套管式热交换器和制造该套管式热交换器的方法与流程

技术领域

本发明涉及一种套管式热交换器和制造该套管式热交换器的方法，更具体地说，本发明涉及一种套管式热交换器和制造该套管式热交换器的方法，该套管式热交换器能够提高流体之间的热交换效率，并且能够防止内管和外管之间的摩擦接触以及能够防止发生接触噪音和接触磨损。

背景技术：

用于机动车的空调系统设置有各种热交换器，例如套管式热交换器。如图1和图2所示，传统的套管式热交换器包括内管10和外管20。内管10设置有第一流动路径12，第一流体流过该第一流动路径。外管20布置在内管10的外侧，从而能够在内管10的外周面和外管20的内周面之间限定第二流动路径30。

第二流体流过内管10和外管20之间的第二流动路径30。流过第二流动路径30的第二流体与流过第一流动路径12的第一流体的温度不同。因而，当第二流体与第一流体接触时在第一流体和第二流体之间发生热交换作用。

对于上述套管式热交换器，温度彼此不同的第一流体和第二流体被分别引入第一流动路径12和第二流动路径30并且彼此间接接触。这使得能够在流过第一流动路径12的第一流体和流过第二流动路径30的第二流体之间发生热交换作用。

然而，传统的套管式热交换器的缺点在于，由于装配公差而在内管10和外管20之间产生间隙G。这可能会降低热交换效率并且可能导致内管10和外管20彼此进行摩擦接触。

换言之，为了确保内管10和外管20的顺利装配，该套管式热交换器被设计成使得外管20的内径L1大于内管10的外径L2。因而，在内管10和外管20之间存在装配公差。

装配公差可能成为内管10和外管20之间产生间隙G的原因。该间隙G的存在带来的问题在于，被引入第二流动路径30的第二流体沿着直线流动。这倾向于使流过第一流动路径12的第一流体和流过第二流动路径30的第二流体之间的热交换时间急剧地减少。第一流体和第二流体之间的热交换时间的减少导致热交换效率明显下降，这进而显著地降低了热交换器的性能。

传统的套管式热交换器的另一问题在于，内管10和外管20之间存在的间隙G允许内管10在外管20内移动。因而，内管10很可能与外管20的内周面接触。

具体地说，如果机动车的振动传递至内管10，则内管10以高速振动。这导致内管10和外管20彼此进行摩擦接触。结果，可能在内管10和外管20之间产生接触噪音，并且内管10和外管20的接触部分可能被磨损。内管10和外管20的接触磨损可能会显著地降低热交换器的耐久性，由此缩短热交换器的使用寿命。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种套管式热交换器和用于制造该热交换器的方法，该热交换器能够允许流体沿着内管和外管之间的流动路径呈螺旋形流动。

本发明的另一目的是提供一种套管式热交换器和用于制造该热交换器的方法，该热交换器能够增加沿着限定在内管内的第一流动路径流动的流体与沿着限定在内管和外管之间的第二流动路径流动的流体之间的热交换时间。

本发明的又一目的是提供一种套管式热交换器和用于制造该热交换器的方法，该热交换器能够使沿着限定在内管内的第一流动路径流动的流体与沿着限定在内管和外管之间的第二流动路径流动的流体之间的热交换效率最大化。

