CN101655322A - 具有多个通道的歧管和结合该歧管的交叉逆流热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有多个通道的歧管和结合该歧管的交叉逆流热交换器。具体地，提供了一种用于交叉逆流热交换器组件的具有多个腔的歧管。所述歧管包括具有臂的第一构件，所述臂从基部延伸到臂端部。第二构件紧固到第一构件上以限定所述歧管。所述第二构件包括限定第一配合表面的内部板边缘，所述第一配合表面从所述板端部中的每个沿所述内部板边缘向内延伸，以与臂端部配合。壁横向于所述内部板边缘延伸到壁端部。所述壁端部与基部内表面配合以将所述歧管的内部分成多个腔。至少一个唇缘横向于所述内部板边缘延伸，以限定第二配合表面，所述第二配合表面从所述第一配合表面垂直地延伸且与所述臂的内部臂表面配合。

Description

具有多个通道的歧管和结合该歧管的交叉逆流热交换器
技术领域
[0001]本发明涉及具有多个腔的歧管。更具体地，本发明涉及具有多个腔的挤压成的歧管和结合了这种歧管的交叉逆流热交换器。
背景技术
[0002]空气冷却(或加热)交叉逆流热交换器通常用于空间限制对热交换器的表面面积存在约束的应用中。交叉逆流热交换器通常包括多个堆叠的、组装的模块，每个模块均包括由多个隔开和平行的管互连的一对隔开的歧管。所述模块堆叠成使得空气以垂直于热交换器的面的方向流动，且空气翅片设置在相邻对的管之间以便将热从管传递到通过的空气中。
[0003]另一种交叉逆流热交换器组件在美国专利No.5,941,303中公开，该专利于1999年8月24日授予给James D.Gowan，在下文将其称为Gowan‘303。Gowan‘303公开了包括一对隔开且连续挤压成的歧管的交叉逆流热交换器。所述歧管中的每个都包括内部，且所述歧管中的每个都包括将所述内部分成多个流动路径的至少一个分隔壁。多个管在该对歧管之间延伸并建立流体连通。所述管中的每个包括至少一个管分隔器，以将管分成多个通道。
发明内容
[0004]总而言之，本发明提供一种用于交叉逆流热交换器组件的具有多个腔的歧管。所述歧管包括具有臂的第一构件，所述臂从基部延伸到臂端部。第二构件紧固到第一构件上以限定所述歧管。所述第二构件包括限定第一配合表面的内部板边缘，所述第一配合表面从所述板端部中的每个沿所述内部板边缘向内延伸以与臂端部配合。壁横向于所述内部板边缘延伸到壁端部。所述壁端部与基部内表面配合以将所述歧管的内部分成多个腔。至少一个唇缘横向于所述内部板边缘延伸，以限定第二配合表面，所述第二配合表面从所述第一配对表面垂直地延伸且与所述臂的内部臂表面配合。
附图说明
[0005]通过结合附图考虑并参考以下详细描述，能够更好地理解本发明，所以将会更容易认识到本发明的优点，在附图中：
[0006]图1是本发明示例性实施例的局部透视图；
[0007]图2是沿图1的线2-2截取的歧管、返回歧管和管的截面图；
[0008]图3是本发明的示例性实施例的第一构件的俯视图；
[0009]图4是本发明的示例性实施例的第二构件的俯视图；
[0010]图5是沿图2的线5-5截取的多个管中的一个的截面图；
[0011]图6是沿图2的截面6截取的唇缘的放大图；和
[0012]图7是本发明的示例性实施例的歧管的透视图。
具体实施方式
[0013]参考附图，其中相同的附图标记在整个附图中表示相应的部件，总体上示出了示例性热交换器组件20。
[0014]示例性热交换器组件20包括歧管22，歧管22总体上表示为具有第一构件24，第一构件24至少部分地限定内部。参考图3，在示例性实施例中，第一构件24是纵向延伸的槽道，具有限定成U形的截面且具有臂26，臂26整体地连接到基部28且向前延伸到臂端部30。所述臂26中的每个包括内部臂表面32和外部臂表面。所述臂26中的每个中包括应力，以使得臂端部30朝彼此倾斜。
[0015]参考图1和3，第一构件24的基部28包括基部内表面34且基部28具有彼此纵向隔开的多个第一管槽36。基部28还限定了设置在相邻的第一管槽36之间的至少一个开口38。开口38的截面是大致圆形，但是也可以是本领域已知的任何形状。此外，虽然示例性实施例示出了开口38设置在相邻的第一管40的槽之间，但是开口38可以设置在第一管槽36和第一构件24的端部之间的区域中。第一管槽36和至少一个开口38可以通过常规机加工方法形成，包括冲压、磨削或铣削。
