CN106556264A - 管翅式热交换器的加工方法和管翅式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管翅式热交换器的加工方法及管翅式热交换器，所述管翅式热交换器包括整体固定在一起的传热管和散热翅片，传热管的内表面具有多个沿所述传热管轴线方向延伸、相间隔设置的第一凸齿和第一沟槽或者具有多个与传热管轴线方向呈5-45°的螺旋角、相间隔设置的第三凸齿和第三沟槽，胀芯的外表面具有多个沿所述胀芯轴线方向延伸、相间隔设置的第二凸齿和第二沟槽或者具有多个与胀芯轴线方向呈5-45°的螺旋角、相间隔设置的第四凸齿和第四沟槽，胀芯在传热管中沿传热管轴线方向直线扩张传热管。采用本发明的加工方法制造的管翅式热交换器，提高了能效比、节能效果好；热交换器的加工工艺无需改变、兼容性好；并有利于铝代铜、节省成本。

Description

管翅式热交换器的加工方法和管翅式热交换器

技术领域

本发明涉及一种管翅式热交换器的加工方法，以及采用该加工方法制造的管翅式热交换器，更具体而言，涉及采用有齿胀芯扩张有齿传热管来加工管翅式热交换器，属于热交换器制造领域。

背景技术

管翅式热交换器作为一种经典的热交换器类型被广泛的应用在石化、化工、制冷暖通、机械、冶金等行业和人民日常生活的各个领域，它传热能力高，换热效果好。下面以家用空调热交换器为例说明现有管翅式热交换器的制造方法。

一般的家用空调器有2个热交换器：蒸发器和冷凝器。它的结构见图1。在图1中，1为铝箔，作为管翅式热交换器的散热翅片，2为传热管。现有的家用空调器传热管绝大部分采用内表面有齿的内螺纹铜管作为传热管，为降低成本，内螺纹铝管也在开始使用。这种内螺纹管是在管的内壁加工出一组一定形状和一定齿数的螺旋齿，用以提高管内壁面积，增加冷媒流动的紊流效果，以提高传热管的换热效率，从而提高空调整机的能效比。现有内螺纹管的螺旋角一般为0-45°之间，当螺旋角为0°时，齿的方向与管的轴线相同，我们称为直齿管；螺旋角大于0°时，齿的方向相对于管的轴线呈螺旋线状，我们称为内螺纹管。

为提高空调的能效比，本领域内的工程师在过去30年内进行了不懈的努力。在翅片方面，将铝箔上冲制成各种波浪形状或各种小的窗口，采用亲水铝箔，减小翅片间距等。在传热管方面，内螺纹铜管的使用使传热管的性能得到了很大的提升。这种内螺纹铜管的齿型从最初的三角齿、梯形齿到现在的瘦高齿、交叉齿、高低齿及一些异型齿等已经使铜管的传热效率得到了很大的提高，现在最好的内螺纹铜管与同样外径的光壁管相 比，其传热效率是光管的3-6倍。也就是1米的内螺纹铜管的单管传热能力可以达到3-6米光壁铜管的水平。内螺纹铜管的齿型的演变如图2a至图2c所示，其中图2a为三角形齿，图2b为梯形齿，图2c为瘦高齿。

从图2a至图2c可以看出，为提高内螺纹管的传热效率，齿型的形状有了很大的变化。齿顶角α越来越小，齿高h越来越高，齿型越来越瘦，这样的改进可以有效地提高传热管的内表面积，齿高度的提高也可以增加冷媒在传热管壁处流动时产生的紊流效果，进一步增大热交换器的传热能力。

但是，工程师发现虽然通过改变齿型使内螺纹管的单管换热能力得到了成倍的提高，但制成的空调整机的换热能力却没能得到同步的提高。更进一步的研究发现这种现象很大程度上是由于空调热交换器的翅片管的制造工艺造成的。