本发明的再一目的是提供一种套管式热交换器和用于制造该热交换器的方法，该热交换器能够防止内管和外管彼此摩擦接触。

本发明的再一目的是提供一种套管式热交换器和用于制造该热交换器的方法，该热交换器能够防止在内管和外管中产生接触噪音和接触磨损。

本发明的再一目的是提供一种能够增强耐久性和延长使用寿命的套管式热交换器和用于制造该热交换器的方法。

在本发明的一个方面中，提供了一种套管式热交换器，该套管式热交换器包括：

内管，在该内管中限定有第一流动路径；以及

外管，该外管围绕所述内管布置以在所述内管和所述外管之间限定第二流动路径，在所述内管和所述外管之间存在纵向延伸的间隙，

所述套管式热交换器的特征在于：

所述内管包括形成在该内管的外周面上的螺旋凹槽，和形成在所述外周面上以限定所述螺旋凹槽的螺旋脊部，该螺旋凹槽沿着所述内管的纵向方向延伸，

所述外管包括通过减小所述外管的直径形成的，向内突出的直径减小部；所述外管包括直管部，所述直径减小部形成在所述直管部中，

所述直径减小部沿所述外管的整个圆周向方向延伸，与其所在位置处的所述螺旋脊部紧密接触，阻断所述间隙，以使所述第二流动路径内的第二流体仅呈螺旋形地流过所述螺旋凹槽。

在本发明的又一方面中，提供了一种制造套管式热交换器的方法，该套管式热交换器包括：内管，在该内管中限定有第一流动路径；以及外管，该外管围绕所述内管布置以在所述内管和所述外管之间限定第二流动路径，所述方法的特征在于包括如下步骤：

a)在所述内管的外周面上形成螺旋凹槽，并且在所述外管的相对端部中形成一对管扩大部；

b)将所述内管插入所述外管内；

c)将所述内管和所述外管的两个端部固定在一起；以及

d)使所述外管的直管部变形，以在所述外管的整个圆周方向形成朝向所述内管的外周面向内突出的直径减小部，所述直径减小部仅与其所在位置处的螺旋脊部紧密接触，使得第二流体在所述第二流动路径的存在所述直径减小部的区域仅进行螺旋形流动。

根据本发明的套管式热交换器以及制造该套管式热交换器的方法，存在于所述内管和所述外管之间的间隙被断续地阻断，从而引入到第二流动路径中的第二流体能够在封闭间隙区域中呈螺旋形流动。这使得沿着第二流动路径流动的第二流体能够与沿着第一流动路径流动的第一流体有效地交换热。

沿着第一流动路径流动的第一流体与沿着第二流动路径流动的第二流体之间的有效热交换有助于显著地增强热交换器的性能。

由于外管具有用于防止内管运动的直径减小部，因此可以可靠地防止内管在外管内运动。这使得可以防止内管和外管彼此摩擦接触。

通过防止内管和外管之间的摩擦接触，可以防止在内管和外管中产生接触噪音和接触磨损。这使得能够增强热交换器的耐久性并延长其使用寿命。

附图说明

从如下结合附图给出的优选实施方式的描述，本发明的上述和其他目的及特征将变得清楚。

图1是示出了传统的套管式热交换器的剖视图。

图2是沿着图1中的线Ⅱ-Ⅱ剖取的传统的套管式热交换器的剖视图。

图3A和图3B是示出了根据本发明的套管式热交换器的立体图。

图4是示出了根据本发明的套管式热交换器的剖视图。

图5是沿着图4中的线V-V剖取的套管式热交换器的剖视图。

图6是示出了根据本发明的套管式热交换器的主要部分的放大剖视图。

图7是示出了根据本发明的用于制造套管式热交换器的方法的流程图。

图8A至图8F是示出了在用于制造套管式热交换器的方法的各个步骤中内管和外管的形状和布置的视图。

具体实施方式

现在将参照附图详细地描述根据本发明的套管式热交换器和用于制造该套管式热交换器的方法的一些优选实施方式。与描述现有技术时使用的相同的附图标记将用于指代相同元件。

参照图3A至图5，根据本发明的套管式热交换器包括内管10和布置成包围内管10的外管20。内管10设置有限定于其中的第一流动路径12。第一流体沿着第一流动路径12流动。

