CN103175438A - 形成用作湍流增强器或翼片的装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种形成用作热交换器的湍流增强器或翼片的装置的方法，所述方法包括：在芯模和腔模之间使纵向成波纹状的条带卷曲以形成所述装置，所述装置包括具有多个条带的构件，多个条带包括第一条带和第二条带，第一条带和第二条带都具有与纵向成波纹状的条带的轮廓不同的轮廓，其中，第一条带和第二条带的桥部沿相同方向延伸，所述第二条带的波纹在侧向上偏离所述第一条带的波纹，纵向成波纹状的条带的每个波纹均具有平坦表面和平行的侧壁，侧壁基本上垂直地从平坦表面的相对侧上延伸；第一条带和第二条带的各个桥部由芯模的平坦表面形成，平坦表面在开始卷曲时冲击相应波纹的平坦表面，并且与该相应波纹的平坦表面成共面关系。

Description

形成用作湍流增强器或翼片的装置的方法

本发明专利申请是申请日为2009年5月22日、申请号为200910141134.4、发明名称为“湍流增强器以及用于形成其的方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及例如用于形成用作热交换器的翼片或湍流增强器的装置的方法。

背景技术

通过压制金属条带原料而使其具有横向波纹来制造低压降（LPD）的湍流增强器是已知的，其中，所述横向波纹具有形成在其侧壁中的开口和偏移部分。在已知的压制方法中，每个压制循环形成单个横向波纹。因此，这种方法相对较慢且昂贵。另外，由于无缝压制过程中材料的可变形量存在实际限制，因此通过这种方法生产的湍流增强器通常具有相对较低的波纹幅度－节距比和相对较低的偏移距离。然而，已知的这种横向压制法依然被广泛使用，因为通过可获得的波纹几何形状、开口和偏移量，这种方法允许制造出具有高实用性的湍流增强器。著名地，通过这种方法能够生产出具有近似垂直的波纹侧壁（即，与湍流增强器平面垂直地取向的侧壁）的湍流增强器。合适地铜焊在扁平管内部的这种湍流增强器可以使该管子相对而言更难以发生变形，即使是在相对较高的压力下。通过这种方法还能够生产出平衡的湍流增强器，即其中湍流增强器的“叶片”（湍流增强器的与流动方向平行地取向的平面部分）相互之间近似等间距间隔开的湍流增强器。

还已知可以通过以下方式形成LPD湍流增强器，即：滚轧或压制条带原料以形成具有正弦轮廓的纵向成波纹状的条带，并且如图1示意性示出的那样，让该纵向成波纹状的条带2通过冲压机5，其中使上模具6和下模具7拢靠在一起以挤压条带2从而沿横向/侧向将波纹切开并且移动，以形成具有波纹的材料3，该波纹具有形成在其侧壁中的开口和偏移部分。在于2005年1月27日公开的美国专利申请公开文本No.US2005/0016240（该公开文本因此并入本文以作为参考）中描述了这种方法，并且这种方法相对较快且廉价，然而并非总是希望获得具有正弦轮廓的湍流增强器，因为它们难以形成平衡形式，并且不能提供与具有垂直波纹侧壁的湍流增强器相同的撕裂强度。

发明内容

形成本发明的一个方面的是形成用作翼片或湍流增强器的偏移条带的方法，所述类型的偏移条带具有纵向延伸的波纹，每个波纹具有带开口和偏移部分的侧壁。所述方法包括以下步骤：在芯模与腔模之间使纵向成波纹状的条带卷曲以形成所述偏移条带，其中所述纵向成波纹状的条带的每个波纹具有基本上平坦的表面和基本上平行的侧壁，所述侧壁基本上垂直地从所述平坦表面的相对侧上延伸。

