具有褶皺鰭片的熱交換器及其組裝方法

2023-09-21 05:32:30 2

專利名稱：具有褶皺鰭片的熱交換器及其組裝方法
技術領域：
本發明涉及熱交換器，更具體而言，涉及用於排氣再循環冷卻器的鰭 片及其形成方法。

發明內容
在一些實施例中，本發明提供了一種熱交換器，用於在第一工作流體 和第二工作流體之間傳遞熱。所述熱交換器可以包括 一對間隔開的頭 部；多個管體，其在一對頭部之間延伸，提供了用於第一工作流體的流 路，並沿著第二工作流體的流路布置；以及鰭片，其可支撐在管體之一 中，並具有在與管體中的所述一個的長度大體平行的方向上在一對頭部之 間延伸的摺疊。鰭片可以包括延伸至摺疊內並沿著摺疊間隔的多個凹部。
本發明還提供了一種熱交換器，用於在第一工作流體和第二工作流體 之間傳遞熱，包括 一對間隔開的頭部；多個管體，其在一對頭部之間延 伸，提供了用於第一工作流體的流路，並沿著第二工作流體的流路布置； 以及鰭片，其可支撐在管體之一中，並具有在與第一工作流體通過管體的 流路大體平行的方向上延伸的摺疊。摺疊可以界定鰭片的第一和第二側腿 部。凹部可以形成在第一側腿部上，並且凸部可以與第一側腿部上的凹部 相反地形成在第二側腿部上。
在一些實施例中，本發明還提供了一種熱交換器，用於在第一工作流 體和第二工作流體之間傳遞熱，包括 一對間隔開的頭部；多個管體，其 在一對頭部之間延伸，提供了用於第一工作流體的流路，並沿著第二工作 流體的流路布置；以及鰭片，其可支撐在管體之一中，並具有在與管體的 長度大體平行的方向上延伸在一對頭部之間的蜿蜒摺疊。
本發明還提供了一種熱交換器，用於在第一工作流體和第二工作流體 之間傳遞熱，包括波紋狀的鰭片，其可沿著第一工作流體的流路定位在相鄰的管體壁之間，並可操作用於提高第一工作流體和第二工作流體之間 的熱傳遞。鰭片包括界定在相鄰的摺疊之間的側腿部；以及多個褶皺，其 從側腿部的末端向內延伸並終止於距末端不同距離的位置處。
在一些實施例中，本發明提供了一種波紋狀的鰭片，用於熱交換器， 所述熱交換器具有第一工作流體的流路和第二工作流體的流路，並可操作 以在第一工作流體和第二工作流體之間傳遞熱。鰭片可以包括側腿部，
其界定在相鄰的摺疊之間，並可沿著第一工作流體的流路定位；以及多個
褶鈹，其從側腿部的末端向內延伸並終止於在第一工作流體沿著流路的流 動方向上不同距離的位置處。
本發明還提供了一種形成熱交換器的方法，所述熱交換器用於在第一
工作流體和第二工作流體之間傳遞熱。所述方法可以包括使鰭片成為波 紋狀，以界定多個側腿部；以及沿著多個側腿部中的一個形成多個褶皺，
多個褶皺從所述側腿部的末端向內延伸並終止於距末端不同距離的位置 處。
通過考慮詳細說明附圖，本發明的其他方面將變得清楚。


圖1是根據本發明的一些實施例的熱交換器的底視立體圖。
圖2是如圖1所示的熱交換器的一部分的部分剖視圖。
圖3是如圖1所示的熱交換器的管體和鰭片的一部分的分解立體圖。
圖4是如圖3所示的鰭片的一部分的立體圖。
圖5是根據本發明的可選實施例的管體和鰭片的一部分的分解立體圖。
圖6是如圖5所示的鰭片的一部分的立體圖。
圖7是可以根據如圖9所示的方法製造的部分成型的鰭片的俯視圖。 圖8是可以根據如圖10所示的方法製造的部分成型的鰭片的立體圖。
圖9圖示了用於形成如圖5所示的鰭片的方法。
圖IO是用於形成如圖5所示的鰭片的另一個方法。
圖11是如圖IO所示的鰭片形成裝置的一部分的立體圖。
6圖12是根據本發明的一些實施例的熱交換器鰭片的一部分的立體圖。
圖13是根據本發明的另一些實施例的熱交換器鰭片的一部分的立體圖。
圖14是根據本發明的又一些實施例的熱交換器鰭片的一部分的立體圖。
具體實施例方式
在詳細說明本發明的任何實施例之前，應該理解，本發明就其應用而 言不限於在以下說明中闡述或在以下附圖中圖示的部件的結構和布置的細 節。本發明可以具有其他實施例，並可以以各種方式實際應用或實施。此 外，還應該理解，本文所用的措詞和術語用於說明的目的，而不應該被視 為限制。本文的"包括"、"構成"或"具有"，及其變化措詞表示包括 其後所列的各項及其等同方案，並還可以包括附加的項。
除非另外指明或限制，術語"安裝"、"連接"、"支撐"和"耦 合"及其變化措詞以廣義方式使用，並包括直接和間接的安裝、連接、支 撐和耦合。此外，"連接"和"耦合"並不限於物理或機械的連接或耦 合。
此外，應該理解，本文針對裝置或元件方位所用的措詞和術語(例 如，類似"中央"、"上"、"下"、"前"、"後"等的術語)僅用於 簡化對本發明的說明，並不單一地表示或暗示所涉及的裝置或元件必須具 有特定方位。此外，諸如"第一"和"第二"之類的術語在本文用於說明 的目的，並不意在表示或暗示相對的重要性或顯著性。