现有空调热交换器的翅片管的制造工艺框图如图3所示，先将内螺纹管弯管成U型管，将铝箔冲裁成所需要的散热翅片，散热翅片上冲有穿入铜管的固定孔，这个固定孔稍大于铜管的外径，将铜管穿入散热翅片的固定孔中，通过机械胀管的方法将内螺纹管胀大后与管外的散热翅片紧固连接，图4为空调热交换器胀管过程一状态示意图。由图4可见，带有圆柱型胀芯3的胀管机沿自上向下方向胀管，内螺纹管2胀前外径为Φ1胀后外径为Φ2，胀管时圆柱胀芯3与胀前内螺纹管2’的齿211’的齿顶接触，由上到下将内螺纹管2的外径由Φ1胀到Φ2。胀后的内螺纹管2”的外径与散热翅片1上的固定孔11过盈贴紧，作为传热管的内螺纹管2与散热翅片1之间无间隙接触，传热管与散热翅片之间的传热效果得到了保证。但是在胀管过程中，为了将内螺纹管胀大并与铝箔翅片紧固，圆柱型胀芯3要克服将传热管胀大的力，又要在胀管过程中产生使传热管与铝箔翅片贴紧的力，这两个力都是通过圆柱胀芯3的外表面与内螺纹管齿顶压紧产生的。由于新型的内螺纹管的齿型越来越高并且越来越瘦，这种瘦高齿型的传热管虽然有良好的单管热交换能力，但这种齿的抗胀管能力差。在胀管过程中，齿会产生比较严重的胀塌的现象，胀管后的齿高要低于原有齿高，即所谓的“胀管降齿现象”。对于现有的瘦高齿的内螺纹铜管，一般 经过胀管后齿高要下降8-15％不等，齿越瘦，齿顶角越小，齿高的下降就越多。对于铝直齿管或铝内螺纹管，由于铝相比铜更软，抗拉强度要低很多，这种胀管工艺降齿现象更严重，有时经过胀管后的齿高仅有原有齿高的一半左右，这种在热交换器制造过程中产生的胀管降齿现象是导致空调换热器传热效率不能有效发挥的重要原因，胀管引起齿高变化的现象如图5a-5f所示。其中5a，5b和5c分别为内螺纹铜管、直齿铝管和内螺纹铜铝复合管胀管前的齿型照片，5d，5e和5f分别为三者胀管后的齿型照片。从照片中可以明显的发现胀管前后齿的高度都有不同程度的降低，其中直齿铝管的齿高降低最大，这种由胀管引起的齿高降低会大大的影响传热管的传热能力，从而降低热交换器及空调整机的能效比。为解决上述的技术问题，本领域的技术人员做了大量的工作，在以内螺纹铜管为传热管的空调热交换器的制作上，由于这种胀管造成齿高下降的幅度不大，由此产生的空调整机的能效比下降不大，平衡各方面因素，其中包括产能、生产效率、制造工艺、空调的技术指标、制造成本和能效比等综合因素，现有的这种空调热交换器的制造工艺得到了认同。但是在内螺纹铝管作传热管的热交换器制造过程中，由于胀管产生的齿高下降太大，本领域的技术人员一直在致力于技术上改进。日本专利特愿JP2000-103658和中国专利申请号CN200710001197.0给出了同样的解决方案，用高低齿的方法制造内螺纹铝管，如图6所示。胀管时胀芯仅接触高齿，不与低齿接触，从而保证大部分的齿高不降低。还有一种方案是增加齿的强度，将齿作宽、齿尖作平、齿数减少，制成所谓的宽厚齿，使胀管时增强齿的抗胀管能力，这种齿型如图5b的“直齿铝管”齿型图。

上述现有技术方案都有共同的问题：增加了内螺纹管的成型难度，无论是高低齿还是宽厚齿都会增加传热管的成型的难度，增加制造成本。另外，上述方案仍然也会牺牲一部分的传热效率，使传热管的传热水平无法充分的发挥。因此，时至今日，铝管在制冷空调行业还没有真正的大批量使用。