形成本发明另一方面的是形成用作热交换器的湍流增强器或翼片的装置的方法，所述装置包括具有纵轴、侧宽和多个条带的构件，所述多个条带包括一个或多个第一条带和一个或多个第二条带，各条带沿着所述装置的宽度方向延伸且沿纵向成波纹状以形成多个彼此在侧向上间隔开且通过桥部彼此相连的部分，所述桥部沿共同的方向从所述部分上伸出，其中，第一条带和第二条带的桥部沿相同方向延伸，所述一个或多个第二条带的波纹在侧向上偏离所述一个或多个第一条带的波纹。所述方法包括：在第一和第二成形模具之间使纵向成波纹状的条带材料卷曲以形成所述装置，所述模具被改造成使条带材料在卷曲步骤中的基本所有侧向运动都是因条带材料受到已沿与相对的模具的运动方向平行的方向移动的材料的侧向拉动而发生的。

形成本发明的又一方面的是形成用作热交换器的湍流增强器或翼片的装置的方法，所述装置包括具有纵轴、侧宽和多个条带的构件，所述多个条带包括一个或多个第一条带和一个或多个第二条带，各条带沿着所述装置的宽度方向延伸且沿纵向成波纹状以形成多个彼此在侧向上间隔开且通过桥部彼此相连的部分，所述桥部相对于各条带沿共同的方向从所述部分上伸出，其中所述一个或多个第一条带中的每一个和所述一个或多个第二条带中的每一个均具有与纵向成波纹状的条带不同的轮廓，其中第一条带和第二条带的桥部沿相同方向延伸，所述一个或多个第二条带的波纹在侧向上偏离所述一个或多个第一条带的波纹。所述方法包括：在芯模和腔模之间使纵向成波纹状的条带卷曲以形成所述湍流增强器，其中所述纵向成波纹状的条带的每个波纹均具有平坦表面和平行的侧壁，所述侧壁基本上垂直地从所述平坦表面的相对侧上延伸；以及，第一条带和第二条带的各个桥部由芯模的平坦表面形成，其中，所述芯模在开始卷曲时冲击相应的波纹的平坦表面，并与该平坦表面处于共面关系。

形成本发明的另一方面的是利用纵向成波纹状的条带形成用作热交换器的湍流增强器或翼片的装置的方法，所述装置包括具有纵轴、侧宽和多个条带的构件，所述多个条带包括一个或多个第一条带、一个或多个第二条带和一个或多个第三条带，每个条带均沿着所述装置的宽度方向延伸且沿纵向成波纹状以形成多个彼此在侧向上间隔开且通过桥部彼此相连的部分，所述桥部相对于各条带沿共同的方向从所述部分上伸出，其中所述一个或多个第一条带和所述一个或多个第二条带中的每一个均具有与纵向成波纹状的条带不同的轮廓，其中第一条带和第二条带的桥部沿相同方向延伸，所述一个或多个第二条带的波纹在侧向上偏离所述一个或多个第一条带的波纹。所述方法包括：成形步骤，其中第一和第二成形模具在打开位置和闭合位置之间运动从而接合位于它们之间的波纹状条带以形成所述湍流增强器，其特征在于：纵向成波纹状的条带材料在成形步骤中的基本所有侧向运动都是因所述条带材料受到已沿与相对的模具的运动方向平行的方向移动的所述条带材料的侧向连接部分的侧向拉动而发生的。

根据所述方法形成的装置构成本发明的又一方面。

所述方法允许相对廉价地构造所述装置。所述结构可以具有基本上垂直的桥部侧壁，可以具有其波纹幅度－节距比相对较高的偏移波纹，可以在使用时产生相对较低的压降，并且可以具有相对较大的偏移。

本发明的其它优点、特征和特性，以及操作方法和该结构的相关元件的功能，和部件与制造经济的结合将通过参见附图理解下面的详细描述和所附的权利要求而变得更加显而易见，其中所述附图将在下面进行简单描述。

