CN105423802A - 热交换器管插入物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热交换器芯体，其包括集管和多个管，每个管具有固定在集管壁上的开口中以形成管-集管接头的管端部，多个外翅片能在流过多个管的流体和外翅片外部之间传热，多个外翅片附接在多个管之间并且围绕管长度的中点居中设置，从多个外翅片的端部到集管之间的距离是无翅片区域，并且多个弹性管插入物具有与多个管的横截面相似的横截面。每个弹性管插入物在管端部处被插入到一个或多个管中并且固定在无翅片区域中，以增加无翅片区域以及管通过并且附于集管的部分的管强度。在插入之前每个弹性管插入物的外横截面尺寸大于每个管的内横截面尺寸，以能够在组装热交换器期间将管插入物在无翅片区域中保持就位。

Description

热交换器管插入物

相关申请

本申请要求2014年4月17日提交的美国申请No.61/980,606的优先权。

技术领域

本发明涉及热交换器，并且更具体地，本发明涉及诸如发动机冷却散热器、中冷器、冷凝器等的热交换器，其利用管插入物增加在管-集管接头的区域中的强度。

背景技术

诸如发动机冷却散热器、中冷器、冷凝器等的热交换器，通常由以下部件组成：进口集箱(或歧管)和出口集箱(或歧管)；芯体部分，其位于集箱之间，进口和出口集管连接至集箱，并且多个流体管从进口集管延伸到出口集管，冷却翅片附接在管之间；和结构侧板，每侧一个，连接至进口和出口集箱。这些侧板常常提供安装热交换器的附接件。

每个流体管被分别插入进口和出口集管的壁的开口中，并且密封以形成管-集管接头。在热交换器的操作期间，当管被交替地加热和冷却时，流体输送管承受反复膨胀和收缩，使得当膨胀和收缩管试图移动连接至进口和出口集箱的进口和出口集管时，导致在管-集管接头区域产生大应力，结构侧板抑制了进口和出口集箱的移动。

由于膨胀和收缩管试图移动固定的集管和集箱，第一个导致使用中的热交换器故障的因素是外管-集管接头的故障或临近这些接头的管的故障。现有技术中努力提出多种设计以解决该问题，例子包括具有弹性管-集管接头的热交换器，具有膨胀接头的结构侧板，不能输送加热流体的封闭的端管，具有柔性突出物(管和集管支撑部件之间的集管的一部分)的集管等。这些方法中的一些效果很好，但是所有方法在材料和人工上都很贵，并且经常导致管堵塞，从而导致传热性能降低。

因此，需要提出一种手段来在材料和人工花费最小的情况下防止端部管-集管故障，而保留热交换器热性能。

发明内容

因此，考虑到现有技术中的问题和不足，本发明的目标是提供可手动或自动安装的管插入物，在其穿过并且连接至集管的位置处或附近的管的关键部分中为管提供增大的强度。

本发明的另一个目标是提供管插入物，其中管插入物的厚度可调节以提供必须的管和管接头强度来满足应用需求。

本发明进一步的目标是提供管插入物，其在应用中是灵活的，并且其中管插入物可被应用于最接近结构侧板的管的端部或应用于多个管，以满足所需的使用寿命需求。

本发明的又一个目标是提供管插入物，其需要的额外材料量相比标准热交换器来说可以忽略不计。

本发明的另一个目标是提供管插入物，其导致通过热交换器芯体的流体压降的差不多不可测的增加，因此在热交换器热性能方面影响很小或没有影响。

本发明的另一个目标是提供管插入物，其包括弹簧特征，以允许管插入物在芯体处理过程中保持就位。

本发明的又一个目标是提供管插入物，其在无翅片区域开始处和邻近无翅片区域开始处提供逐渐降低的管刚度以避免应力集中。无翅片区域从外翅片端部开始支撑管，并且延伸至集管。

本发明的其它目标和优点部分是显而易见的并且部分通过说明书显现。

对本领域技术人员来说是显而易见的以上目标和其它目标在本发明中实现，本发明涉及用于热交换器的芯体，包括具有壁的集管和多个间隔的管，该壁中具有多个开口，管具有中点和内径，每个管具有管端部，管端部固定在集管的壁的开口中，以形成管-集管接头。芯体包括多个外翅片，这些外翅片附接在多个管之间并且其围绕管长度的中点居中设置。外翅片具有与管-集管接头间隔开的端部以形成在两者间延伸的无翅片区域。多个外翅片能在流经多个管的流体和外翅片的外部之间传热。芯体进一步包括多个弹性管插入物，弹性管插入物具有与多个管的横截面基本相似的横截面。每个弹性管插入物在管端部处被插入到一个或多个管中并且基本固定在无翅片区域中。在插入之前每个弹性管插入物具有稍微大于每个管的内径的外尺寸，以使管插入物在组装热交换器期间在无翅片区域中保持就位。

多个弹性管插入物可以由与多个管相同的材料构成。多个弹性管插入物中的每一个基本可以或不可以在管的中点的方向上延伸超过无翅片区域。多个弹性管插入物中的每一个可以具有基本等于外翅片端部和管端部之间间距的长度。

多个弹性管插入物中的每一个可以具有长度，并且包括弹性管插入物长度的材料的在外翅片的端部处开始且在管的中点方向上延伸的一部分可以被移除。可选地，每个弹性管插入物可以包括至少一个锥形齿，其开始于外翅片的端部处并且在管的中点方向上延伸。

多个管中的每一个可以包括多个内翅片，这些内翅片处于管内部并且其围绕管的长度的中点居中设置，内翅片具有与管端部间隔的端部，并且弹性管插入物中的每一个可以允许内翅片在管端部的方向上至少部分地延伸穿过。

