熱交換器的管接頭/管道組件及裝配方法
2023-05-27 00:24:16
專利名稱：熱交換器的管接頭/管道組件及裝配方法
技術領域：
本發明涉及熱交換器，具體涉及熱交換器的管接頭/管道組件及裝配方法。
眾所周知，在熱交換技術中，採用一種管接頭，該管接頭裝在形成熱交換器一部分的管道上，以便形成該管道的入口、出口或跨接管的連接件。這種管接頭的裝配方法通常是，先相對於管道定位管接頭，使管接頭的孔與管道上的孔對正。眾所周知，對準孔的方法是在管接頭上或管道上形成連接套，然後再將該連接套插入在其上設有連接套的部件上形成的孔中。在對正孔之後，對管接頭進行斜坡切割或將其點焊(tac-weld)到管道上，以防止在它們之間發生相對運動。然後對此管接頭/管道組件進行焊接加工例如銅焊，使得在管接頭和管道之間形成密封焊接。儘管這些裝配方法對於其預定目的很有效，但尚有改進的餘地。
例如，進行斜坡切割和/或點焊在管道上是很費時的工作。而且，點焊還可能改變圍繞焊縫的管接頭和/或管道的材料特性。
本發明的主要目的是提供一種新的改進的管接頭/管道組件及裝配這種組件的方法。
按照本發明的一方面，提供一種相對於熱交換器管道定位管接頭的方法。該方法包括以下步驟形成管道，該管道的壁上具有一個穿過該壁的孔；形成管接頭，該管接頭包括主體、從該主體延伸的具有內表面的連接套和穿過該主體的孔，通過該孔可進入該內表面；將連接套從壁的一側插入孔中，使管接頭位於壁的上述一側，而一部分連接套位於壁的另一側；將一種形變工具插入上述主體的上述孔中，使連接套的內表面形變，從而撐大上述部分到可限制該連接套從孔中退出的形狀。
按照本發明的一方面，該方法還包括將管接頭銅焊在管道上的步驟。
按照本發明的另一方面，該孔具有中心軸，形變步驟包括迫使工具沿軸線移動。
按照本發明的另一方面，該內表面為近似截頭圓錐表面，形變步驟包括將截頭圓錐表面形變為大約圓筒表面。
按照本發明的一方面，提供一種熱交換器的管接頭/管道組件。該組件包括管道和管接頭。該管道包括壁，該壁具有一定厚度和一個孔，該孔從管道的外部穿過該厚度到達管道的內部。該孔具有預定形狀。管接頭包括主體和從主體伸出的可形變的連接套。該連接套具有外表面、內表面和從主體伸出的一部分，伸出的距離大於壁的厚度。連接套可從第一形狀形變到第二形狀。在第一形狀時，連接套的外表面大體與孔的預定形狀一致，使得連接套可以自由地插入該孔中，而穿過壁的部分進入管道內部。在第二形狀時，該穿過壁的部分被撐大到將連接套固定在孔中。管接頭還包括穿過主體的開孔，從而可將形變工具嵌入該開孔中，達到連接套的內表面，由此可使連接套從第一形狀形變到第二形狀。
下面接合附圖、上述簡單說明以及所附的權利要求書進行詳細說明，從這些說明中可以明顯看出本發明的其它目的、特徵和優點。
圖1是包含本發明管接頭/管道組件的熱交換器的前側立視圖；圖2是沿圖1的2-2線截取的分解截面圖；圖3是沿圖2的2-2線截取的截面圖；圖4是沿圖3的4-4線截取的截面圖；圖5是圖3中由5-5線表示區域的放大圖，示出第一狀態的管接頭；圖6是類似於圖5的圖，示出第二狀態的管接頭；圖7是圖1所示管接頭另一實施例的透視圖；圖8是沿圖7的8-8線截取的截面圖；圖9是圖5所示管接頭的側視圖；圖10是圖5所示管接頭的頂視圖；圖11是類似於圖8的圖，示出用於製造圖7所示管接頭的擠壓件形狀；圖12是圖1所示管接頭的再一實施例的透視圖；圖13是圖12所示管接頭的側視圖；圖14和15是與圖12和13所示管接頭聯用的工具圖16是圖12和13所示管接頭的放大圖，示出已形變狀態的管接頭。
在附圖中示出平行流動熱交換器的管接頭/管道組件的若干例示性實施例，該熱交換器包括一對形為圓筒形管狀集流管22的管道；一個或多個固定在集流管22中的至少一個管上的管接頭24；許多出入口的在集流管22之間延伸的扁平管26；在管子26的相鄰管之間延伸的蛇形散熱片28(示意示於圖1)。然而應當明白，本發明適用於其它形式的利用其它類型集流管道、散熱片和熱交換器管或導管例如圓筒形熱交換管、板狀散熱片的熱交換器及蛇形熱交換器。另外，集流管道其截面不一定為圓形，可以是組合結構例如連接於集流管的桶。因此，除所附權利要求書明確說明的情況下，熱交換器或管道不限於任何特定的形式。
參照圖2，管道22包括具有孔32的壁30，該孔為圓形，該孔從壁的一側34穿過壁30的厚度t，進入該壁30的另一側36。該壁30將管道22內部空間38與外部40分隔開。