[0016]参考图2，所述组件包括第二构件42，第二构件42具有板44和横向于板44延伸的壁46。第二构件42具有限定成T形的截面。板44在板端部48之间延伸且在内部板边缘50和外部板边缘52之间横向延伸。内部板边缘50限定第一配合表面54，所述第一配合表面54从所述板端部48中的每个沿所述内部板边缘50向内延伸，以与臂端部30配合。壁46横向于所述板44的内部板边缘50延伸到壁端部56。所述壁端部56的轮廓设计成与基部内表面34相符，以将壁端部56抵靠基部内表面34和第一管槽36定位，以将歧管22的内部分成多个腔58、60。第二构件42的壁端部56限定多个凹部62，所述凹部62被隔开以与第一构件24的第一管槽36相对应。
[0017]壁46包括至少一个锁定臂96，所述锁定臂96从壁端部56向外延伸以与至少一个开口38配合。锁定臂96将第二构件42紧固到第一构件24。锁定臂96的截面是大致圆形，但是可以是本领域已知的任何形状。
[0018]本发明区别在于至少一个唇缘64，所述唇缘64横向于所述内部板边缘50延伸，以限定第二配合表面66，从而形成图4所示的靴形。所述第二配合表面66从所述第一配合表面54垂直地延伸，且与所述臂26的内部臂表面32配合。第一构件24的倾斜臂26在唇缘64的第二配合表面66上产生夹持力F，以在将第一和第二构件24、42钎焊在一起之前将第二构件42临时紧固到第一构件24。第二构件42然后永久地固定到第一构件24以形成歧管22。在示例性实施例中，将第二构件42钎焊到第一构件24，但是也可以使用永久地固定第一和第二构件24、42的任何其它方法。歧管22在第一和第二歧管端部68、70之间纵向延伸。第二构件42限定纵向延伸的凹槽72，凹槽72在第一和第二配合表面54、66之间延伸，以在第一和第二构件24、42之间容纳毛边。
[0019]在将第一构件24钎焊到第二构件42之前，将帽98设置在歧管22的第一和第二歧管端部68、70中的每个上。除了第一构件24在第二构件42上的夹持力F之外，帽98在永久地紧固之前临时紧固歧管22。
[0020]热交换器组件20还包括在第一和第二管端部74、76之间延伸的多个管40。每个管40的第一管端部74设置在歧管22的第一管槽36中的一个中。参考图5，每个管40限定至少一个管分隔器78，所述管分隔器78设置在管40中，且在第一和第二管端部74、76之间延伸以限定与歧管22的腔58、60中的一个流体连通的第一通道80和与歧管22的腔58、60中的另一个流体连通的第二通道82。管分隔器78在第一管端部74处邻接第二构件42的壁端部56中的凹部62且永久地固定到凹部62。
[0021]所述组件还包括返回歧管84，返回歧管84以与歧管22隔开和平行的关系延伸。返回歧管84具有彼此纵向隔开的多个第二管槽86，以与歧管22的第一管槽36的间隔相对应。每个管40的第二管端部76延伸到相应的第二管槽86中且接合相应的第二管槽86，以在管40和返回歧管84之间建立流体连通。返回歧管84将冷却剂流从管40的通道中的一个引导到多个通道中的另一个以限定两通路交叉逆流热交换器组件20。在示例性实施例中，返回歧管84是D形，以将冷却剂流从管40的一个通道引导到多个通道中的另一个通道，但是返回歧管84可以是本领域已知的任何形状。
[0022]在示例性实施例中，管40和第一和第二管槽36、86各具有带平行平坦侧面88的截面，平坦侧面88在圆端之间延伸。然而，管40可以具有能够在第一和第二歧管22之间输送流体的任何形状。相邻管40的平坦侧面88彼此隔开以为它们之间的空气流限定多个空气通道。波状空气翅片90设置在相邻管40的平行平坦侧面88之间且钎焊到所述平坦侧面88，且在第一歧管22和返回歧管84之间延伸以从管40散热。