圖1_4圖示了根據本發明的一些實施例的熱交換器10。在包括圖1-4 的圖示實施例在內的一些實施例中，熱交換器10可以作為排氣再循環冷 卻器(EGRC)工作，並可以與車輛的排氣系統和/或尾氣系統一起工作。 在其他實施例中，熱交換器10可以用於其他(例如，非車輛的)應用， 例如電子設備冷卻、工業設備、建築物加熱和空調等。此外，應該理解， 本發明的熱交換器10可以採取許多形式，利用較寬範圍的材料，並可以結合在各種其他系統中。
在工作期間，並如以下更詳細說明的，熱交換器io可以將來熱從高溫第一工作流體(例如，排氣、水、發動機冷卻劑、co2、有機製冷劑、R12、 R245fa、空氣等)傳遞至低溫第二工作流體(例如，水、發動機冷卻劑、C02、有機製冷劑、R12、 R245fa、空氣等)。此外，雖然本文涉及在兩個工作流體之間傳遞熱，但是在本發明的一些實施例中，熱交換器10可以用於在三個或更多個工作流體之間傳遞熱。可選地或附加地，熱交換器10可以用作換熱器，並可以將熱從熱迴路的高溫位置傳遞至同一熱迴路的低溫位置。在這樣的一些實施例中，熱交換器IO可以將熱從行進經過熱傳遞迴路的第一位置的工作流體傳遞至行進經過熱交換迴路的第二部分的同一工作流體。
如圖1和2所示，熱交換器10可以包括分別位於具有外表面28 (見圖1、 3和5)的熱交換器管體26的堆疊的第一和第二端部22、 24處的第一頭部18和第二頭部20。在圖l-4的圖示實施例中，第一端部22緊固至第一集管箱30，第二端部24緊固至第二集管箱32。在其他實施例中，熱交換器io可以包括位於熱交換器10的第一和第二端部22、 24中的一者處或其他位置處的單個頭部18和/或單個箱30。
如圖1和2所示，管體26每個都可以緊固至第一和第二頭部18、20，使得流經熱交換器10的第一工作流體保持與流經熱交換器10的第二工作流體分離。更具體而言，熱交換器10界定了用於第一工作流體的第一流路(由圖1中的箭頭34表示)和用於第二工作流體的第二流路(由圖l中的箭頭36表示)，並且第一和第二流路34、 36分立，使得防止第一工作流體進入第二流路36，並防止第二工作流體進入第一流路34。
在一些實施例中，例如圖示實施例中，管體26被緊固至第一和第二頭部18、 20以及第一和第二箱30、 32，使得第一工作流體通過第一箱30中的第一入口 40進入熱交換器10，沿著第一流路34流經熱交換器10的管體26，並防止第一工作流體進入第二流路36。在這些實施例中，管體26可以被緊固至第一和第二頭部18、 20以及第一和第二箱30、 32，使得第二工作流體通過第二箱32中的第二入口 42進入熱交換器10，沿著管體26之間的第二流路36流經熱交換器10，並防止第二工作流體進入第一流路34。
在其他實施例中，管體26可以具有其他方位和構造，並且第一和第二流路34、 36可以通過分離器、鰭片、分隔器等保持分立。在其他實施例中，第一流路34可以延伸經過管體26中的一些，而第二流路36可以延伸經過其他管體26。
如圖2所示，頭部18、 20可以具有孔，孔具有能接收管體26中的一個或多個的尺寸。如圖1和2所示，沿著第一流路34流動的第一工作流體可以通過形成在第一頭部18中的孔進入管體26。在這些實施例中，第一頭部18還可以將來自第二入口 42的第二工作流體在相鄰的管體26之間引導，並可以防止第二工作流體流入管體26。也可以是，第一頭部18防止第一工作流體流入管體26。
在圖示實施例中，熱交換器10被構造為交叉流動熱交換器，使得第一流路34或第一流路34的一部分與第二流路36或第二流路36的一部分相對。在其他實施例中，熱交換器10可以具有其他構造和配置，例如平行流動或相逆流動構造。
在圖示實施例中，熱交換器10被構作為單次通過的熱交換器，第一工作流體沿著第一流路34行進通過許多管體26中的至少一個，並且第二工作流體沿著相鄰的管體26之間的第二流路36行進。在其他實施例中，熱交換器10可以被構造為多次通過熱交換器，第一工作流體在第一次通過中行進，並接著在第二次通過中沿著與第一次通過中的第一工作流體的流動方向相反的方向行進通過一個或多個不同的管體26。在這些實施例中，第二工作流體可以沿著管體26之間的第二流路36行進。
在又一些其他實施例中，熱交換器10可以被構造為多次通過的熱交換器，第二工作流體在第一次通過中在第一對相鄰的管體26之間行進，並接著在第二次通過中沿著與第一次通過中第二工作流體的流動方向相反的方向在另一對相鄰的管體26之間行進。在這些實施例中，第一工作流體可以沿著第一流路34流動通過管體26中的至少一個。
在圖示實施例中，熱交換器10包括七個管體26，其每個管體都具有矩形橫截面形狀。在其他實施例中，熱交換器10可以包括一個、兩個、三個、四個、五個、六個、八個或更多個管體26，其每個管體可以具有三角形、圓形、方形或其他多邊形、扁圓或不規則橫截面形狀。