再后来，现有技术中出现了采用在圆柱形胀芯的外表面上设置沿胀芯轴线方向的直齿来胀内表面具有螺纹齿或斜齿管的方案，如图7显示的方 案。从图7可以看出，直齿的胀芯3从F方向由上到下进行胀管，被胀的传热管2为带斜齿的内螺纹管，其凸齿21’的螺旋角为β，传热管2的原始外径为Φ1，胀后的外径为Φ2，胀管前传热管2外径与散热翅片1之间的平均间隙为δ，在胀管过程中，直齿的胀芯3将传热管2从直径Φ1胀到Φ2的过程中，受胀管产生的胀管力和散热翅片1固定孔11箍紧力的作用，胀过的传热管2在原有的凸齿211’上形成一组相间隔的沟槽，这组沟槽的形状与深度由胀芯3的齿型形状、胀芯的几何尺寸、传热管壁厚及散热翅片固定孔尺寸所决定，这组由胀管产生的沟槽与传热管上原有的凸齿211’构成了胀后的交叉齿形的凸齿212’，这种方案虽然也是采用有齿胀芯胀有齿传热管，也可以产生交叉齿，理论上也可以提高热交换器的热交换能力。

但是在实践中却带来了另外的问题，如图8a、8b所示，其中8a为直齿胀芯胀斜齿内螺纹管的胀后齿型平面照片(即管材内表面照片)，图8b为直齿胀芯胀斜齿内螺纹管胀后的管材外表面照片。从8a上可已看出，由于是直齿胀芯胀斜齿管，且斜齿与直齿之间的夹角为β，则直齿胀芯在在原有的凸齿211’上形成胀管沟槽231’的长度A1较大，也就是说8a的胀管要克服更大的阻力，由于管材是薄壁管，胀管时过大的阻力会使管材产生局部的塑性变形，由8b可以看到直齿胀芯胀斜齿内螺纹管胀后的管材外表面产生了波浪形的变形，这种波浪形的变形会影响传热管与散热翅片1的紧密接触，影响散热效果。

为叙述方便，我们将传热管原有的凸齿称为主齿，由胀管产生的凸齿或沟槽称为副齿。主齿是在传热管的加工过程中已经产生了，副齿为胀管过程中产生的。胀管后不同齿型齿高齿数的主齿与不同齿型齿高(或槽深)齿数的副齿组合可以产生不同类型的组合齿，这种组合齿往往比单纯的内螺纹管有更好的传热性能。

在除空调之外的其它热交换领域内，这种有内齿的高效传热管制造管翅式热交换器时也存在上述同样的问题，因此有必要对管翅式热交换器的制造工艺进行改进，以保持或增加高效传热管的传热效率。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本发明一方面提供了一种管翅式热交换器加工方法，所述管翅式热交换器包括传热管和散热翅片，所述传热管插入所述散热翅片的固定孔中，通过胀芯插入所述传热管中扩张所述传热管，使所述传热管过盈固定在所述散热翅片的所述固定孔中，将所述传热管和所述散热翅片整体固定在一起，形成所述管翅式热交换器，所述传热管的内表面具有多个沿所述传热管轴线方向延伸、相间隔设置的第一凸齿和第一沟槽，所述胀芯的外表面具有多个沿所述胀芯轴线方向延伸、相间隔设置的第二凸齿和第二沟槽，在所述胀芯插入所述传热管中时，使所述第一凸齿与所述第二沟槽配合、所述第二凸齿与所述第一沟槽配合，且所述第一凸齿的高度不大于所述第二沟槽的深度、所述第二凸齿的厚度小于所述第一沟槽的宽度，所述胀芯在所述传热管中沿所述传热管轴线方向直线扩张所述传热管。

