换热器管、换热器管组件和制造它们的方法
【专利摘要】一种用于换热器的管组件的管，所述管包括位于远离所述管末端的扁平段。所述扁平段包括由窄侧面结合的宽平、平行管侧面，以使所述管在一个方向上相对较薄。圆柱段从所述管的末端延伸，且以过渡段连接所述圆柱段与所述扁管段。所述过渡段的几何形状具有抵抗所述扁管段和所述过渡段之间的交接部的弯曲的抵抗力。
【专利说明】换热器管、换热器管组件和制造它们的方法
【技术领域】
[0001]总的来说，本发明涉及用于换热器的管，以及翅片和管组件，以及制造它们的方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，大型换热器包括有独立的、各自可被替换的管组件，其中所述管组件具有用于输送第一流体的管，和用于第二流体向所述第一流体传热或用于第二流体传递来自所述第一流体的热量的次级传热面区域。例如，Murray在美国专利号3,391,732以及Neudeck在美国专利号4，236，577中已经描述了用于将发动机冷却液的废热传递至空气的充当重型设备散热器的这种类型的换热器。在这些换热器中使用的管组件具有用于换热的中央翅片段和用于插入密封索环的无翅片的圆柱末端段。
[0003]上述类型的换热器管组件通常由铜构成，焊接至所述管上的翅片区域中具有延伸的空气侧表面。铜具有导热率高、制造容易、以及强度和耐久性好的优点。然而，铜的价格的持续升高导致了需要可替代的、成本更低的材料。
[0004]在其他换热器(例如汽车和商业散热器)中，铝已经替代铜成为了优选的构建材料，但是铝尚未成功地替代在这类重型换热器中的铜。铝的强度比铜低得多，导致了对其耐久性的担心。在本领域中当需要将个别的管组件移除和插入的情况下尤其成问题，因为在这样的操作过程中可能会发生损坏。此外，铝部件的结合比铜的焊接需要高得多的温度，这导致了制造上的困难。因此，仍然存在改进的空间。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一种实施方式，用于换热器的管组件包括具有扁平段的管，所述扁平段具有由相对的窄管侧面连接的被隔开的宽管侧面。所述管组件还包括两个翅片结构体和两个基本平坦的侧板，每个所述翅片结构体具有由侧沿(flanks)连接的波峰和波谷。一个翅片结构体的波谷与所述宽管侧面之一连接，且该翅片结构体的波峰与所述侧板之一的侧面连接。另一个翅片结构体的波谷与另一个宽管侧面连接，且该翅片结构体的波峰与另一个侧板的侧面连接。
[0006]在某些实施方式中，所述管包括位于所述管的纵长末端处的圆柱段，所述扁平段设置于所述圆柱段之间。在某些实施方式中，所述管、所述翅片结构体和所述侧板通过硬钎焊接而结合在一起，以及在某些实施方式中，所述管、翅片结构体和侧板由一种或多种铝合金制成。根据一些实施方式，所述宽管侧面的厚度是所述侧板厚度的至少两倍。
[0007]根据本发明的另一种实施方式，用于换热器的管组件包括沿纵长方向在所述管组件的至少一部分上延伸的流体流动管道。所述流体流动管道具有大尺寸和小尺寸，二者均垂直于所述纵长方向，所述小尺寸显著小于所述大尺寸。所述流动通道被连续的管壁环绕着。在所述小尺寸方向上，两个基本平坦的侧板自所述连续管壁等距地隔开，且所述基本平坦的侧板通过薄腹板(web)与所述管壁连接。[0008]在某些这样的实施方式中，所述连续管壁限定了相对于在所述大尺寸方向上的轴线的管壁重心惯性矩。在某些实施方式中，所述管组件相对于该轴线的重心惯性矩是所述管壁重心惯性矩的至少五倍，并且在某些实施方式中是至少十倍。
[0009]在某些实施方式中，第一圆柱管段与所述连续管壁在所述流动管道的第一末端处连接，且第二圆柱管段与所述连续管壁在所述流动管道的第二末端处连接。在某些实施方式中，由所述连续管壁限定的外周长大于所述圆柱管段中的至少一个圆柱管段的外周长。