在另一方面，本发明涉及热交换器，包括具有壁的集管和插置在多个外翅片之间的多个管，该壁中具有多个开口，外翅片能在流经多个管的流体和外翅片的外却之间传热。每个管延伸超过多个外翅片的顶部。每个管具有中点和管端部，管端部固定在集管的壁的开口中以形成管-集管接头。多个外翅片的顶部和集管之间的距离是无翅片区域。热交换器也包括多个管插入物，其具有与多个管的横截面基本相似的横截面。管插入物在无翅片区域中在管端部处可滑动地安装在一个或多个管中，每个管插入物固定在无翅片区域中，以使管插入物在组装热交换器期间能够保持就位。热交换器进一步包括连接至集管的集箱。

多个管插入物可以由与多个管相同的材料构成。多个管插入物中的每一个在管的中点的方向上基本可以或不可以延伸超过无翅片区域。多个管插入物中的每一个可以具有基本等于从管端部至外翅片顶部之间间距的长度。

多个管插入物中的每一个可以具有长度，并且包括管插入物长度的材料的大约在外翅片的顶部处开始并且在管的中点的方向上延伸的部分可以被移除。可选地，每个管插入物可以包括至少一个锥形齿，其大约从外翅片的顶部延伸并且在管的中点的方向上延伸。

多个管中的每一个可以包括多个内翅片，这些内翅片处于管内部并且其围绕管长度的中点居中设置，内翅片具有与管端部间隔的端部，并且每个弹性管插入物可以允许内翅片在管端部的方向上至少部分延伸穿过，以改进传热并增大管的强度。

在另一个方面，本发明涉及组装热交换器芯体的方法，包括以下步骤：提供具有包括多个开口的壁的集管，并且提供多个间隔的具有中点和内部尺寸的管。每个管具有能固定在集管的壁上的开口中以形成管-集管接头的管端部。该方法包括将多个外翅片附接在多个管之间并且外翅片与每个管端部间隔一定距离，多个外翅片能在流经多个管的流体和外翅片的外部之间传热。该方法进一步包括将多个管端部插入到集管的壁的开口中以形成管-集管接头，管-集管接头与外翅片的端部间隔一定距离以在其间形成无翅片区域。该方法还包括提供多个弹性管插入物。每个弹性管插入物具有与多个管的横截面基本相似的横截面并且能够在管端部处可滑动地安装在一个或多个管中并且固定在无翅片区域中。在插入之前每个弹性管插入物具有稍微大于每个管内尺寸的外尺寸，以使管插入物能在组装热交换器期间保持就位。该方法进一步包括步骤：将至少一个弹性管插入物在无翅片区域中在管端部处插入到多个管中的至少一个管中。

多个弹性管插入物可以由与多个管相同的材料构成。多个弹性管插入物可以在热交换器组装的钎焊过程中通过钎焊固定在无翅片区域中，或者在热交换器组装的焊料烘干过程中通过熔焊固定在无翅片区域中。

弹性管插入物在管的中点方向上基本可以或不可以延伸超过无翅片区域。多个弹性管插入物可以具有基本等于从多个翅片的顶部至管端部之间的间距的长度。

多个弹性管插入物的每一个可以具有长度，并且包括管插入物长度的材料的在外翅片的顶部处开始且在管的中点方向上延伸的一部分可以被移除。可选地，每个弹性管插入物可以包括至少一个锥形齿，其开始于外翅片的顶部处并且在管的中点方向上延伸。

多个管的每一个可以包括多个内翅片，这些内翅片处于管内部且其围绕管长度的中点居中设置，内翅片具有与管端部间隔的端部，并且每个弹性管插入物可以允许内翅片在管端部的方向上至少部分地延伸穿过，以改进传热和增加管强度。

该方法可以进一步包括提供集箱，并且将集箱连接至集管以形成热交换器。

附图说明

本发明的特征被认为是新颖的并且本发明的元件特性在所附权利要求中具体阐述。附图仅用于说明，不是按比例绘制的。然而，参照结合下面附图的详细说明可以更好地理解发明本身的构造和操作方法，其中：