[0023]歧管22的腔58、60中的一个包括与用于接收流体的输入腔58连通的输入端92和与用于在冷却剂通过热交换器组件20之后分配冷却剂的输出腔60连通的输出端94。在示例性实施例中，输入端92设置在输入腔58上，输入腔58在空气流方向的下游，输出端94设置在输出腔60上，输出腔60在输入腔58的上游。输入端92和输出端94可以具有能够将流体输送给歧管22的输入腔58和输出腔60的任何形状。
[0024]附图所示实施例是用于两通路交叉逆流热交换器组件。然而，通过将壁插入在第一歧管和返回歧管中的一个或两者中以及在每个管内包括多个管分隔器，歧管和管可以被设计成允许多于两个的通路。例如，在三通路热交换器组件中，第二构件具有一个壁，以将歧管分成两个腔，返回歧管具有一个壁，且每个管具有两个管分隔器。
[0025]本发明也包括形成用于热交换器组件20的歧管22的方法。所述方法以单独地形成第一构件24和第二构件42的步骤开始，其中第一构件24至少部分地限定内部。第一构件24具有一组隔开的第一管槽36，第二构件42具有壁46，壁46抵靠第一管槽36定位以将内部分成多个腔58、60。
[0026]接下来，第一构件24临时紧固到第二构件42。第一构件24的臂端部30被辊轧以便朝彼此倾斜。这在第一构件24的臂26中形成应力，使得在第一构件24的内部臂表面32与第二构件42的唇缘64的第二配合表面66接触时，第一构件24将被紧固到第二构件42。
[0027]所述方法还可以包括步骤：在第一和第二歧管端部68、70中的每个上放置帽98。帽98的形状轮廓与第一和第二歧管端部68、70的外部周边配合。帽98通过夹持力F将第一构件24临时紧固到第二构件42。
[0028]在临时紧固步骤之后，所述方法继续进行步骤：将第一构件24永久地固定到第二构件42以限定歧管22。第二构件42优选被挤压且然后切削成合适尺寸，但也可以通过其它方法形成，包括铸造和机加工。在一个实施例中，形成第一构件24还限定为：将平坦片材辊轧成具有U形截面且具有基部28和臂26的槽道，臂26向前延伸到臂端部30。从平坦片材辊轧出第一构件24提供了诸多益处，因为平坦片材能够是将钎焊材料预先设置在其任一侧上的原料金属片材。钎焊材料然后可以用于将第一构件24永久地固定到第二构件42的步骤。
[0029]所述方法继续进行步骤：形成在第一和第二管端部74、76之间延伸的多个管40。所述方法然后继续进行步骤：在每个管40中形成在第一和第二管端部74、76之间延伸的管分隔器78，以将每个管40分成第一通道80和第二通道82。参考图5，在一个实施例中，形成每个管40还限定为：将平坦片材辊轧成限定管分隔器78的管40。从平坦片材辊轧出每个管40提供了诸多益处，因为平坦片材能够是将钎焊材料预先设置在其任一侧上的原料金属片材。钎焊材料然后可以用于将管端部74、76固定和密封到歧管22、84的第一和第二管槽36、86的步骤。然而，也可以使用形成管分隔器78的任何其它方法。
[0030]所述方法继续进行步骤：将每个管40的第一管端部74插入到歧管22的第一管槽36中的一个，并使得每个管40的分隔器邻接第二构件42的壁46，以在管40的第一通道80和歧管22的腔58、60中的一个之间建立流体连通，且在管40的第二通道82和歧管22的腔58、60中的另一个之间建立流体连通。每个管40的第一管端部74然后被永久地固定到歧管22的相关第一管槽36。
[0031]所述方法还继续进行步骤：形成返回歧管84，返回歧管84具有一组彼此隔开的第二管槽86，以与歧管22的该组第一管槽36相对应。所述方法继续进行步骤：将管40中的每个的第二管端部76插入到返回歧管84的相应第二管槽86中，以在每个管40的第一和第二通道80、82和返回歧管84之间建立流体连通。
[0032]所述方法以以下步骤结束：形成多个空气翅片90并将空气翅片90中的一个插入到相邻管40之间以从管40散热。在示例性实施例中，管40，歧管22和空气翅片90均钎焊在一起以限定整体的热交换器组件20。
[0033]本发明提供比现有技术制造更快速且更便宜的歧管和交叉逆流热交换器组件20。此外，示例性实施例在钎焊之前和之后提供了更坚固的结构。在Gowan‘303专利的歧管中形成管槽的常规方法中的许多必须被放弃以避免与歧管的分隔壁干涉。Gowan‘303专利的第一管槽必须被铣削或磨削，这两种方法都是非常耗时和昂贵的过程。本发明的第一管槽36可以在将第一和第二构件24、42永久地固定在一起之前使用各种制造方法在第一构件24中形成，包括冲压。这导致了显然更高的制造效率，从而降低了组装歧管22和热交换器组件20的成本和时间。
