換熱器管、換熱器管組件和制造它們的方法
【專利摘要】一種用于換熱器的管組件，所述管組件通過將第一波狀翅片結(jié)構(gòu)體設(shè)置于管的一個(gè)寬平側(cè)面與側(cè)板之間，并將第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體設(shè)置于管的另一個(gè)寬平側(cè)面與另一個(gè)側(cè)板之間而制成。向所述側(cè)板的相對(duì)側(cè)面施加壓力，以使所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體的波峰和波谷與所述側(cè)板和所述寬平側(cè)板相接觸，然后將所述組件釬焊起來。
【專利說明】換熱器管、換熱器管組件和制造它們的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]總的來說，本發(fā)明涉及用于換熱器的管，以及翅片和管組件，以及制造它們的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，大型換熱器包括有獨(dú)立的、各自可被替換的管組件，其中所述管組件具有用于輸送第一流體的管，和用于第二流體向所述第一流體傳熱或用于第二流體傳遞來自所述第一流體的熱量的次級(jí)傳熱面區(qū)域。例如，Murray在美國專利號(hào)3,391,732以及Neudeck在美國專利號(hào)4，236，577中已經(jīng)描述了用于將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的廢熱傳遞至空氣的充當(dāng)重型設(shè)備散熱器的這種類型的換熱器。在這些換熱器中使用的管組件具有用于換熱的中央翅片段和用于插入密封索環(huán)的無翅片的圓柱末端段。
[0003]上述類型的換熱器管組件通常由銅構(gòu)成，焊接至所述管上的翅片區(qū)域中具有延伸的空氣側(cè)表面。銅具有導(dǎo)熱率高、制造容易、以及強(qiáng)度和耐久性好的優(yōu)點(diǎn)。然而，銅的價(jià)格的持續(xù)升高導(dǎo)致了需要可替代的、成本更低的材料。
[0004]在其他換熱器(例如汽車和商業(yè)散熱器)中，鋁已經(jīng)替代銅成為了優(yōu)選的構(gòu)建材料，但是鋁尚未成功地替代在這類重型換熱器中的銅。鋁的強(qiáng)度比銅低得多，導(dǎo)致了對(duì)其耐久性的擔(dān)心。在本領(lǐng)域中當(dāng)需要將個(gè)別的管組件移除和插入的情況下尤其成問題，因?yàn)樵谶@樣的操作過程中可能會(huì)發(fā)生損壞。此外，鋁部件的結(jié)合比銅的焊接需要高得多的溫度，這導(dǎo)致了制造上的困難。因此，仍然存在改進(jìn)的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，用于換熱器的管組件包括具有扁平段的管，所述扁平段具有由相對(duì)的窄管側(cè)面連接的被隔開的寬管側(cè)面。所述管組件還包括兩個(gè)翅片結(jié)構(gòu)體和兩個(gè)基本平坦的側(cè)板，每個(gè)所述翅片結(jié)構(gòu)體具有由側(cè)沿(flanks)連接的波峰和波谷。一個(gè)翅片結(jié)構(gòu)體的波谷與所述寬管側(cè)面之一連接，且該翅片結(jié)構(gòu)體的波峰與所述側(cè)板之一的側(cè)面連接。另一個(gè)翅片結(jié)構(gòu)體的波谷與另一個(gè)寬管側(cè)面連接，且該翅片結(jié)構(gòu)體的波峰與另一個(gè)側(cè)板的側(cè)面連接。
[0006]在某些實(shí)施方式中，所述管包括位于所述管的縱長末端處的圓柱段，所述扁平段設(shè)置于所述圓柱段之間。在某些實(shí)施方式中，所述管、所述翅片結(jié)構(gòu)體和所述側(cè)板通過硬釬焊接而結(jié)合在一起，以及在某些實(shí)施方式中，所述管、翅片結(jié)構(gòu)體和側(cè)板由一種或多種鋁合金制成。根據(jù)一些實(shí)施方式，所述寬管側(cè)面的厚度是所述側(cè)板厚度的至少兩倍。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，用于換熱器的管組件包括沿縱長方向在所述管組件的至少一部分上延伸的流體流動(dòng)管道。所述流體流動(dòng)管道具有大尺寸和小尺寸，二者均垂直于所述縱長方向，所述小尺寸顯著小于所述大尺寸。所述流動(dòng)通道被連續(xù)的管壁環(huán)繞著。在所述小尺寸方向上，兩個(gè)基本平坦的側(cè)板自所述連續(xù)管壁等距地隔開，且所述基本平坦的側(cè)板通過薄腹板(web)與所述管壁連接。[0008]在某些這樣的實(shí)施方式中，所述連續(xù)管壁限定了相對(duì)于在所述大尺寸方向上的軸線的管壁重心慣性矩。在某些實(shí)施方式中，所述管組件相對(duì)于該軸線的重心慣性矩是所述管壁重心慣性矩的至少五倍，并且在某些實(shí)施方式中是至少十倍。
[0009]在某些實(shí)施方式中，第一圓柱管段與所述連續(xù)管壁在所述流動(dòng)管道的第一末端處連接，且第二圓柱管段與所述連續(xù)管壁在所述流動(dòng)管道的第二末端處連接。在某些實(shí)施方式中，由所述連續(xù)管壁限定的外周長大于所述圓柱管段中的至少一個(gè)圓柱管段的外周長。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，制造換熱器管組件的方法包括提供管、第一波狀翅片結(jié)構(gòu)體和第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體以及第一基本平坦的側(cè)板和第二基本平坦的側(cè)板。所述第一波狀翅片結(jié)構(gòu)體設(shè)置于所述第一側(cè)板和所述管的第一寬平側(cè)面之間，所述第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體設(shè)置于所述第二側(cè)板和所述管的第二寬平側(cè)面之間。向所述側(cè)板的相對(duì)的側(cè)面施加壓力，以使所述翅片結(jié)構(gòu)體的波峰和波谷與所述側(cè)板和所述寬平側(cè)面接觸，并在所述第一翅片結(jié)構(gòu)體和所述第一側(cè)板之間、所述第一翅片結(jié)構(gòu)體和所述第一寬平側(cè)面之間、所述第二翅片結(jié)構(gòu)體和所述第二側(cè)板之間以及所述第二翅片結(jié)構(gòu)體和所述第二寬平側(cè)面之間形成硬釬焊接。