图1示出了现有技术的典型热交换器组件的冷却空气流动方向上的前视立体图；

图2A示出了部分地剖开的典型热交换器组件的一部分的前正视图，示出了进口集箱的集管部分、密封于管-集管接头处的热交换器管、冷却翅片和结构侧板；

图2B示出了沿线A-A截取的图2A的热交换器管的横截面图；

图3示出了图2A的集管部分的一部分的放大剖开的部分前正视截面图，示出了插入管-集管接头处的管端部中并且放置在无翅片区域中的本发明的管插入物的一个实施例；

图4A示出了本发明的管插入物的一个实施例的透视图；

图4B示出了如图4A中示出的本发明的管插入物的侧部的俯视平面图；

图4C示出了沿线A-A截取的如图4B中示出的本发明的管插入物的横截面图；

图5A示出了如图4A-4C中示出的本发明的管插入物以及管插入物插入管端部之前的热交换器芯体管的分解透视图；

图5B示出了如图5A示出的本发明的管插入物的端部的横截面图，其已经被插入热交换器芯体管的端部；

图6A示出了本发明的管插入物的另一个实施例的透视图，示出两件式插入物的两个部件；

图6B示出了如图6A示出的本发明的装配好的两件式管插入物的俯视平面图；

图6C描述沿线A-A截取的如图6B中示出的本发明的装配好的两件式管插入物的端部的横截面图；

图7A示出了如图6A-6C示出的本发明的两件式管插入物以及管插入物插入管端部之前的热交换器芯体管的分解透视图；

图7B示出了如图7A示出的本发明的两件式管插入物的端部的横截面图，其已经被插入热交换器芯体管的端部；

图8A示出了本发明的管插入物的又一个实施例的透视图；

图8B示出了如图8A中示出的本发明的管插入物的俯视平面图；

图8C示出了沿线A-A截取的如图8B中示出的本发明的管插入物的端部的横截面图；

图9A示出了如图8A-8C中示出的本发明的管插入物以及管插入物插入管端部之前的热交换器芯体管的分解透视图；

图9B示出了如图9A中示出的本发明的管插入物的端部的横截面图，其已经被插入热交换器芯体管的端部；

图10A示出了本发明的另一个实施例的透视图；

图10B示出了如图10A示出的本发明的管插入物的侧正视图；

图10C示出了如图10A-10B中示出的本发明的管插入物的端部的横截面图，其已经被插入热交换器芯体管的端部；

图11A示出了热交换器的集管部分的一部分的放大剖开的在冷却空气流动方向上的部分前正视截面图，示出插入管-集管接头处的管端部中并且放置在无翅片区域中的如图10A-10C中示出的本发明的管插入物的实施例；

图11B示出了如图11A示出的部分集管沿与冷却空气流成横向的方向的部分剖开侧横截面图；

图11C示出了沿线A-A截取的图11A的热交换器芯体的横截面图；

图12A示出了本发明的管插入物的另一个实施例的透视图，示出两件式插入物的两个部件；

图12B示出了如图12A示出的本发明的管插入物的装配好的两件式管插入物的俯视平面图；

图12C示出了沿线A-A截取的如图6B中示出的本发明的装配好的两件式管插入物的端部的横截面图；

图13示出了热交换器的集管部分的一部分的放大剖视的前正视截面图，示出如图12A-12C中示出的插入管-集管接头处的管端部中并且放置在无翅片区域中的本发明的管插入物的实施例。

具体实施方式

描述本发明的优选实施例时，将参考附图1-13，其中，相同的数字代表本发明的相同特征。

诸如发动机冷却散热器、中冷器、冷凝器等的热交换器，通常由以下部件组成：进口集箱(或歧管)和出口集箱(或歧管)；芯体部分，其位于集箱之间，进口和出口集管连接至集箱，并且多个流体管从进口集管延伸到出口集管，冷却翅片附接在管之间；和结构侧板，每侧一个，连接至进口和出口集箱。这些侧板常常提供安装热交换器的附接件，并且进一步用于防止进口和出口集箱在操作过程中移动。冷却翅片附接在结构侧板和最外侧管之间，也附接在相邻管之间，并且被定位成使得翅片围绕流体输送管的长度的中点居中布置，无翅片区域与进口和出口集箱的集管部分相邻。冷却翅片的端部和集管之间的区域称为“无翅片”区域。无翅片区域开始于冷却翅片终止的地方。

在热交换器的操作过程中，加热的流体进入进口集箱，通过芯部管而流至出口集箱，并且在流过管时被流经翅片的冷却空气冷却。加热的流体增加管的温度，导致它们的长度膨胀。当系统关闭时，管冷却并且收缩。管的这种膨胀和收缩试图增加和降低附接到顶部和底部集箱的顶部和底部集管之间的距离。然而，结构侧板常常限制集箱移动，由此当膨胀和收缩的管试图移动不可移动的集箱时导致在管-集管接头处产生巨大应力。由于在集管中存在一些顺应性，朝向芯体中心的管-集管接头的应力通常小于结构侧板旁边的最外侧管-集管接头处的应力。由于膨胀和收缩管试图移动固定集箱，导致使用中的热交换器最先引起的故障是外侧管-集管接头或与这些接头相邻的管的故障。

本发明涉及管插入物，其在热交换器芯体组装期间通过手动或自动方式插入到热交换器管的端部中，以增加管-集管接头处和无翅片区域中的管强度。在集管装配到管端部上之后，管插入物在无翅片区域中从进入集管的管端部处的点至外部冷却翅片终止的点被放置在管内，并且可以在芯体钎焊或焊料烘干期间进行钎焊或熔焊而就位。优选地，管插入物可以由与芯体的管相同的材料构成，并且本质上用来增加从无翅片区域的开始处至管端部的区域中的管的壁厚。热交换器中的管和翅片典型地由铝或铝合金制成，并且可以覆盖或涂覆有钎焊材料，但是也可采用其它金属或合金，例如铜。

本发明能适用于许多类型的热交换器，然而，因为中冷器(或中间冷却器)的管的横截面往往比散热器或冷凝器的横截面大得多，所以这里的说明主要涉及中冷器的应用。

这里采用的特定术语仅为了方便并且不作为对本发明的限制。词语如“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“垂直”、“向上”和“向下”仅仅描述图中示出的结构。为了清楚起见，图中采用的相同的参考数字表示相似元件。

现在参照图1，示出了现有技术中的典型热交换器组件，具有在方向121上流入或流出页面的冷却空气流。热交换器组件由进口集箱或歧管100、出口集箱或歧管200、多个在集箱或歧管之间延伸的流体输送管110以及一侧具有一个的连接至进口集箱100和出口集箱200的结构侧板130。集管102、202通常设置在集箱上，以用于将管机械地附接和连接至集箱。

如图1中所示，典型的热交换器芯体由多个竖直的平行的间隔管110组成，管之间附接有延伸的外表面翅片120以传热给流经的空气流。管110被分别插入并且密封于进口集管102和出口集管202的壁上的开口(未示出)，以组成芯体。集管102、202连接至进口和出口集箱或歧管100、200或者是进口和出口集箱或歧管的一部分，并且结构侧板130连接集箱，以形成热交换器。每个管具有管端部，管端部固定在集管的壁上的开口中，以形成管-集管接头104、204。卵形管典型地用于封闭管间距，以优化热交换器的最佳传热性能，但是也可以采用其它管形状和横截面。如在此使用的，术语“卵形”指的是任何具有大致平滑弯曲边缘的非圆形轴向横截面(即，垂直于管的轴线)，例如椭圆形或具有圆角的矩形，或其它长圆形或蛋形。

