CN104596340A - 散热用多通道折叠扁管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多通道折叠扁管，包括单独形成而后组装到一起的第一部件和第二部件，第一和第二部件分别具有平坦段和与平坦段相连且贴紧于平坦段的蜿蜒曲折段，第一和第二部件的蜿蜒曲折段沿横向并排设置并且在第一和第二部件的平坦段之间形成纵向延伸的多个通道，第一和第二部件的平坦段限定出构成所述多通道折叠扁管的两个相反的主壁，其中，第一和第二部件包括由自身材料形成的扣合结构，通过所属扣合结构将第一和第二部件固定到一起而形成所述多通道折叠扁管。
Description
技术领域
本发明涉及散热用多通道折叠扁管，尤其是在平行流换热器领域中使用的多通道折叠扁管。
背景技术
平行流换热器因其空气侧阻力小、换热效率高、适用范围广、容易回收等优点越来越广泛应用于汽车空调、家用空调乃至热泵机组等相关领域，也可以用来冷却电子设备或发电机设备等。
铝合金挤压式微通道扁管是构成平行流换热器的主要部件。然而，铝合金的精密挤压难度大，成本高，同时材料方案有限。在实际应用中，腐蚀是其主要失效模式。
美国专利US7657986B2公开了一种制造冷凝器管的方法，其通过折叠单一的金属片而制成包含多个通道的封闭管。多个折痕产生很大的折叠应力，折叠应力不能很好地释放容易导致搭接部位松弛，如图1所示。这有损于换热器的装配和焊接质量，因而不利于提升换热器的换热效率。
多层复合铝材具备较强的抗腐蚀能力，其轧制工艺在汽车行业中使用多年，但其作为扁管材料一般仅限于单孔（“O”形管）或者双孔管（“B”形管），而大部分平行流换热器的设计均要求多通道，优选具有6～25孔，因此有必要对采用轧制多层复合铝材的多通道折叠扁管的设计和加工方案进行开发，来满足行业发展需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用多层复合铝材制造多通道折叠扁管。
为此，本发明提供了一种多通道折叠扁管，包括单独形成而后组装到一起的第一部件和第二部件，第一和第二部件分别具有平坦段和与平坦段相连且贴紧于平坦段的蜿蜒曲折段，第一和第二部件的蜿蜒曲折段沿横向并排设置并且在第一和第二部件的平坦段之间形成纵向延伸的多个通道，第一和第二部件的平坦段限定出构成所述多通道折叠扁管的两个相反的主壁，其中，第一和第二部件包括由自身材料形成的扣合结构，通过所属扣合结构将第一和第二部件固定到一起而形成所述多通道折叠扁管。
根据优选实施例，所述扣合结构通过压配合、摩擦配合或形状锁合实现。
根据优选实施例，所述扣合结构包括通过所述第一部件的蜿蜒曲折段和所述第二构件配合形成的第一扣合结构和通过所述第二部件的蜿蜒曲折段和所述第一构件配合形成的第二扣合结构。
根据优选实施例，所述第一构件的蜿蜒曲折段包括紧贴于第一构件的平坦段上的第一内壁部和连接所述第一内壁部与该平坦段的第一侧壁，并且所述第二构件的蜿蜒曲折段包括紧贴于第二构件的平坦段上的第二内壁部和连接所述第二内壁部和该平坦段的第一侧壁。
根据优选实施例，所述第一构件包括从其蜿蜒曲折段的相反侧伸出的第二侧壁，所述第二构件包括从其蜿蜒曲折段的相反侧伸出的第二侧壁。
根据优选实施例，第一扣合结构通过所述第一部件的第一侧壁或第一内壁部和所述第二构件的平坦段或第二侧壁构成，和/或第一扣合结构通过所述第二部件的第一侧壁或第二内壁部和所述第一构件的平坦段或第二侧壁构成。
根据优选实施例，所述第一部件的第一侧壁与所述第二构件的第二侧壁被构造成圆弧形壁，并且所述第二构件的第二侧壁的尺寸设置成适于将所述第一部件的第一侧壁形状锁合于内；和/或
所述第一部件的第二侧壁与所述第二构件的第一侧壁被构造成圆弧形壁，并且所述第一构件的第二侧壁的尺寸设置成适于将所述第二部件的第一侧壁形状锁合于内。
根据优选实施例，所述第一部件的第二侧壁和/或所述第二部件的第二侧壁沿相应的圆弧延伸超过90度。