如上所述，在一些實施例中，第二流路36或第二流路36的一部分可以與管體26中的一個或多個的外表面28相交叉地延伸。在一些實施例中，肋部56 (見圖3)可以沿著管體26的外表面28形成，以至少部分地界定了在相鄰管體26之間的通路58。可選地，如圖5所示，熱交換器IO的管體26可以是大體扁圓形的(即，簡單模壓的管體)，並且不具有界定了通路58的肋部56。可以繞管體26設置殼體以防止第二流體在相鄰的管體26之間洩漏到熱交換器IO之外。在這種實施例中，殼體將界定管體26之間/圍繞管體26的第二流路36。
在具有向外延伸的肋部56的如圖1-4的圖示實施例那樣的實施例中，每個管體26的肋部56可以緊固至相鄰的管體26。在一些這樣的實施例中， 一個管體26的肋部56可以釺焊、銅焊、或焊接至相鄰的管體26。在其他實施例中，相鄰管體26可通過幹涉配合與互相配合緊固件、其他常規緊固件、粘接或粘合接合材料緊固在一起。此外，可以繞圖1-4中所示的實施例的管體26設置殼體。
附加的凸起、凹入或變形部64也可以或者可替代地設置在管體26的外表面28上，以提供對熱交換器10的結構支撐，防止一個或多個管體26的變形或擠壓，保持相鄰管體26之間的期望間距，提高第一和第二工作流體之間的熱交換，並且/或者產生沿著第一和第二流路34、 36中的一者或兩者的擾流。
熱交換器IO可以包括鰭片66，其提高了當第一和第二工作流體分別沿著第一和第二流路34、 36行進時第一和第二工作流體之間的熱交換。鰭片66可以對熱交換器芯體(即，管體26)提供增大的表面積以用於分配由第一和/或第二工作流體所提供的熱。如圖2、 3和5所示，鰭片66可以位於管體26中。可替換地或附加地，鰭片66可以位於相鄰的管體26之間。在其他實施例中，鰭片66可以與管體26—體地形成，並可以從管體26的外表面28向外延伸，或者可替換地從管體26的內表面38向內延伸。在一些實施例中，鰭片66可以提高熱交換器IO的耐久度和強度。鰭
片66的構造(幾何結構和表面形態(topographic))可以使得可以用提高的柔性來補償由於熱波動而引起材料經歷的膨脹和收縮(以下進一步詳細說明)。
在圖2的圖示實施例中，鰭片66被支撐在每個管體26中，並在管體26的相反端部68之間沿著每個管體26的整個長度或大體整個長度延伸。如圖2所示，鰭片66還可以或可替換地在管體26的相反側面之間延伸經過每個管體26的整個寬度或大體整個寬度。在其他實施例中，管體26可以被支撐在管體26中的僅一個中，或被支撐在少於全部管體26中，並且一個或多個管體26可以在一個或多個管體26的相反端部68之間延伸一個或多個管體26的大體整個長度，或者可替換地， 一個或多個鰭片66可以沿著大體小於一個或多個管體26的整個長度延伸經過一個或多個管體26。在其他實施例中，兩個或更多個鰭片66可以由每個管體26支撐或支撐在每個管體26中。在一些實施例中，鰭片66可以緊固至管體26。在一些這樣的實施例中，鰭片66可以軟釺焊、硬釺焊或焊接至管體26。在其他實施例中，鰭片66可以用其他方式連接至管體26，例如，通過幹涉配合、粘接或粘合接合材料、緊固件等。
在一些實施例中，管體26的端部68可以壓配合到第一和第二頭部18、 20中的一者或兩者中。在一些實施例中，當管體26和/或鰭片66被壓配合到第一和/或第二頭部18、 20中時，管體26的端部68以及被支撐在管體26中或被支撐在管體26之間的鰭片66可以至少部分地變形。結果，管體26和/或鰭片66收縮並保持壓縮狀態以確保管體26和/或鰭片66處於期望的方位，並防止洩漏。在一些實施例中，管體26可以被軟釺焊、硬釺焊或焊接至第一和/或第二頭部18、 20。
在圖示實施例中，以將在以下進一步詳細說明的方法，將輥壓成型的金屬片摺疊以形成鰭片66。在其他實施例中，鰭片66可以鑄造或模製為期望的形狀，並可以由其他材料(例如，鋁、銅、鐵和其他金屬、複合材料、合金等)形成。在另一些實施例中，可以用任意方式將鰭片66切削或機械加工成型，並可以用這些操作的任意組合等來模壓或壓制鰭片66。
ii如圖3和7最清楚示出的，鰭片66可以是波紋狀的，並具有總體的長
度L、寬度W和高度H。鰭片66的長度L被界定為管體26內流體流動的大體方向(即，從第一頭部18至第二頭部20)。如圖3圖示的實施例所示，每個摺疊形成蜿蜒的脊部76，脊部76與鰭片66的長度L大體平行地延伸。
鰭片66的圖示實施例包括一系列平行延伸的脊部76，其形成了沿著鰭片66的寬度W的交替的峰部78和谷部80。如圖2所示，峰部78和谷部80可以與管體26的上、下內側(例如，在圖2、 3禾口 5中的上下側之間)配合。在圖示實施例中，側腿部或翼板82沿著長度L在每對相鄰的摺疊之間(即，從峰部78至谷部80或反之)延伸，從而界定鰭片66的高度H。此外， 一些實施例的鰭片66可以具有尖角的、方形的或不規則形狀的峰部78和/或谷部80。如圖2和3所示，所得到的圖示實施例的鰭片66的橫向邊緣可以是大體波浪狀的。但是，在其他實施例中，橫向邊緣可以是大體正弦曲線或鋸齒狀的，也可以是許多其他形狀。以下將參照圖4和6更詳細說明由波紋狀鰭片66的每個脊部76形成的結構元件。