在内管10的外周面上形成有螺旋凹槽14。螺旋凹槽14沿着内管10的外周面呈螺旋形地延伸。例如通过利用滚压工具(未示出)挤压内管10的外周面而形成螺旋凹槽14。

外管20围绕内管10布置，从而能够在内管10和外管20之间限定第二流动路径30。具体地说，第二流动路径30因螺旋凹槽14的存在而被形成为螺旋形状。

通常，外管20的内径L1设置成大于内管10的外径L2。这是为了设置成装配公差并且为了在内管10和外管20之间产生纵向延伸的间隙G。内管10和外管20之间存在间隙G使得可以顺利地将内管10和外管20装配在一起。

第二流体沿着限定在内管10和外管20之间的螺旋形第二流动路径30流动。沿着该螺旋形第二流动路径30流动的第二流体在温度上与沿着第一流动路径12流动的第一流体不同。因而，当第一流体和第二流体流过第一流动路径12和第二流动路径30时在第一流体和第二流体之间发生热交换作用。

接下来，参照图3A、图3B和图6更详细地描述本发明的套管式热交换器。

在本发明的套管式热交换器中，外管20包括一个或更多个直径减小部40，该直径减小部40用作用于改变沿着第二流动路径30流动的第二流体的流动方向的流动方向改变机构。直径减小部40的直径L3小于外管20的其余部分的直径L4。直径减小部40形成在外管20的在入口管24和出口管26之间延伸的部分中，并沿着外管20的纵向方向以间隔开的关系布置。在这方面，入口管24连接至外管20的一个端部，使得第二流体能够通过该入口管24引入第二流动路径30。出口管26连接至外管20的另一个端部，使得第二流体能够通过该出口管26从第二流动路径30排出。

外管20的直径减小部40径向向内突出并且与内管10的外周面接触。具体地说，直径减小部40被构造成与内管10的形成在螺旋凹槽14之间的螺旋形脊部16接触。

通过与内管10的外周面接触，直径减小部40至少断续地阻断内管10和外管20之间存在的间隙G，同时保持螺旋凹槽14敞开。因而，沿着间隙G径直向前流动的第二流体被直径减小部40阻碍，从而其能够沿着螺旋凹槽14呈螺旋形地流动。

结果，可以增加沿着第一流动路径12流动的第一流体和沿着第二流动路径30流动的第二流体之间的热交换器时间。这有助于使第一流体和第二流体之间的热交换效率最大化。

由于直径减小部40与内管10的外周面保持接触，因此外管20将内管10保持就位，由此防止内管10在外管20内移动。这防止了否则会由内管10相对于外管20的运动引起的内管10和外管20之间发生的摩擦接触。结果，可以防止在内管10和外管20中产生接触噪音和接触磨损。这有助于提高热交换器的耐久性并延长其使用寿命。

优选的是，直径减小部40是沿着外管20的纵向方向以较小的间隔形成的。这是为了抑制第二流体径直向前流过间隙G，并致使第二流体沿着螺旋凹槽14呈螺旋形流动。结果，沿着第二流动路径30呈螺旋形流动的第二流体能够与流过第一流动路径12的第一流体有效地交换热。

外管20如图3A所示由直管部构成。另选的是，外管20可以如图3B所示由弯管部和多个直管部构成。优选的是，直径减小部40形成在外管20的笔直部中。这是因为内管10和外管20在其弯曲部中保持彼此接触。

优选的是直径减小部40通过滚压加工形成，其中，外管20的外周面利用成形辊挤压而形成直径减小部40。

如果必要，直径减小部40可以通过挤压加工形成，其中，外管20的外周面利用挤压模挤压而形成直径减小部40。

优选的是，直径减小部40通过滚压加工而不是挤压加工而形成。其原因在于，如果直径减小部40通过挤压加工形成，则它们可能由于外管20的弹性而恢复到初始位置。在直径减小部40恢复到初始位置的情况下，它们与内管10的外周面间隔开。因而，直径减小部40不能封闭内管10和外管20之间存在的间隙G。

