高其换热系数，而管体上设置了鼓包以提高管 内外流体的扰动，同时在一定程度上起到了吸收热变形的作用。这种换热管 真有很高的换热效率，应用到废气再循环冷却器中时，换热管管端焊接在管 板上，管^反四周同壳体焊4妄在一起。实际使用时，入口处流经高温的气体后， 在靠近管板处的管子上将会产生很大的热变形和热应力，热应力作用到管端 和管板的连接处，由于管子与管板接触的长度有限，在焊接处的焊缝将因膨
胀变形承受很大的热应力；发动机停止时，温度逐渐下降，管子的温度也逐 渐的下降，管板与管端的连接处的膨胀有所收缩，应力有所下降。随着发动 机启动和停止的反复工作，这种作用力在交替的疲劳使用下，将会很快对冷 却器产生破坏作用，使用寿命短，这种隐患若不消除，产品投入使用，将会 带来一定的危害。因此需要对这种换热管进行改进，以满足不同需求的汽车 制造商。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是要克服上述现有换热管在使用中所存在 的各种弊端，在提高换热器的效率的同时，也增加换热器的使用寿命。本发
明尤其适于应用到汽车发动机废气再循环冷却器中或应用到涡轮增压中冷器 中，很大程度提高换热器的换热效率，增加换热器的利用率；从而改善换热 器的性能，提高汽车排放的性能指标并改善发动机的性能。
为此，本发明提供了一种扁平状换热管，包括扁平状不锈钢管体，所述 不锈钢管体的端部表面由内向外凸设有环绕该不锈钢管体的的环形波紋。
上述才支术方案中，所述环形波紋可以设置于不锈钢管体的一端或两端； 所述环形波紋的高度为大于1. 2毫米，且小于4毫米；所述环形波紋的截面 形状为"U"形、"V"形、"S"形、"『形或者圓弧形；所述环形波紋为平 行设置的一个或一个以上的环形波紋；所述环形波紋在所述不锈钢管体内部 为与所述不锈钢管体外部波紋相对应处呈凹进的环形凹槽。
所述不锈钢管体的横截面形状为周边圓弧过渡的扁平状；在所述不锈钢
管体横截面的长边所在的上下平面上设置有凸起的鼓包或凹进的凹陷；所述 凸起的鼓包或凹进的凹陷采用规则、有序的阵列方式分布设置，端部为光滑 段；所述凸起的鼓包或凹进的凹陷为周边圆弧过渡的矩形、梯形或三角形。
本发明特别考虑到由于管子的热胀冷缩产生的热应力及热变形问题，在 管子靠近端部设置了波紋，不仅起到消除和减少热应力的作用，而且还可以 起到吸收管子热变形的作用，使管子处于良好的工作状态。端部带波紋的扁 平管的设计具有很高的传热效率，最主要的是端部的波紋形状既可以吸收热 膨胀，减少由于热胀冷缩引起的热应力，又能起到支撑和固定管子的作用， 降低了管子的破坏率。本发明应用到废气再循环冷却器中，在提高其换热效 率的同时，提高了冷却器寿命，使汽车发动机尾气排放满足日益严格的环保 标准要求，这就是本发明的主要作用。下面通过附图和实施例，对本发明的 技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的第一实施例的立体结构示意图； 图2为本发明中端部波紋的第一种截面形状示意图； 图3为本发明中端部波紋的第二种截面形状示意图； 图4为本发明中端部波紋的第三种截面形状示意图； 图5为本发明的第二实施例的立体结构示意图； 图6为本发明的第三实施例的立体结构示意图； 图7为本发明应用到换热器中的一种安装方式示意图； 图8为本发明应用到换热器中的另一种安装方式示意图。 附图标记i兌明
l-环形波紋； 2-鼓包； 3-扁平状不锈钢管体；
4-波峰； 5-波谷； 6-圆滑过渡。
具体实施例方式
实施例1
图1为本发明中第一实施例的立体结构示意图；如图1所示，扁平状不 锈钢管体3,管体3的表面靠近端部处由内向外凸设有环绕该不锈钢管体3 的环形波紋1。
为了提高换热效率，本实施例在管体3的上下扁平面上，即，换热管截 面的长边所处的管体上，设有按规律分布的向外凸起的鼓包2,管体的端部 位于环形波紋1至顶端的外側表面为光滑段。上述的鼓包2也可以为向内凹 进的凹陷。为了充分利用换热管的表面来实现最大效率的热交换，本发明实 施例中的不锈钢管体的截面形状为扁平状；且为了易于生产加工，管体上下 两面所布置的小鼓包尺寸相同，管端两个平行布置的波紋尺寸也是一致的。 所述管体的长边所在面上分布有按一定阵列排布的凸起的小鼓包，小鼓包的 排列分为三排，中间一排长轴沿轴线竖直分布，左右两排则分别成一定的相 同的角度平行排列。小鼓包的整个形状为圓滑的过渡连接。两个波紋平行分 布在管端，且波紋的截面形状可以设置成"U"形、"V"形、"S"形、"Q，， 形或者圆弧形等各种形状，不同的形状均能起到热补偿的作用，只是流体流 经不同的波形时，所发生的流体扰动情况不同。实施例中端部波紋的设置起 到重要作用，不仅可以减少或消除热胀冷缩引起的热应力，从而减少对管子 的破坏，而且应用到换热器中，起到管间相互支撑的作用，最终可以提高管 子的换热效率和管子的利用率。