在操作中，加热的流体进入进口集箱100，通过芯体管110流至出口集箱200，并且当流过管110时被流经外翅片120的冷却空气冷却。加热的流体增加了管110的温度，导致它们的长度膨胀。当系统关闭，管110冷却并且收缩。管110的热膨胀和收缩在图1中通过箭头140表示。管的这种膨胀和收缩试图增加和减少进口和出口集管和集箱之间的距离。然而，结构侧板130抑制集箱移动，从而当膨胀和收缩管试图移动固定集箱时导致在管-集管接头104、204处产生强大应力。

图2A示出部分剖开的典型热交换器组件的一部分，示出了附接到进口集箱或歧管100的进口集管102，其中热交换器管110插入集管壁上的开口106中并且在管-集管接头104处密封。图2A进一步示出结构侧板130，结构侧板130和最外侧热交换器管110之间以及相邻的管110之间具有外翅片120。如图2A所示，设置冷却翅片120使得翅片围绕流体输送管的中点居中布置，无翅片区域与附接到进口集箱100的进口集管102相邻。图2B示出沿线A-A截取的图2A中的热交换器管110的横截面。如图2B中所示，管110具有基本卵形横截面并且可以包括沿管长度延伸的内翅片122。

最外侧管-集管接头104在热交换器操作期间承受反复应力，因此存在最大的故障风险。本发明涉及一种管插入物，其通过在管的关键部分进行补强来增加管的强度，其中关键部分包括沿着管的、在管通过且被连接至集管102的点与外翅片120的顶部之间的无翅片区域。

图3描述图2A的集管部分的一部分的放大剖视图，示出插入管端部112并且放置在无翅片区域150中的本发明的管插入物300的一个实施例。管110被插入集管壁上的开口106中并且密封在管-集管接头104处。如图3所示，管插入物300已经在管端部112处插入到管110中，并且大致在管-集管接头104和外翅片120开始处之间设置在无翅片区域150中。管插入物可以在管-集管接头上延伸至管端部112。在集管装在管端部上之后，管插入物300在热交换器芯体的组装过程中可被手动或自动地安装。(虽然这里以后的图可以示出与管端部相关的管插入物而没有示出集管，但是通常在管插入物装入管的无翅片区域之前管端部将装入集管开口中。)

如图示出的管插入物300在管的中点方向上延伸不超过无翅片区域150并且放置在从无翅片区域的开始处到已插入集管壁开口的管端部112的区域中。在可选实施例中，管插入物300的长度可以比无翅片区域的长度更长或更短，和/或基本沿无翅片区域的长度延伸。如图3中所示，在钎焊芯体时管插入物300已经钎焊在无翅片区域150中，但是可选地，可以在芯体的焊料烘干期间通过熔焊固定。通过将管插入物大致放置在无翅片区域中，管插入物用于增加管的该关键部分以及管经过并连接至集管的地方的管壁厚。该增加的厚度在管-集管接头提供增大的强度，使得接头可以经受住与由于温度改变而带来的芯体管的反复膨胀和收缩相关的高应力。此外，制造本发明的管插入物所需的额外的材料量与标准热交换器芯体相比可以忽略不计。

如图3所示，管插入物300已经插入与结构侧板130相邻的管中，通常来说管-集管接头处的应力更大。然而，为满足使用寿命需求，本发明的管插入物也可用在朝向芯体中心的管中，其中由于附接到进口和出口集箱的集管中潜在的顺应性，而使得管-集管接头处的应力可能较低。

图4A-4C描述本发明的管插入物的一个实施例。如图4A所示，管插入物300可以是单件式插入物，由弹性材料、优选地与管插入物所插入的芯体管相同材料的平板形成，其具有极为均匀的表面并且折叠以形成基本卵形横截面，具有长边直径或大外径或尺寸D1和短边或小外径或尺寸D3。管插入物300具有细长的平的底部302和将细长底部302与顶部翼片306A、306B间隔的基本垂直的侧部304A、304B。顶部翼片306A、306B形成基本平行于底部302的平面并且大约沿着平面在中点处汇合。侧部304A、304B和顶部翼片306A、306B可以具有固有弹性，使得它们能承受压缩力同时保持基本相同的形状。

侧部304A、304B之间的距离决定了管插入物的大尺寸D1，并且侧部304A、304B的高度决定了小尺寸D3。各自的尺寸由每个应用需求决定设计。如图5A-5B中所示，优选地，尺寸D1名义上小于管插入物所插入的芯体管的内部尺寸D2，以允许进行滑动安装。进一步，在管插入物插入之前管插入物的小尺寸D3名义上可以大于管插入物所插入的芯体管的内部尺寸D4，从而能进行紧密的但能滑动的安装，从而在插入就位后插入物不会掉出。当管插入物300在箭头142方向上被插入管端部时，管插入物300的外表面114承受压缩力并且被加压而使得在插入时管插入物与管的内表面116紧密接合。在图5A中通过箭头144示出相应的压缩力。管插入物材料的固有弹性作为“弹簧”特征，允许管插入物在热交换器芯体的加工过程中保持就位。

图4B示出管插入物300的俯视图。如图4B所示，顶部翼片306A、306B不接触并且保持小间隙308，以允许翼片306A、306B在管插入物300插入热交换器芯体管期间独立运动。当管插入物300被插入管端部时，翼片306A、306B可以承受压缩力并且在朝管插入物的中心的向下方向上受到压力，而使得管插入物与管的内表面紧密接合，如图5A-5B所示。