本发明上述管翅式热交换器的加工方法，因所述第一凸齿与所述第二沟槽配合、所述第二凸齿与所述第一沟槽配合，则胀管时，使胀芯绕其轴线作一定的转动，直齿胀芯的第二凸齿可自动导入直齿传热管的第一沟槽内、直齿传热管的第一凸齿导入直齿胀芯的第二沟槽内进行胀管，又所述第一凸齿的高度不大于所述第二沟槽的深度、所述第二凸齿的厚度小于所述第一沟槽的宽度，则可以使胀管后的第一凸齿的齿型与胀管前的原齿型不发生变化，也可以使胀管后的第一凸齿的齿型按所需的齿型样式变化，甚至胀后的第一凸齿的高度比胀管前的原齿型高度还高。在保持传热管内表面凸齿高度不降低的情况下，很好地保持、甚至提高了高效传热管的传热效率，克服了现有技术的缺陷。

优选地，所述胀芯在轴线方向由胀芯导入段、胀管段和胀芯导出段组成，其中胀管导入段和胀芯导出段上所述第二凸齿的齿边棱边为斜边加圆形的倒角，所述胀管段上的所述第二凸齿的齿顶棱边为圆形的倒角。该方案中胀芯便于导入传热管内，且胀管后不产生毛刺，进一步保持了传热管的传热效率。

优选地，所述第一凸齿和所述第二沟槽的数量相同、所述第一沟槽和 所述第二凸齿的数量相同。该方案中，胀芯和传热管的沟齿数量相同、完全配合，并可保证传热管中的每一凸齿的高度不降低，是一种优选的实施方案。

优选地，所述第一凸齿、第二凸齿的横截面形状为三角形、梯形、倒U形或异形，所述第一沟槽、第二沟槽的横截面形状为倒梯形或U形。传热管和胀管上凸齿和沟槽的截面形状可以是多种多样的，可根据不同的情况进行选择匹配，提高了灵活性并降低加工难度。

本发明另一方面，还提供了一种管翅式热交换器加工方法，所述管翅式热交换器包括传热管和散热翅片，所述传热管插入所述散热翅片的固定孔中，通过胀芯插入所述传热管中扩张所述传热管，使所述传热管过盈固定在所述翅片的所述固定孔中，将所述传热管和所述散热翅片整体固定在一起，形成所述翅片管，所述传热管的内表面具有多个与所述传热管轴线方向呈5-45°的螺旋角、相间隔设置的第三凸齿和第三沟槽，所述胀芯的外表面具有多个与所述胀芯轴线方向呈5-45°的螺旋角、相间隔设置的第四凸齿和第四沟槽，在所述胀芯插入所述传热管中时，所述胀芯外表面上的所述第四凸齿和第四沟槽的螺旋方向在传热管的轴线方向与所述传热管内表面上的所述第三凸齿和第三沟槽的螺旋方向相反，所述胀芯在所述传热管中沿所述传热管轴线方向扩张所述传热管的同时，所述胀芯沿所述第四凸齿和第四沟槽的螺旋方向旋转，所述第四凸齿切割所述第三凸齿，在所述第三凸齿上形成间隔设置的副沟槽。

本发明上述管翅式热交换器的加工方法，因胀芯外表面上的第四凸齿和第四沟槽与传热管内表面上的第三凸齿和第三沟槽的螺旋方向相反，在胀管时斜齿胀芯上的第四凸齿在原有内螺纹管的第三凸齿上形成胀管沟槽的长度比现有技术小的多，也即在胀管时产生的胀管阻力比现有技术要小，胀管时不会产生现有技术管材胀管后产生外表面波浪的现象。本发明方法胀后的传热管可以形成交叉齿齿型，没被第四凸齿胀管形成副沟槽的第三凸齿部分保持原有齿高不变，胀后管材外表面平整，可与翅片紧密接合。本发明方法克服了现有技术的缺陷，提高了管翅式热交换器的热交换效率。由其在以铝管用作传热管的场合，本发明的效果更加明显。

优选地，所述胀芯在轴线方向由胀芯导入段、胀管段和胀芯导出段组成，其中胀管导入段和胀芯导出段上所述第四凸齿的齿边棱边为斜边加圆形的倒角，所述胀管段上的所述第四凸齿的齿顶棱边为圆形的倒角。该方案中胀芯便于导入传热管内，且胀管后不产生金属屑。