附图说明

现在将参见附图仅以举例的方式更完整地描述本发明。在附图中：

图1是用于形成在用的现有湍流增强器的现有装置的局部示意图；

图2是在图1中用箭头2指示的结构的侧视图；

图3是在图1中用箭头3指示的结构的侧视图；

图4是根据本发明的一个方面的示例性湍流增强器的透视图；

图5是用于本发明的方法中的装置的一种形式的局部示意性透视图；

图6是图5的装置的分解视图；

图7是图6的圈中区域7的放大视图；

图8是对应于图4的括号部分8的图6的圈中区域8的放大视图；

图9是图6的圈中区域9的放大视图；

图10是图6的圈中区域10的放大视图；

图11是沿图7的箭头11的视图；

图12是沿图7的箭头12的视图；

图13是沿图7的箭头13的视图；

图14是图7的结构的局部分解视图；

图15是沿图7的箭头15的视图；

图16是图14的圈中区域16的放大视图；

图17是图14的圈中区域17的放大视图；

图18是沿图8的箭头18的视图；

图19是沿图8的箭头19的视图；

图20是沿图8的箭头20的视图；

图21是沿图8的箭头21的视图；

图22是图9的结构的局部分解视图；

图23是图22的圈中区域23的放大侧视图；

图24是图22的圈中区域24的放大侧视图；

图25是图22的圈中区域25的放大视图；

图26是沿图25的箭头26的视图；

图27A是与图2类似的与本发明的方法一起使用的示例性的纵向成波纹状的条带的视图；

图27B-D是一组横截面图，其示出了与27A的条带一起使用的图5的结构的部分；

图27E是与图27A类似的视图；

图27F-G是一组横截面图，其示出了与27E的条带一起使用的图5的结构的部分；

图28是沿图8的箭头28的视图；

图29是与图18类似的另一示例性湍流增强器的视图；

图30A是与图2类似的与本发明的方法一起使用的另一示例性的纵向成波纹状的条带的视图；

图30B是根据本发明的方法的实施例的由图30A的条带制成的又一示例性湍流增强器的局部示意性的顶视图；

图31是与图18类似的另一示例性湍流增强器的视图；

图32是与图31类似的根据又一实施例的一种平衡的三重湍流增强器的视图。

具体实施方式

用于热交换器的湍流增强器或翼片装置20构成本发明的一个方面，并且在下面参考附图4以及附图8、18-21和28对其进行描述，其中，在附图4中示出了根据本发明的示例性湍流增强器20，在附图8、18-21和28中示出了对应图4的括号部分8的结构。

将看到，湍流增强器结构20包括总体上用参考数字21标识的构件，其具有纵轴X-X、侧宽Y和多个条带22、24、26。构件21采取0.010″英寸的铝片材料的形式。该多个条带22、24、26包括第一条带24、第二条带26和第三条带22。第一条带24和第二条带26设置成组28，其中它们被设置成彼此纵向交替的关系。第三条带22通过组28被彼此分隔开。

参见附图4、8和18，各条带22、24、26沿构件21的宽度方向延伸并且沿纵向成波纹状，以形成多个基本共面的平坦部分30、32、34和多个U形的桥部36、38、40，其中所述平坦部分沿侧向彼此间隔开，所述桥部（在各个条带中）沿共同的方向从所述平坦部分上伸出，各个桥部36、38、40连接相应的一对平坦部分30、32、34，并且具有沿其长度方向保持基本恒定的轮廓。第一条带24和第二条带26的平坦部分32、34共面。第三条带22的平坦部分30位于平面P-P中，第一条带24和第二条带26的桥部38、40延伸向该平面P-P。第一条带24和第二条带26的桥部38、40沿同一方向延伸。第三条带22的桥部36在与第一条带24和第二条带26的桥部38、40延伸的方向相反的方向上延伸。第一条带24、第二条带26和第三条带22的桥部38、40、36具有侧壁部分42，所述侧壁部分42基本上相互平行，并且与湍流增强器的平面P-P垂直。所述第二条带26的波纹在侧向上偏离所述第一条带24的波纹。