如圖4和6所示，第一側腿部82a可以至少部分地界定在脊部76的一側，並且第二側腿部82b可以至少部分地界定在脊部76的另一側。摺疊76a位於與第一側腿部82a緊密相鄰的位置，並界定了側腿部82a的高度h。類似地，摺疊76b位於具有相同高度h的第二側腿部76b的末端。相鄰腿部82a， 82b之間的空間S被定義為沿各個腿部82的長度L及高度h以相同距離布置的位置之間的距離。鰭片66的側腿部82也可以各種表面形態構造。例如，在沿著長度L的一個點處，側腿部82可以是褶皺的或波浪狀的(即，從鰭片66的端部觀察時)，而在沿著長度L的另一點處，側腿部82可以是筆直的。
如圖3-8所示，側腿部82可以包括沿著其長度L間隔的諸如凹部86和凸部88之類的輪廓元件。這些元件是在形成鰭片66的材料中的變形部，但並不穿透鰭片66的相反兩側或在鰭片66的相反兩側之間形成連接。在一些這樣的實施例中，形成在側腿部82的一側上的凹部86可以因而在側腿部82的相反側上形成凸部88 (即，凹部86是凸部88的幾何互補部分)。形成在鰭片66中的輪廓元件可以表現為錐體、平截體、稜柱體、和/或球狀凸部或凹部，也可以是其他形狀。在圖示實施例中，輪廓元
件每個都具有兩個對稱平面(其中一個是長度L、間距s的平面，另一個是高度h、間距s的平面)。因此，輪廓元件的上半部分是下半部分的鏡像(相對於其所處的側腿部82的高度h)。類似地，輪廓元件的左半部分是右半部分的鏡像(相對於其所處的側腿部82的長度L)。在一些實施例中， 一個側腿部82上的凹部86可以定位為使得其至少可部分地收納在相鄰的側腿部82b的凹部88中(即，在沿著每個側腿部的高度h和長度L的相同距離處)。
在一些實施例中，輪廓元件可以沿著側腿部82的整個高度h而從一個摺疊脊部76延伸至相鄰摺疊76 (即，從峰部78延伸至相鄰谷部80，或反之)。如圖6所示，每個輪廓元件具有寬度d。在圖示實施例中，寬度d還表示相似輪廓元件之間的間距。在其他實施例中，類似的輪廓元件之間的間距可以大於所插入的或交替的輪廓元件的寬度。
如圖4所示，脊部76的蜿蜓形狀由凹部86和凸部88的幾何形態和布置確定。在圖示實施例中，凹部86和凸部88沿著每個側腿部82的長度L交替，並且輪廓元件中的每個在相鄰的脊部76之間延伸。因此，大量凹部86和大量凸部88可以沿著每個脊部76的邊緣間隔。圖4包括測量標記來更清楚地圖示鰭片66的幾何形態。具體而言，標記a表示脊部76的中線與凹部86的邊緣之間的距離，標記b表示脊部76的中線與凸部88的邊緣之間的距離，標記c表示從輪廓元件的位於脊部76處的邊緣至其最外點/延伸部的橫向(即，與鰭片的長度L和輪廓元件的寬度d垂直的方向)距離。
如圖3-6所示，形成有交替的輪廓元件86、 88的縱向行的鰭片66可以摺疊，使得處於相鄰的特定高度h的側腿部82之間的間距S可以沿著其長度L大體恆定。因此，流路橫截面面積基本上在管體26的相反端部68之間沿著其長度L恆定。因此，使得第一流路34是迂迴的，並因此相比更直的流路而言更長。這樣的鰭片構造可以提高工作流體的擾流，並因此在不引起沿著鰭片66的長度L的顯著壓力變化/累積的情況下允許更有
13效的熱傳輸。此外，形成在鰭片66中的輪廓元件可以影響脊部76的形狀。例如，圖3-8示出了凹部86和凸部88的圖案(具體而言，連續交替的輪廓元件的縱向行)是如何產生蜿蜒形狀的脊部76的情況。因此，即使與管體26的內表面38緊密相鄰的流路也得到延長，並且成為迂迴。脊部76的蜿蜒形狀還可以提供管體26和鰭片66之間的加強的連接，這也可以提高熱傳輸。
在具有波浪狀或具有輪廓形態的橫截面的鰭片66的實施例(例如圖示實施例)中，鰭片66用作彈性構件以吸收或至少部分地吸收由第一和/或第二工作流體的波動的溫度引起的鰭片66的振動並且/或者吸收由前述原因引起的鰭片66的膨脹和收縮。在一些這樣的實施例中，具有輪廓形態的鰭片66的彈性防止或減少了鯖片66的裂紋和斷裂。可替換地或附加地，具有輪廓形態的鰭片66的彈性防止並且/或者減少了鰭片66的脊部76與管體26的內側之間的連接(例如，軟釺焊點、硬釺焊點、焊接點等)的裂紋和斷裂。
