热交换器用管的制作方法
【专利摘要】本发明涉及热交换器用管，其包括：第一集管及第二集管，连接于热交换器的第一集管及第二集管；外侧壁，包围提供至少两个通道的内部体积，通道用于在第一集管及第二集管之间沿管的长度搬运热交换流体；至少一个接缝部，沿着管的长度延伸，位于外侧壁上，接缝部包括一对相向的凸缘，凸缘向内部体积的内部延伸，将内部体积划分为两个通道，外侧壁沿着接缝部的长度结合。管具有第一端部区域、第二端部区域和中间区域，管以使凸缘将内部体积划分为至少两个平坦的凸起部的方式沿着管的总长度平坦地形成，各凸起部提供一个通道，相对于管的长度，各凸起部从凸缘向远的侧方向延伸，中间区域的凸起部比端部区域的凸起部更平坦。
【专利说明】热交换器用管
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于热交换器的管，更为具体地涉及用于汽车内的热交换器的折叠管(folded tube)ο
【背景技术】
[0002]通常，汽车备有包括散热器等热交换器的引擎冷却系统。在引擎工作时，热量从引擎向通过该引擎流动的制冷剂传递。该制冷剂将通过一系列导管从引擎向热交换器流动。在热交换器中，热量从制冷剂向经过热交换器的外侧流动的冷却器空气传递。这种过程在连续的循环中自行反复来冷却引擎。
[0003]通常的热交换器包括由位于热交换器的各端部的两个腔室或集管(header)支撑的一系列管。该集管通过普通钎焊与管相结合。在引擎及冷却系统的工作过程中，该管将经过热循环(热交换器的结构要素的温度的上升及下降)，由于这会使相邻的管以不同程度膨胀，因而会导致应力，由此相邻的管将向管施加轴向负荷。
[0004]在多个系统中，管包括单一封闭通道(single enclosed channel)。管大致为细长形，基本具有矩形剖面形状，并包括两个相向的长面或表面以及两个相向的弯曲的短面或头部(nose)。在热交换器内，多个管互相相向并在管之间形成空间或通道，并与相邻的管的表面并列，空气可通过上述空间或通道流动。由此，上述的管的几何形状形成冷却器的空气可从其上方经过的比较宽的表面面积，却有利于中断通过热交换器的空气流动。
[0005]但是，这种类型的集管/管组合导致沿着集管/管连接部产生的应力集中，尤其，由于在管的头部周围产生的应力集中而存在破损可能性。
[0006]为克服单一通道管的上述缺点中的一部分，正在开发由金属折叠片形成管的多个管结构。这些折叠管，即“B-管”具有区分两个通道的长度方向接缝部。但是，这些管的整体剖面形状与单一通道管的整体剖面形状基本上相同，因而有益于大表面面积及空气流动的最小中断。
[0007]但是，这些折叠管仍然具有很多缺点。第一、管的剖面面积需要所需尺寸的集管。尤其，若管的剖面尺寸变大，则需要最小宽度的集管，由此，需要最小宽度的热交换器。第二、管的细长形剖面形状在管的端部形成狭窄的开口，由于上述狭窄的开口，将产生不必要的流入压力损失及出口压力损失。第三、虽然周知折叠管的结构在管的头部周围减少集管/管连接部的破损可能性，但各管的头部的小的半径仍然在头部区域引起应力集中。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的在于，提供克服这些问题的改进的热交换器用管。
[0009]根据本发明的第一实施方式，提供热交换器用细长形管，上述细长形管包括--第一端部及第二端部，分别连接于热交换器的第一集管及第二集管，外侧壁，包围内部体积，上述内部体积提供至少两个通道，上述至少两个通道用于在上述第一集管和第二集管之间沿着管的长度搬运热交换流体，以及至少一个接缝部，沿着管的长度延伸，位于上述外侧壁上，上述接缝部或各接缝部包括一对相向的凸缘，上述一对相向的凸缘向上述内部体积的内部延伸，将上述内部体积划分为上述通道中的两个通道，上述外侧壁沿着上述接缝部或各接缝部的长度一起结合；上述细长形管具有接近第一端部的第一端部区域和接近第二端部的第二端部区域，并具有上述第一端部区域和第二端部区域之间的中间区域，上述管以使上述凸缘将内部体积划分为至少两个平坦的凸起部的方式沿着管的总长度平坦地形成，各凸起部提供上述通道中的一个通道，相对于管的长度，各凸起部从上述凸缘向着远的侧方向延伸，在上述中间区域的上述凸起部中的至少两个凸起部与上述端部区域中的至少一个端部区域的凸起部相比更平坦。