根据优选实施例，所述多通道折叠扁管包括6至25个通道，优选地，包括10或12个通道。
根据优选实施例，所述第一部件和第二部件均由多层铝合金材料制成，包括具有至少一个层的芯材，熔点低于所述芯材的第一钎料层和第二钎料层。
根据优选实施例所述多通道折叠扁管是用于平行流换热器的多通道折叠扁管。
根据本发明的折叠扁管，包括单独形成而后组装到一起的第一部件和第二部件，第一和第二部件包括由自身材料形成的扣合结构，通过所属扣合结构将第一和第二部件固定到一起而形成所述多通道折叠扁管。根据本发明的折叠扁管不会出现由于折叠应力释放而发生松弛的现象，因而对提升换热器的装配和焊接质量有改善。除此之外，此两片扣合的结构更加具备设计的灵活性。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造上述多通道折叠扁管的系统，包括用于制造所述多通道折叠扁管的第一构件的成形段的第一生产线；用于制造所述多通道折叠扁管的第二构件的成形段的第二生产线；用于扣合所述第一构件的成形段和所述第二构件的成形段而形成所述多通道折叠扁管的成形段的扣合装置；以及用于将所述多通道折叠扁管的成形段切割成预期长度的切割装置。
根据优选实施例，所述第一生产线系统包括用于控制第一构件的成形段的生产速度和输送用于形成第一构件的铝卷管料的输送轧辊；用于形成第一构件的成形段的成形轧辊；以及用于变向第一构件的成形段的行进路线的变向轧辊。
根据优选实施例，所述第一构件的成形段被添加钎剂涂覆装置。
根据优选实施例，所述扣合装置包括对所述第一构件和第二构件施加扣合力使它们扣合在一起的两个轧辊和用于确保所述第一构件和第二构件以对正的方式扣合的轧辊。
根据本发明的第三方面，还提供了一种使用上述系统制造多通道折叠扁管的方法。
附图说明
从下面结合附图描述的本申请的优选实施例中可以更好地理解本申请：
图1示出了现有技术中存在的一种折叠扁管的结构断面图，其中，实线示出了折叠扁管的正常形态，而虚线示出了折叠扁管的松弛形态；
图2是根据本发明的第一优选实施例的折叠扁管的结构断面图；
图3示出了图2中细节A的放大图；
图4是根据本发明的第二优选实施例的折叠扁管的结构断面图；
图5是根据图4的第二优选实施例的折叠扁管的加工过程示意图；
图6是图5中所示加工过程的首道成形轧辊示意图；以及
图7是图5中所示加工过程的组装轧辊示意图。
具体实施方式
使用根据本发明的多通道折叠扁管的平行流换热器可应用于，但不仅限于，制冷与空调领域、电子冷却领域、电力设备冷却领域或发电机冷却领域等。
根据本发明的多通道折叠扁管一般由多层复合铝材制成，优选地通过轧制工艺形成。多层复合铝材材料设计灵活，与挤压扁管相比，有较好的机械性能和防腐能力，也具备产品轻量化的潜力。
根据本发明的可用于平行流换热器的散热用多通道折叠扁管的优选实施例将在下面参考图2-4进行描述。
图2示出了根据本发明的第一优选实施例的多通道折叠扁管的结构断面图。根据本发明第一实施例的折叠扁管100包括单独形成而后组装到一起的第一构件20和第二构件50。第一构件20和第二构件50分别由第一板材和第二板材形成。第一构件20和第二构件50是可互换的。
从断面图中可以看出，第一构件20和第二构件50分别包括平坦段和与平坦段相连且贴紧于平坦段的蜿蜒曲折段。
第一构件20和第二构件50的平坦段分别构成基壁22和52，它们分别构成由第一构件20和第二构件50扣合在一起而形成的折叠扁管100的相反的主要上和下壁。
所述第一构件20的蜿蜒曲折段通过弯折第一构件20的横向一侧而形成，包括与基壁22相连的第一弯曲侧壁24和贴紧于基壁22的大致“几”字形的第一内壁部26。所述第二构件50的蜿蜒曲折段通过弯折第二构件50的横向一侧而形成，包括与基壁52相连的第一弯曲侧壁54和贴紧于基壁52的大致“几”字形的第二内壁部56。
