专利名称：新型管带式换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热交换装置，具体地说是一种用冷却空气对高温流体进行冷却的 管带式换热器，高温流体可以是增压中冷系统的高温增压空气、压缩机的压缩空气，也可以 是废气再循环的废气。
背景技术：
管带式换热器普遍具有质量轻、散热性能好等优点，在各行各业得到了广泛的应 用，如空空中冷器、汽车水散热器、风冷油换热器都普遍采用管带式换热器。以空空中冷器 为例，常规的管带式换热器的结构如图1，一般由进气室11、出气室18和芯子17组成，气室 与芯子通过焊接或钎焊与芯子联接在一起。芯子17又由主板12、冷却管14、散热带16和 侧板13等零件组成，对于高性能的管带式换热器，冷却管中还可以内置紊流片15，提高换 热器散热性能。芯子各零件一般通过钎焊联接成一体。在应用过程中，管带式换热器最典型的失效模式是冷却管与主板孔联接处冷却管 的断裂，失效的原因有振动、压力疲劳和热应力集中等，但最主要的原因是冷却管与主板孔 联接处的热应力集中。热应力集中主要是因为冷却管和侧板的热胀冷缩的速度和程度不一 致和进出气室一般与整机刚性联接等因素导致。随着各项技术的不断发展，管带式换热器 的高温流体的温度越来越高，如增压中冷系统的增压空气温度将高达230°C 260°C，EGR 系统的废气高达500 800°C，如果不能有效地释放热应力，管带式换热器的热应力集中破 坏更厉害、更普遍，开发耐高温的管带式换热器已经迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高温、不断裂、寿命长、用来冷却高温流体的新型管带 式换热器。本发明的原理是通过把管带式换热器芯子的一端设计成可自由伸缩，使换热器 芯子在热胀冷缩时可以向一端自由伸缩，释放了冷却管根部与主板联接处的热应力集中， 进而提高换热器的可靠性，特别是耐高温性能。本发明的目的是这样实现的新型管带式换热器，进气室和出气室上分别设置有进气口和出气口，芯子上的若 干根冷却管的两端分别与进气室和出气室的内腔联通，芯子上下侧的进气室和出气室之间 分别用联接板连接，所述的进气室和出气室相对应侧的开口上分别焊接有带孔的孔板，芯 子两端的冷却管分别焊接在主板和副主板的具有相同中心距和孔径的定位孔上，芯子一侧 的主板或副主板与进气室或出气室固定连接、另一侧的冷却管伸出副主板或主板外插入出 气室或进气室的孔板插接孔内，孔板插接孔与冷却管的外壁之间设置有密封圈。上述的密封圈为橡胶密封圈，密封圈的外轮廓呈椭圆形，密封圈外柱面的中部设 置有与孔板上的椭圆孔的内径和厚度相配合的环形凹槽，密封圈的外侧开口有一段3 5°扩口形成的导向段，密封圈的内径与冷却管的外径相匹配，密封圈的内表面设有一个以上的环形的弧形凸起。上述的冷却管内设置有紊流片。上述的侧板是两端带有可卡在冷却管上的卡爪弓形侧板。上述的芯子是若干根平行设置的等长的冷却管之间及最外侧的冷却管外侧分 别设置有散热带，带有散热带的冷却管的两端焊接在主板和副主板上对应的冷却管安装孔 上，主板或副主板一侧的冷却管伸出主板或副主板外一定的长度，最外侧的冷却管上连接 有覆盖住主板和副主板之间的最外侧的散热带的侧板。上述的侧板是弓形的，侧板与主板和副主板之间设置有一定的间隙。上述的伸出主板或副主板外一定的长度为12 25mm，该侧的冷却管外径处的主 板或副主板向密封圈一侧设置有外翻边，外翻边与密封圈之间相距2 5mm。本发明相比现有技术突出的优点是1、本发明把管带式换热器芯子的一端设计成可自由伸缩端(以下简称活动端)， 彻底消除了由于热变形形成的热应力。2、本发明的芯子活动端的各冷却管与孔板之间通过橡胶圈来联接密封，使芯子在 热胀冷缩时冷却管可以在橡胶圈内来回滑动，保证了连接的密封性。3、本发明的芯子的两端设置主板和副主板，不但可以保证冷却管管束的中心距尺 寸精度，提高芯子各冷却管、橡胶圈、孔板之间的可装配性和密封性，同时能提高芯子的装 配和钎焊的工艺性。4、本发明通过设置弓开侧板，保证芯子在热胀冷缩时，侧板可以跟着芯子一起伸 长和缩短；5、本发明通过在主板与侧板交接处设置一段间隙L3(参见图9)，消除了芯子在热 胀冷缩过程中侧板与冷却管之热胀冷缩的不一致，进而消除冷热管与主板和副主板孔联接 处的热应力集中。6、通常情况下，为了降低成本，把冷却管活动端设计在低温端，这样密封圈材料就 可以采用常规的橡胶；当然也可以把活动端设计在高温端，这时密封圈材料就必须采用耐 高温橡胶。7、本发明相对于常规的管带式换热器，在采用同等材料的前提下，具有更长的寿 命、更高的耐高温性能。8、本发明适用于各种用途的空气冷却的管带式换热器。