优选地，所述第三凸齿、第四凸齿的横截面形状为三角形、梯形、倒U形或异形，所述第三沟槽、第四沟槽的横截面形状为V形、倒梯形或U形。传热管和胀管上凸齿和沟槽的截面形状可以是多种多样的，可根据不同的情况进行选择匹配成不同的交叉齿齿型，提高管翅式热交换器的热交换效果。

优选地，所述副沟槽的深度为0.04-0.30mm。副沟槽的深度若小于0.04mm则副沟槽的表面积太小，从而降低冷媒与传热管的接触面积、并降低冷媒在传热管内表面流动时的紊流程度，降低传热管的传热效率；若副沟槽的深度大于0.30mm则使得副沟槽对冷媒的阻力增大，并不理想地产生过大的胀管阻力和毛刺，降低管翅式热交换器的传热效率，副沟槽的深度在0.04-0.30mm之间是优选的实施方案。

优选地，所述传热管内表上的所述第三凸齿和第三沟槽的螺旋角为左旋18°，所述胀芯外表面上的所述第四凸齿和第四沟槽的螺旋角为右旋18°。该方案中胀芯外表面上的第四凸齿以36°角切割传热管内表面上的第三凸齿，从而形成的副沟槽的表面积和深度适中，传热管的传热效率高，且螺旋角适中使得加工更方便，是一种优选的实施方案。

本发明的再一方面，提供了一种管翅式热交换器，本发明提供的管翅式热交换器，换热效率高，并可以采用铜及铜合金管、铝及铝合金管或者铜铝复合管作为其中翅片管中的传热管，大大降低制造成本和提高适用范围。

根据本发明以上提供的加工方法和管翅式热交换器，在克服现有技术缺陷的基础上至少具有以下有益效果：

1、提高管翅式热交换器能效比、节能效果好

采用本发明的方法，可以解决传统的胀管工艺产生的胀管降齿的现象，甚至在胀管时可以增加齿高，改变齿型。同时本发明方法还可以在胀 管的同时制成交叉齿的传热管，交叉齿的传热管比普通齿的传热管具有更好的传热效率，也具有更好的能效比。

2、热交换器的加工工艺无需改变、兼容性好

本发明并没有改变热交换器的现有制造工艺，热交换器加工的设备及工艺流程无需改变，兼容性好、节省加工成本。

3、有利于铝代铜

铜资源少、成本高，铝资源丰富，比重低、成本低。近年来，铝热交换器在制造、加工、耐腐蚀、焊接等工艺都有了长足的进步，但在能效比上比铜管热交换器还有很大的差距。本发明与现有技术相比，可大幅度提高铝热交换器的能效比，有利于铝在空调制冷行业等传热领域内的广泛应用。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有管翅式热交换器的局部剖视结构示意图；

图2a，2b和2c为内螺纹管的齿型演变示意图；

图3为现有空调热交换器的制造流程示意框图；

图4为现有空调热交换器的胀管方法原理示意图；

图5a、5b和5c分别为图4所示胀管方法胀管前内螺纹铜管、直齿铝管和内螺纹铜铝复合管的齿型照片，5d、5e和5f分别为图4所示胀管方法胀管后内螺纹铜管、直齿铝管和内螺纹铜铝复合管的齿型照片；