图4C示出管插入物300的横截面图。如图4C所示，管插入物300具有均匀的横截面，没有会阻碍流体通过管并降低传热性能的突起。优选地，管插入物300由与管插入物300所插入的芯体管相同的材料构成。插入物300的厚度可以按照需要进行调节，以根据应用需求在管-集管接头处提供所需的强度。

图6A-6C描述本发明的管插入物的另一个实施例。图6A示出两件式管插入物300′的两个半部300A、300B，其中两件式插入物的每个半部300A、300B是相同的形状并且配置成当任何一个半部上下颠倒时与两件式插入物的相对半部匹配。管插入物的每个半部300A、300B包括U型平底部310，其具有平行腿部312A、312B和插置在腿部310A、312B之间的矩形开口311。管插入物的每个半部300A、300B进一步包括设置成基本垂直于底部310并且将平底部310与T型顶部316间隔的侧部突起物314。顶部316基本平行于底部310并且包括在底部矩形开口311的中点方向上设置的基本垂直的翼片318。翼片318延伸不超过由平底部的平行腿部312A、312B形成的平面。

管插入物的半部300A可与结构上相同的管插入物的半部300B相匹配以形成管插入物300′，如图6B-6C所示。如图6B-6C所示，为了形成本发明的两件式管插入物300′，管插入物的半部300B可被反转并定位成使得管插入物的半部300B的底部平行腿部312A、312B与管插入物的半部300A的顶部316形成一个平面，并且管插入物的半部300A的底部平行腿部312A、312B与管插入物的半部300B的顶部316形成一个平面。仅为了示范，管插入物的半部300B被示出为反转状态，两件式插入物300′也可替代地通过反转管插入物的半部300A而形成。一旦组装，管插入物300′就具有基本卵形横截面，如图6C所示。

如图7A-7B所示，一旦组装，两件式插入物300′具有长边直径或大外部尺寸D1，其名义上小于管插入物所插入的芯体管的内部尺寸D2，以允许进行滑动安装。进一步，在管插入物插入之前管插入物短边直径或小外部尺寸D3名义上可以大于管插入物所插入的芯体管的内部尺寸D4，由此再次进行紧密但可滑动的安装。如图7A-7B所示，当管插入物300′在箭头142的方向上插入管端部时，管插入物300′的外表面被施加压力，使得其趋向于在插入时将管插入物推压至与管的内表面116紧密接合。这允许管插入物300′在热交换器芯体的加工过程中保持就位。此外，管插入物300′具有与被插入的管110基本相似的横截面，当流体从集管流入管时提供最小的干扰，因此，对热交换器的热性能影响很小或没有影响。

图6C示出本发明的两件式管插入物300′的横截面图。当从横截面看时，管插入物300′基本是卵形的，允许紧密但可滑动地安装到卵形的芯体管中，如图7B所示。不排除管的其它形状，只要管和管插入物的横截面基本相同并且管插入物不干预管中的流体流动或者影响传热性能，就可以达到本发明的目标。在图12A-12C中示出了图6A-6C中描述的实施例的改进。

图8A-8C描述本发明的管插入物的又一个实施例，其中管插入物300″是具有不均匀外表面的单件式插入物。如图8A所示，管插入物300″可以是单件式插入物，其具有长边直径或大尺寸D1和短边直径或小尺寸D3的基本椭圆形横截面，其可由弹性材料的平板形成，优选地由与管插入物所插入的芯体管相同的材料形成。管插入物300″包括U型平底部310″，其具有平行腿部312A″、312B″和插置在腿部312A″、312B″之间的矩形开口311″。每个腿部312A″、312B″进一步包括从每个腿部312A″、312B″的端部基本垂直于底部310″而设置的竖直折板320A、320B。侧部突出物314″设置成基本垂直于底部310″的相对端部，并且将底部310″与T型顶部316″间隔开。顶部316″基本平行于底部310″并且包括设置在底部矩形开口311″的方向上的基本垂直翼片318″。翼片318″与竖直折板320A、320B形成一个平面并且延伸不超过由底部平行腿部312A″、312B″形成的水平平面。侧部突出物314″可以具有固有弹性，使得管插入物300″能经受压缩力，同时保持大致相同的形状。

侧部突出物314″和竖直折板320A、320B之间的距离决定了管插入物的大尺寸D1，并且侧部突出物314″的高度决定了小尺寸D3。相应的尺寸D1、D3根据应用需求而设计。如图9A-9B所示，优选地，管插入物尺寸D1名义上小于管插入物所插入的芯体管的内部尺寸D2，以允许进行滑动安装。此外，在管插入物插入之前管插入物尺寸D3可以大于管插入物所插入的芯体管的内部尺寸D4，以实现紧密但可滑动的安装。进一步如图9A-9B所示，当管插入物300″在箭头142的方向上被插入管端部时，管插入物300″的顶部316″承受压缩力并且被施加压力使得其趋向于在插入时将管插入物推压成与管的内表面116紧密接合。相应的压缩力在图9A中通过箭头144示出。管插入物的固有弹性作为“弹簧”特征，允许管插入物在热交换器芯体的加工过程中保持就位。

图8B示出管插入物300″的俯视平面图。如图8B所示，竖直折板320A、320B与在矩形开口311″的方向上从T型顶部316″的边缘突出的翼片318″(未示出)形成平面。平行腿部312A″、312B″可以从顶部316″独立运动，以促使管插入物300″在插入时与管的内表面紧密接合。当管插入物300″被插入管端部时，顶部316″可以承受压缩力并且朝向平行腿部312A″、312B″在向下方向上被施加压力以促使管插入物与管的内表面紧密接合，如图9A-9B所示。