[0011]在某些這樣的實(shí)施方式中，在真空環(huán)境中升高所述管、翅片結(jié)構(gòu)體和側(cè)板的溫度，以形成硬釬焊接。在其他環(huán)境中，在受控的惰性氣體環(huán)境中升高所述管、翅片結(jié)構(gòu)體和側(cè)板的溫度。在某些實(shí)施方式中，提供所述管、翅片結(jié)構(gòu)體和側(cè)板包括提供具有涂覆有釬料金屬的材料。
[0012]在某些實(shí)施方式中，所述壓力是通過與所述第一側(cè)板相鄰的第一隔板和通過與所述第二側(cè)板相鄰的第二隔板傳遞的。在某些這樣的實(shí)施方式中，所述隔板的熱膨脹系數(shù)基本與所述管、側(cè)板和翅片結(jié)構(gòu)體的熱膨脹系數(shù)相匹配。在某些實(shí)施方式中，所述第一隔板是與所述第一側(cè)板相鄰的若干個(gè)隔板之一。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，制造換熱器管組件的方法包括提供若干個(gè)管、若干個(gè)波狀翅片結(jié)構(gòu)體和若干個(gè)基本平坦的側(cè)板。每個(gè)所述管設(shè)置于一對(duì)所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體之間，每個(gè)所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體設(shè)置于所述管中的一個(gè)管和所述側(cè)板中的一個(gè)側(cè)板之間。所述管、波狀翅片結(jié)構(gòu)體和側(cè)板組裝成疊層。將隔板設(shè)置于一對(duì)相鄰的側(cè)板之間，并在所述疊層的最外端處所述隔板與所述側(cè)板相鄰。在堆疊的方向上向所述疊層施加壓力載荷。在所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體與所述管之間的接觸點(diǎn)處，和所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體與所述側(cè)板之間的接觸點(diǎn)處形成硬釬焊接，并將被釬焊的管組件從所述隔板移開。
[0014]在某些這樣的實(shí)施方式中，在真空環(huán)境中升高所述管、翅片結(jié)構(gòu)體和側(cè)板的溫度以形成硬釬焊接。在其他環(huán)境中，在受控的惰性氣體環(huán)境中升高所述管、翅片結(jié)構(gòu)體和側(cè)板的溫度。在一些實(shí)施方式中，提供所述管、翅片結(jié)構(gòu)體和側(cè)板包括提供涂覆有釬料金屬的材料。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，用于換熱器的管包括從所述管的第一末端延伸的第一圓柱段，從所述管的第二末端延伸的第二圓柱段，和位于所述兩個(gè)末端之間的扁平段，所述扁平段具有由兩個(gè)相對(duì)短的側(cè)面連接的兩個(gè)寬平的、隔開的平行側(cè)面。在每個(gè)所述圓柱段和所述扁平段之間具有過渡區(qū)。所述過渡區(qū)與所述管的每個(gè)寬平側(cè)面之間的交接部限定了曲線軌跡。
[0016]在某些這樣的實(shí)施方式中，所述兩個(gè)相對(duì)短的側(cè)面的輪廓是弧形的。在某些實(shí)施方式中，每個(gè)所述曲線軌跡包括位于所述管的中心平面的頂點(diǎn)，以及在某些這樣的實(shí)施方式中，在所述頂點(diǎn)上設(shè)有弧形軌跡段。
[0017]在某些實(shí)施方式中，與所述圓柱段之一相鄰的所述過渡區(qū)延伸過至少等于該段的直徑的長度。在某些實(shí)施方式中，所述管的扁平段的外周長大于所述圓柱段中的至少一個(gè)圓柱段的外周長，以及在某些實(shí)施方式中至少大25%。
[0018]在某些實(shí)施方式中，所述扁平管段限定了兩個(gè)相對(duì)短的側(cè)面的最外點(diǎn)之間的管的大尺寸，并且每條所述曲線軌跡比所述管的大尺寸更長。在某些實(shí)施方式中，所述管由鋁合金制成。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，換熱器管由圓管通過下述方式制成:在所述圓管的第一段將所述圓管的直徑減小，使與所述第一段相鄰的第二段變扁平，以在所述第二段中限定出兩個(gè)隔開的寬平側(cè)面。在某些實(shí)施方式中，所述第一段在所述管的一個(gè)末端終止。在某些實(shí)施方式中，在所述第一段的直徑減小后使所述第二段變扁平。
[0020]在某些實(shí)施方式中，通過型鍛操作使所述第一段的直徑減小。在某些實(shí)施方式中，通過在沖壓模中沖擊所述第二段而使該段變扁平。在某些實(shí)施方式中，所述管用鋁合金制成。
[0021]在某些實(shí)施方式中，在將所述第二段變扁平之前向所述管內(nèi)插入芯軸，并在將所述第二段變扁平之后從所述管中移除所述芯軸。
[0022]在某些實(shí)施方式中，所述圓管的第三段的直徑減小，所述第三段與所述第二段相鄰。在某些這樣的實(shí)施方式中，所述第三段在所述管的第二末端終止。在某些實(shí)施方式中，在所述第三段的直徑減小之后使所述第二段變扁平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的換熱器管組件的立體圖。
