热交换器管到集管密封系统的制作方法
【专利说明】热交换器管到集管密封系统
[0001]相关申请
[0002]本申请要求递交于2014年9月23日的美国专利申请N0.62/053, 974的优先权。
技术领域
[0003]本发明涉及热交换器，并且尤其涉及诸如发动机冷却散热器、进气冷却器、冷凝器和类似物的热交换器，其中在管到集管联接部的区域中由于温度波动引起的高应力导致管到集管联接部处或其下方的故障。
【背景技术】
[0004]诸如发动机冷却散热器、进气冷却器、机油冷却器和类似物的热交换器典型地包括入口罐(或歧管)和出口罐(或歧管)；在具有入口和出口集管的罐之间的芯部连接至所述罐，并且多个流体管从入口集管延伸至出口集管，散热片附装在管之间；在每侧上连接至入口和出口罐的结构侧件。这些侧件经常提供用于安装热交换器的附件。
[0005]流体管每个都分别插入到入口和出口集管的壁中的开口中，并且被密封以形成管到集管联接部。在热交换器的操作期间，载流管随着管被交替地加热和冷却而经受重复膨胀和收缩，由于膨胀和收缩的管试图使连接至入口和出口罐的入口和出口集管移动而导致管到集管联接部的区域中较大的应力，入口和出口罐受到结构侧件的约束而无法运动。
[0006]由于膨胀和收缩的管试图使不能运动的集管和罐运动，热交换器在运行中的故障的首要原因是外管到集管联接部的故障或与这些联接部相邻的管的故障。已努力设计以解决该问题，示例包括热交换器具有弹性管到集管联接部，其提供管与集管之间的密封，但允许二者之间的相对运动而不累积高应力。一些热交换器设计在管到集管联接部中使用特定衬环，而其他的包括具有模制的硅橡胶的集管，所述硅橡胶将集管板连接至金属插入物，该金属插入物焊接至管。解决该问题的另一个方法是用原地模制室温硫化(RTV)硅橡胶将管密封至集管，硅橡胶提供密封和弹性。所有这些方法与标准刚性管到集管联接部相比都给热交换器增加了可观的成本。
[0007]因此，需要用最小的成本、材料和人力的增长来避免端管到集管故障，而保持热交换器热性能。
【发明内容】
[0008]考虑到现有技术的问题和缺点，因此本发明的目的是提供用于密封热交换器中的管到集管联接部的改进的系统和方法，其允许管与集管之间的相对运动而不累积较高应力。
[0009]本发明的另一个目的是提供一种借助0形环密封件实现热交换器管到集管联接部的弹性密封的系统。
[0010]本发明的另一个目的是提供一种用于热交换器中的密封管到集管联接部的系统，容易将0形环安装在管到集管联接部处。
[0011]本发明的另一个目的是提供一种用于密封热交换器中的管到集管联接部的系统，其不需要精密加工的0形环槽。
[0012]本发明的另一个目的是提供一种改进的系统，用于密封热交换器中的管到集管联接部，其不需要在管到集管联接部处的钎焊。
[0013]本发明的其他目的和优点将从说明书变得明显。
[0014]在本发明中实现了对于本领域技术人员将变得明显的上述和其他目的，本发明涉及一种用于热交换器的管到集管密封系统，其包括具有壁的第一集管板，所述壁中具有多个开口，所述第一集管板包括沿着每个第一集管板开口的圆周的连续凹陷，每个凹陷形成0形环槽的一半；多个0形环，所述多个0形环每个都位于一 0形环槽中；和具有壁的第二集管板，所述壁中具有多个开口，所述第二集管板包括沿着每个第二集管板开口的圆周的连续凹陷，每个凹陷形成所述0形环槽的另一半。所述第二集管板固定至所述第一集管板，以便使第一集管板的多个开口与第二集管板的多个开口对准，由此将每个所述多个0形环都捕获在0形环槽中，并且所述第一和第二集管板形成集管。多个间隔开的管每个都具有固定在集管的壁中的开口中的管端以形成管到集管联接部，所述管向外膨胀以提供足够的0形环变形以实现密封。
[0015]第二集管板可以通过点焊固定至第一集管板。所述多个0形环可以在一个或多个片材中组装至第一集管板，并且所述一个或多个片材可以包括至少一个孔，该孔位于所述第一和第二集管板被点焊在一起的位置处。所述第一和第二集管板每个都可以包括浅凹部，其与0形环片材的至少一个孔相对应地定位，以在点焊期间增大所述第一和第二集管板之间的接触。
[0016]另一方面，本发明涉及一种热交换器，其包括具有壁的第一集管板，所述壁中具有多个开口，所述第一集管板包括沿着每个第一集管板开口的圆周的连续凹陷，每个凹陷形成0形环槽的一半；多个0形环，所述多个0形环每个都位于一 0形环槽中；和具有壁的第二集管板，所述壁中具有多个开口，所述第二集管板包括沿着每个第二集管板开口的圆周的连续凹陷，每个凹陷形成所述0形环槽的另一半。所述第二集管板固定至所述第一集管板，以便使第一集管板的多个开口与第二集管板的多个开口对准，由此，将每个所述多个0形环都捕获在0形环槽中，并且所述第一和第二集管板形成集管。多个间隔开的管每个的长度都具有在管的长度中的中点，并且其管端固定在集管的壁中的开口中，以形成管到集管联接部，所述管向外膨胀以提供足够的0形环变形以实现密封。多个外部散热片附装在所述多个管之间并且绕管的长度中的中点定中心，外部散热片的端部与管到集管联接部间隔开以形成在其之间延伸的没有散热片的区域。所述多个外部散热片能在穿过所述多个管的流体与外部散热片的外部之间传热。
[0017]第二集管板可以提供点焊固定至第一集管板。所述多个0形环可以在一个或多个片材中组装至第一集管板，所述一个或多个片材可以包括至少一个孔，该孔位于所述第一和第二集管板被点焊在一起的位置处。所述第一和第二集管板每个都可以包括浅凹部，其与0形环片材的至少一个孔相对应地定位，以在点焊期间增大所述第一和第二集管板之间的接触。
[0018]另一方面，本发明涉及一种密封用于热交换器的管到集管联接部的方法，其包括以下步骤:提供具有壁的第一集管板，所述壁中具有多个开口，所述第一集管板包括沿着每个第一集管板开口的圆周的连续凹陷，每个凹陷形成0形环槽的一半；提供多个0形环，所述多个0形环每个都位于一0形环槽中；和提供具有壁的第二集管板，所述壁中具有多个开口，所述第二集管板包括沿着每个第二集管板开口的圆周的连续凹陷，每个凹陷形成所述0形环槽的另一半。所述方法包括将第二集管板固定至第一集管板，以便使所述第一集管板的多个开口与所述第二集管板的多个开口对准，将所述多个0形环中的每个都捕获在0形环槽中，所述第一和第二集管板形成集管；提供间隔开的多个管，所述管的管端能固定在集管的壁中的开口中以形成管到集管联接部；将所述多个管的管端插入到所述集管的壁中的所述开口中，以形成管到集管联接部；和使所述管中的每个向外膨胀，以提供实现密封所必需的0形环变形。
[0019]将第二集管板固定至第一集管板的步骤可以包括点焊。所述多个0形环可以在一个或多个片材中组装至第一集管板，并且所述一个或多个