图8C示出管插入物300″的横截面图。如图8C中所示，插入物300″具有均匀的基本卵形的横截面，而没有阻挡流体流过管并且降低传热性能的突出物。另外，管插入物300″的厚度可以相据需要进行调节，以根据应用需求在管-集管接头处提供所需的强度。

如图3、11A、11B和13中所示，无翅片区域被认为开始于外冷却翅片的顶部处并且延伸至集管。为了给管提供内部加固，本发明的管插入物可以从管端部延伸以超过管-集管接头，至少要超过无翅片区域的开始处(换句话说，冷却翅片终止的地方)。为了避免将发生刚度点突变的应力集中(其将增加在无翅片区域中的管故障的可能性)，优选地，本发明的管插入物延伸入管的通过外部冷却翅片支撑的部分，从而在管插入物的在管长度的中点方向上延伸超过无翅片区域的起始点的部分中，管插入物的刚度逐渐降低，从而在该关键区域中提供恒定的张紧刚度分布。

图10A-10C描述本发明的管插入物的另一个实施例，其中在管插入物进入管的通过外部翅片支撑的部分时，管插入物提供逐渐降低的刚度。类似于管插入物300，如图4A中所示，管插入物400也可以是由弹性材料的平板形成的单件式插入物，优选地由与管插入物所插入的芯体管相同的材料形成，其具有极为均匀的表面并且被折叠以形成基本卵形的横截面，具有长边直径或大外部尺寸D1、短边直径或小外部尺寸D3和主长度L1。管插入物400具有细长的平底部402和将细长底部402与顶部翼片406A、406B间隔开的基本垂直侧部404A、404B。顶部翼片406A、406B形成基本平行于底部402的平面并且大约沿平面在中点处接触。侧部404A、404B和顶部翼片406A、406B可以具有固有弹性，使得它们能经受压缩力，同时保持基本相同的形状。

侧部404A、404B之间的距离决定了管插入物的大尺寸D1，并且侧部304A、304B的高度决定了小尺寸D3。相应的尺寸相据应用需求而设计。如图10C中所示，优选地，尺寸D1名义上小于管插入物所插入的芯体管110的内部尺寸D2，以允许进行滑动安装。进一步，在管插入物插入之前管插入物的小尺寸D3可以名义上大于管插入物所插入的芯体管110的内部尺寸D4，以进行紧密但可滑动的安装，从而使得管插入物在放入就位后不会掉出。当管插入物400被插入管端部时，管插入物400的外表面114承受压缩力并且被施加压力，使得其趋向于在插入时将管插入物推压成与管的内表面116紧密接合。管插入物材料的固有弹性作为“弹簧”特征，允许管插入物在热交换器芯体的加工过程中保持就位。

如图10A中所示，顶部翼片406A、406B不接触并且存在小的间隙408，以允许翼片406A、406B在管插入物400插入热交换器芯体管期间独立运动。如图10C所示，当管插入物400被插入管110的端部时，翼片406A、406B可以承受压缩力并且朝管插入物的中心在向下方向上被施加压力以将管插入物推压成与管的内表面116紧密接合。

图10B示出管插入物400的侧正视图。如图10B所示，包括管插入物400的主长度L1的材料的一部分的长度L2已经在每个侧部404A、404B上被移除。当管插入物400被插入热交换器管并且放置在无翅片区域中时，长度L2延伸入管的通过外翅片支撑的部分。沿管插入物400的长度L2移除材料在外部翅片支撑结束且无翅片区域开始的区域中提供逐渐减小的刚度，从而避免应力集中，否则在应力集中处刚度点将发生突变，如图11A-11B所示。

图11A和11B分别示出热交换器的包括了如图10A-10C所示的管插入物400的集管部分在冷却空气流动方向上的放大正视图和在与冷却空气流成横向的方向上的部分剖开的侧横截面图。冷却空气流动的方向在图11B中通过箭头121示出。管110被插入集管102的壁上的开口106中并且在管-集管接头104处密封。如图11A-11B所示，管插入物400已经在管端部112处被插入管110中，并且大致放置在管端部112和无翅片区域150的开始处之间。在管端部被插入集管开口后，管插入物400可在热交换器芯体的组装期间手动或自动安装。此外，如果需要，管插入物400的厚度可以调节以根据应用需求在管-集管接头处提供所需的强度。

如图11A-11B所示，管插入物400的主长度L1可以延伸超过无翅片区域的开始处并且延伸到由内翅片122和外翅片120支撑的管的一部分中。如图所示，多个内翅片122可以围绕管110的内部的长度的中点居中设置，并且在集管102的方向上沿管110的长度延伸。内翅片122给管110提供另外的支撑并且改进传热性能。管插入物400延伸超过无翅片区域的开始处的距离基本与已经从管插入物400移除的材料部分的长度L2相等。在管插入物400的该部分的材料的移除使得在外翅片支撑结束且无翅片区域开始的区域中刚度沿管长度逐渐减小，从而避免应力集中并且降低管在该区域故障的可能性，否则在应力集中处刚度点将会发生突变。

如图11A中所描述的，管插入物400在芯体钎焊期间已经被钎焊在无翅片区域150中，但是可选地，可以在芯体的焊料烘干期间通过熔焊固定。通过将管插入物基本放置在无翅片区域中，管插入物用于增加其在管中通过并连接到集管的地方和关键部分中的管的壁厚和强度。该增加的厚度在管-集管接头处提供增大的强度，使得接头可以经受住与由于温度变化而带来的芯体管的反复膨胀和收缩相关的高应力。此外，制造本发明的管插入物所需的额外材料量相比于标准热交换器芯体来说可以忽略不计。