第一内壁部26紧贴基壁22形成纵向延伸的通道21（以及21a），紧贴基壁52形成纵向延伸的通道23。第二内壁部56紧贴基壁52形成纵向延伸的通道51（以及51a），紧贴基壁22形成纵向延伸的通道53。
对于本领域内的技术人员来说很显然地，折叠扁管100所包括的通道的数目可不同，优选数目在6-25之间，更优选地，折叠扁管包括12个通道，如图2所示，或者包括10个通道，如图4所示。
构成折叠扁管100的第一构件20和第二构件50各自包括的通道数目可相同，如图4所示，或可不同，如果2所示。
通道的横截面形状或尺寸可相同或不同。具有优势地，如图2所示，箭头F表示气流流动方向，沿着气流流动的方向，折叠扁管100的最靠近迎风端处的通道，第二构件50的最外部通道51a，具有较小的孔径（截面积），而靠近背风段的通道，第一构件20的最外部通道21a，则具有较大的孔径（截面积）。通常，扁管的前半段处于高效换热区域，增加该区域内通道的密度可以提升内部流体和壁面的换热能力，对整体换热器的能力也会有所提升。从这个角度讲，通道的设置密度越大整体换热器的性能越好。
第一构件20和第二构件50通过扣合结构组装固定到一起而形成所述多通道折叠扁管100。根据本发明的扣合结构可通过压配合、摩擦配合、形状配合以及能够使两个构件锁固到一起的任何其他具体方式实现。
根据本发明的折叠扁管100的扣合结构由第一构件20和第二构件50自身的材料构成，并且包括位于折叠扁管100横向两侧的两个扣合结构。
可以设想，第一扣合结构可以通过分别设置于第一构件20的基壁22或第二侧壁28和第二构件50的第一弯曲侧壁54或第一内壁部56上的凹和凸特征构成。同理，第二扣合结构可以通过分别设置于第二构件50的基壁52或第二侧壁58和第一构件20的第一弯曲侧壁24或第一内壁部26上的凹凸配合特征形成。
可选地，扣合结构可设置在与图中示出的不同位置。
具体地，第一构件20和第二构件50分别在第一侧壁24和54的横向相反侧包括第二侧壁28和58。第一构件20的第二侧壁28与第二构件50的蜿蜒曲折段的第一弯曲侧壁54组成第一扣合结构，第二构件50的第二侧壁58与第一构件20的蜿蜒曲折段的第一弯曲侧壁24组成第二扣合结构。
更具体来讲，第一构件20的第二侧壁28的形状和尺寸设置成将第二构件50的第一弯曲侧壁54形状锁定于其内。第一构件20的第二侧壁28和第二构件50的第一弯曲侧壁54被形成为相互配合的圆弧形。优选地，第一构件20的第二侧壁28延伸超过整圆的四分之一，这在保证第一构件20和第二构件50容易组装的同时提供可靠的形状锁定。
第二构件50的第二侧壁58的形状和尺寸设置成将第一构件20的第一弯曲侧壁24形状锁定于其内。第二构件50的第二侧壁58和第一构件20的第一弯曲侧壁24被形成为相互配合的圆弧形。优选地，第二构件50的第二侧壁58延伸超过整圆的四分之一，这在保证第一构件20和第二构件50容易组装的同时提供可靠的形状锁定。
这种扣合结构使得第一构件20和第二构件50组装容易，两者之间的固定可靠，有效地防止两个构件脱离。另外，对两个构件进行焊接操作不再是必须的。
另外，根据需要，也可以添加焊接步骤，以强化两个构件直接的连接。
还可以看到，如此形成的折叠扁管100的两端分别包括两层壁结构，这起到加固折叠扁管100的端部的作用，并且能够加强对该区域的保护且提升扁管承压能力。
图4示出了根据本发明的第二优选实施例的折叠扁管200的结构断面图。其中，相同的附图标记表示结构或功能相同或类似的元件。本第二实施例不同第一实施例仅在于折叠扁管200包含的通道的个数不同。
另外，在图2或图4所示的第一和第二实施例中，第一内壁部26和第二内壁部56包括相抵接以横向定位的最外部连接壁32和62。可选地，第一构件20可不包括最外部连接壁32，或者第二构件50可不包括最外部连接壁62。
第一构件20和第二构件50分别包括多个内部连接壁34和64。第一构件20和第二构件50的连接壁可如图所示大体垂直于基壁，也可相对于基壁倾斜某一角度。