[0010]在本发明的优选实施例中，中间区域的凸起部比两端部区域的凸起部更平坦。
[0011]外侧壁可具有相向的宽部，这些宽部为从中间区域延伸的第一端部及第二端部中的至少一个，优选地，两者均向外侧展开。由此，在上述端部区域中的至少一个端部区域部分性地向外侧展开。
[0012]外侧壁可具有相向的窄部，这些窄部为从中间区域延伸的第一端部及第二端部中的至少一个，优选地，两者均向内侧展开。由此，在上述端部区域中的至少一个端部区域部分性地向内侧展开。
[0013]优选地，多个宽部之间的距离通过中间区域及两端部区域沿着接缝部的长度基本上恒定。
[0014]根据本发明的优选实施例，凸缘中的至少一个凸缘直到与相对应的接缝部相向的外侧壁的一部分为止沿着凸缘的长度结合，由此，在通道中的相邻的通道在上述多个凸缘的相向侧上并不互相流体连通。并且，根据优选实施例，在中间区域的凸起部与至少一个端部区域的凸起部相比，从凸缘对更延伸。
[0015]外侧壁基本上可具有规定的厚度。
[0016]在与管的长度垂直的平面上，通过管的剖面的周长可在中间区域及端部区域中的至少一个区域优选为两个端部区域均基本上相同。
[0017]凸起部可在凸缘对的相向侧基本上对称。
[0018]根据本发明的优选实施例，位于一端部区域或两端部区域的各凸起部，与相对于管的长度沿着侧方向远离凸缘的部分相比，接近凸缘的部分更平坦。
[0019]根据本发明的第二实施方式，提供热交换器，上述热交换器包括:至少一个本发明的上述第一实施方式的细长形管，；以及至少一个集管，包括至少一个孔；上述管的至少一个上述端部区域通过上述孔延伸，将上述管连接于上述集管。
[0020]上述集管可包括凸缘型边缘(flanged edge),上述凸缘型边缘从上述孔的周围的至少一部分周围延伸，上述管的端部区域与上述凸缘型边缘相连接。
[0021]根据本发明，可得到克服了上述以往技术的问题的改进的热交换器用管。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]接下来，仅仅作为例子参考附图来对本发明进行更加详细的说明。
[0023]图1为适用于热交换器的以往技术的折叠管的端部区域的立体图。
[0024]图2为图1的以往技术的折叠管的端部图。
[0025]图3为适用于热交换器的本发明的折叠管的端部区域的立体图。[0026]图4为图3的折叠管的端部图。
[0027]图5为表示插入于集管的图1的以往技术的折叠管的端部区域的热交换器用集管的部分剖视图。
[0028]图6为图5的折叠管及集管的立体图。
[0029]图7为表示插入于集管的本发明的图3的折叠管的端部区域的热交换器用集管的部分剖视图。
[0030]图8为图7的折叠管及集管的立体图。
[0031]图9a为用于改造图3的管的端部的叉形冲床(forked punch)的侧视图。
[0032]图9b为图9a的叉形冲床的端部图。
[0033]附图标记的说明
[0034]101:折叠管
[0035]104:接缝部
[0036]106:凸缘
[0037]108:内部体积
[0038]110:外侧壁
[0039]116:通道
[0040]136:端部区域
[0041]138:端部
[0042]142:中间区域
【具体实施方式】
[0043]图1及图2表示用于汽车的散热器等热交换器的通常的折叠管I。这种类型的折叠管I由于与管I的长度方向轴线2垂直的管的剖面形状而往往被称为“B-管”。折叠管I与具有单一通道的管相比表现出刚性的增加，而另一方面从结构上能够使用更薄更轻的材料。
[0044]折叠管I通常由片金属例如由铝形成。片的两个相向的边缘沿着管I的长度汇聚，来形成接缝部4，这种接缝部4此时被钎焊来密封管I。形成接缝部4的片的边缘包括凸缘6，在片金属折叠而形成管I时，这些凸缘6将向管I的最终形成的内部体积8的内部延伸。
[0045]一般，管I以如下方式平坦地形成，第一、幅度更宽或尺寸更宽，第二、更薄或尺寸更窄。尤其，管的外侧壁10包括多个宽部12及多个窄部14，其中，宽部12相向且大致呈平面，窄部14沿着宽部之间延伸，相向且大致弯曲。管I以使接缝部的凸缘6穿过管I的更窄的尺寸来延伸的方式平坦地形成，通过这种方式，凸缘6将管I的内部体积8划分为在凸缘6的两侧上沿着管I的长度延伸的两个通道16。通常，以为了热交换流体(未图示)的通道而形成两个区分的分体的通道16的方式，对凸缘6和外侧壁10的相向部之间进行密封。由于凸缘不与相向的宽部12相结合，因而两个通道16虽然基本上区分，但处于流体连通状态。