[0034]虽然本发明已经参考示例性实施例进行了描述，但是本领域技术人员将会理解的是，可以作出各种变化且可以采用等价物替代其元件，而不偏离本发明的范围。此外，可以对本发明的教导作出许多变型以适应具体情况和材料，而不偏离本发明的实质范围。因而，本发明决不旨在被限制于作为为实施本发明所设想的最佳模式而公开的具体实施例，而是将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种用于热交换器组件(20)的歧管(22)，包括：
具有臂(26)的第一构件(24)，所述臂(26)整体地连接到基部(28)，所述基部(28)具有基部内表面(34)，所述臂(26)中的每个具有内部臂表面(32)且从所述基部(28)延伸到臂端部(30)；
第二构件(42)，所述第二构件(42)紧固到所述第一构件(24)上以限定所述歧管(22)，所述第二构件(42)具有板(44)，所述板(44)在板端部(48)之间延伸且在内部板边缘(50)和外部板边缘(52)之间延伸，所述内部板边缘(50)限定第一配合表面(54)，所述第一配合表面从所述板端部(48)中的每个沿所述内部板边缘(50)向内延伸以与臂端部(30)配合；
壁(46)，所述壁(46)横向于所述板(44)的所述内部板边缘(50)延伸到壁端部(56)，所述壁端部(56)与基部内表面(34)配合以将所述歧管(22)的内部分成多个腔(58，60)；和
至少一个唇缘(64)，所述至少一个唇缘(64)横向于所述第二构件(42)的所述内部板边缘(50)延伸，以限定第二配合表面(66)，所述第二配合表面(66)从所述第一配合表面(54)垂直地延伸且与所述臂(26)的所述内部臂表面(32)配合。
2.根据权利要求1所述的歧管(22)，其中，所述臂(26)中的每个中包括应力，以使得所述臂端部(30)朝彼此倾斜，其中，所述倾斜的臂(26)在所述唇缘(64)的所述第二配对表面(66)上形成夹持力(F)，以用于将所述第二构件(42)临时紧固到所述第一构件(24)。
3.根据权利要求1所述的歧管(22)，其中，所述基部(28)限定纵向隔开的多个第一管槽(36)和设置在所述第一管槽(36)中的相邻管槽之间的至少一个开口(38)。
4.根据权利要求3所述的歧管(22)，其中，所述壁端部(56)的轮廓设计成与所述基部内表面(34)相符，以将所述壁端部(56)抵靠所述基部内表面(34)和所述第一管槽(36)定位。
5.根据权利要求4所述的歧管，其中，所述第二构件(42)的所述壁端部(56)限定了被隔开的多个凹部(62)，以与所述第一构件(24)的所述第一管槽(36)相对应。
6.根据权利要求3所述的歧管(22)，其中，所述壁(46)包括至少一个锁定臂(96)，所述锁定臂(96)从所述壁端部(56)延伸以与所述至少一个开口(38)配合，从而将所述第二构件(42)紧固到所述第一构件(24)。
7.根据权利要求1所述的歧管(22)，其中，所述歧管(22)在第一和第二歧管端部(68，70)之间纵向延伸。
8.根据权利要求7所述的歧管(22)，包括设置在所述第一和第二歧管端部(68，70)中的每个上的帽(98)。
9.根据权利要求1所述的歧管(22)，还包括与用于接收流体的输入腔(58)连通的输入端(92)和与用于分配流体的输出腔(60)连通的输出端(94)。
10.根据权利要求1所述的歧管(22)，其中，所述第二构件(42)限定在所述第一和第二配合表面(54，66)之间纵向延伸的凹槽(72)，以用于容纳所述第一和第二构件(24，42)之间的毛边。
11.一种交叉逆流热交换器组件(20)，包括：
具有臂(26)的第一构件(24)，所述臂(26)整体地连接到基部(28)，所述基部(28)具有基部内表面(24)，所述臂(26)中的每个具有内部臂表面(32)且从所述基部(28)延伸到臂端部(30)，所述基部(28)限定被纵向隔开的多个第一管槽(36)；