[0010]根据本发明的另一种实施方式，制造换热器管组件的方法包括提供管、第一波状翅片结构体和第二波状翅片结构体以及第一基本平坦的侧板和第二基本平坦的侧板。所述第一波状翅片结构体设置于所述第一侧板和所述管的第一宽平侧面之间，所述第二波状翅片结构体设置于所述第二侧板和所述管的第二宽平侧面之间。向所述侧板的相对的侧面施加压力，以使所述翅片结构体的波峰和波谷与所述侧板和所述宽平侧面接触，并在所述第一翅片结构体和所述第一侧板之间、所述第一翅片结构体和所述第一宽平侧面之间、所述第二翅片结构体和所述第二侧板之间以及所述第二翅片结构体和所述第二宽平侧面之间形成硬钎焊接。
[0011]在某些这样的实施方式中，在真空环境中升高所述管、翅片结构体和侧板的温度，以形成硬钎焊接。在其他环境中，在受控的惰性气体环境中升高所述管、翅片结构体和侧板的温度。在某些实施方式中，提供所述管、翅片结构体和侧板包括提供具有涂覆有钎料金属的材料。
[0012]在某些实施方式中，所述压力是通过与所述第一侧板相邻的第一隔板和通过与所述第二侧板相邻的第二隔板传递的。在某些这样的实施方式中，所述隔板的热膨胀系数基本与所述管、侧板和翅片结构体的热膨胀系数相匹配。在某些实施方式中，所述第一隔板是与所述第一侧板相邻的若干个隔板之一。
[0013]根据本发明的另一种实施方式，制造换热器管组件的方法包括提供若干个管、若干个波状翅片结构体和若干个基本平坦的侧板。每个所述管设置于一对所述波状翅片结构体之间，每个所述波状翅片结构体设置于所述管中的一个管和所述侧板中的一个侧板之间。所述管、波状翅片结构体和侧板组装成叠层。将隔板设置于一对相邻的侧板之间，并在所述叠层的最外端处所述隔板与所述侧板相邻。在堆叠的方向上向所述叠层施加压力载荷。在所述波状翅片结构体与所述管之间的接触点处，和所述波状翅片结构体与所述侧板之间的接触点处形成硬钎焊接，并将被钎焊的管组件从所述隔板移开。
[0014]在某些这样的实施方式中，在真空环境中升高所述管、翅片结构体和侧板的温度以形成硬钎焊接。在其他环境中，在受控的惰性气体环境中升高所述管、翅片结构体和侧板的温度。在一些实施方式中，提供所述管、翅片结构体和侧板包括提供涂覆有钎料金属的材料。
[0015]根据本发明的另一种实施方式，用于换热器的管包括从所述管的第一末端延伸的第一圆柱段，从所述管的第二末端延伸的第二圆柱段，和位于所述两个末端之间的扁平段，所述扁平段具有由两个相对短的侧面连接的两个宽平的、隔开的平行侧面。在每个所述圆柱段和所述扁平段之间具有过渡区。所述过渡区与所述管的每个宽平侧面之间的交接部限定了曲线轨迹。
[0016]在某些这样的实施方式中，所述两个相对短的侧面的轮廓是弧形的。在某些实施方式中，每个所述曲线轨迹包括位于所述管的中心平面的顶点，以及在某些这样的实施方式中，在所述顶点上设有弧形轨迹段。
[0017]在某些实施方式中，与所述圆柱段之一相邻的所述过渡区延伸过至少等于该段的直径的长度。在某些实施方式中，所述管的扁平段的外周长大于所述圆柱段中的至少一个圆柱段的外周长，以及在某些实施方式中至少大25%。
[0018]在某些实施方式中，所述扁平管段限定了两个相对短的侧面的最外点之间的管的大尺寸，并且每条所述曲线轨迹比所述管的大尺寸更长。在某些实施方式中，所述管由铝合金制成。
[0019]根据本发明的另一种实施方式，换热器管由圆管通过下述方式制成:在所述圆管的第一段将所述圆管的直径减小，使与所述第一段相邻的第二段变扁平，以在所述第二段中限定出两个隔开的宽平侧面。在某些实施方式中，所述第一段在所述管的一个末端终止。在某些实施方式中，在所述第一段的直径减小后使所述第二段变扁平。
[0020]在某些实施方式中，通过型锻操作使所述第一段的直径减小。在某些实施方式中，通过在冲压模中冲击所述第二段而使该段变扁平。在某些实施方式中，所述管用铝合金制成。
[0021]在某些实施方式中，在将所述第二段变扁平之前向所述管内插入芯轴，并在将所述第二段变扁平之后从所述管中移除所述芯轴。
[0022]在某些实施方式中，所述圆管的第三段的直径减小，所述第三段与所述第二段相邻。在某些这样的实施方式中，所述第三段在所述管的第二末端终止。在某些实施方式中，在所述第三段的直径减小之后使所述第二段变扁平。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为根据本发明的一种实施方式的换热器管组件的立体图。