图11C示出沿线A-A截取的图11A的热交换器芯体的横截面图。如图11C中所示，在管插入物放置期间以及在随后的热交换器芯体的钎焊或焊料烘干期间，管插入物400具有与管110基本相似的横截面以允许紧密但可滑动的安装。如图11A-11B描述的，并且更特别地在图11C中所示，管插入物400具有基本均匀的卵形横截面，以允许内翅片122在管端部的方向上至少部分地延伸穿过，以改进传热并增大管强度。

图12A-12C描述图6A-6C中示出的两件式管插入物的改进，其中两件式管插入物的长度的一部分延伸入通过外翅片支撑的管的部分，提供逐渐降低的刚度。如图12A-12B所示，两件式管插入物300′的每个半部300A、300B可以进一步包括垂直于由平行腿部312A、312形成的平面并且沿该平面延伸的锥形齿324，以及垂直于由顶部316形成的平面并且沿该平面延伸的至少一个锥形齿324。如图12B中所示，当半部300A、300B互相配合以形成两件式管插入物300′时，所有的锥形齿324在相同方向上延伸，并且从顶部316延伸的锥形齿324与从腿部312A、312B延伸的锥形齿324间隔并且平行。进一步如图12C中所示，管插入物300′的横截面基本保持卵形，允许紧密但可滑动地安装到卵形芯体管中。

图13示出热交换器的集管部分的一部分的放大剖视图，包括具有如图12A-12C所示的锥形齿324的管插入物300′。管110被插入集管102的壁上的开口106中并且在管-集管接头104处密封。如图13中所示，管插入物300′在管端部112处已经被插入管110中，并且大致放置在管端部112和无翅片区域150的开始处之间。在集管在管端部上就位之后，在组装热交换器芯体期间，管插入物300′可被手动或自动地安装。此外，如果需要，管插入物300′的厚度可以调节，以根据应用需求在管-集管接头处提供所需的强度。

如图13中所示，管插入物300′被放置成使得锥形齿324从无翅片区域的开始处延伸并且进入由外翅片120支撑的管的部分。锥形齿324延伸超过无翅片区域150的开始处，使得管110在由外翅片120支撑终止处和无翅片区域150开始处的接合点的强度不会突然改变，从而避免否则将使得刚度点发生突变的应力集中，并且降低管在该区域故障的可能性。如图所示，多个内翅片122可以围绕管110的内部的长度的中点居中设置，并且在集管102的方向上沿管110的长度延伸。内翅片122为管110提供额外的支撑并且改进传热性能。如图13所示，锥形齿324终止于内翅片122末端；然而，管插入物300′包括基本均匀的横截面，以允许内翅片122在管端部的方向上至少部分地延伸穿过，以改进传热并增大管强度。在热交换器芯体的组装中，在集管放置到管端部上之前或之后，内翅片可被插入管中，并且在集管放置在管端部上之后，管插入物可被插入无翅片区域中，使得当集管安装时在管端部上没有向外的力。

如图13中所描述的，管插入物300′在芯体钎焊期间已经钎焊在无翅片区域150中，但是可选地，可在芯体的焊料烘干期间通过熔焊固定。通过将插入物300′大致放置在无翅片区域中，管插入物用于增加其在管中通过并且连接至集管的地方和该关键部分中的管的壁厚。这种增加的厚度在管-集管接头处提供增大的强度，使得接头可以经受住于由于温度变化而导致的芯体管的反复膨胀和收缩相关的高应力。此外，制造本发明的管插入物所需的额外材料量相比标准热交换器芯体来说可以忽略不计。

本领域技术人员应当意识到被示出的在图中描述的本发明的管插入物的形状仅仅用于示意性目的，而具有相同发明特征的许多其它形状可被用于实现本发明的相同目的，只要管插入物具有与芯体管基本相似的横截面并且可被插入芯体管的端部以在管-集管接头处提供增大的强度，同时维持几乎不可测量的通过热交换器芯体的增大的流体压降并且在热交换器热性能上影响很小或没有影响。

因此本发明获得以下一个或多个优点。管插入物可被手动或自动安装，这在管的关键部分，包括无翅片区域以及其穿过并连接至集管的区域，为管提供了增大的强度。管插入物在无翅片区域和由外冷却翅片支撑的管之间的关键接合点提供恒定的张紧刚度分布，并且包括弹簧特征以允许管插入物在芯体加工过程中保持。管插入物的厚度可根据需求调节以提供必要的管接合强度以满足应用需求。管插入物可被应用于最接近结构侧板的管的端部或应用于多个管，以根据需要满足使用寿命需求。与标准热交换器相比所需的额外的材料几乎可以忽略不计，并且基本上在通过热交换器芯体的流体压降上没有增加，因此在热交换器热性能上影响很小或没有影响。

虽然已经结合具体实施例详尽描述了本发明，显然根据前述实施例的多个可选实施例、改进实施例和变形实施例对本领域技术人员来说是显而易见的。因此可以预期的是从属权利要求将包含任何这种可选实施例、改进实施例和变形实施例，均落入本发明的真正范围和精神中。

因此，根据如上描述的本发明，要求如下权利。

Claims (24)

1.一种热交换器芯体，包括：

集管，其具有壁，该壁中具有多个开口；

多个间隔的管，其具有长度和内横截面尺寸，沿管的长度具有中点，每个管具有管端部，该管端部固定在集管的壁中的开口内，以形成管-集管接头；

多个外翅片，其附接于多个管之间，并且围绕管的长度的中点居中设置，外翅片具有与管-集管接头间隔的端部以形成在管-集管接头和该端部之间延伸的无翅片区域，多个外翅片能在流过多个管的流体和外翅片的外部之间传热；