将参照图4和图6描述如以上构造的套管式热交换器的操作的一个实施例。

在内管10安装在外管20内而与直径减小部40接触的状态下，第一流体被引入内管10的第一流动路径12内，第二流体被引入限定在内管10和外管20之间的第二流动路径30内。沿着第一流动路径12流动的第一流体与沿着第二流动路径30流动的第二流体间接接触，从而在第一流体和第二流体之间进行热交换。

在第二流动路径30的不存在直径减小部40的区域，第二流体沿着内管10和外管20之间的间隙G径直向前流动，并且还沿着形成在内管10上的螺旋凹槽14呈螺旋形流动。在沿着第二流动路径30既径直向前流动又呈螺旋形流动时，第二流体与沿着第一流动路径12流动的第一流体交换热。

在第一流动路径30的其中间隙G被直径减小部40封闭的区域中，第二流体沿着形成在内管10上的螺旋凹槽14呈螺旋形流动。因而，沿着螺旋凹槽14流动较长路途的第二流体能够与沿着第一流动路径12流动的第一流体有效地交换热。

这样，第二流体在其经过第二流动路径30时反复地进行笔直和螺旋流动以及螺旋流动。这增强了第一流体和第二流体之间的热交换效率，由此显著地改善热交换器的性能。

对于上述构造的套管式热交换器，内管10和外管20之间存在的间隙G被断续地阻断，使得引入到第二流动路径30内的第二流体能够在封闭间隙区域中呈螺旋形流动。这使得沿着第二流动路径30流动的第二流体能够与沿着第一流动路径12流动的第一流体有效地交换热。

沿着第一流动路径12流动的第一流体和沿着第二流动路径30流动的第二流体之间的有效的热交换有助于显著地增强热交换器的性能。

由于外管20具有用于防止内管10运动的直径减小部40，因此可以可靠地防止内管10在外管20内运动。这可以防止内管10和外管20彼此摩擦接触。

通过防止内管10和外管20之间的摩擦接触，可以防止在内管10和外管20中产生接触噪音和接触磨损。这使得能够增强热交换器的耐久性并延长其使用寿命。

接下来，参照图7、图8A至图8F详细地描述制造套管式热交换器的方法。

如图8A所示，首先制备内管10和外管20(图7中的S101)。然后，如图8B所示，在内管10的外周面上形成螺旋凹槽14，并且在外管20的相对端部中形成管扩大部22(图7中的S103)。螺旋凹槽14例如通过滚压加工形成，在该滚压加工中利用成形辊挤压内管10的外周面。管扩大部22例如通过扩管挤压加工形成，在该挤压加工中利用挤压机扩大外管20的相对端部。

在形成完螺旋凹槽14和管扩大部22之后，如图8C所示将内管10插入外管20内(图7中的步骤S105)。随后，如图8C所示在内管10和外管20的相对端部处将内管10和外管20焊接在一起(图7中的S107)。

之后，如图8E所示将内管10和外管20弯曲成期望形状(图7中的S108)。结果，内管10和外管20在它们的弯曲部中彼此接触。

接着，如图8F所示，通过使外管20变形而在外管20中以期望间隔形成多个直径减小部40(图7中的S109)。直径减小部40例如通过滚压加工而形成，在该滚压加工中外管20的外周面利用成形辊挤压。如果必要，将用于引入和排出流过的第二流体的入口管24和出口管26安装至外管20的管扩大部22。

通过上述步骤制成的套管式热交换器具有第一流体能够流过的第一流动路径12、第二流体能够流过的第二流动路径30以及沿着外管20以规定间隔布置的多个直径减小部40。

外管20的直径减小部40径向向内突出以与内管10的外周面接触。因而，内管10和外管20之间存在的间隙G至少断续地被直径减小部40阻断。内管10通过外管20的直径减小部40而被防止运动。

尽管上面已经描述了本发明的一些优选实施方式，但本发明并不限于这些实施方式。应理解，在不脱离权利要求中限定的本发明的范围的情况下可以进行各种改变和修改。