[0024]图2为图1的换热器管组件的正视图。
[0025]图3为图2中由线II1-1II限定的部分的细节图。
[0026]图4为图1的换热器管组件的平面图。
[0027]图5为图1的换热器管组件的分解立体图。
[0028]图6为根据本发明的一种实施方式制造的换热器管组件的叠层的正视图。
[0029]图7为图6的叠层的特定部件的平面图。
[0030]图8为根据本发明的一种实施方式的换热器管的立体图。
[0031]图9为现有技术的换热器管的局部立体图。
[0032]图10为沿图8中线X-X的局部剖视图。
[0033]图11为沿图8中线X1-XI的剖视图。
[0034]图12为部分成型的图8的管的局部立体图。
[0035]图13A和图13B为生产图8的管的成型操作的示意简图。
【具体实施方式】
[0036]在详细描述本发明的任何实施方式之前，应当理解，本发明的实施并不限于下面所描述的或附图所例示出的结构细节和组件排布。本发明可以具有其他实施方式和通过不同的方法实施或实现。还应理解，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应视为限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变形体是指包含其后列出的项目及其等效物，以及另外的项目。除非另有指定或限定，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“结合”及其变形体是广义使用的且包括直接和间接的安装、连接、支撑和结合。此外，“连接”和“结合”并不限于物理或机械的连接或结合。
[0037]图1-5示出了根据本发明的一种实施方式的换热器管组件I。这样的管组件I可用作换热器的许多独立的管之一，所述换热器例如为大型重型设备比如挖掘机、采矿车、发电机组等中的散热器。然而，应当理解，所述管组件I可以用于各种类型和尺寸的换热器中。
[0038]管组件I包括从第一末端7延伸至第二末端8的管2。管2限定了流体流动管道，由此能够通过管组件I输送流体(例如发动机冷却液)。例如，管组件I可以用在发动机冷却液散热器中，从而当发动机冷却液从末端7、8中的一个末端通过管2流向末端7、8中的另一个末端时，避免浪费来自发动机冷却液流的热量。
[0039]管2包括位于末端7、8之间的扁平段3。扁平段3 (最好参考图11描述)包括平行的、宽平的第一侧面和第二侧面12。所述宽平侧面12设置为彼此隔开，且由两个相对的、隔开的窄管侧面15连接起来。虽然在示例性实施方式中，从侧面看，示出的窄管侧面15为弧形，但是在其他实施方式中，所述窄管侧面15可以是平直的，或者可以是一些其他的轮廓形状。所述两个宽平侧面12和所述两个窄管侧面15共同限定了所述流体流动管道的连续管壁25，以及限定在所述连续管壁25内部的开放空间，以使流体通过管2流动。虽然在示例性实施方式中没有示出，但在一些情况下，优选地，在所述流动管道的内部可以设置表面增强特征或流体湍动特征，以增强流经管2和管壁25之间的流体的传热效率。
[0040]继续参考图11，管2的扁平段3具有管的小尺寸Cl1,限定为所述两个宽平侧面12的向外的表面之间的距离，管的大尺寸d2，限定为两个窄管侧面15的最外侧的点之间的距离。在某些高度优选的实施方式中，所述大尺寸d2比所述小尺寸Cl1大好几倍。在一个实施例中，示例性实施方式中所述的大尺寸比所述小尺寸大九倍。
[0041]管组件I还包括沿扁平段3排布的两个波纹的翅片结构体10。所述翅片结构体10包括多个由波峰18与波谷17以交替形式连接的侧沿16，以便使每个翅片结构体10为近似正弦曲线形状(最好参见图3)。翅片结构体10可以为如图3所示的光滑型(plain type),或者可以包括另外的特征以增强热传递、结构强度、耐久性或其结合。例如，在某些实施方式中，翅片结构体10可以包括百叶窗、隆起物、狭缝、切口或公知的能够改善侧沿16的热传递和/或结构刚性的其他特征。在其他的实施方式中，可以在与窄管侧面15相邻的翅片结构体10的一个末端或两个末端都设置边缘褶边。这样的边缘褶边可以特别有利于提供对可能由岩石或其他碎屑造成的损害的抵抗力。