如圖5-8所示，在一些實施例中，輪廓元件86、 88可以沿著側腿部82的長度L從第一橫向邊緣92連續地延伸至第二橫向邊緣94。在其他實施例中，例如圖2-4所示的那些實施例，輪廓元件僅沿著鰭片66的中部的長度L連續地延伸，而邊緣92、 94具有不同的表面形態構造。例如，如圖3和4的實施例所示，鰭片66的褶皺可以適於鰭片66的橫向邊緣92，並沿著鰭片66的長度L延伸共同的距離dc。在一些實施例中，褶皺可以從鰭片66的橫向邊緣延伸至超過頭部18、 20與管體26的堆疊的連接平面的點。具有輪廓形態的部分可以允許長度L的改變(即，縱向柔性)，而褶皺邊緣可以補償側腿部82的高度的改變(即，豎直柔性)。這在鰭片高度H受到與管體26的內表面38的連接的約束(尤其是管體端部68還受到第一和第二頭部18、 20的約束)的實施例中是所期望的。
圖12-14表示根據本發明的熱交換器鰭片266的可選實施例。如圖6和7所示的熱交換器鰭片266的部分在許多方面與上述圖1-8的圖示實施例相似。因此，除了圖12-14的實施例和圖1-8的實施例之間互相不同的特徵和元件之外，對於圖12-14的實施例的特徵和元件(以及對於這些特徵和元件的替換和/或附加)的更完整的說明，可以對以上針對圖1-8的實
施例的說明進行參考。圖12-14的實施例中與圖1-8的實施例中的特徵和元件相對應的特徵和元件以200系列編號。
如圖12-14所示，鰭片266可以具有從橫向邊緣292、 294在與界定了側腿部282的摺疊276平行的方向上沿著鰭片266的側腿部282延伸距離dc (即平行於長度L)的褶皺270。在其他實施例中，褶皺270可以沿著鰭片266布置在不與橫向邊緣292、 294緊密相鄰的位置。可以在側腿部282的一部分上設置任意數量的褶皺270，並且在不同的側腿部部分之間(和/或在橫向邊緣292和橫向邊緣294之間，和/或在不同的鰭片266之間等)，褶皺270的數量可以相同或不同。此外，褶皺270的幾何形狀可以被倒圓或削尖。不同形狀的褶皺270的數量可以在側腿部部分之間(和/或在橫向邊緣292和橫向邊緣294之間，和/或在不同的鰭片266之間等)保持一致或發生改變。此外，如圖14的圖示實施例所示，在不同的側腿部部分之間(和/或在橫向邊緣292和橫向邊緣294之間，和/或在不同的鰭片266之間等)，每個褶皺的高度hs，在具體側腿部282上的總褶皺高度cc (見圖12)以及褶鈹270之間的任何間距(在側腿部282的平面中的區域)的高度hs可以相同或不同。
褶芻皮270可以包括沿著鰭片266的高度h交替的凸緣272和凹窩274。通常，凸緣272是從側腿部282的平面(由與界定了側腿部的摺疊中每個相鄰的點以及側腿部282上的另一個點所界定)沿著一個方向突起的褶皺270，而凹窩274是從側腿部282的平面沿著相反方向凸起的褶皺。為了使以下解釋清楚，將遵循以下命名方式當觀察任一具體側腿部282的表面時，凸緣272將遠離觀察者延伸，而凹窩274將朝向觀察者延伸。因此，應該理解，兩個或更多個凹窩274可以彼此相鄰地定位(兩個或更多個凸緣272也可以)。
圖12-14圖示了單個側腿部282上的褶皺270可以沿著鰭片266延伸不同的距離dc的情況。例如，在圖12中，最上側位置處的褶皺，即凹窩274從鰭片266的橫向邊緣292相比相鄰(即緊接著最上側位置處的褶鈹)的褶皺，即凸緣272延伸了更小的距離dc。此外，兩個非相鄰的褶皺290可以延伸相同的距離dc (即，具有相同長度)，例如圖12中的凹窩
274或圖13中的凹窩274和凸緣272。在其他實施例中，兩個或更多個相 鄰的褶皺270可以沿著側腿部的長度L延伸相同的距離dc。此外，在相鄰 側腿部282上的相應的褶皺270 (即，處於相同高度h的褶皺一例如圖14 中的274a和274b)可以取決於本發明的實施例而不同或相似。
可替換地或附加地，褶皺270可以相對於輪廓元件286、 288延伸至 不同的端點。例如，在圖12中，中間摺疊，即凸緣272從鰭片266的橫向 邊緣292延伸至與橫向邊緣292最近的凸部288內。如圖13的實施例所 示，最上側的凸緣272是側腿部282a上的全部褶皺中延伸最遠的，並且終 止於與輪廓元件，即凹部286緊密相鄰處。如圖14的實施例所示，褶皺 270延伸至離開與橫向邊緣292最近的凸部288—段距離的端點。
在本發明的一些實施例中，可以在褶皺270之間和/或褶皺270和摺疊 276之間設置間隔284 (位於側腿部282的平面中的區域)。如圖12所 示，在最上側的凹窩274和峰部278之間設置間隔284。在如圖13所示的 另一個示例中，在最下側的凸緣272和谷部280之間設置間隔284。