[0024]圖2為圖1的換熱器管組件的正視圖。
[0025]圖3為圖2中由線II1-1II限定的部分的細(xì)節(jié)圖。
[0026]圖4為圖1的換熱器管組件的平面圖。
[0027]圖5為圖1的換熱器管組件的分解立體圖。
[0028]圖6為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式制造的換熱器管組件的疊層的正視圖。
[0029]圖7為圖6的疊層的特定部件的平面圖。
[0030]圖8為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的換熱器管的立體圖。
[0031]圖9為現(xiàn)有技術(shù)的換熱器管的局部立體圖。
[0032]圖10為沿圖8中線X-X的局部剖視圖。
[0033]圖11為沿圖8中線X1-XI的剖視圖。
[0034]圖12為部分成型的圖8的管的局部立體圖。
[0035]圖13A和圖13B為生產(chǎn)圖8的管的成型操作的示意簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]在詳細(xì)描述本發(fā)明的任何實(shí)施方式之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施并不限于下面所描述的或附圖所例示出的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和組件排布。本發(fā)明可以具有其他實(shí)施方式和通過不同的方法實(shí)施或?qū)崿F(xiàn)。還應(yīng)理解，本文使用的措辭和術(shù)語是出于描述的目的，而不應(yīng)視為限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其變形體是指包含其后列出的項(xiàng)目及其等效物，以及另外的項(xiàng)目。除非另有指定或限定，術(shù)語“安裝”、“連接”、“支撐”和“結(jié)合”及其變形體是廣義使用的且包括直接和間接的安裝、連接、支撐和結(jié)合。此外，“連接”和“結(jié)合”并不限于物理或機(jī)械的連接或結(jié)合。
[0037]圖1-5示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的換熱器管組件I。這樣的管組件I可用作換熱器的許多獨(dú)立的管之一，所述換熱器例如為大型重型設(shè)備比如挖掘機(jī)、采礦車、發(fā)電機(jī)組等中的散熱器。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所述管組件I可以用于各種類型和尺寸的換熱器中。
[0038]管組件I包括從第一末端7延伸至第二末端8的管2。管2限定了流體流動(dòng)管道，由此能夠通過管組件I輸送流體(例如發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液)。例如，管組件I可以用在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液散熱器中，從而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液從末端7、8中的一個(gè)末端通過管2流向末端7、8中的另一個(gè)末端時(shí)，避免浪費(fèi)來自發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流的熱量。
[0039]管2包括位于末端7、8之間的扁平段3。扁平段3 (最好參考圖11描述)包括平行的、寬平的第一側(cè)面和第二側(cè)面12。所述寬平側(cè)面12設(shè)置為彼此隔開，且由兩個(gè)相對(duì)的、隔開的窄管側(cè)面15連接起來。雖然在示例性實(shí)施方式中，從側(cè)面看，示出的窄管側(cè)面15為弧形，但是在其他實(shí)施方式中，所述窄管側(cè)面15可以是平直的，或者可以是一些其他的輪廓形狀。所述兩個(gè)寬平側(cè)面12和所述兩個(gè)窄管側(cè)面15共同限定了所述流體流動(dòng)管道的連續(xù)管壁25，以及限定在所述連續(xù)管壁25內(nèi)部的開放空間，以使流體通過管2流動(dòng)。雖然在示例性實(shí)施方式中沒有示出，但在一些情況下，優(yōu)選地，在所述流動(dòng)管道的內(nèi)部可以設(shè)置表面增強(qiáng)特征或流體湍動(dòng)特征，以增強(qiáng)流經(jīng)管2和管壁25之間的流體的傳熱效率。
[0040]繼續(xù)參考圖11，管2的扁平段3具有管的小尺寸Cl1,限定為所述兩個(gè)寬平側(cè)面12的向外的表面之間的距離，管的大尺寸d2，限定為兩個(gè)窄管側(cè)面15的最外側(cè)的點(diǎn)之間的距離。在某些高度優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述大尺寸d2比所述小尺寸Cl1大好幾倍。在一個(gè)實(shí)施例中，示例性實(shí)施方式中所述的大尺寸比所述小尺寸大九倍。
[0041]管組件I還包括沿扁平段3排布的兩個(gè)波紋的翅片結(jié)構(gòu)體10。所述翅片結(jié)構(gòu)體10包括多個(gè)由波峰18與波谷17以交替形式連接的側(cè)沿16，以便使每個(gè)翅片結(jié)構(gòu)體10為近似正弦曲線形狀(最好參見圖3)。翅片結(jié)構(gòu)體10可以為如圖3所示的光滑型(plain type),或者可以包括另外的特征以增強(qiáng)熱傳遞、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性或其結(jié)合。例如，在某些實(shí)施方式中，翅片結(jié)構(gòu)體10可以包括百葉窗、隆起物、狹縫、切口或公知的能夠改善側(cè)沿16的熱傳遞和/或結(jié)構(gòu)剛性的其他特征。在其他的實(shí)施方式中，可以在與窄管側(cè)面15相鄰的翅片結(jié)構(gòu)體10的一個(gè)末端或兩個(gè)末端都設(shè)置邊緣褶邊。這樣的邊緣褶邊可以特別有利于提供對(duì)可能由巖石或其他碎屑造成的損害的抵抗力。