[0042]管组件I还包括薄的侧板11。这些侧板11平行于管2的相对的宽平侧面12，且通过翅片结构体10将所述侧板自所述结构体等距地隔开在两侧。相应地，翅片结构体10的侧沿16、波峰18和波谷17设有多个薄腹板，以将侧板11与连续管壁25分隔开。侧板11是基本平坦的，但是可以包括特征比如，弯曲的边缘，以增加刚度和/或辅助装配。
[0043]所述侧沿16之间的空隙为流体提供了流动通道，使所述流体与流经所述管2的流体产生传热关系，这样可以在所述两种流体之间进行换热。例如，环境空气可以穿过所述流动通道流动，以将流经所述管2的发动机护套冷却液冷却。然而，应当理解，通过使用所述管组件I可以使各种其他的流体产生传热关系。所述侧沿16之间的每个流动通道还由波峰17和波谷18中的一个，以及所述管2的宽平侧面12之一和所述基本平坦的侧板11进行限定。通过以这种方式将所述流动通道完全约束在一起，阻止了流经这些通道的流体过早地流出所述通道，因此提高了传热能力。
[0044]优选地，将所述管2、翅片结构体10和侧板11结合在一起形成整体结构，以在处于传热关系的流体之间提供良好的热力接触点，并提供良好的结构整体性。虽然可以使用各种材料构建所述管组件1，但是在特别优选的实施方式中，所述管2、翅片结构体10和侧板11是由导热性高的金属制成的，比如招、铜等。可以通过各种工艺，包括钎焊、锡焊、胶粘等，将所述构件结合在一起形成所述管组件I。
[0045]为了获得所述流体之间良好的传热效果，使所述翅片结构体10和所述侧板11在所述扁平段3的全部大尺寸d2上延伸是有利的。在某些情况中，可以优选将所述翅片结构体10和所述侧板11延伸至稍微超出所述窄管侧面15的外缘，以保护所述流体流动管道避免因石头或其他碎片的碰撞而损伤。
[0046]已经发现即使是包含非常薄的侧板11，也会使所述管组件I大大硬化，尤其是相对于所述管的大尺寸d2方向上的重心轴线的弯曲而言。所述翅片结构体10由于其波纹的性质，在这个方向上的刚度很小，这样，当没有所述侧板11时，所述连续管壁25提供了仅对该重心轴线弯曲的抵抗力。由于所述扁平段3的小尺寸Cl1相对较小，所述连续管壁25单独对所述重心轴线的弯曲的抵抗力很小，因而将所述侧板11从所述重心轴线移至明显大于所述小尺寸Cl1的距离是非常有利的。
[0047]所述侧板11对所述管组件I所述管的大尺寸d2方向上的重心轴线的弯曲刚度的影响，可以通过将所述管组件I相对于该轴线的重心惯性矩与所述管2单独相对于该轴线的重心惯性矩进行对比而量化(可以假定所述翅片结构体10除了通过保持所述侧片11离所述管2的平面侧面12的偏移量来影响所述重心惯性矩以外，对所述重心惯性矩没有影响)。对于管壁厚度为0.8mm,侧板厚度为0.25mm,翅片结构体高度为6.55mm,小尺寸为
3.7mm，大尺寸为23.27mm的示例性实施方式而言，所述管组件的相对于所述管的大尺寸方向上的轴线的重心惯性矩和所述管单独相对于所述管的大尺寸方向上的轴线的重心惯性矩分别为925mm4和76mm4。换言之，所述管组件相对于所述管的大尺寸方向上的重心惯性矩为所述管本身相对于所述管的大尺寸方向上的重心惯性矩的近似12倍。在一种优选的实施方式中，所述管组件相对于所述管的大尺寸方向上的重心惯性矩为所述管本身相对于所述管的大尺寸方向上的重心惯性矩的至少5倍，在特别优选的实施方式中，为至少10倍。当所述管2是由具有相对低的弹性模量的材料，例如由铝合金构建时，这是特别优选的。
[0048]所述示例性实施方式的管2还包括与第一末端7相邻的第一圆柱段4和与第二末端8相邻的第二圆柱段5，所述扁平段3设于所述第一圆柱段和第二圆柱段之间。所述这些圆柱段4、5可使所述管组件I可靠且不泄露地被插入设置于换热器中相对的集管的接受孔环中(未示出)。为了使所述管中用于有效传热的可用量最大化，所述圆柱末端段的长度优选保持最小，并且所述扁平段3的长度优选为所述管2的全长的90%或更多。为了限制所述管组件I在换热器内垂直排布时向下移动，所述不例性实施方式的圆柱段5中设有凸环(circumferential bead) 9。[0049]虽然在附图中所示的实施方式在所述管的两个末端处均具有圆柱末端段，但应当理解，在一些实例中，管组件I可以不具有一个或两个圆柱末端段4、5。当不具有这样的圆柱末端段时，相应的接受孔环可以具有符合扁平段3中的连续管壁25的轮廓的接受开口。