應該理解，上述特徵或元件中的任一者(尤其是褶皺270，但並不特 指褶皺270)可以設置在熱交換器210中的鰭片266和/或熱交換器鰭片 266的一部分(側腿部282、摺疊276、橫向邊緣292、 294等)中的任一 者或全部中，或者可以不設置在熱交換器210中的鰭片266和/或熱交換器 鰭片266的一部分中。此外，替換或附加於輪廓元件286、 288，褶皺270 可以設置在具有位於鰭片266的側腿部282中的通孔和/或切口的鰭片266 (例如，如美國專利申請序列號11/367,611所揭示的，其通過引用結合於 此)上。在一些實施例中，輪廓元件286、 288可以與如圖12-14所示的鰭 片266的摺疊276相隔離(即，不延伸至其中)。此外，褶皺270可以設 置在具有百頁窗、縫隙或槽口的(例如，如美國專利申請序列號 11/015,159所揭示的)、具有這些特徵的組合的、和/或根本不具有輪廓元 件286、 288的鯖片266的側腿部中。
在具有褶皺270的鰭片266的實施例(例如圖3、 4以及12-14的圖示 實施例)中，鰭片266用作彈性構件以吸收或至少部分地吸收由第一和/或第二工作流體的溫度波動引起的鰭片266的膨脹和收縮。在一些這樣的實
施例中，具有輪廓形態的鰭片266在褶皺區域的彈性防止或減少了鰭片66 的裂紋和斷裂和/或鰭片266的脊部276與管體226的內側之間連接部(例 如，軟釺焊點、硬釺焊點、焊接點等)的裂紋和斷裂。此外，在這種實施 例中不發生裂紋的情況下，其中褶皺270沿著側腿部的高度h終止(遠離 鰭片266的橫向邊緣292、 294)的交錯形狀290 (見圖14)可以使得裂紋 朝向鰭片266與管體226的內表面238的連接點(在一些情況下，沿著形 狀290)延展較長距離將花費更長的時間，從而延長了熱交換器210的使 用壽命。可替換地或附加地，與側腿部282相鄰的褶皺270的改變的交錯 形狀290可以使得裂紋在沿著管體的長度L的不同位置處朝向管體226的 內表面238延展，減小了管體自身產生裂紋的趨勢(和/或裂紋的延展)， 從而保持第一和第二流路234、 236的隔離並延長了熱交換器210的使用 壽命。
圖9圖示了根據本發明的一些實施例形成用於熱交換器10的鰭片66 的方法。該方法涉及在可變形導熱材料片100 (例如，鋁、銅、青銅和包 括這些金屬中的一種或更多種的合金)中輥壓成型凹部86和凸部88的圖 案。為了使說明清楚，輪廓成型的處理在圖9中示出(並參照圖9進行說 明)為以對於特定的片材的縱向定位的橫向部分以兩個不同且相繼的步驟 進行。首先，在圖中的右手側，輥壓成型凹部86，然後，到其左側，輥壓 成型凸部88。但是，事實上，凹部86和凸部88的輥壓成型可以同時進行 (如以下針對圖10和11所示的可選實施例所說明和圖示的)。不論凹部 86和凸部88是相繼還是同時形成，圖9中的輥壓成型的鰭片66接著經歷 摺疊處理(圖中的左手側)以產生脊部76。以上討論的步驟可以結合為以 下更詳細說明的高速組裝處理。
如圖9所示，該方法可以利用第一筒形輥102，其具有沿著其彎曲外 表面106定位為縱向行的凸部104。第一輥102可以在其與可變形材料片 IOO的第一側IIO接觸時繞其軸線108旋轉，可變形材料片IOO相對於彎 曲表面106切向地布置。第一輥102的重量可以用於對可變形材料施加壓 力，使得凸部104在材料100中形成凹部86。在其他實施例中，可以通過
17其他方式促使材料片100與輥102接觸以形成凹部86。
相對於材料片IOO的厚度，凸部104的形狀和尺寸可以使得通過凸部 104與可變形材料片100的第一側110的接觸所形成的凹部86在與第一側 110相反的第二側(不可見)上產生其幾何互補部分。因此，凹部86和凸 部88可以同時分別形成在片IOO的第一側110和相反的第二側上。
第二筒形輥112 (其具有沿著其彎曲外表面116定位為縱向行的凸部 114)可以與片IOO的與第一輥102相反的一側相鄰地布置。第二輥112也 可以在其與可變形材料片100的第二側接觸時繞其軸線118旋轉，可變形 材料片IOO相對於彎曲表面116切向地布置。這樣，凹部86可以形成在片 IOO的第二側上，並且相應的凸部88可以形成在第一側IIO上。
輥102、 112可以通過軸向堆疊的圓筒盤來形成，圓筒盤的邊界由圖9 中的虛線圖示。在一些實施例中，具有各種形狀的凸部114和/或凸部114 之間的軸向間距的盤可以組裝為將形成具有不同尺寸和幾何形態的鰭片66 的輥。類似地，盤可以周向交錯以提供在輪廓元件的行之間具有更大或更 小間距(其可以導致更寬或更窄的脊部76)的鰭片66。輥102、 112可以 相對於彼此布置，使得位於片的每側上的凹部86和凸部88形成在相對於 彼此的特定位置處。例如，圖7-9圖示了輥102、 112可以如何排布以沿著 片IOO形成交替的凹部86和凸部88的橫向和縱向的行。橫向行分開較窄 的間隙，在該間隙處可以將片100摺疊以形成褶皺，使得橫向行成為側腿 部82，而間隙成為脊部76。在圖示實施例中，輥102、 112可以略交錯以 形成蜿蜓形狀的脊部76。在其他實施例中，輥102、 112可以對準以形成 筆直的脊部76。在其他實施例中，第一和/或第二輥102、 112上凸部 104、 114的定位、尺寸和/或形狀可以改變以改變鰭片66的幾何形狀和/或 表面形態。在其他實施例中，輥102、 112的彎曲表面106、 116可以設置 有與相對的輥112、 102中的凸部114、 104相對應(即，在位置、尺寸、 形狀等方面)的凹部，以更好地界定形成在片IOO中的輪廓部。