[0042]管組件I還包括薄的側(cè)板11。這些側(cè)板11平行于管2的相對(duì)的寬平側(cè)面12，且通過翅片結(jié)構(gòu)體10將所述側(cè)板自所述結(jié)構(gòu)體等距地隔開在兩側(cè)。相應(yīng)地，翅片結(jié)構(gòu)體10的側(cè)沿16、波峰18和波谷17設(shè)有多個(gè)薄腹板，以將側(cè)板11與連續(xù)管壁25分隔開。側(cè)板11是基本平坦的，但是可以包括特征比如，彎曲的邊緣，以增加剛度和/或輔助裝配。
[0043]所述側(cè)沿16之間的空隙為流體提供了流動(dòng)通道，使所述流體與流經(jīng)所述管2的流體產(chǎn)生傳熱關(guān)系，這樣可以在所述兩種流體之間進(jìn)行換熱。例如，環(huán)境空氣可以穿過所述流動(dòng)通道流動(dòng)，以將流經(jīng)所述管2的發(fā)動(dòng)機(jī)護(hù)套冷卻液冷卻。然而，應(yīng)當(dāng)理解，通過使用所述管組件I可以使各種其他的流體產(chǎn)生傳熱關(guān)系。所述側(cè)沿16之間的每個(gè)流動(dòng)通道還由波峰17和波谷18中的一個(gè)，以及所述管2的寬平側(cè)面12之一和所述基本平坦的側(cè)板11進(jìn)行限定。通過以這種方式將所述流動(dòng)通道完全約束在一起，阻止了流經(jīng)這些通道的流體過早地流出所述通道，因此提高了傳熱能力。
[0044]優(yōu)選地，將所述管2、翅片結(jié)構(gòu)體10和側(cè)板11結(jié)合在一起形成整體結(jié)構(gòu)，以在處于傳熱關(guān)系的流體之間提供良好的熱力接觸點(diǎn)，并提供良好的結(jié)構(gòu)整體性。雖然可以使用各種材料構(gòu)建所述管組件1，但是在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述管2、翅片結(jié)構(gòu)體10和側(cè)板11是由導(dǎo)熱性高的金屬制成的，比如招、銅等。可以通過各種工藝，包括釬焊、錫焊、膠粘等，將所述構(gòu)件結(jié)合在一起形成所述管組件I。
[0045]為了獲得所述流體之間良好的傳熱效果，使所述翅片結(jié)構(gòu)體10和所述側(cè)板11在所述扁平段3的全部大尺寸d2上延伸是有利的。在某些情況中，可以優(yōu)選將所述翅片結(jié)構(gòu)體10和所述側(cè)板11延伸至稍微超出所述窄管側(cè)面15的外緣，以保護(hù)所述流體流動(dòng)管道避免因石頭或其他碎片的碰撞而損傷。
[0046]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)即使是包含非常薄的側(cè)板11，也會(huì)使所述管組件I大大硬化，尤其是相對(duì)于所述管的大尺寸d2方向上的重心軸線的彎曲而言。所述翅片結(jié)構(gòu)體10由于其波紋的性質(zhì)，在這個(gè)方向上的剛度很小，這樣，當(dāng)沒有所述側(cè)板11時(shí)，所述連續(xù)管壁25提供了僅對(duì)該重心軸線彎曲的抵抗力。由于所述扁平段3的小尺寸Cl1相對(duì)較小，所述連續(xù)管壁25單獨(dú)對(duì)所述重心軸線的彎曲的抵抗力很小，因而將所述側(cè)板11從所述重心軸線移至明顯大于所述小尺寸Cl1的距離是非常有利的。
[0047]所述側(cè)板11對(duì)所述管組件I所述管的大尺寸d2方向上的重心軸線的彎曲剛度的影響，可以通過將所述管組件I相對(duì)于該軸線的重心慣性矩與所述管2單獨(dú)相對(duì)于該軸線的重心慣性矩進(jìn)行對(duì)比而量化(可以假定所述翅片結(jié)構(gòu)體10除了通過保持所述側(cè)片11離所述管2的平面?zhèn)让?2的偏移量來影響所述重心慣性矩以外，對(duì)所述重心慣性矩沒有影響)。對(duì)于管壁厚度為0.8mm,側(cè)板厚度為0.25mm,翅片結(jié)構(gòu)體高度為6.55mm,小尺寸為3.7mm，大尺寸為23.27mm的示例性實(shí)施方式而言，所述管組件的相對(duì)于所述管的大尺寸方向上的軸線的重心慣性矩和所述管單獨(dú)相對(duì)于所述管的大尺寸方向上的軸線的重心慣性矩分別為925mm4和76mm4。換言之，所述管組件相對(duì)于所述管的大尺寸方向上的重心慣性矩為所述管本身相對(duì)于所述管的大尺寸方向上的重心慣性矩的近似12倍。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述管組件相對(duì)于所述管的大尺寸方向上的重心慣性矩為所述管本身相對(duì)于所述管的大尺寸方向上的重心慣性矩的至少5倍，在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，為至少10倍。當(dāng)所述管2是由具有相對(duì)低的彈性模量的材料，例如由鋁合金構(gòu)建時(shí)，這是特別優(yōu)選的。