[0050]在本发明某些优选的实施方式中，换热器管组件I通过在铝管2、第一铝质波状翅片结构体和第二铝质波状翅片结构体10以及第一铝质侧板和第二铝质侧板11之间形成钎焊接合而制成。所述第一波状翅片结构体10设置于所述第一侧板11和所述管2的第一宽平侧面12之间，而所述第二波状翅片结构体10设置于所述第二侧板11和所述管2的第二宽平侧面12之间。将所述部件压缩，以使所述翅片结构体的波峰18和波谷17同与其相邻的部件相接触，从而在接触点上可以形成硬钎焊接。
[0051]使用熔融温度低于所述管2、翅片结构体10和侧板11的熔融温度的钎料金属以形成硬钎焊接。这样的钎料金属通常为铝，所述铝中加入了少量其他元素(例如硅、铜、镁和锌)以降低熔融温度。所述钎料金属可以有利地涂覆到一个或多个待钎焊的部件上。在某些实施方式中，用于形成所述波状翅片结构体10的板材的两个侧面均涂覆有所述钎料金属，借此提供在所有接触点处所需的钎料金属，在所述接触点处需要进行硬钎焊接，同时避免在不需要或不希望接合的部位设置钎料金属。
[0052]虽然可以使用许多方法来升高所述管2、翅片结构10和侧板11的温度以将所述钎料金属熔融并形成硬钎焊接，但是两个特别优选的方法是真空钎焊和受控气氛钎焊。在真空钎焊中，将装配好的部件置于密封熔炉中，同时基本移除所有空气以创造真空环境。在这样的工艺中，当加热所述部件时，合金中含有的镁被释放并用于破坏所述部件的外表面上的氧化层，使熔融的钎料金属结合到暴露的铝上。通过在真空环境下抽出氧气来防止所述氧化层的再生成以及干扰冶金结合。
[0053]在受控气氛钎焊中，在加热所述部件之前，将钎剂涂覆到所述部件上。在惰性气体环境中对所述部件进行加热，以防止在钎剂反应并替代所述组件的接合表面上的氧化层以后的氧化层的再生成。通过替代所述氧化层，使熔融的钎料金属结合到暴露的铝上，以形成硬钎焊接。
[0054]特别优选地，同时对多个所述管组件I进行钎焊，以在生产制造环境中增加处理量。图6示出了根据本发明的一种实施方式的方法，其中同时制造四个管组件I。应当理解，可以使用相同的方法来同时制造多于四个或少于四个的管组件。
[0055]在图6的实施方式中，提供了管2、波状翅片结构体10和基本平坦的侧板11。每个管2设置于一对波状翅片结构体10之间，每个波状翅片结构体10设置于所述管2中的一个管和所述基本平坦的侧板11中的一个侧板之间。隔板19设置于一对相邻的基本平坦的侧板11之间。将所述管2、波状翅片结构体10和基本平坦的侧板11组装成叠层26。在所述叠层26的最外端设置与所述基本平坦的侧板11相邻的另外的隔板19，在堆叠方向上向所述叠层26施加压力载荷，以便使所述波状翅片结构体10的波峰18和波谷17同与其相邻的侧板11和所述管2的宽平侧面12相接触。
[0056]为了向叠层26均匀地施加压力载荷，可以将具有高刚度的条块21 (例如结构钢制的槽钢条)设置在所述叠层26的最外端。通过使用在多个位置处环绕所述叠层26的金属带22，在向所述叠层施加压力载荷之后，可以维持所述压力载荷。在所述叠层26被压缩的同时，所述带22在所述条块21上勒紧，从而使所述带22上的张力维持着所述压力载荷。经过如此装配之后，将所述叠层26置于钎焊熔炉中，以形成独立的管组件I。所述叠层26在熔炉中被加热至适于将钎料金属熔融的温度，然后将所述叠层26冷却，以使熔融的钎料金属再固化，由此在所述接触点处形成硬钎焊接。冷却后，已经被钎焊成独立整体结构的独立管组件1，可以从所述隔板19上移除。所述隔板19可以具有涂层，以防止所述隔板19与所述侧板11之间发生任何冶金结合，否则即使在没有钎料的存在下在钎焊温度下就会发生这种不期望的结合。