管接頭24包括主體42和具有從該主體延伸的大體為圓筒形外表面46的連接套44。連接套44的部分48從主體42伸出距離D，該距離大於壁的厚度t。連接套44的端部包括大體為圓形的口或開孔49。圓筒形外表面46的形狀大體與孔32的圓形一致，使得連接套44可以自由地插入孔32，將部分48插入管道22的內部空間38，如圖3所示。連接套44包括近似截頭圓錐形的內表面50，當該表面從主體42伸向開孔49時該表面逐漸會聚。圓筒形外表面46、開孔49和截頭圓錐形內表面50約近似定中於軸線52。主體42包括大體圓筒形開孔54，該開孔伸過主體42，達到內表面50。該開孔54約定中於軸線52上。在圖2和3所示的實施例中，主體42還包括外螺紋56，該螺紋可使管子或導管(未示出)連接於在開孔54上形成的部分58。在連接套44和螺紋56的附近形成一對六角形肩部60和62。肩部60和62可由工具例如扳手(未示出)嚙合，以反抗在將連接管擰到螺紋56上時產生的力矩。螺紋56和肩部60、62約定中在軸線52上。
大體圓柱形的撐脹工具64用於使管接頭24連接於集流管22，工具64包括大體截頭圓錐形端部66，該端部後面是大體圓柱面68和環槽70。
為將管接頭24連接於管道22，將連接套44插入孔32，使部分48經壁30進入管道22的內部空間38，如圖3所示。然後將撐脹工具64向箭頭A的方向沿軸線52穿過開孔54，使截頭圓錐形端部66咬合截頭圓錐形內表面50。接著對撐脹工具64加力，沿軸線52向箭頭A的方向施加力，使內表面50發生形變，逐漸使圓錐形端部66和圓柱面65與表面50咬合。這種操作導致圖5所示截頭圓錐形內表面50永久地形變為圖6所示的大體圓筒表面50』。內表面50的形變也永久地使外表面46形變，使其向外擴張成如圖6所示的大體截頭圓截形。如此加粗的部分48使得連接套44不能從孔32中退出，因為部分48大於孔32。
如圖6清楚示出的，在一些應用中，要求孔32、外表面46、內表面50、圓錐形端部66和圓柱面68彼此相對地定尺寸，使得端部分48在由撐脹工具64形變後，外表面46與孔32的周緣形成緊配合或壓配合，而壁30被夾在臂部60和表面48之間。
在用工具64使端部分48形變而相對於管道22定位管接頭24後，該管接頭24便接合在管道22上，隨後採用適當的焊接方法例如適當的銅焊技術在連接套44和孔32之間形成密封焊接。
圖7～10示出管接頭24的另一實施例，表示為24』。此實施例的連接套44』與圖1所示實施例的連接套44完全相同，包括開孔49、部分48和內、外表面46和50。然而圖7所示實施例的主體42』不同於圖1所示的實施例的主體42。具體是，主體42』大體為長方盒子形，具有馬鞍形部分80，該馬鞍形部分具有一對表面82，該表面大體符合於壁30的如圖8虛線所示的外部形狀。表面82由一個槽84間隔開。在主體42』和連接套44』之間的相交部分形成大體平的平面85。如圖9清楚示出的，一個大體平的表面86形成主體42』的與連接套44和馬鞍部分80相對的一側。螺紋孔88形成在表面86上，用於嚙合連接件(未示出)的緊固件(未示出)，該連接可以將一根管子或導管連接於形成在大體圓柱開孔54』上的大體圓柱孔58』上。
雖然可以用任何合適的製造方法例如鑄造法、注射模製法、金屬注射模製法和切削方法製造圖7～10所示管接頭24』的實施例，但管接頭24』最好還是用具有圖11所示擠壓形體90的擠壓件通過切削加工製造。連接套44』和槽84用圖10中虛線92和94示出的圓車刀和立銑刀具進行切削。
管接頭24』採用上述管接頭24中所用的工具64和方法連接於管道22。和管接頭24一樣，用工具64使部分48』形變，使管接頭24』相對於管道22定位之後，管接頭24』便接合在管道22上，然後用適當的焊接技術例如適合的銅焊技術在連接套44』和孔32之間形成密封焊接。例如馬鞍部分80的表面82也用適當的焊接技術例如合適銅焊技術焊接在管道22的表面34上。在某些應用中，最好基本上同時採用相同的焊接技術焊接表面82和34以及焊接連接套44和孔32。