根据本发明的折叠扁管，所述第一构件20的第一内壁部26和第二构件50的第二内壁部56沿横向并排设置，在第一构件20和第二构件50的基壁22和52之间形成纵向延伸的多个通道，同时第一构件20和第二构件50的基壁22和52构成折叠扁管的主上壁和主下壁。这种结构使得，由弯折形成第一构件20的第一内壁部26所产生的折叠应力受到第二构件50的第二侧壁58和基壁52的阻挡，由弯折形成第二构件50的第二内壁部56所产生的折叠应力受到第一构件20的第二侧壁28和基壁22的阻挡。所以，根据本发明的折叠扁管100不会出现如图1所示的由于折叠应力释放而发生松弛的现象，因而对提升换热器的装配和焊接质量也有改善。除此之外，此两片扣合的结构更加具备设计的灵活性。
第一构件20和第二构件50由相同的材料制成，具体为轧制多层铝合金材料。通常，该轧制多层铝合金材料包括三层或多于三层。
图3放大示出了图2中的细节A，其中该轧制多层铝合金材料包括三层。从图3可以看出，形成第一构件20和第二构件50的轧制多层铝合金材料包括芯材72以及熔点低于芯材的钎料层74和76。当该轧制多层铝合金材料包括多于三层时，芯材72为多于一层，材料的抗腐蚀性更为优越。
用于本方面的折叠扁管的通道内的流体一般为换热过程中发生相变的制冷剂，也可以为其它形式的冷却液。
根据本发明的折叠扁管的制造将参考图5-7进行说明。
图5示出了用于制造根据本发明的折叠扁管的系统110的示意图。
根据本发明的制造折叠扁管的系统110包括用于制造第一构件20的成形段的第一生产线120、用于制造第二构件50的成形段的第二生产线150、将第一构件20的成形段和第二构件50的成形段扣合到一起形成折叠扁管的产品带的扣合装置170、以及将折叠扁管的产品带切割成预期长度的折叠扁管产品长度的切割装置180。
第一生产线120包括输送轧辊122，用于控制第一构件20的成形段的生产速度和输送用于形成第一构件20的铝卷管料121，优选地，输送轧辊122用于对铝卷管料121实现去污。虚线矩形框124表示第一构件20的成形段，通常需要3道以上的成形轧辊才能实现，其中123为首道成形轧辊。第一生产线120还包括变向轧辊126，用于对第一构件20的成形段调整行进路线。
第二生产线150具有与第一生产线120类似的结构，这里不再详细描述。
组装轧辊170实现第一构件20的成形段和第二构件50的成形段扣合到一起的工序。
如果希望采用可控气氛炉内钎焊，成形段124还需要加入钎剂涂覆装置；
切割装置180用于利用其刀具182将扣合好的折叠扁管切割成预期的成品长度。
图6示出了第一构件20的首道成形示意图。其中用于形成第一构件20的板材被传输经过上下放置的两个输送轧辊122之间。两个输送轧辊122上形成有互补的圆周凸肋127。当板材经过两个输送轧辊122之间时，互补的凸肋127在板材上压出大致“几”字形。凸肋127的横截面形状和尺寸大小决定了折叠扁管200的通道尺寸。
图7示出了第一构件20和第二构件50的组装轧辊示意图。
根据本发明的组装轧辊170主要包括上下布置的两个水平轧辊172和位于扣合扁管200两侧的竖直轧辊174。
当第一构件20和第二构件50被以第一内壁部26与第二内壁部56相对的方式传输经过两个水平轧辊172之间时，被两个水平轧辊172施加的挤压力扣合在一起。在扁管200的宽度方向上的两侧布置的两个竖直轧辊174用于保证第一构件20和第二构件50上下对正地进行扣合，而不会在水平方向上偏离对方。
上面关于本发明的优选实施例进行了描述，但本发明并不意于限制于上面描述和附图示意的实施例。关于一个实施例描述的特征同样适用于本发明的其它实施例，不同实施例的特征可相互结合形成新的实施例。在不偏离由下面的权利要求限定的实质和范围的情况下，本领域内的技术人员可以对上述实施例进行各种修改和变异。
Claims (15)