[0057]当所述叠层26被加热至钎焊温度时，叠层26内的金属材料会发生热膨胀。在铝钎焊中，通常将部件加热至550°C到650°C的钎焊温度。所述温度范围显著高于用于焊接铜制部件的温度，因此当所述管组件I的部件为铝制时，所述部件在结合过程中经历的热膨胀明显大于当所述管组件I的部件为铜制时所述部件所经历的热膨胀。
[0058]发明人已发现，在钎焊的工艺过程中必须小心，以确保翅片结构体10不会因被加热至钎焊温度和被冷却至环境温度而变形。与涉及将多排管和翅片结构结合在一起成为整体钎焊核心的传统的钎焊铝散热器生产不同，所述翅片结构10的侧沿16容易因由所述管组件I的部件和所述隔板19之间的热膨胀差异而导致的剪切应力而变形。在本发明的某些实施方式中，这个问题通常通过使所述隔板19的热膨胀系数与所述管2的热膨胀系数、翅片结构体10的热膨胀系数和侧板11的热膨胀系数相适应来弥补。这可以通过由相似的铝合金或者另外的具有相似热膨胀率的材料制成所述隔板19来实现。
[0059]可选地，或此外，如图7所示，每个相邻的管组件I之间可使用多个独立的隔板19。在相邻的独立隔板19之间具有间隙20。在构成所述隔板19的材料与构成所述管、翅片结构体10和侧板11的材料的热膨胀系数显著不同的情况下，所述间隙20在叠层26的加热和冷却期间可以增大或减小，由此显著减轻可能由于热膨胀系数的不同而导致的翅片结构体10的变形。所述孔隙20起到隔离的作用，以避免由于变形引起的热膨胀的积累，从而使得任何这样的变形被限制在位于每个独立隔板19之下的不连续接触区域。当所述隔板19使用更加耐温的材料比如不锈钢，并且所述管组件I的部件由铝制成时，图7所例示的装配方式是特别有利的。
[0060]现在，具体参考图8-13，对所述管2进行更加详细的讨论。如前所述，图8所示的管2的实施方式包括位于第一圆柱管段4和第二圆柱管段5之间的扁管段3。所述第一圆柱管段4从所述管2的第一末端7延伸，而第二圆柱管段5从所述管2的第二末端8延伸。过渡区6位于所述扁平段3与每个圆柱段4和5之间。所述过渡区6提供了供流体通过所述管2的平滑连续的流动路径，同时避开了在所述管材料中出现机械应力集中的部位。
[0061]如局部截面图10所详细示出的那样，过渡区6在长度L上延伸，从接近所述管2的末端7的部位27跨越到远离末端7的部位14。优选地，所述长度L至少等于所述圆柱末端段4的直径，虽然在某些可选的实施方式中，所述长度L的尺寸可以小于相应的末端段的直径。如图8所示，宽平侧面12延伸经过位于所述两个末端处的部位14，因此所述宽平侧面12的至少一部分沿所述管2位于部位27与部位14之间，所述部位27和部位14限定了过渡区6的起始和末端。
[0062]在优选的实施方式中，过渡区6与扁管区域3的宽平侧面12的交接部限定了曲线轨迹13。这些曲线轨迹13为所述管2的扁平段3相对于所述管在大尺寸方向上的轴线的弯曲力矩提供有利的硬度。为了比较，现有技术的管102在图9中示出，而且所述管包括通过过渡段106与圆柱段104连接的扁平段103。所述过渡区106与所述扁平段103的在扁平段103的宽平侧面112上限定出笔直的轨迹113。所述笔直的轨迹113在所述管的大尺寸方向上延伸，且所述大尺寸方向上的轴线弯曲是十分容易的。这对于含有所述管102的管组件的安装期间和/或从换热器上移除所述管组件的期间是特别不利的，这是因为这种安装和这种移除时常会将这种类型的弯曲力矩施加到所述管上。当所述管由强度非常低的材料(比如退火铝)构成时，这个问题会尤其恶化。
[0063]本发明的发明人已经发现，所述曲线轨迹13提供了显著的硬化效果以抵抗前面提到的这种类型的弯曲力矩，并防止在所述管2或含有所述管2的管组件I的安装、移除和其他处理期间使管2弯曲或遭受其他损害。虽然任何非线性轨迹都是有利的，但对于轨迹13而言，通过一系列相连的弧形轨迹区段限定轨迹13是特别有利的。