图1是现有技术的结构示意图。图2是本发明的主视图。图3是本发明的俯视图，其中两侧的箭头指示高温流体的进出方向，中部的箭头 指示冷却空气的流动方向。图4是的本发明的局部剖视图。图5是本发明的密封圈的立体示意图。图6是本发明的密封圈的内表面设有一个环形的弧形凸起的剖视图。图7是本发明的密封圈的内表面设有三个环形的弧形凸起的剖视图。
图8本发明的侧板为弓形板时芯子的三视图。图9是本发明的侧板为平板时芯子的主剖视图。图10是本发明的侧板之一的结构立体图。图11是本发明的侧板之二的结构立体图。
具体实施例方式下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图2-11 参照图2和图3，本发明的新型管带式换热器总成主要由进气(油、水或其他流 体)室1、若干个联接螺栓2、两块联接板3、芯子4、若干个橡胶密封圈5、孔板6和出气(油、 水或其他流体)室7等组成；芯子又由主板41、两块侧板42、若干根冷却管43、若干根散热 带45和副主板46等零件组成，很多冷却管内还可以内置紊流片44，以加强换热器的散热 性能，芯子4 一般通过钎焊焊接成一体。进气室可以通过铸造成形，也可以采用其他工艺成 形。孔板6的结构类似于芯子上的主板41，但孔板6上的孔明显比主板41上的管孔要大， 孔板6上的孔要求与橡胶密封圈5的环形凹槽54匹配，孔板6上各孔的中心距与主板41 和副主板46 —致；孔板6上的孔可以通过多种工艺加工而成，如机加工、冲压加工，无论采 用何种加工形式，都要求孔的尺寸准确，内表面有较高的光洁度，以保证冷却管43与孔板6 之间的联接密封。在装配总成前，要求把孔板6和出气室7先焊接成一体，孔板6可以是平 板，也可以是槽形板，图示中的孔板6为槽形板。图4是新型管带式换热器局部剖视图，它清晰地表示了冷却管43与孔板6之间 的密封结构。橡胶密封圈5在装配后应保证一定的压缩量，以保证冷却管43与孔板6之 间的密封。橡胶密封圈5的材料选择主要是考虑高温流体在活动端处的温度，以及密封圈 材料和高温流体之间的相容性。活动端设低温端时，可以选择普通的橡胶，如三元乙丙胶 (EPDM)，成本会相对更便宜一点。如图5所示，橡胶密封圈5的外轮廓呈椭圆形，两端有两个凸缘51和53形成中部 的环形凹槽54。凸缘51的作用是便于把橡胶密封圈压入孔板6上的椭圆孔，并防止整个 橡胶密封圈滑入进气室1内部；凸缘53的作用是防止整个橡胶密封圈滑出孔板6上的椭圆 孔。如图6所示，橡胶密封圈孔口处有一段扩口夹角R为3 5°的导向段，便于冷却 管5插入；橡胶密封圈5的孔径A与冷却管43的管径相等，孔内设有一个弧形凸起52，保证 冷却管43与橡胶密封圈5装配时橡胶密封圈5有一定的压缩量和压缩力，保证冷却管43、 橡胶密封圈5、孔板6之间的联接密封；图6中的Al与孔板6上椭圆孔径相等，B与孔板厚 度相匹配。图7的橡胶密封圈5结构与图6的基本一样，不同的是它是通过孔内有若干个 圆弧形小凸起52a来保证橡胶密封圈5的压缩量和压缩力。参照图8，该发明的新型管带式换热器芯子与常规的管带式换热器结构类似，但它 同时又具备几个明显的特征(一)侧板42是弓形的，主要是保证管子在热胀冷缩时，侧板 42也能随之伸长和缩短；(二)有一块主板41，主要功能是用来联接芯子和气室，便于芯子 与气室的焊接；(三)有一块副主板46，其功能不同于主板41，主要功能是保证各管子中心 距，使该发明的管带式换热器芯子4的装配工艺和钎焊工艺与常规的管带式换热器芯子基 本一样；(四)冷却管43要求伸出副主板46端面一定的距离L2，L2 一般在12 25mm左