第二构件(42)，所述第二构件(42)紧固到所述第一构件(24)上以限定所述歧管(22)，所述第二构件(42)具有板(44)，所述板(44)在板端部(48)之间延伸且在内部板边缘(50)和外部板边缘(52)之间延伸，所述内部板边缘(50)限定第一配合表面(54)，所述第一配合表面(54)从所述板端部(48)中的每个沿所述内部板边缘(50)向内延伸以与臂端部(30)配合；
壁(46)，所述壁(46)横向于所述板(44)的所述内部板边缘(50)延伸到壁端部(56)，所述壁端部(56)与所述基部内表面(34)配合，以将所述歧管(22)的内部分成多个腔(58，60)；
至少一个唇缘(64)，所述至少一个唇缘(64)横向于所述第二构件(42)的所述内部板边缘(50)延伸，以限定第二配合表面(66)，所述第二配合表面(66)从所述第一配合表面(54)垂直地延伸且与所述臂(26)的所述内部臂表面(32)配合；
返回歧管(84)，所述返回歧管(84)以与所述歧管(22)隔开且平行的关系延伸，且限定多个纵向隔开的第二管槽(86)，以与所述歧管(22)的所述第一管槽(36)相对应；
在第一和第二管端部(74，76)之间延伸的多个管(40)，所述第一管端部(74)中的每个接合所述第一管槽(36)中的每个，且所述第二管端部(76)中的每个接合所述第二管槽(86)中的每个，以在所述歧管(22)和所述返回歧管(84)之间建立流体连通，其中相邻的管(40)彼此隔开以为所述相邻的管(40)之间的空气流限定多个空气通道；和
空气翅片(90)，所述空气翅片(90)设置在所述管(40)之间且钎焊到所述管(40)，并在所述歧管(22)和所述返回歧管(84)之间延伸以从用于所述管(40)散热。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述管(40)中的每个限定在所述第一和第二管端部(74，76)之间延伸的管分隔器(78)，以限定与所述歧管(22)的所述腔(58，60)中的一个流体连通的第一通道(80)和与所述歧管(22)的所述腔(58，60)中的另一个流体连通的第二通道(82)。
13.根据权利要求11所述的组件，其中，所述第二构件(42)的所述壁端部(56)限定被隔开的多个凹部(62)，以与所述第一构件(24)的所述第一管槽(36)相对应，其中所述管分隔器(78)在所述第一管端部(74)处邻接所述第二构件(42)的所述壁端部(56)的所述凹部(62)。
14.根据权利要求11所述的组件，其中，所述管(40)中的每个具有限定在圆端之间延伸的平行平坦侧面(88)的截面。
15.一种形成用于热交换器组件的歧管(22)的方法，包括步骤：
分别形成第一构件(24)和第二构件(42)，所述第一构件(24)至少部分地限定内部且具有一组隔开的第一管槽(36)，所述第二构件(42)具有壁(46)，所述壁(46)抵靠所述第一管槽(36)定位且将所述内部分成多个腔(58，60)；
在分别形成的步骤之后，将所述第一构件(24)临时固定到所述第二构件(42)，以限定在第一和第二歧管端部(68，70)之间延伸的歧管(22)；和
将所述第一构件(24)永久地固定到所述第二构件(42)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，临时固定步骤还限定为：使得所述第一构件(24)的臂(26)向内倾斜，以在所述臂(26)中并且在所述第二构件(42)上的唇缘(64)所限定的第二配合表面(66)上形成应力。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括步骤：
在永久地固定步骤之前，将帽(98)放置在所述第一和第二歧管端部(68，70)上。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，形成所述第一构件(24)还限定为：将平坦片材辊轧成具有U形截面的槽道，所述槽道具有基部(28)和向前延伸到臂端部(30)的臂(26)。
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