[0064]在示例性实施方式中，每个所述曲线轨迹13包括位于所述管的大致中心平面上的顶点，从而使所述顶点沿轨迹13位于距离末端7最远(当所述过渡区位于所述扁平段3与第一圆柱末端4之间时)或距离末端8最远(当所述过渡区位于所述扁平段3与第二圆柱末端5之间时)的点14。优选地，在所述顶点处，所述轨迹13具有弧形轨迹区段，从而避免了在所述顶点上的应力集中。
[0065]在某些优选的实施方式中，所述两个圆柱段4、5中的至少一个的外周长(即圆周长)要小于扁平段3的连续管壁25的外周长。这样在末端7、8中的一个或两个末端均无需相应的大直径的情况下，有利于使每单位长度的扁平段3的换热表面积相对较大。例如，所述末端具有较小的直径是优选的，因为这样可以使相邻的管组件被设置得更近，且在所述末端需要较少的密封表面。在某些优选的实施方式中，所述扁平段3的外周长超过所述两个圆柱末端段中的至少一个的外周长至少25%。
[0066]含有在管子的全长上均为扁平外形的流体输送管的换热器是本领域公知的，它们已作为散热器等使用了数十年。这种类型的扁管通常由下述两种方法中的一种构建。所述扁管既可以由材料坯挤制和/或拉制成扁平的形状，然后切割出不连续的长度，也可以在管磨机中由卷板通过将所述板制成圆形，通过缝焊、轧辊压制成扁管形，然后切割为不连续的管长度而形成。
[0067]以现有技术的具有扁平段103和圆柱末端段104的管102的情况为例，所述扁平管的末端被制成圆柱形，以形成圆柱末端段104和过渡段106。当所述管由高度可延展的材料(比如铜)构成，且仅需要形成所述管2的末端时，所述操作可以快速而容易地实施。然而，采用这种方法不可能得到前述的过渡段6。
[0068]所述过渡区6可以通过首先制成外周长与所需的所述扁平段3中的连续管壁25的外周长相等的圆形管2而形成。接下来，具体参考图12，使圆管2的末端的直径缩小，以形成圆柱末端4和5，以及在所述末端4、5之间的逐渐变细的过渡区6’和保持初始的圆形形状的中间段3’。这种直径的缩小可以通过例如对所述管末端进行型锻而完成。在某些优选的实施方式中，所述末端的直径缩小了至少20%，以使所述扁平段3的外周长与所述圆柱末端段4、5的外周长之间的比例符合需要。
[0069]如图13A和13B所示，所述管2的扁平段3的轮廓可以通过在第一成型半模22与第二成型半模23之间形成所述管2的那部分3’来限定。如图13A所示，当所述两模具处于开放状态时，即当所述两个半模彼此分离时，将所述管2插入所述两个半模22、23之间。所述管2被如此定位后，合模以使所述模具处于图13B所示的闭合状态，由此使所述管2的扁平段3形成小尺寸Cl1和大尺寸d2。可选地，在进行成型操作之前，可以将芯轴24置于所述管2的内部，以防止成型操作期间所述宽平管壁12发生弯曲或其他不期望的变形。当使用芯轴时，在成型操作完成后，可以将所述芯轴24从所述管2中移除。所述过渡区6的几何形状可以通过在所述两个半模22和23的接触面上设置具有该几何形状的配套阴模而制得，从而在成型操作期间在所述管2内形成需要的过渡区6的几何形状。
[0070]通过结合本发明的【具体实施方式】，描述了本发明的具体特征和要素的各种替代方式。除了与上述每个实施方式互相独立的、或者与上述每个实施方式互不相容的那些特征、要素和操作方法以外，应当注意到，与一个具体的实施方式相结合描述的可选的特征、要素和操作方法也可以用在其他实施方式中。
[0071]上文描述的和附图示例的那些实施方式只是通过举例的方式给出，而并不作为对本发明的理念和原则的限定。因此，本领域技术人员应理解，在不背离本发明的宗旨和范围的情况下，可以对各个要素及其构造和布置进行各种变形。
【权利要求】
1.一种用于换热器的管，包括: 第一圆柱段，所述第一圆柱段从第一管末端延伸； 第二圆柱段，所述第二圆柱段从与所述第一管末端相对的第二管末端延伸； 扁管段，所述扁管段位于所述第一管末端和第二管末端之间，所述扁管段包括由两个相对短的侧面连接的两个宽平的、隔开的平行侧面； 第一过渡区，所述第一过渡区位于所述第一圆柱段和靠近所述第一圆柱段的扁管段的第一管末端之间；和 第二过渡区，所述第二过渡区位于所述第二圆柱段和靠近所述第二圆柱段的扁管段的第二管末端之间，每个所述第一和第二过渡区与每个所述宽平侧面之间的交接部限定了曲线轨迹。