例如，可以以低压降的取向将该示例性的湍流增强器结构20用在叠板式散热器中，其中，在所述低压降取向下，湍流增强器的纵轴线与流体流动方向平行地定向。通过合适地铜焊在扁平管内，该湍流增强器20将使得管子相对更难以变形（即使是在相对较高的内部压力下），并且将对流动提供湍流，这可以有助于热的传递。

可以通过一般类型的方法来构造这种湍流增强器，例如美国专利申请公开文本No.US2005/0016240中所述的方法，在该方法的成形步骤中，第一和第二成形模具在打开位置和闭合位置之间移动以接合处于它们之间的成波纹状的条带，并且通过将所述条带的一部分切开和移动来形成所述湍流增强器的一部分。

然而，尽管在US 2005/0016240中，条带中的几乎所有波纹都在该成形步骤过程中发生侧向或横向偏移，如附图2、3依次示出的那样，但是在本方法中，部分桥部38、40由纵向成波纹状的条带2的在所述成形步骤过程中不移动的部分限定而成（桥部36完全由纵向成波纹状的条带2的在成形步骤过程中不移动的部分限定而成）。

在附图5-7、9、11-17和22-26中示出了示例性的模具组，并且将看到，该模具组包括上部的第一芯模50和下部的第二腔模60。上模具50和下模具60均由多个具有互补轮廓的模具部分52、54、62、64形成。如图所示，上模具50包括以纵向上交替关系设置的两种类型52和54的6个上模具部分52、54，下模具也包括以纵向上交替关系设置的两种类型62和64的6个下模具部分62、64。每个模具部分52、54、62、64都具有从其上延伸的6个齿部A、B、D、C。在附图5中，下模块60被夹紧在夹具95中，但是应理解，模具在冲压机中的安装方式并不构成本发明的一部分，并且模具在冲压机中的安装对于本领域技术人员而言是常见的。

在附图27B-D和27F-G中示出了在本发明中借助该示例性的模具组提供偏移的方式。附图27B-D示出了当上模具50和下模具60围绕成波纹状的条带90聚合在一起时相应的一对模具部分52、64的视图，其中，该成波纹状的条带90具有与图4的湍流增强器20中的条带22的轮廓相同的轮廓，其中，所述轮廓的特征在于具有纵向延伸的波纹，各波纹具有位于平坦部分30的平面上的平坦表面和从所述平坦表面的相对侧上基本上垂直地伸出的平行侧壁。在此动作期间，各齿部A直接施压于相应波纹的顶部上，从而同时将所述波纹的一部分切开和移动。当卷曲开始时，各齿部A的平坦端面A’冲击相应波纹的平坦表面30，并且与该平坦表面30成共面关系。齿部A具有圆的端缘，以避免形成纵向延伸的切口。在该过程中，各齿部A使它所冲击的部分靠着下齿部C被切开和移动，并且被切开和移动的那部分的长度保持恒定，以使条带材料不“变薄”和保持其强度。重要的是，虽然该操作的最终效果是“侧向”平移，但是应意识到的是，在齿部和条带材料之间的这种直接作用既垂直于纵轴线又与侧向轴线垂直（即，在附图27B-G中竖直），并且材料的侧向运动主要是由于条带材料被条带材料的已垂直移动（即沿着与相对的模具的运动方向平行且与湍流增强器的平面正交的方向移动）的侧向连接部分拉至一侧而引起的。在概念上，该材料可视为同时被“撕开”和移动。图27F－G示出了当上模具50和下模具60围绕成波纹状的条带90聚合在一起时相应的一对模具部分54、62的视图，其中，该成波纹状的条带90具有与图4的湍流增强器20中的条带22的轮廓相同的轮廓。在此动作期间，各齿部B直接施压于相应波纹的顶部上，从而通过与上述方式类似的方式同时将所述波纹的一部分切开和移动。即，齿部B具有圆的端缘以避免形成纵向延伸的切口，各齿部B的平坦表面B’在卷曲开始时以共面关系冲击相应波纹的平坦表面，以及各齿部B使它所冲击的那部分靠着下齿部D同时被“撕开”和移动以使材料侧移，同时不变薄。