圖12示出管接頭24的再一實施例的透視圖。此實施例表示為24」，與圖7和8所示的實施例24』完全相同，只是在連接套44上有兩個改變，而在主體42上有一個改變。具體如圖13清楚示出的，管接頭24」的連接套44』具有密封端部98，而不是如圖7～10所示的具有開孔49』。另外，如圖13所示，內表面50」在未形變狀態大體為圓筒面，不是如圖7～10所示的截頭圓錐形表面50』。最後，形成圓筒形開孔100，使其穿過主體42」的端表面102並連接於開口54。開孔100適合於安裝跨接管(未示出)，該跨接管100可以用任何適合的工藝例如適合的銅焊工藝焊接在開孔100上，形成密封焊接。如圖14和15所示，形成撐脹工具104，利用該工具可使端部分48」發生永久形變。具體是，撐脹工具104包括四個衝頭106，它們裝在撐脹工具內，可沿大體垂直於軸線52」的方向徑向向外運動。在連接套44」插入孔32之後，將撐脹工具104插入開孔54」，並沿徑向方向向外對四個衝頭施加力，使內部表面50」永久形變成圖16所示的形狀。然後沿徑向向內退回衝頭106，並將撐脹工具104退出開孔54」。該撐脹工具104最適合於管接頭24」，因為連接套44」的密封端部98不能使工具64的端頭66通過表面50」。可用上述管接頭24』中所用的相同方法將管接頭24」焊接在管道上。
雖然管接頭和管道22最好用鋁製作，但對於圖1～16所示的所有管接頭24的實施例，可以用任何合適的可以永久形變的材料製作管接頭24，並可以用任何合適的材料製作管道22。另外，雖然孔32最好是圓形的，而連接套24最好具有圓筒表面46，但在一些應用中這些部件採取其它的形狀更為有利。另外，雖然孔32和表面46最好具有大體一致的形狀，但在一些應用中，該孔32和表面46在其至少一部分形成彼此不一致的形狀更為有利。
對於圖1～16所示管接頭24的所有實施例，應當認識到，將形變工具64、104從管道的一側插入管接頭24的主體42便可使內表面50形變，利用這種方式便可以使管接頭24連接於管道22，而不需要從管道22的相反側操作管接頭24。
權利要求
1．一種相對於熱交換器管子(manifold)定位管接頭(fitting)的方法，該方法包括以下步驟形成一種管道，該管道包括其上形成通孔的壁；形成管接頭，該管接頭包括主體、從該主體延伸的具有內表面的連接套(nipple)和穿過該主體達到該內表面的開孔；將連接套從壁的一側插入孔中，使得管接頭主體位於壁的一側，而連接套的一部分位於壁的另一側；形變連接套的內表面，方法是將形變工具穿過上述主體上的開孔；撐脹該連接套的一部分，達到使上述連接套不能從上述孔中退出的形狀。
2．如權利要求1所述的方法，還包括用銅焊將管接頭焊接在管道上的步驟。
3．如權利要求1所述的方法，其特徵在於，上述開孔具有中心軸線，上述形變步驟包括沿上述軸線對上述工具施加力的步驟。
4．如權利要求1所述的方法，其特徵在於，上述內表面大體為截頭圓錐表面，上述形變步驟包括將上述截頭圓錐表面形變為大體圓筒表面。
5．如權利要求1所述的方法，其特徵在於，上述形變步驟包括撐大上述連接套，以便在上述連接套和上述孔之間形成緊配合。
6．一種熱交換器的管接頭/管道組件，該組件包括管道，具有壁，壁具有一定厚度，壁上具有從管道外部穿過該厚度進入管道內部的孔，該孔具有預定形狀；管接頭，包括主體和從主體延伸的可形變的連接套，該連接套具有外表面、內表面和從主體延伸一段距離的部分，該距離大於上述壁的上述厚度，該連接套可從第一形狀形變到第二形狀，在第一形狀時，連接套的外表面大體與該孔的預定形狀一致，從而可使連接套自由地插入該孔中，使得穿過壁的部分進入管道的內部，在第二形狀時，上述部分被撐脹到將連接套固定在孔中，該管接頭還包括穿過主體的開孔，使得進入該開孔的形變工具可以達到連接套的內表面，由此可將連接套從第一形狀形變到第二形狀。
7．如權利要求6所述的管道組件，其特徵在於，該孔大體為圓形，連接套的外表面大體為圓筒面。
8．如權利要求6所述的管道組件，其特徵在於，連接套的內表面大體為截頭圓錐形。
9．如權利要求6所述的管道組件，其特徵在於，連接套包括開口端部。
10．如權利要求6所述的管道組件，其特徵在於，連接套包括封閉端部。
全文摘要
提供一種熱交換器的管接頭/管道組件和其組裝方法。該方法包括以下步驟:形成管道,該管道的壁上具有通孔;形成管接頭,該管接頭包括主體、從主體延伸的具有內表面的開孔,通過該開孔可以達到該內表面;從壁的一側將連接套插入孔中,使得管接頭的主體位於壁的一側,而連接套的部分位於壁的另一側;將形變工具插入主體上的開孔,使連接套的內表面形變,從而使部分膨脹到使連接套不能退出孔的形狀。
文檔編號F28F9/26GK1313499SQ0013373
公開日2001年9月19日 申請日期2000年10月27日 優先權日2000年3月13日
發明者託馬斯·A·洪青格爾, 中山賢 申請人:穆丹製造公司