2.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述两个相对短的侧面的轮廓为弧形。
3.根据权利要求1所述的管，其特征在于，每个所述曲线轨迹包括位于所述管的中心平面上的顶点。
4.根据权利要求3所述的管，其特征在于，每个所述曲线轨迹包括位于所述顶点的弧形轨迹区段。
5.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述第一圆柱段限定了所述管的直径，且所述第一过渡区沿所述管的轴向延伸过至少等于所述管的直径的长度。
6.根据权利要求5所述的 管，其特征在于，所述管的直径为第一管直径，所述第二圆柱段限定了第二管直径，且所述第二过渡区沿所述管的轴向延伸过至少等于所述第二管直径的长度。
7.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述第一圆柱段限定了第一管外周长，且所述扁管段限定了大于所述第一管外周长的第二管外周长。
8.根据权利要求7所述的管，其特征在于，所述第二管外周长超过所述第一管外周长多于25%。
9.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述扁管段限定了管的大尺寸，所述管的大尺寸位于所述相对短的侧面中的一个侧面上的第一最外点与所述相对短的侧面中的另一个侧面上的第二最外点之间，且每条所述曲线轨迹均比所述管的大尺寸更长。
10.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述第一圆柱段和第二圆柱段中的至少一个包括凸环。
11.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述管包括铝合金。
12.一种用于换热器的管，包括: 管末端； 扁管段，所述扁管段远离所述管末端，所述扁管段包括由两个相对短的侧面连接的两个宽平的、隔开的平行侧面； 圆柱段，所述圆柱段从所述管末端向靠近所述管末端的第一部位延伸；和 过渡区，所述过渡区连接着所述圆柱段和所述扁管段，并在管的轴向上从所述第一部位向远离所述管末端的第二部位延伸，其中所述扁管段的至少一部分位于所述第一部位与所述第二部位之间。
13.根据权利要求12所述的管，其特征在于，所述过渡区向所述第二部位处的顶点逐渐变细。
14.根据权利要求12所述的管，其特征在于，所述过渡区与一个所述宽平侧面的交接部限定了曲线轨迹。
15.根据权利要求12所述的管，其特征在于，所述圆柱段限定了管的直径，且所述第一部位和第二部位之间的沿所述管轴向的距离至少等于所述管的直径。
16.根据权利要求12所述的管，其特征在于，所述圆柱段限定了第一管外周长，且所述扁管段限定了比所述第一管外周长更大的第二管外周长。
17.根据权利要求16所述的管，其特征在于，所述第二管外周长超过所述第一管外周长多于25%。
18.根据权利要求12所述的管，其特征在于，所述管末端为第一管端，所述圆柱段为第一圆柱段，且所述过渡区为第一过渡区，所述管还包括: 第二管末端，所述第二管末端与所述第一管末端是相对的； 第二圆柱段，所述第二圆柱段从所述第二管末端向靠近所述第二管末端的第三部位延伸；和 第二过渡区，所述第二过渡区连接着所述第二圆柱段和所述扁管段，且在所述管的轴向上从所述第三部位向远离所述第二管末端的第四部位延伸，其中所述扁管段的至少一部分位于所述第三部位和第四部位之间。
19.根据权利要求12所述的管，其特征在于，每个所述第一和第二过渡区和每个所述宽平侧面的交接部限定了曲线轨迹。
20.根据权利要求19所述的管，其特征在于，每个所述曲线轨迹包括位于所述管的中心平面上的顶点。
【文档编号】F01P11/00GK103575148SQ201210483521
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年11月23日 优先权日:2012年8月9日
【发明者】E·林德尔, G·曼特里 申请人:摩丁制造公司