这种方法生产出一种湍流增强器/翼片结构，其与已知的LPD湍流增强器相比，可以表现出沿LPD方向相对较低的压降。不期望受到理论的限制，据信这源于以下事实，即：因剪切产生的大量“毛刺”材料存在于波纹的侧壁平面上，因为波纹的侧壁平行于相对的模具的运动方向取向。还观察到，在该方法中使用的模具以相对较低的速率被磨损，这趋于减少毛刺。不期望受到理论的限制，据信这种低磨损率至少部分源于以下事实，即：在该方法中使用的模具不是使片材全部变形来产生波纹，而是留有未接触部分。与这种方法有关的另一优点是生产其中波纹幅度－节距比相对较高的湍流增强器的能力得到改善，这源于与在该主题方法中使用的模具元件有关的相对更坚固的结构。作为说明，在已知的方法（诸如美国专利申请公开文本No.US2005/0016240所述的）中，模具元件的尺寸受到偏移波纹的“宽度”限制。这是因为在每个压制循环的中间点上，所有的波纹都被模具完全占据，因为在压制步骤期间，几乎所有的材料都是沿一个或另一个方向移动的。这与本发明的方法形成对比，在本发明的方法中，条带材料部分并不移动，即在构造第一条带和第二条带时，在纵向成波纹状的前体条带中，各个波纹只有一侧被移动。因此，所使用的模具元件的尺寸不受波纹尺寸限制，而是为前体条带中的波纹之间的间距和偏移量的函数，这允许模具元件相对更加坚固。

本领域技术人员将容易认识到，在该方法中，示例性的模具组50、60可被用来生产如图4所示的湍流增强器。为此，其轮廓与图4中的条带22的轮廓相同的波纹状材料将至少被模具组50、60压制两次，其中该波纹状材料在压制之间沿纵向运动。每个压制循环将生产一组28纵向交替的第一条带24和第二条带26，其中，在相应的一对模具部分52、64之间由它们限定出各第一条带24，以及在相应的一对模具部分54和62之间由它们限定出各第二条带26。

波纹状材料在压制循环之间被纵向移动的距离限定出使组28相互分隔开的第三条带22的纵向长度。然后，所压制的材料可以通过常规方式被切割成所需要的长度，从而形成图4的结构。或者，可以将长度与图4的湍流增强器20相等的一段波纹状材料90送入模具组中以获得同样的结果。

虽然迄今为止已连同用于生产其的示例性模具组对单个湍流增强器或翼片20进行了描述，但是将意识到的是：通过常规改进，可以生产出许多种湍流增强器和翼片。

例如，可以生产出具有各种长度的湍流增强器和翼片。

同样地，虽然在示出的湍流增强器中提供了6个波纹，但是也可以提供更多或更少的波纹（在这种情况下，各模具部分上的齿部的数量通常将相应地作出变化）。

另外，虽然在迄今为止示出和描述过的湍流增强器中，所有波纹都具有类似的“高度”，但是本发明也可以用于高度可变的湍流增强器或翼片99中，例如图29所示的那样的，其中，该高度可变的湍流增强器或翼片99用于其中流动通道的高度沿流动通道的宽度变化的应用中。

当然，虽然之前指定用厚度为0.010″的铝片材料，但是将理解的是，也可以使用具有其它厚度的其它材料。通常将0.010-0.012″厚的铝片用于湍流增强器，并且通常将厚度约为0.005″的铝材用于翼片，但是也可以按照习惯提供和考虑改变。