[0048]所述示例性實(shí)施方式的管2還包括與第一末端7相鄰的第一圓柱段4和與第二末端8相鄰的第二圓柱段5，所述扁平段3設(shè)于所述第一圓柱段和第二圓柱段之間。所述這些圓柱段4、5可使所述管組件I可靠且不泄露地被插入設(shè)置于換熱器中相對(duì)的集管的接受孔環(huán)中(未示出)。為了使所述管中用于有效傳熱的可用量最大化，所述圓柱末端段的長度優(yōu)選保持最小，并且所述扁平段3的長度優(yōu)選為所述管2的全長的90%或更多。為了限制所述管組件I在換熱器內(nèi)垂直排布時(shí)向下移動(dòng)，所述不例性實(shí)施方式的圓柱段5中設(shè)有凸環(huán)(circumferential bead) 9。[0049]雖然在附圖中所示的實(shí)施方式在所述管的兩個(gè)末端處均具有圓柱末端段，但應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)例中，管組件I可以不具有一個(gè)或兩個(gè)圓柱末端段4、5。當(dāng)不具有這樣的圓柱末端段時(shí)，相應(yīng)的接受孔環(huán)可以具有符合扁平段3中的連續(xù)管壁25的輪廓的接受開口。
[0050]在本發(fā)明某些優(yōu)選的實(shí)施方式中，換熱器管組件I通過在鋁管2、第一鋁質(zhì)波狀翅片結(jié)構(gòu)體和第二鋁質(zhì)波狀翅片結(jié)構(gòu)體10以及第一鋁質(zhì)側(cè)板和第二鋁質(zhì)側(cè)板11之間形成釬焊接合而制成。所述第一波狀翅片結(jié)構(gòu)體10設(shè)置于所述第一側(cè)板11和所述管2的第一寬平側(cè)面12之間，而所述第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體10設(shè)置于所述第二側(cè)板11和所述管2的第二寬平側(cè)面12之間。將所述部件壓縮，以使所述翅片結(jié)構(gòu)體的波峰18和波谷17同與其相鄰的部件相接觸，從而在接觸點(diǎn)上可以形成硬釬焊接。
[0051]使用熔融溫度低于所述管2、翅片結(jié)構(gòu)體10和側(cè)板11的熔融溫度的釬料金屬以形成硬釬焊接。這樣的釬料金屬通常為鋁，所述鋁中加入了少量其他元素(例如硅、銅、鎂和鋅)以降低熔融溫度。所述釬料金屬可以有利地涂覆到一個(gè)或多個(gè)待釬焊的部件上。在某些實(shí)施方式中，用于形成所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體10的板材的兩個(gè)側(cè)面均涂覆有所述釬料金屬，借此提供在所有接觸點(diǎn)處所需的釬料金屬，在所述接觸點(diǎn)處需要進(jìn)行硬釬焊接，同時(shí)避免在不需要或不希望接合的部位設(shè)置釬料金屬。
[0052]雖然可以使用許多方法來升高所述管2、翅片結(jié)構(gòu)10和側(cè)板11的溫度以將所述釬料金屬熔融并形成硬釬焊接，但是兩個(gè)特別優(yōu)選的方法是真空釬焊和受控氣氛釬焊。在真空釬焊中，將裝配好的部件置于密封熔爐中，同時(shí)基本移除所有空氣以創(chuàng)造真空環(huán)境。在這樣的工藝中，當(dāng)加熱所述部件時(shí)，合金中含有的鎂被釋放并用于破壞所述部件的外表面上的氧化層，使熔融的釬料金屬結(jié)合到暴露的鋁上。通過在真空環(huán)境下抽出氧氣來防止所述氧化層的再生成以及干擾冶金結(jié)合。
[0053]在受控氣氛釬焊中，在加熱所述部件之前，將釬劑涂覆到所述部件上。在惰性氣體環(huán)境中對(duì)所述部件進(jìn)行加熱，以防止在釬劑反應(yīng)并替代所述組件的接合表面上的氧化層以后的氧化層的再生成。通過替代所述氧化層，使熔融的釬料金屬結(jié)合到暴露的鋁上，以形成硬釬焊接。
[0054]特別優(yōu)選地，同時(shí)對(duì)多個(gè)所述管組件I進(jìn)行釬焊，以在生產(chǎn)制造環(huán)境中增加處理量。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的方法，其中同時(shí)制造四個(gè)管組件I。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用相同的方法來同時(shí)制造多于四個(gè)或少于四個(gè)的管組件。
[0055]在圖6的實(shí)施方式中，提供了管2、波狀翅片結(jié)構(gòu)體10和基本平坦的側(cè)板11。每個(gè)管2設(shè)置于一對(duì)波狀翅片結(jié)構(gòu)體10之間，每個(gè)波狀翅片結(jié)構(gòu)體10設(shè)置于所述管2中的一個(gè)管和所述基本平坦的側(cè)板11中的一個(gè)側(cè)板之間。隔板19設(shè)置于一對(duì)相鄰的基本平坦的側(cè)板11之間。將所述管2、波狀翅片結(jié)構(gòu)體10和基本平坦的側(cè)板11組裝成疊層26。在所述疊層26的最外端設(shè)置與所述基本平坦的側(cè)板11相鄰的另外的隔板19，在堆疊方向上向所述疊層26施加壓力載荷，以便使所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體10的波峰18和波谷17同與其相鄰的側(cè)板11和所述管2的寬平側(cè)面12相接觸。
[0056]為了向疊層26均勻地施加壓力載荷，可以將具有高剛度的條塊21 (例如結(jié)構(gòu)鋼制的槽鋼條)設(shè)置在所述疊層26的最外端。通過使用在多個(gè)位置處環(huán)繞所述疊層26的金屬帶22，在向所述疊層施加壓力載荷之后，可以維持所述壓力載荷。在所述疊層26被壓縮的同時(shí)，所述帶22在所述條塊21上勒緊，從而使所述帶22上的張力維持著所述壓力載荷。經(jīng)過如此裝配之后，將所述疊層26置于釬焊熔爐中，以形成獨(dú)立的管組件I。所述疊層26在熔爐中被加熱至適于將釬料金屬熔融的溫度，然后將所述疊層26冷卻，以使熔融的釬料金屬再固化，由此在所述接觸點(diǎn)處形成硬釬焊接。冷卻后，已經(jīng)被釬焊成獨(dú)立整體結(jié)構(gòu)的獨(dú)立管組件1，可以從所述隔板19上移除。所述隔板19可以具有涂層，以防止所述隔板19與所述側(cè)板11之間發(fā)生任何冶金結(jié)合，否則即使在沒有釬料的存在下在釬焊溫度下就會(huì)發(fā)生這種不期望的結(jié)合。