端部加波的扁平管的这种设置能使管内外都产生充分的紊流；同时，为 了确保经济适用，简化加工难度，故将截面所有锐角均设计为圓弧过渡，使 所有表面均能进行充分良好地换热，彻底消除了热交换死角。本发明采用液 压成型的方法加工而成，工艺简单，减少了部件的加工过程，从而可以减少 成本。本发明中扁平管在管体的上下表面均设有内凹或者外凸的小鼓包，靠
近端部设有环状波紋，这种设置使得本发明应用到换热器中可以加强管内外
流体的扰动，从而提高整个换热器的效率；最主要的是端部波紋可以减少由 子熟胀冷缩引起的熟应力对换热管的破坏作用，最终提高换熟器的整体桂能。 本发明应用到汽车发动机废气再循环冷却系统的冷却器中，当废气通过 这种靠近端部加波且管体布置鼓包的扁平管时，将发生强烈的流动现象。由 于扁平管的设计相对于以往常用的圆形管而言不是中心对称的形状，扁平管 的几何中心与管壁的距离大小不等，使得位于管内不同位置的流体的流动情 况明显的有所差异，流动情况不同的流体之间发生相对的流动，从而形成了 旋涡，加强了流体的扰动，使管内的大部分流体都可以参与换热；同时，由 于小鼓包和端部波紋的存在，流体在流经它们时，截面发生突变，从而产生 复杂的二次流，使得管内流体的扰动更加剧烈。流体扰动的加强，破坏或减 薄了流体边界层，使得换热效果更好；同时，流体的扰动的增强使得临界雷 诺数降低，即从层流向湍流的转变提早发生，管内流体产生强烈湍流地旋转 运动，对:换热管壁有较强地沖刷作用，管壁不易结垢，而且，即使结垢，清 垢也比4交方《更。
本发明中扁平管由于在端部加波以及管体的鼓包，解决热胀冷缩对换热 管产生的热应力效应，使管子不易遭到破坏，同样鼓包和波紋的存在增强了换 热管的机械强度，起到管间支撑的作用，对管外流体的扰动也有强化的作用。 本发明应用到废气再循环冷却器中可以对管内外流体都起到强化流动的作 用，使得流体的换热效果增强，从而管内流体的温度下降较快，进出口温差 加大，换热效率提高。
本发明中的端部加波且管体表面布置小鼓包的扁平管，这种管子应用到 废气再循环冷却器中与现有技术相比，具有传热效率高、不易结垢、结构紧 凑、热应力小等优点，而且构思科学新颖、工艺简单实用、产品性能可靠， 将广泛应用于废气再循环冷却器中，很大程度上提高汽车发动机的排放性能 指标，满足未来日益严格的排放法规的要求。
图2为本发明中端部波形的第一种截面形状示意图；波紋的形状为圓弧 形，设有波峰4和波谷5，且波峰4和波谷5间的设置为圆滑过渡6，这种截 面的设置易子加工。且本发明应用液压成型的方法，将波紋和鼓包一起成型， 这才羊可以减少加工的程序，从而减少加工的成本。最主要的是，波紋的设置
置可以增加管子有效的换热面积，从而增加管内外流体的换热量，提高管子 的换热效率。
图3为本发明中端部波形的第二种截面形状示意图；波紋的形状是波 峰4部为倒"U"形，波谷5部为"U"形，且波峰4和波谷5间的设置为圓 滑过渡6。其余与图2所示的波紋形状相同。
图4为本发明中端部波形的第三种截面形状示意图；波紋的形状是波 峰4为形，波谷5为倒形，这种形状对流体流动的方向的改变 影响较大，流体流经波紋时发生复杂的旋涡流动，使得流动加剧，增强了换 热；且波峰4和波谷5间设置为圆滑过渡6，这有利于加工生产。波紋的设 置使得管子可以减少由于热胀冷缩所产生热应力的破坏作用。其余与图2所 示的波紋形状相同。
实施例2
图5为本发明中第二实施例的立体结构示意图；图5所示的实施例与实 施例1的不同之处在于，实施例1的小鼓包2都是向外凸起，而实施例2中 的小鼓包2排列中，中间一排是向外凸起，两边的两排则是向内凹进的，这 样更有利于管内流体的扰动，加强换热系数一側流体的扰动对加强整个换热 器的换热效率起到重要作用。而端部的波紋则对减少和消除管板和管端连接 处由于热胀冷缩引起热应力起主要作用，从而减少了管子的破坏。
实施例3
图6为本发明中第三实施例的立体结构示意图；图6所示的实施 例与实施例1的不同之处在于，实施例1在管体3的一端设置了波紋1，