[0046]在本发明的脉络中，术语“平坦”或“平坦地”与具有宽而薄的形状的对象物相关联来使用，即，与相对于厚度或深度具有比较宽的表面的对象物相关联来使用。术语“更平坦”意味着第一形状或对象物与第二形状或对象物相比，宽度大致更薄，即，更平坦的对象物一般具有与其他对象物相比纵横比更大的剖面形状。
[0047]图5及图6表示与热交换器的集管20的一部分相连接的以往技术的折叠管I的端部。
[0048]在通常的热交换器中，多个折叠管I在第一集管及第二集管20之间延伸，在这些集管之间搬运热交换流体或制冷剂。多个折叠管I沿着热交换器的长度隔开，在相邻的多个管I的外侧壁的相向的多个宽部之间形成间隔。
[0049]通常，在使用过程中，被加热的制冷剂通过折叠管I流动，更低温的流体，例如空气通过多个管之间的间隔流动。来自制冷剂的热能向管I的壁传递，此时，这种热能借助于更低温的流体的流动，来从管的外侧表面放出。多个管I的平坦的形状将这些管的表面与体积的比率极大化，来提高热交换器的效率。
[0050]在热交换器的工作过程中，管I将经过热循环(热交换器的结构要素的温度的上升及下降)，而相邻的管有可能以不同程度膨胀，因而导致应力，由此相邻的管将向管I施加轴向负荷。由此，沿着集管/管连接部22发生的应力集中有可能导致集管/管的组合破损，此时，最频繁发生破损的部分是集管20及管I的弯曲的窄部14的交叉部。
[0051]图3及图4示出根据本发明变形的折叠管101。折叠管101包括外侧壁110，上述外侧壁Iio由片金属形成，包围管101的内部体积108。外侧壁110包括两个相向且大致呈平面的宽的壁区112 (以下，称为管101的侧壁112)以及两个相向且大致弯曲的窄的壁区114 (以下，称为管101的头部114)。弯曲的壁区114在呈平面的壁区112之间延伸，与这些呈平面的壁区连接而形成管101的完整的周围。
[0052]相向的侧壁112之间的距离形成管101的窄的剖面尺寸或宽度，相向的头部114之间的距离形成管101的宽的剖面尺寸或深度。
[0053]沿着管101的长度延伸的管101的接缝部104包括一对凸缘106，上述一对凸缘106向内部体积108的内部突出。接缝部104形成于管101的侧壁112中的一个侧壁，由此，凸缘106横穿管101的宽度并延伸。凸缘106以使各凸缘106的边缘与管101的相向的侧壁112相接触的方式完全横穿管101并延伸，在优选的实施例中，对与凸缘106相向的侧壁112之间进行密封。由此，凸缘106将内部体积108划分为两个的通道116，即，在凸缘106的两侧各形成一个通道。两个通道116为内部体积108的凸起部形状的部分130。内部体积108内的凸起部130相对于管101的长度，从凸缘106沿着侧方向远远地延伸。优选地，接缝部104以使大小相同的两个通道116以相对称的凸起部形状130形成的方式形成于侧壁112的中央。
[0054]凸起部130从凸缘106的对沿着相反方向远远地延伸，各凸起部130的近端部分132以接近凸缘106的方式形成，各凸起部130的远端部分134以接近管101的各头部114的方式从凸缘106隔开规定距离。
[0055]但是，在再一实施例中，接缝部可不形成于中央，并且在另一实施例中，管中包括沿着细长形管的长度延伸的多于一个的接缝部，此时，内部体积由此划分为至少三个通道。在这种情况下，在多个通道中，沿着侧方向的外侧的两个通道具有与本发明类似的凸起部形状，外侧的两个通道之间的通道或各通道并不一定向内侧或外侧展开，基本上可具有规定的剖面形状。
[0056]折叠管101还包括第一端部区域136和第二端部区域(未图示)，上述第一端部区域136位于管101的第一端部138，第二端部区域位于与管101的相向的第二端部。使用时，第一端部区域136及第二端部区域通过位于热交换器的第一集管120及第二集管的相对应的孔140延伸，来将管101结合于集管120。管101的中间区域或中央区域142在第一端部区域136和第二端部区域之间沿着管101的长度延伸。第一端部区域及第二端部区域具有相同的形状，并且互相之间形成镜像。