图6现有技术中具有高低齿的传热管横截面示意图；

图7为现有技术中所述管翅式热交换器另一胀管方法的原理示意图；

图8a、8b为图7所示胀管方法胀管后管材的内表面和外表面照片；

图9为本发明所述管翅热交换器加工方法一实施例的原理示意图；

图10为图9中胀芯的外观示意图；

图11为图10中A部放大示意图；

图12为图10中胀芯外表上凸齿的局部剖面示意图；

图13为图9所示加工方法中一齿型配合剖视示意图；

图14为图9所示加工方法中另一齿型配合剖视示意图；

图15为本发明所述加工方法另一实施例的原理示意图；

图16为图15中所述胀芯的外观示意图；

图17为图15所示加工方法加工后传热管内表面的齿型示意图；

图18a、18b为图15所示胀管方法胀管后管材的内表面和外表面照片。

其中，图1至图8b中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、散热翅片，11、固定孔，2、传热管，2’、胀前的传热管，2”、胀后的传热管，21’、传热管内表面上的凸齿，211’、胀前传热管的凸齿，212’、胀后传热管的凸齿，231’、胀管沟槽，3、胀芯。

α传热管齿顶角，H胀前传热管齿高，h胀后传热管齿高，β传热管螺旋角，Φ₁胀前传热管外径，Φ₂胀后传热管外径，F给胀芯施加的作用力。A1为直齿胀芯在在内螺纹管凸齿上形成胀管沟槽的长度。

图9至图18b中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、散热翅片，11、固定孔，2、传热管，2’、胀前的传热管，2”、胀后的传热管，21、第一凸齿，22、第一沟槽，23、第三凸齿，231、副沟槽，233、胀后传热管内表面，24、第三沟槽，3、胀芯，31、胀芯导入段，32、胀管段，33、胀芯导出段，34、第二凸齿，341、齿顶棱边，342、齿边棱边，343、胀芯齿顶，344、胀芯齿根，35、第二沟槽，36、第四凸齿，37、第四沟槽。

α₁胀芯齿顶角，h1胀芯齿高(即第二沟槽的深度)，H第一凸齿的齿高，W第一沟槽的宽度，L第二凸齿的厚度，θ胀芯螺旋角，β传热管螺旋角，Φ₁胀前传热管外径，Φ₂胀后传热管外径，F给胀芯施加的作用力，A为斜齿胀芯在原有内螺纹管凸齿上形成胀管沟槽的长度。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。需要说明的是，在不冲突的情况下， 本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图9所示，本发明一实施例提供了一种管翅式热交换器的加工方法，所述翅片管包括传热管2和散热翅片1，所述传热管2插入所述散热翅片1的固定孔11中，通过胀芯3插入所述传热管2中扩张所述传热管2，使所述传热管2过盈固定在所述散热翅片1的所述固定孔11中，将所述传热管2和所述散热翅片1整体固定在一起，形成所述管翅式热交换器。所述传热管2的内表面具有多个沿所述传热管2轴线方向延伸、相间隔设置的第一凸齿21和第一沟槽22，如图9所示，所述胀芯3的外表面具有多个沿所述胀芯3轴线方向延伸、相间隔设置的第二凸齿34和第二沟槽35，在所述胀芯3插入所述传热管2中时，使所述第一凸齿21与所述第二沟槽35配合、所述第二凸齿34与所述第一沟槽22配合，且所述第一凸齿21的高度H不大于所述第二沟槽35的深度h1(如图12和图13所示)、所述第二凸齿34的厚度L小于所述第一沟槽22的宽度W(如图13所示)，所述胀芯3在所述传热管2中沿所述传热管轴线方向直线扩张所述传热管2。

本发明上述实施例所述管翅式热交换器的加工方法，因所述第一凸齿21与所述第二沟槽35配合、所述第二凸齿34与所述第一沟槽22配合，则胀管时，使胀芯绕其轴线作一定的转动，直齿胀芯3的第二凸齿34可自动导入直齿传热管2的第一沟槽22内、直齿传热管2的第一凸齿21导入直齿胀芯3的第二沟槽35内进行胀管，又所述第一凸齿21的高度H不大于所述第二沟槽35的深度h1、所述第二凸齿34的厚度L小于所述第一沟槽22的宽度W，则可以使胀管后的第一凸齿21的齿型与胀管前的原齿型不发生变化，也可以使胀管后的第一凸齿的齿型按所需的齿型样式变化，甚至胀后的第一凸齿的高度比胀管前的原齿型高度还高。在保持传热管内表面凸齿高度不降低的情况下，很好地保持、甚至提高了高效传热管的传热效率，克服了现有技术的缺陷。