5右，主要方便冷却管43与孔板6之间装配和保证密封为准。图9是该发明的新型管带式换热器的另外一种芯子，与图6的差别是侧板42是 一块平板，侧板42与主板41之间保持一段间隙L3，保证侧板42与主板41不联接，处于脱 开状态，主要目的也是保证芯子在热胀冷缩时，侧板42不会限制芯子向活动端自由伸缩。 侧板42与主板41之间的间隙可以把侧板42设计的稍短一点，或者在芯子钎焊好后，把侧 板42锯断，两种方法都可以保证侧板42与主板41脱开，不联接。图10和图11是弓形侧板的两种示例，图10所示的弓形侧板42两端带有卡爪42a， 主要是保证芯子在钎焊时弓形侧板42卡在冷却管43上不脱落和移位。该发明的新型管带式换热器的装配顺序一般如下先把孔板6和出气室7、进气室 1和已经钎焊成一体的芯子4焊在一起，再把密封圈5压入孔板6，再把冷却管43插入孔板 6，最后用联接板3和联接螺栓2把各零部件联接固定在一起。装配时，要注意保证副主板 孔翻边461边缘与橡胶密封圈5保持一段距离Li，Ll 一般为2 5mm，主要是避免芯子在 热胀冷缩时副主板46不与橡胶密封圈相碰。通过以上系列措施，使该发明的新型管带式换热器芯子在热胀冷缩时，芯子可以 向活动端自由伸缩，基本消除了冷却管43与主板联接处的热应力集中，提高了换热能器的 可靠性和耐温性。上述实施例及其附图仅描述了将活动端设置在出气室7 —侧时的情况，由于出气 室7的温度较低，所以，密封圈5材料的耐温性能可选择较低的，以降低成本；若将活动端设 置在进气室1 一侧时，其结构与前述结构相近似，在此不再一一详述，只是密封圈材料的耐 温性能要选择较高的，以确保产品的使用寿命。上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故凡依 本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
权利要求
新型管带式换热器，进气室和出气室上分别设置有进气口和出气口，芯子上的若干根冷却管的两端分别与进气室和出气室的内腔联通，芯子上下侧的进气室和出气室之间分别用联接板连接，其特征在于所述的进气室和出气室相对应侧的开口上分别焊接有带孔的孔板，芯子两端的冷却管分别焊接在主板和副主板的具有相同中心距和孔径的定位孔上，芯子一侧的主板或副主板与进气室或出气室固定连接、另一侧的冷却管伸出副主板或主板外插入出气室或进气室的孔板插接孔内，孔板插接孔与冷却管的外壁之间设置有密封圈。
2.根据权利要求1所述的新型管带式换热器，其特征在于所述的密封圈为橡胶密封 圈，密封圈的外轮廓呈椭圆形，密封圈外柱面的中部设置有与孔板上的椭圆孔的内径和厚 度相配合的环形凹槽，密封圈的外侧开口有一段3-5°扩口形成的导向段，密封圈的内径与 冷却管的外径相匹配，密封圈的内表面设有一个以上的环形的弧形凸起。
3.根据权利要求1或2任一项所述的新型管带式换热器，其特征在于所述的冷却管 内设置有紊流片。
4.根据权利要求1或2任一项的新型管带式换热器，其特征在于所述的侧板是两端 带有可卡在冷却管上的卡爪弓形侧板。
5.根据权利要求1或2任一项所述的新型管带式换热器，其特征在于所述的芯子是 若干根平行设置的等长的冷却管之间及最外侧的冷却管外侧分别设置有散热带，带有散热 带的冷却管的两端焊接在主板和副主板上对应的冷却管安装孔上，主板或副主板一侧的冷 却管伸出主板或副主板外一定的长度，最外侧的冷却管上连接有覆盖住主板和副主板之间 的最外侧的散热带的侧板。
6.根据权利要求5所述的新型管带式换热器，其特征在于所述的侧板是弓形的，侧板 与主板和副主板之间设置有一定的间隙。
7.根据权利要求5所述的新型管带式换热器，其特征在于所述的伸出主板或副主板 外一定的长度为12 25mm，该侧的冷却管外径处的主板或副主板向密封圈一侧设置有外 翻边，外翻边与密封圈之间相距2 5mm。
全文摘要
本发明属于换热器技术领域，涉及一种新型管带式换热器，进气室和出气室上分别设置有进气口和出气口，芯子上的冷却管的两端分别与进气室和出气室的内腔联通，进气室和出气室的上下侧分别用联接板连接，进气室和出气室相对应侧的开口上分别焊接有带孔的孔板，芯子两端的冷却管分别焊接在主板和副主板的具有相同中心距和孔径的定位孔上，芯子一侧的主板或副主板与进气室或出气室固定连接、另一侧的冷却管伸出副主板或主板外插入出气室或进气室的孔板插接孔内，孔板插接孔与冷却管的外壁之间设置有密封圈，优点是芯子可向一侧自由膨胀、热应力小、耐高温、寿命长，适用于各种用途的空气冷却的管带式换热器。
文档编号F28D7/00GK101900499SQ20101025752
公开日2010年12月1日 申请日期2010年8月19日 优先权日2010年8月19日
发明者范正银 申请人:浙江银轮机械股份有限公司