[0057]中间区域142的凸起部130与分别位于第一端部区域136及第二端部区域的凸起部130相比更平坦。由此，在与管101的长度垂直的平面上，位于中间区域142的各通道116的剖面形状具有与位于多个端部区域136的各通道116的剖面形状更大的纵横比。
[0058]在这种例中，位于端部区域136的各凸起部130的远端部分134的宽度大于位于中间区域142的凸起部130的远端部分134的相对应的宽度，由此形成展开的端部区域。在展开的端部区域136，管101的宽度如此增加，则这些区域的管101的头部114的各曲率半径将增加。
[0059]尤其，在优选实施例中，位于端部区域136的各凸起部130的近端部分132的宽度与位于中间区域142的凸起部130的近端部分132的宽度相比并不增加。这导致基本上作为图8的形态的端部区域136的管101的剖面形状以及基本上具有泪滴形状的凸起部130的端部区域136。
[0060]凸起部130的近端部分132的被抑制的宽度，指凸缘106横穿流体流动通道108的整体宽度仍然延伸和维持划分为两个通道116的通道。由此，管101的强度及刚性在端部区域136并不受明显影响。
[0061]图7及图8示出与热交换器的集管120相连接的本发明的折叠管101的端部区域136。
[0062]如图7中最明显地示出，管101的端部区域136的深度小于管101的中间区域142的深度。若在端部区域136，凸起部130的宽度增加，则将导致深度相应减小的结果，即，在端部区域136，凸起部130中的各凸起部的窄的尺寸的长度增加，而凸起部130的各宽的尺寸的长度减小。由此，优选地，在与管101的长度垂直的平面上，通过管101的剖面的周长在中间区域142及两个端部区域136两者均基本上相同。
[0063]在本发明的管101的优选制造方法中，初期以以往技术中公知的方法制造折叠管。此时使用在图9a及图9b中示出的叉形冲床150来局部性地改造管101的端部区域136中的一个，或将两个都改造。冲床150中的沟槽152以可收容由凸缘106形成的折叠管101的接缝部104的方式决定大小，并防止管101的该部分变形。通过这种方式，借助凸缘106在管101的两个凸起部130之间维持密封的同时，另一方面主要改造凸起部130的远端部分134。
[0064]由此，本发明的折叠管101与以往技术的管相比具有多数优点。第一、若在与集管120的交叉点端部区域136的头部114的曲率半径增加，则该区域的应力集中减少。由此，之后管-集管连接部的该部分的破损可能性将减少。
[0065]为减少在集管与基于以往技术的折叠管之间的连接部的应力集中，通常变更集管板的形状，来沿着管/集管连接部重新分配负荷。尤其，与使用通常的平坦的集管板相比，周知的是使用具有梯子状的剖面形状的集管板。根据本发明，随着管101的头部114的曲率半径的增加，借助端部区域136的低的纵横比，可在位于集管120的孔140周围形成凸缘型套圈160或凸缘型边缘,来收容折叠管101的端部区域136。优选地，凸缘型套圈160通过冲压(stamping)集管板120来形成。
[0066]图7及图8示出的管/集管组合的实施例中，凸缘型套圈160形成于大致平坦的集管板120。套圈从集管板120的面162沿着向管101的端部138的方向延伸。套圈160通过增加集管与管之间的连接部的面积来减少应力集中。而且，优选地，套圈160的边缘164横穿集管120的宽度而基本上形成梯子状，由此，接近管101的接缝部104的套圈160的中央区域166与接近管101的头部114的套圈160的外侧区域相比，更从管101的端部138与管101交叉。套圈160的边缘164的这种几何形状使得应力沿着管/集管连接部更加均匀地分布，由此增加直到破损为止的集管120的寿命。尤其，在热循环过程中，集管120的扭曲及管101的弯曲引起的更大的应力将出现于接近管101的接缝部104的集管120的中央区域，由此远离管101的头部114周围的最大应力集中区域。