另外，虽然在图4所示的湍流增强器中，第三条带中的波纹相互基本上相同，并且第一条带和第二条带中的波纹也都相互基本上相同，但是将意识到的是，可以仅通过改变波纹状材料原料的轮廓和/或改进模具以改变流动路径中的翼片（桥部侧壁）密度、翼片相互之间的偏移程度和翼片的移动来进行常规变化。本发明的方法所能提供的最大灵活性由附图30A和30B示出，这些附图示出了可以通过这种方式容易地获得以适应其所应用于的热交换器的流动特性的波纹图案。为了能够更加清晰，图30A是在执行任何成形步骤之前的纵向成波纹状的条带（即原料）的侧视图，图30B示意性地示出了多种波纹图案100－700，其中每种图案都可以由合适的一对修改过的模具模块形成。在附图30B中，阴影部分表示该轮廓的原始升起部分的在成形步骤之后其位置保持不变的区域，白色部分显示在成形步骤之后与原始轮廓的底部（即第三条带的平坦部分）共面的部分。在附图31中示出了另一湍流增强器的轮廓，其中波纹的节距发生了变化，但是该湍流增强器在其它方面仍与图4相似。括号部分Z示出了这样的湍流增强器，在该湍流增强器中，在组（未示出）中交替出现的条带24和26的波纹的尺寸被设计成提供平衡的双重湍流部分。

同样地，应强调的是：虽然是参考第一、第二和第三条带描述示例性的湍流增强器的，但是显而易见的是：通过这种方法可以生产出具有可以以任何顺序出现的三个以上的不同条带轮廓的湍流增强器，虽然如示出的那样，平衡的湍流增强器通常最受欢迎。例如，附图32示出了一种平衡的三重湍流增强器，其通常由四种条带构成，其中条带组AA、BB、CC、AA、BB、CC等形成湍流增强器的湍流部分，且第四条带（未示出）由送入模具之间的波纹状条带材料限定而成。

基于上述内容，应理解到本发明只受所附权利要求书的限制，是有目的性地解释的。

Claims (4)

1.一种形成用作热交换器的湍流增强器或翼片的装置的方法，所述方法包括：

在芯模和腔模之间使纵向成波纹状的条带卷曲以形成所述装置，所述装置包括具有纵轴、侧宽和多个条带的构件，所述多个条带包括一个或多个第一条带和一个或多个第二条带，每个条带沿着所述装置的宽度方向延伸且沿纵向成波纹状以形成多个彼此在侧向上间隔开且通过桥部彼此相连的部分，所述桥部相对于各条带沿共同的方向从所述部分上伸出，其中，所述一个或多个第一条带中的每一个和所述一个或多个第二条带中的每一个都具有与纵向成波纹状的条带的轮廓不同的轮廓，其中，第一条带和第二条带的桥部沿相同方向延伸，所述一个或多个第二条带的波纹在侧向上偏离所述一个或多个第一条带的波纹，

其中，所述纵向成波纹状的条带的每个波纹均具有平坦表面和平行的侧壁，所述侧壁基本上垂直地从所述平坦表面的相对侧上延伸；以及

其中，第一条带和第二条带的各个桥部由芯模的平坦表面形成，所述平坦表面在开始卷曲时冲击相应波纹的平坦表面，并且与该相应波纹的平坦表面成共面关系。

2.如权利要求1所述的方法，其中：

所述一个或多个第一条带的桥部由纵向成波纹状的条带的在所述卷曲步骤期间不移动的部分和纵向成波纹状的条带的在所述卷曲步骤期间移动的部分限定；以及

所述一个或多个第二条带的桥部由纵向成波纹状的条带的在所述卷曲步骤期间不移动的部分和纵向成波纹状的条带的在所述卷曲步骤期间移动的部分限定。

3.由如权利要求1所述的方法形成的湍流增强器或翼片。

4.由如权利要求2所述的方法形成的湍流增强器或翼片。

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