圖10圖示了根據本發明的另一實施例的形成鰭片66的方法。如圖10 所示的方法使用星形輥來同時形成輪廓元件並局部地摺疊鰭片66。在圖 IO的圖示實施例中，第一星形盤120表示位於可變形材料片IOO的第一側110上的第一星形輥。沿著第一盤120的周邊，交替的脊部122和凹陷部 124產生了盤的星形形狀。如將在以下進一步詳細說明的，脊部122和凹 陷部124可以用於形成峰部78和谷部80。在每個脊部122和凹陷部124 之間形成凸部126或凹部128。如也將在以下進一步詳細說明的，凸部 126和凹部128可以形成鰭片中的凹部86和凸部88。如先前針對凹部86 和凸部88所討論的，在一些實施例(例如圖示實施例)中，凸部126和 凹部128可以是幾何互補部分並具有多個對稱平面。在其他實施例中，脊 部122可以是凹陷部124的幾何互補部分。
圖IO中的第二星形盤130表示第二星形輥，其可以與第一盤120相似 (即，在形狀、尺寸等方面)地具有將交替的凸部136和凹部138分離的 交替的脊部132和凹陷部134。可替換地或附加地，凸部136可以是凹部 128的幾何互補部分，凸部126可以是凹部138的幾何互補部分，在此情 況下，凸部126、 136不需要是同一盤上的凹部128、 138的幾何互補部 分。第二星形盤130位於材料片IOO的第二側140上。
第一和第二星形盤120、 130可以相對於彼此定位，使得隨著盤120、 130繞其各自軸線轉動，第一盤120的每個脊部122配合在第二盤130的 凹陷部134內，並且第二盤130的每個脊部132可以配合在第一盤120的 凹陷部124內。因此，當可變形材料片IOO在星形盤120、 130之間饋送 時，相應的脊部122和凹陷部134將材料摺疊以形成峰部峰部78，並且相 應脊部132和凹陷部124將材料摺疊以形成谷部80。類似地，凸部126、 136和相應的凹部138、 128形成鰭片66中的凹部86和凸部88。
與以上針對圖9的實施例所討論的配置相似，星形輥可以由軸向堆疊 的星形盤120組成。圖11圖示了這些星形盤120如何以交替的配置堆疊， 使得一個盤中的凸部126與第二盤中的凹部128相鄰地定位。如圖11所示 相鄰的盤可以交錯，使得一個盤中的脊部122和凹陷部124不與第二盤中 的脊部122和凹陷部124直接對準。通過具有盤的配置的兩個星形輥的互 補定位，鰭片66可以形成為具有蜿蜒的脊部76，如圖3-8所示。
在已經輥壓成型並摺疊鰭片66之後，它們可以被切割為合適尺寸， 並裝入管體26中。在其他實施例中，鰭片66可以在被摺疊之前進行切割。可替換地，管體26可以繞鰭片66組裝。在其他實施例中，管體26和 鰭片66可以同時切割為一定尺寸。
以上說明和圖中圖示的實施例僅作為示例表示，而並非意在作為對本 發明概念和原理的限制。因此，本領域的普提技術人員將理解的是，在不 脫離本發明的主旨和範圍的情況下，可以進行元件及其構造和配置方面的 各種改變。
本申請是2008年4月2日遞交的美國專利申請序列號12/061,191的部 分接續申請，也是2008年1月23日遞交的、要求2007年1月23日遞交 的美國臨時申請序列號60/881,919的優先權的PCT專利申請序列號 PCT/US2008/051747的部分接續申請，其全文通過引用而被包含於此。
權利要求
1.一種熱交換器，用於在第一工作流體和第二工作流體之間傳遞熱，所述熱交換器包括波紋狀的鰭片，其可沿著所述第一工作流體的流路定位在相鄰的管體壁之間，並可操作用於提高所述第一工作流體和所述第二工作流體之間的熱傳遞，所述鰭片包括界定在相鄰的摺疊之間的側腿部；以及多個褶皺，其從所述側腿部的末端向內延伸並終止於距所述末端不同距離的位置處。
2. 根據權利要求1所述的熱交換器，其中，所述多個褶皺包括至少三 個相鄰的褶皺，並且所述褶皺中的中間的一個比相鄰的所述褶皺具有更大 的在所述第一工作流體沿著所述流路的流動方向上的長度。
3. 根據權利要求1所述的熱交換器，其中，所述多個褶皺中的至少一 個延伸至在與所述至少一個褶皺大體垂直的方向上沿著所述側腿部延伸的 輪廓部內。
4. 根據權利要求1所述的熱交換器，其中，所述多個褶皺中至少兩個 不相鄰的褶皺在與形成在所述波紋狀的鰭片的至少一個所述側腿部和相鄰 的側腿部之間的脊部大體平行的方向上向內延伸相同的距離。
5. 根據權利要求1所述的熱交換器，其中，所述波紋狀的鰭片包括多 個相鄰的側腿部，所述多個相鄰的側腿部中的每個都包括從所述側腿部的 末端向內延伸並終止於在所述第一工作流體沿著所述流路的流動方向上距 所述末端不同距離的位置處。