[0057]當(dāng)所述疊層26被加熱至釬焊溫度時(shí)，疊層26內(nèi)的金屬材料會(huì)發(fā)生熱膨脹。在鋁釬焊中，通常將部件加熱至550°C到650°C的釬焊溫度。所述溫度范圍顯著高于用于焊接銅制部件的溫度，因此當(dāng)所述管組件I的部件為鋁制時(shí)，所述部件在結(jié)合過程中經(jīng)歷的熱膨脹明顯大于當(dāng)所述管組件I的部件為銅制時(shí)所述部件所經(jīng)歷的熱膨脹。
[0058]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在釬焊的工藝過程中必須小心，以確保翅片結(jié)構(gòu)體10不會(huì)因被加熱至釬焊溫度和被冷卻至環(huán)境溫度而變形。與涉及將多排管和翅片結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起成為整體釬焊核心的傳統(tǒng)的釬焊鋁散熱器生產(chǎn)不同，所述翅片結(jié)構(gòu)10的側(cè)沿16容易因由所述管組件I的部件和所述隔板19之間的熱膨脹差異而導(dǎo)致的剪切應(yīng)力而變形。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，這個(gè)問題通常通過使所述隔板19的熱膨脹系數(shù)與所述管2的熱膨脹系數(shù)、翅片結(jié)構(gòu)體10的熱膨脹系數(shù)和側(cè)板11的熱膨脹系數(shù)相適應(yīng)來彌補(bǔ)。這可以通過由相似的鋁合金或者另外的具有相似熱膨脹率的材料制成所述隔板19來實(shí)現(xiàn)。
[0059]可選地，或此外，如圖7所示，每個(gè)相鄰的管組件I之間可使用多個(gè)獨(dú)立的隔板19。在相鄰的獨(dú)立隔板19之間具有間隙20。在構(gòu)成所述隔板19的材料與構(gòu)成所述管、翅片結(jié)構(gòu)體10和側(cè)板11的材料的熱膨脹系數(shù)顯著不同的情況下，所述間隙20在疊層26的加熱和冷卻期間可以增大或減小，由此顯著減輕可能由于熱膨脹系數(shù)的不同而導(dǎo)致的翅片結(jié)構(gòu)體10的變形。所述孔隙20起到隔離的作用，以避免由于變形引起的熱膨脹的積累，從而使得任何這樣的變形被限制在位于每個(gè)獨(dú)立隔板19之下的不連續(xù)接觸區(qū)域。當(dāng)所述隔板19使用更加耐溫的材料比如不銹鋼，并且所述管組件I的部件由鋁制成時(shí)，圖7所例示的裝配方式是特別有利的。
[0060]現(xiàn)在，具體參考圖8-13，對(duì)所述管2進(jìn)行更加詳細(xì)的討論。如前所述，圖8所示的管2的實(shí)施方式包括位于第一圓柱管段4和第二圓柱管段5之間的扁管段3。所述第一圓柱管段4從所述管2的第一末端7延伸，而第二圓柱管段5從所述管2的第二末端8延伸。過渡區(qū)6位于所述扁平段3與每個(gè)圓柱段4和5之間。所述過渡區(qū)6提供了供流體通過所述管2的平滑連續(xù)的流動(dòng)路徑，同時(shí)避開了在所述管材料中出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力集中的部位。
[0061]如局部截面圖10所詳細(xì)示出的那樣，過渡區(qū)6在長度L上延伸，從接近所述管2的末端7的部位27跨越到遠(yuǎn)離末端7的部位14。優(yōu)選地，所述長度L至少等于所述圓柱末端段4的直徑，雖然在某些可選的實(shí)施方式中，所述長度L的尺寸可以小于相應(yīng)的末端段的直徑。如圖8所示，寬平側(cè)面12延伸經(jīng)過位于所述兩個(gè)末端處的部位14，因此所述寬平側(cè)面12的至少一部分沿所述管2位于部位27與部位14之間，所述部位27和部位14限定了過渡區(qū)6的起始和末端。
[0062]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，過渡區(qū)6與扁管區(qū)域3的寬平側(cè)面12的交接部限定了曲線軌跡13。這些曲線軌跡13為所述管2的扁平段3相對(duì)于所述管在大尺寸方向上的軸線的彎曲力矩提供有利的硬度。為了比較，現(xiàn)有技術(shù)的管102在圖9中示出，而且所述管包括通過過渡段106與圓柱段104連接的扁平段103。所述過渡區(qū)106與所述扁平段103的在扁平段103的寬平側(cè)面112上限定出筆直的軌跡113。所述筆直的軌跡113在所述管的大尺寸方向上延伸，且所述大尺寸方向上的軸線彎曲是十分容易的。這對(duì)于含有所述管102的管組件的安裝期間和/或從換熱器上移除所述管組件的期間是特別不利的，這是因?yàn)檫@種安裝和這種移除時(shí)常會(huì)將這種類型的彎曲力矩施加到所述管上。當(dāng)所述管由強(qiáng)度非常低的材料(比如退火鋁)構(gòu)成時(shí)，這個(gè)問題會(huì)尤其惡化。
[0063]本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述曲線軌跡13提供了顯著的硬化效果以抵抗前面提到的這種類型的彎曲力矩，并防止在所述管2或含有所述管2的管組件I的安裝、移除和其他處理期間使管2彎曲或遭受其他損害。雖然任何非線性軌跡都是有利的，但對(duì)于軌跡13而言，通過一系列相連的弧形軌跡區(qū)段限定軌跡13是特別有利的。
[0064]在示例性實(shí)施方式中，每個(gè)所述曲線軌跡13包括位于所述管的大致中心平面上的頂點(diǎn)，從而使所述頂點(diǎn)沿軌跡13位于距離末端7最遠(yuǎn)(當(dāng)所述過渡區(qū)位于所述扁平段3與第一圓柱末端4之間時(shí))或距離末端8最遠(yuǎn)(當(dāng)所述過渡區(qū)位于所述扁平段3與第二圓柱末端5之間時(shí))的點(diǎn)14。優(yōu)選地，在所述頂點(diǎn)處，所述軌跡13具有弧形軌跡區(qū)段，從而避免了在所述頂點(diǎn)上的應(yīng)力集中。