而实施例3则在管体3的两端都设置了两个波紋1。根据管子的长度不同， 波紋1的设置位置和数量都可以相应的进行改变。这样的设置不仅能起到实 施例1的作用，两端部的波紋1，则对減少和消除管板和管端连接处由子热 胀冷缩引起热应力起主要作用，从而减少了管子的破坏，最终提高整个换热 器的利用率。
在上述各实施例中，不锈钢管体内部还可以通过焊接翅片来提高其换热 系数。
图7为本发明应用到换热器中第一种安装方式示意图；如图7所示，本 发明安装在换热器中波形在进口处和出口处交替布置，这样不仅起到热补偿 的作用，而且波紋1在两端起到固定支撑管子的作用，减小管子的变形。管 外小鼓包2和波紋1的存在，使得冷却剂流经管外凸起时，遇到阻碍从而导 致流体的流动方向发生改变，流体在不同位置的流通截面不同，流动情况发 生变化，4^动就会加强，而且管内外的流体扰动都加强，这样有益于流体之 间的传热，流体的换热效果增强，整个换热器的效率也随之提高。
图8为本发明应用到换热器中第二种安装方式示意图；这种安装方式是 把带有波紋1的一端都布置在废气的入口端，这样可以更有效的消除由于热 胀冷缩引起的热应力的破坏作用。相邻两个管子间的布置相互交错开，这样 有利于对管子的固定和支撑作用。其余的作用第 一种安装方式相同。
本发明具有很高的换热性能和很好的热补偿能力，应用到废气再循环冷却 器中，可以获得极大冷却效果，更主要的是由于端部波紋的设置提高了冷却器 的使用寿命，同时使汽车发动机有限的空间更为紧凑，从而提高汽车发动机的 排放性能指标，满足未来更加严格的环保要求。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管参照丰支佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员 应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发 明技术方案的精神和范围。
权利要求
1、一种扁平状换热管，包括扁平状不锈钢管体，其特征在于，所述不锈钢管体的端部表面设有由内向外凸起的环绕该不锈钢管体的环形波纹。
2、 才艮据权利要求l所述的扁平状换热管，其特征在于，所述环形波紋设 置于所述不锈钢管体的一端或两端。
3、 才艮据权利要求1或2所述的扁平状换热管，其特征在于，所述环形波 紋的高度为大于1.2毫米，且小于4毫米。
4、 4艮据权利要求1或2所述的扁平状换热管，其特征在于，所述环形波 紋的截面形状为"U"形、"V"形、"S"形、形或者圆弧形。
5、 才艮据权利要求1或2所述的扁平状换热管，其特征在于，所述环形波 紋为平行设置的一个或一个以上的环形波紋。
6、 才艮据权利要求1或2所述的扁平状换热管，其特征在于，所述环形波 紋在所述不锈钢管体内部为与所述不锈钢管体外部波紋相对应处呈凹进的环 形凹槽。
7、 4艮据权利要求1所述的扁平状换热管，其特征在于，所述不锈钢管体 的横截面形状为周边圓弧过渡的扁平状。
8、 4艮据权利要求1所述的扁平状换热管，其特征在于，在所述不锈钢管 体横截面的长边所在的上下平面上设置有凸起的鼓包或凹进的凹陷；所述不 锈钢管体内部设置有翅片。
9、 4艮据权利要求8所述的扁平状换热管，其特征在于，所述凸起的鼓包 或凹进的凹陷采用均匀的阵列方式分布设置。
10、 根据权利要求8或9所述的扁平状换热管，其特征在于，所述凸起 的鼓包或凹进的凹陷为周边圓弧过渡的矩形、梯形或三角形。
全文摘要
本发明涉及扁平状换热管，包括扁平状不锈钢管体，所述不锈钢管体的端部表面设有由内向外凸起的环绕该不锈钢管体的环形波纹；所述环形波纹设置于所述不锈钢管体的一端或两端；所述环形波纹的高度为大于1.2毫米，且小于4毫米；所述环形波纹的截面形状为“U”形、“V”形、“S”形、“Ω”形或者圆弧形。本发明应用到管翅式换热器中，端部的波纹在缓解或消除热胀冷缩引起的热应力对换热器的破坏方面起到重要作用；本发明尤其适于应用到汽车发动机的废气再循环冷却器中，在提高冷却器的换热效率的同时，提高换热器的性能和使用寿命，也提高了汽车发动机的排放性能，满足日益严格的环保排放要求。
文档编号F28F1/02GK101101183SQ200610098608
公开日2008年1月9日 申请日期2006年7月7日 优先权日2006年7月7日
发明者景建周, 景建坤, 杨晓瑷, 汤俊洁, 沈董浩 申请人:北京美联桥科技发展有限公司;锦州美联桥汽车部件有限公司