6. 根據權利要求1所述的熱交換器，其中，所述多個褶皺中至少兩個 褶皺的相鄰末端沿著不與所述第一工作流體沿著所述第一流路的流動方向 垂直的直線取向。
7. 根據權利要求1所述的熱交換器，其中，所述側腿部的相反端部緊 固在所述管體壁之間，並且在所述管體與集管箱的連接區域中，所述褶皺 被配置為補償由溫度改變引起的所述管體在堆疊方向上的長度改變。
8. 根據權利要求1所述的熱交換器，其中，所述波紋狀的鰭片包括多個相鄰的側腿部，所述多個相鄰的側腿部中的每個都包括從所述側腿部的 末端向內延伸並終止於在所述第一工作流體沿著所述流路的流動方向上與 相鄰的側腿部的相應褶鈹不同的距離處。
9. 一種波紋狀的鰭片，用於熱交換器，所述熱交換器具有第一工作流 體的流路和第二工作流體的流路，並可操作以在所述第一工作流體和所述 第二工作流體之間傳遞熱，所述鰭片包括側腿部，其界定在相鄰的摺疊之間，並可沿著所述第一工作流體的流 路定位；以及多個褶皺，其從所述側腿部的末端向內延伸並終止於在所述第一工作 流體沿著所述流路的流動方向上不同距離的位置處。
10. 根據權利要求9所述的波紋狀的鰭片，其中，所述多個褶鈹包括至少三個相鄰的褶皺，並且所述褶皺中的中間的一個比相鄰的所述褶皺具 有更大的在所述第一工作流體沿著所述流路的流動方向上的長度。
11. 根據權利要求9所述的波紋狀的鰭片，其中，所述多個褶皺中的至少一個終止於與沿著所述側腿部延伸的輪廓部相鄰處。
12. 根據權利要求9所述的波紋狀的鰭片，其中，所述多個褶皺中至 少兩個不相鄰的褶皺在所述第一工作流體沿著所述流路的流動方向上向內 延伸相同的距離。
13. 根據權利要求9所述的波紋狀的鰭片，其中，所述波紋狀的鰭片 包括多個相鄰的側腿部，所述多個相鄰的側腿部中的每個都包括從所述側 腿部的末端向內延伸並終止於在所述第一工作流體沿著所述流路的流動方 向上距所述末端不同距離的位置處。
14. 根據權利要求9所述的波紋狀的鰭片，其中，所述多個褶皺中至 少兩個褶皺的相鄰末端沿著不與所述第一工作流體沿著所述第一流路的流 動方向垂直的直線取向。
15. 根據權利要求9所述的波紋狀的鰭片，其中，所述側腿部的相反 端部緊固在所述管體壁之間，並且在所述管體與集管箱的連接區域中，所 述褶皺被配置為補償由溫度改變引起的所述管體在堆疊方向上的長度改 變。
16. 根據權利要求9所述的波紋狀的鰭片，還包括多個相鄰的側腿部，所述多個相鄰的側腿部中的每個都包括從所述側腿部的末端向內延伸 並終止於在所述第一工作流體沿著所述流路的流動方向上與相鄰的側腿部 的相應褶皺不同的距離處。
17. —種形成熱交換器的方法，所述熱交換器用於在第一工作流體和第二工作流體之間傳遞熱，所述方法包括使鰭片成為波紋狀，以界定多個側腿部；以及沿著所述多個側腿部中的一個形成多個褶皺，所述多個褶皺從所述側 腿部的末端向內延伸並終止於距所述末端不同距離的位置處。
18. 根據權利要求17所述的方法，還包括將所述鰭片定位在管體壁之 間並將所述側腿部的相反末端緊固至所述管體壁。
19. 根據權利要求17所述的方法，其中形成所述多個褶鈹的步驟包括 形成至少三個相鄰的褶皺，並且還包括使所述褶皺中的中間的一個比相鄰 的所述褶皺延伸更大的在與將所述側腿部分離的脊部大體平行的方向上的 長度。
20. 根據權利要求17所述的方法，其中，形成所述多個褶皺的步驟包 括使所述多個褶皺中的至少一個延伸至在與所述至少一個褶鈹大體垂直的 方向上沿著所述側腿部延伸的輪廓部內。
21. 根據權利要求17所述的方法，其中，形成所述多個褶鈹的步驟包 括使所述多個褶皺中至少兩個褶皺的相鄰末端沿著不與將所述側腿部分離 的脊部垂直的直線取向。
22. 根據權利要求17所述的方法，還包括將所述側腿部的相反端部緊 固在管體壁之間，並且其中形成所述多個褶皺的步驟包括形成沿著所述側 腿部的彈性區域，用於補償由溫度改變引起的所述管體在堆疊方向上的長 度改變。
全文摘要
本發明涉及具有褶皺鰭片的熱交換器及其組裝方法，提供了一種熱交換器，用於在第一工作流體和第二工作流體之間傳遞熱。該熱交換器可以包括波紋狀的鰭片，其可沿著第一工作流體的流路定位在相鄰的管體壁之間，並可操作用於提高第一工作流體和第二工作流體之間的熱傳遞。鰭片可以包括界定在相鄰的摺疊之間的側腿部。該熱交換器還可以包括多個褶皺，其從所述側腿部的末端向內延伸並終止於距所述末端不同距離的位置處。
文檔編號F28D7/16GK101551209SQ20091013363
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月2日 優先權日2008年4月2日
發明者史蒂文·P·密斯凱, 查爾斯·M·瑞斯濤 申請人:摩丁製造公司