1.一种多通道折叠扁管，包括单独形成而后组装到一起的第一部件和第二部件，其特征在于，第一和第二部件分别具有平坦段和与平坦段相连且贴紧于平坦段的蜿蜒曲折段，第一和第二部件的蜿蜒曲折段沿横向并排设置并且在第一和第二部件的平坦段之间形成纵向延伸的多个通道，第一和第二部件的平坦段限定出构成所述多通道折叠扁管的两个相反的主壁，其中，第一和第二部件包括由自身材料形成的扣合结构，通过所属扣合结构将第一和第二部件固定到一起而形成所述多通道折叠扁管。
2.根据权利要求1所述的多通道折叠扁管，其中，
所述扣合结构通过压配合、摩擦配合或形状锁合实现。
3.根据权利要求1或2所述的多通道折叠扁管，其中，
所述扣合结构包括通过所述第一部件的蜿蜒曲折段和所述第二构件配合形成的第一扣合结构和通过所述第二部件的蜿蜒曲折段和所述第一构件配合形成的第二扣合结构。
4.根据权利要求1-3中任一所述的多通道折叠扁管，其中，
所述第一构件的蜿蜒曲折段包括紧贴于第一构件的平坦段上的第一内壁部和连接所述第一内壁部与该平坦段的第一侧壁，并且所述第二构件的蜿蜒曲折段包括紧贴于第二构件的平坦段上的第二内壁部和连接所述第二内壁部和该平坦段的第一侧壁。
5.根据权利要求4所述的多通道折叠扁管，其中，
所述第一构件包括从其蜿蜒曲折段的相反侧伸出的第二侧壁，所述第二构件包括从其蜿蜒曲折段的相反侧伸出的第二侧壁。
6.根据权利要求5所述的多通道折叠扁管，其中，
第一扣合结构通过所述第一部件的第一侧壁或第一内壁部和所述第二构件的平坦段或第二侧壁构成，和/或第一扣合结构通过所述第二部件的第一侧壁或第二内壁部和所述第一构件的平坦段或第二侧壁构成。
7.根据权利要求5所述的多通道折叠扁管，其中，
所述第一部件的第一侧壁与所述第二构件的第二侧壁被构造成圆弧形壁，并且所述第二构件的第二侧壁的尺寸设置成适于将所述第一部件的第一侧壁形状锁合于内；和/或
所述第一部件的第二侧壁与所述第二构件的第一侧壁被构造成圆弧形壁，并且所述第一构件的第二侧壁的尺寸设置成适于将所述第二部件的第一侧壁形状锁合于内。
8.根据权利要求7所述的多通道折叠扁管，其中，
所述第一部件的第二侧壁和/或所述第二部件的第二侧壁沿相应的圆弧延伸超过90度。
9.根据权利要求1-8中任一所述的多通道折叠扁管，其中，
所述多通道折叠扁管包括6至25个通道，优选地，包括10或12个通道。
10.根据权利要求1-9中任一所述的多通道折叠扁管，其中，所述第一部件和第二部件均由多层铝合金材料制成，包括具有至少一个层的芯材，熔点低于所述芯材的第一钎料层和第二钎料层。
11.根据权利要求1-10中任一所述的多通道折叠扁管，其中，
所述多通道折叠扁管是用于平行流换热器的多通道折叠扁管。
12.一种用于制造根据权利要求1-11中任一所述的多通道折叠扁管的系统，包括：
用于制造所述多通道折叠扁管的第一构件的成形段的第一生产线；
用于制造所述多通道折叠扁管的第二构件的成形段的第二生产线；
用于扣合所述第一构件的成形段和所述第二构件的成形段而形成所述多通道折叠扁管的成形段的扣合装置；以及
用于将所述多通道折叠扁管的成形段切割成预期长度的切割装置。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一生产线系统包括用于控制第一构件的成形段的生产速度和输送用于形成第一构件的铝卷管料的输送轧辊；用于形成第一构件的成形段的成形轧辊；以及用于变向第一构件的成形段的行进路线的变向轧辊。
14.根据权利要求12或13所述的系统，其中，所述第一构件的成形段被添加钎剂涂覆装置。
15.根据权利要求12，13或14所述的系统，其中，所述扣合装置包括对所述第一构件和第二构件施加扣合力使它们扣合在一起的两个轧辊和用于确保所述第一构件和第二构件以对正的方式扣合的轧辊。
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