[0065]在某些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述兩個(gè)圓柱段4、5中的至少一個(gè)的外周長(即圓周長)要小于扁平段3的連續(xù)管壁25的外周長。這樣在末端7、8中的一個(gè)或兩個(gè)末端均無需相應(yīng)的大直徑的情況下，有利于使每單位長度的扁平段3的換熱表面積相對(duì)較大。例如，所述末端具有較小的直徑是優(yōu)選的，因?yàn)檫@樣可以使相鄰的管組件被設(shè)置得更近，且在所述末端需要較少的密封表面。在某些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述扁平段3的外周長超過所述兩個(gè)圓柱末端段中的至少一個(gè)的外周長至少25%。
[0066]含有在管子的全長上均為扁平外形的流體輸送管的換熱器是本領(lǐng)域公知的，它們已作為散熱器等使用了數(shù)十年。這種類型的扁管通常由下述兩種方法中的一種構(gòu)建。所述扁管既可以由材料坯擠制和/或拉制成扁平的形狀，然后切割出不連續(xù)的長度，也可以在管磨機(jī)中由卷板通過將所述板制成圓形，通過縫焊、軋輥壓制成扁管形，然后切割為不連續(xù)的管長度而形成。
[0067]以現(xiàn)有技術(shù)的具有扁平段103和圓柱末端段104的管102的情況為例，所述扁平管的末端被制成圓柱形，以形成圓柱末端段104和過渡段106。當(dāng)所述管由高度可延展的材料(比如銅)構(gòu)成，且僅需要形成所述管2的末端時(shí)，所述操作可以快速而容易地實(shí)施。然而，采用這種方法不可能得到前述的過渡段6。
[0068]所述過渡區(qū)6可以通過首先制成外周長與所需的所述扁平段3中的連續(xù)管壁25的外周長相等的圓形管2而形成。接下來，具體參考圖12，使圓管2的末端的直徑縮小，以形成圓柱末端4和5，以及在所述末端4、5之間的逐漸變細(xì)的過渡區(qū)6’和保持初始的圓形形狀的中間段3’。這種直徑的縮小可以通過例如對(duì)所述管末端進(jìn)行型鍛而完成。在某些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述末端的直徑縮小了至少20%，以使所述扁平段3的外周長與所述圓柱末端段4、5的外周長之間的比例符合需要。
[0069]如圖13A和13B所示，所述管2的扁平段3的輪廓可以通過在第一成型半模22與第二成型半模23之間形成所述管2的那部分3’來限定。如圖13A所示，當(dāng)所述兩模具處于開放狀態(tài)時(shí)，即當(dāng)所述兩個(gè)半模彼此分離時(shí)，將所述管2插入所述兩個(gè)半模22、23之間。所述管2被如此定位后，合模以使所述模具處于圖13B所示的閉合狀態(tài)，由此使所述管2的扁平段3形成小尺寸Cl1和大尺寸d2。可選地，在進(jìn)行成型操作之前，可以將芯軸24置于所述管2的內(nèi)部，以防止成型操作期間所述寬平管壁12發(fā)生彎曲或其他不期望的變形。當(dāng)使用芯軸時(shí)，在成型操作完成后，可以將所述芯軸24從所述管2中移除。所述過渡區(qū)6的幾何形狀可以通過在所述兩個(gè)半模22和23的接觸面上設(shè)置具有該幾何形狀的配套陰模而制得，從而在成型操作期間在所述管2內(nèi)形成需要的過渡區(qū)6的幾何形狀。
[0070]通過結(jié)合本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，描述了本發(fā)明的具體特征和要素的各種替代方式。除了與上述每個(gè)實(shí)施方式互相獨(dú)立的、或者與上述每個(gè)實(shí)施方式互不相容的那些特征、要素和操作方法以外，應(yīng)當(dāng)注意到，與一個(gè)具體的實(shí)施方式相結(jié)合描述的可選的特征、要素和操作方法也可以用在其他實(shí)施方式中。
[0071]上文描述的和附圖示例的那些實(shí)施方式只是通過舉例的方式給出，而并不作為對(duì)本發(fā)明的理念和原則的限定。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不背離本發(fā)明的宗旨和范圍的情況下，可以對(duì)各個(gè)要素及其構(gòu)造和布置進(jìn)行各種變形。
【權(quán)利要求】
1.一種制造換熱器管組件的方法，包括: 提供管，所述管具有相對(duì)的第一寬平側(cè)面和第二寬平側(cè)面； 提供第一波狀翅片結(jié)構(gòu)體和第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體； 提供第一基本平坦的側(cè)板和第二基本平坦的側(cè)板； 將所述第一波狀翅片結(jié)構(gòu)體設(shè)置于所述第一基本平坦的側(cè)板與所述管的第一寬平側(cè)面之間； 將所述第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體設(shè)置于所述第二基本平坦的側(cè)板與所述管的所述第二寬平側(cè)面之間； 向所述第一和第二基本平坦的側(cè)板的相對(duì)的側(cè)面施加壓力，以使所述第一波狀翅片結(jié)構(gòu)體的波峰和波谷與所述第一基本平坦的側(cè)板和所述管的第一寬平側(cè)面相接觸，以及使所述第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體的波峰和波谷與所述第二基本平坦的側(cè)板和所述管的第二寬平側(cè)面相接觸；和 