[0067]相对于以往技术的管的本发明的第二个优点是能够减少管的端部的压力损失。具有更大的纵横比的以往技术的管结构的几何形状在集管和管的端部的交叉点引起了并不优选的流入/出口压力损失。本发明的管101的展开的端部区域136所具有的几何形状具有与这种以往技术的管相比较小的纵横比。由此，在管101的端部138的开口的几何形状引起的流入/出口压力损失将减小，因而改善了热交换器的整体效率。但是，管101的中间区域142的纵横比相对于基于以往技术的结构的折叠管并未产生变化，由此在管101的该部分的表面面积与体积的比率并不受不利影响。
[0068]本发明的管101的第三个优点是，若管101的端部区域136的深度减小，则与以往技术的折叠管I 一起使用的集管的宽度Wl相比，可减小集管120的宽度W2。由此，热交换器及集管120的整体大小可根据本发明来减小。
[0069]虽然，以上说明的折叠管的实施例包括位于管101的两端部138的展开的端部区域136，但管101可包括仅在管101的一个端部138展开的端部区域136。
[0070]由此，本发明提供与以往技术的管结构相比具有很多优点的改进的热交换器用折叠管。
【权利要求】
1.一种细长形管，作为热交换器用细长形管，其特征在于， 上述细长形管包括: 第一端部及第二端部，分别连接于热交换器的第一集管及第二集管， 外侧壁，包围内部体积，上述内部体积提供至少两个通道，上述至少两个通道用于在上述第一集管和第二集管之间沿着管的长度搬运热交换流体，以及 至少一个接缝部，沿着管的长度延伸，位于上述外侧壁上，上述接缝部或各接缝部包括一对相向的凸缘，上述一对相向的凸缘向上述内部体积的内部延伸，将上述内部体积划分为上述通道中的两个通道，上述外侧壁沿着上述接缝部或各接缝部的长度结合在一起； 上述细长形管具有接近第一端部的第一端部区域和接近第二端部的第二端部区域，并具有上述第一端部区域和第二端部区域之间的中间区域，上述管以使上述凸缘将内部体积划分为至少两个平坦的凸起部的方式沿着管的总长度平坦地形成，各凸起部提供上述通道中的一个通道，相对于管的长度，各凸起部从上述凸缘向着远的侧方向延伸，在上述中间区域的上述凸起部中的至少两个凸起部与上述端部区域中的至少一个端部区域的凸起部相比更平坦。
2.根据权利要求1所述的细长形管，其特征在于，上述外侧壁具有多个相向的宽部，上述宽部从中间区域向第一端部向外侧展开。
3.根据权利要求1所述的细长形管，其特征在于，上述外侧壁具有多个相向的宽部，上述宽部从中间区域向第二端部向外侧展开。
4.根据权利要求1所述的细长形管，其特征在于，上述外侧壁具有多个相向的窄部，上述窄部从中间区域向第一端部向内侧展开。
5.根据权利要求1所述的细长形管，其特征在于，上述外侧壁具有多个相向的窄部，上述窄部从中间区域向第二端部向内侧展开。
6.根据权利要求1所述的细长形管，其特征在于，在上述凸缘中的至少一个凸缘沿着外侧壁的长度与相对应的接缝部相向的上述外侧壁的一部分相结合，使得通道中的在上述凸缘的相反侧上相邻的通道不互相流体连通。
7.根据权利要求1所述的细长形管，其特征在于，在中间区域的上述凸起部与至少一个上述端部区域的凸起部相比，从凸缘对延伸更远。
8.根据权利要求1所述的细长形管，其特征在于，上述外侧壁具有大致恒定的厚度。
9.根据权利要求1所述的细长形管，其特征在于，在与管的长度垂直的平面上，通过管的剖面的周长在中间区域及至少一个上述端部区域两者均相同。
10.根据权利要求1所述的细长形管，其特征在于，上述凸起部在凸缘的相向侧上对称。
11.根据权利要求1所述的细长形管，其特征在于，位于至少一个上述端部区域的各凸起部，与相对于管的长度沿着侧方向远离凸缘的部分相比，接近凸缘的部分更平坦。
12.—种热交换器,其特征在于,包括: 至少一个权利要求1至11中任一项所述的细长形管；以及 至少一个集管，包括 至少一个孔，上述管的至少一个上述端部区域通过上述孔延伸，将上述管连接于上述集管。
13.根据权利要求12所述的热交换器，其特征在于，上述集管包括凸缘型边缘，上述凸缘型边缘 从上述孔的周围的至少一部分周围延伸，上述管的端部区域与上述凸缘型边缘相连接。
【文档编号】F28F1/02GK103925826SQ201410016551
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2013年1月14日
【发明者】K·威尔金斯, R·阿姆斯登, N·西兹 申请人:汉拿伟世通空调有限公司