多个弹性管插入物，其具有与多个管的横截面基本相似的横截面，每个弹性管插入物在管端部处插入到一个或多个管中并且大致固定在无翅片区域中，在插入之前每个弹性管插入物的外横截面尺寸大于每个管的内横截面尺寸，以便在组装热交换器期间管插入物能够在无翅片区域中保持就位。

2.根据权利要求1所述的热交换器芯体，其中多个弹性管插入物由与多个管相同的材料构成。

3.根据权利要求1所述的热交换器芯体，其中弹性管插入物在管长度的中点的方向上基本不延伸超过无翅片区域。

4.根据权利要求1所述的热交换器芯体，其中弹性管插入物在管长度的中点的方向上延伸超过无翅片区域。

5.根据权利要求1所述的热交换器芯体，其中多个弹性管插入物中的每一个具有长度，并且包括弹性管插入物长度的材料的在外翅片的端部处开始并且在管长度的中点的方向上延伸的一部分被移除。

6.根据权利要求1所述的热交换器芯体，其中每个弹性管插入物包括开始于外翅片端部处并且在管长度的中点的方向上延伸的至少一个锥形齿。

7.根据权利要求1所述的热交换器芯体，其中多个管中的每一个包括多个内翅片，这些内翅片处于管内部，并且内翅片围绕管长度的中点居中设置，内翅片具有与管端部间隔的端部，并且其中弹性管插入物中的每一个允许内翅片在管端部的方向上至少部分地延伸穿过。

8.一种热交换器，包括：

集管，其具有壁，该壁中具有多个开口；

多个管，其插置在多个外翅片之间，外翅片能在流过多个管的流体和外翅片的外部之间传热，每个管延伸超过多个外翅片的顶部，每个管具有长度和管端部，沿管的长度具有中点，管端部固定在集管的壁中的开口内，以形成管-集管接头，多个外翅片的顶部和集管之间的距离是无翅片区域；

多个管插入物，其具有与多个管的横截面基本相似的横截面，管插入物在无翅片区域中在管端部处可滑动地安装在一个或多个管中，每个管插入物固定在无翅片区域中，以便在组装热交换器期间管插入物能够保持就位；以及

集箱，其连接至集管。

9.根据权利要求8所述的热交换器，其中多个管插入物由与多个管相同的材料构成。

10.根据权利要求8所述的热交换器，其中管插入物在管长度的中点的方向上基本不延伸超过无翅片区域。

11.根据权利要求8所述的热交换器，其中管插入物在管长度的中点的方向上延伸超过无翅片区域。

12.根据权利要求8所述的热交换器，其中多个管插入物中的每一个具有长度，并且包括管插入物长度的材料的在外翅片的顶部处开始并且在管长度的中点的方向上延伸的一部分被移除。

13.根据权利要求8所述的热交换器，其中每个管插入物包括从外翅片的顶部延伸并且在管长度的中点的方向上延伸的至少一个锥形齿。

14.根据权利要求8所述的热交换器，其中多个管中的每一个包括多个内翅片，这些内翅片处于管内部，并且内翅片围绕管长度的中点居中设置，内翅片具有与管端部间隔的端部，并且其中每个弹性管插入物允许内翅片在管端部的方向上至少部分地延伸穿过，以改进传热并增大管强度。

15.一种组装热交换器芯体的方法，包括以下步骤：

提供集管，该集管具有壁，该壁中具有多个开口；

提供多个间隔的管，这些管具有长度和内横截面尺寸，沿管的长度具有中点，每个管具有管端部，该管端部能够固定在集管的壁中的开口内，以形成管-集管接头；

在多个管之间附接多个外翅片，外翅片具有与每个管端部间隔一段距离的外翅片端部，多个外翅片能在流过多个管的流体和外翅片的外部之间传热；

提供多个弹性管插入物，每个弹性管插入物具有与多个管的横截面基本相似的横截面并且能够在管端部处可滑动地安装在一个或多个管中，在插入之前每个弹性管插入物的外横截面尺寸大于每个管的内横截面尺寸，以便在组装热交换器期间管插入物能够保持就位；

将多个管端部插入到集管的壁中的开口内，以形成管-集管接头，管-集管接头与外翅片端部间隔一段距离以在它们之间形成无翅片区域，以及

将至少一个弹性管插入物在无翅片区域中在管端部处插入到多个管中的至少一个管中。

16.根据权利要求15所述的方法，其中多个弹性管插入物由与多个管相同的材料构成。

17.根据权利要求15所述的方法，其中将多个弹性管插入物在热交换器组装的钎焊期间通过钎焊固定在无翅片区域中。

18.根据权利要求15所述的方法，其中将多个弹性管插入物在热交换器组装的焊料烘干期间通过熔焊固定在无翅片区域中。

19.根据权利要求15所述的方法，其中弹性管插入物在管长度的中点的方向上基本不延伸超过无翅片区域。

20.根据权利要求15所述的方法，其中每个弹性管插入物在管长度的中点的方向上延伸超过无翅片区域。

21.根据权利要求15所述的方法，其中多个弹性管插入物中的每一个具有长度，并且包括管插入物长度的材料的在外翅片的顶部处开始并且在管长度的中点的方向上延伸的一部分被移除。

22.根据权利要求15所述的方法，其中弹性管插入物中的每一个包括在外翅片的顶部处开始并且在管长度的中点的方向上延伸的至少一个锥形齿。

23.根据权利要求15所述的方法，其中多个管中的每一个包括多个内翅片，这些内翅片处于管内部，并且内翅片围绕管长度的中点居中设置，内翅片具有与管端部间隔的端部，并且其中每个弹性管插入物允许内翅片在管端部的方向上至少部分地延伸穿过，以改进传热并增大管强度。

24.根据权利要求15所述的方法，进一步包括提供集箱，并且将集箱连接至集管以形成热交换器。