在所述第一波狀翅片結(jié)構(gòu)體和所述第一基本平坦的側(cè)板之間，所述第一波狀翅片結(jié)構(gòu)體與所述管的第一寬平側(cè)面之間，所述第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體和所述第二基本平坦的側(cè)板之間，所述第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體與所述管的第二寬平側(cè)面之間形成硬釬焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬釬焊接的形成包括在真空環(huán)境中升高所述管、所述第一和第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體、以及所述第一和第二基本平坦的側(cè)板的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬釬焊接的形成包括在受控的惰性氣體氣氛環(huán)境中升高所述管、所述第一和第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體、以及所述第一和第二基本平坦的側(cè)板的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供管、提供波狀翅片結(jié)構(gòu)體和提供基本平坦的側(cè)板中的至少一個(gè)包括提供涂覆有釬料金屬的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加壓力包括通過與所述第一基本平坦的側(cè)板相鄰設(shè)置的第一隔板，和通過與所述第二基本平坦的側(cè)板相鄰設(shè)置的第二隔板傳遞所述壓力，這樣使得所述第一基本平坦的側(cè)板位于所述第一隔板和所述第一波狀翅片結(jié)構(gòu)體之間，以及使得所述第二基本平坦的側(cè)板位于所述第二隔板和所述第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一和第二隔板具有與所述管、所述第一和第二波狀翅片結(jié)構(gòu)體和所述第一和第二基本平坦的側(cè)板的熱膨脹系數(shù)基本匹配的熱膨脹系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一隔板是與所述第一基本平坦的側(cè)板相鄰設(shè)置的第一多個(gè)隔板中的一個(gè)，并且所述第二隔板是與所述第二基本平坦的側(cè)板相鄰設(shè)置的第二多個(gè)隔板中的一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一和第二隔板具有涂層，以防止所述隔板與所述基本平坦的側(cè)板之間形成冶金結(jié)合。
9.一種制造換熱器管組件的方法，包括: 提供多個(gè)管，所述管具有相對(duì)的第一寬平側(cè)面和第二寬平側(cè)面； 提供多個(gè)波狀翅片結(jié)構(gòu)體；提供多個(gè)基本平坦的側(cè)板； 將所述管中的每一個(gè)設(shè)置于一對(duì)所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體之間； 將所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體中每一個(gè)設(shè)置于所述管中的一個(gè)管與所述基本平坦的側(cè)板中的一個(gè)側(cè)板之間； 將所述管、波狀翅片結(jié)構(gòu)體和基本平坦的側(cè)板組裝成疊層； 在所述基本平坦的側(cè)板中的一對(duì)相鄰的側(cè)板之間設(shè)置隔板； 將與所述基本平坦的側(cè)板相鄰的隔板設(shè)置于所述疊層的最外端； 在堆疊的方向上向所述疊層施加壓力載荷，以使所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體的波峰和波谷同與其相鄰的那些基本平坦的側(cè)板和與其相鄰的所述管的那些寬平側(cè)面相接觸； 在所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體和所述基本平坦的側(cè)板之間的接觸點(diǎn)處，和所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體和所述管之間的接觸點(diǎn)處形成硬釬焊接；和 從所述隔板移除所述釬焊過的換熱器管組件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成硬釬焊接包括在真空環(huán)境中升高所述疊層的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成硬釬焊接包括在受控的惰性氣體氣氛環(huán)境中升高所述疊層的溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述提供多個(gè)管、提供多個(gè)波狀翅片結(jié)構(gòu)體和提供多個(gè)基本平坦的側(cè)板中，至少其中之一包括提供涂覆有釬料金屬的材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述隔板具有與所述管、所述波狀翅片結(jié)構(gòu)體和所述基本平坦的側(cè)板的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述隔板具有防止所述隔板與所述基本平坦的側(cè)板之間發(fā)生冶金結(jié)合的涂層。
【文檔編號(hào)】F28F21/08GK103567585SQ201210484126
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月9日
【發(fā)明者】E·林德爾, G·曼特里, G·休斯, P·托皮奇斯 申請(qǐng)人:摩丁制造公司