优选地，如图10所示，所述胀芯3在轴线方向由胀芯导入段31、胀管段32和胀芯导出段33组成，其中胀管导入段31和胀芯导出段33上所述第二凸齿34的齿边棱边342为斜边加圆形的倒角，所述胀管段32上的所述第二凸齿34的齿顶棱边341为圆形的倒角。该方案中，胀芯的第二凸齿34可方便的导入传热管的第一沟槽22内，且胀管后不产生金属屑。

优选地，所述第一凸齿21和所述第二沟槽35的数量相同、所述第一沟槽22和所述第二凸齿34的数量相同。该方案中，胀芯和传热管的沟齿数量相同、完全配合，并可保证传热管中的每一凸齿的高度不降低，是一种优选的实施方案。

优选地，如图2a至图2c、图12至图14所示，所述第一凸齿21、第二凸齿34的横截面形状为三角形、梯形、倒U形或异形，所述第一沟槽22、第二沟槽35的横截面形状为倒梯形或U形。传热管和胀管上凸齿和沟槽的截面形状可以是多种多样的，可根据不同的情况进行选择匹配成不同的交叉齿齿型，提高管翅式热交换器的热交换效率。

如图15所示，本发明还提供了一种管翅式热交换器的加工方法的另一实施例，所述管翅式热交换器包括传热管2和散热翅片1，所述传热管2插入所述散热翅片1的固定孔11中，通过胀芯3插入所述传热管2中扩张所述传热管2，使所述传热管2过盈固定在所述散热翅片1的所述固定孔11中，将所述传热管2和所述散热翅片1整体固定在一起，形成所述管式热交换器。所述传热管2的内表面具有多个与所述传热管轴线方向呈5-45°的螺旋角、相间隔设置的第三凸齿23和第三沟槽24，所述胀芯3的外表面具有多个与所述胀芯轴线方向呈5-45°的螺旋角、相间隔设置的第四凸齿36和第四沟槽37，在所述胀芯3插入所述传热管2中时，所述胀芯3外表面上的所述第四凸齿36和第四沟槽37的螺旋方向与所述传热管2内表面上的所述第三凸齿23和第三沟槽24的螺旋方向相反，所述胀芯3在所述传热管2中沿所述传热管轴线方向扩张所述传热管的同时，所述胀芯3沿所述第四凸齿36和第四沟槽37的螺旋方向旋转，所述第四凸齿36切割所述第三凸齿23，在所述第三凸齿23上形成间隔设置的副沟槽231(如图17所示)。

本发明上述实施例所述管翅式热交换器的加工方法，因胀芯3外表面上的第四凸齿36和第四沟槽37与传热管2内表面上的第三凸齿23和第三沟槽24的螺旋方向相反，则胀管过程中第四凸齿37相交地切割第三凸齿23，形成间隔设置的副沟槽231。因第四凸齿37具有较大的切入角(即第三凸齿螺旋角和第四凸齿螺旋角之和)切割第三凸齿23，所形成的该副沟槽231的长度A相对于现有技术中副沟槽231’的长度A1要小，在胀管时产生的胀管阻力比现有技术要小，胀管时不会产生现有技术管材胀管后产生外表面波浪的现象。本发明方法胀后的传热管可以形成交叉齿齿型，没被第四凸齿37胀管形成副沟槽的第三凸齿23的部分保持原有齿高不变，胀后管材外表面平整，可与翅片紧密接合。本发明方法克服了现有技术的缺陷，提高了管翅式热交换器的热交换效率。由其在以铝管用作传热管的场合，本发明的效果更加明显。

具体来说，图18a为斜齿胀芯胀斜齿内螺纹管胀后齿型平面图(即管材内表面照片)，图18b为斜齿胀芯胀斜齿内螺纹管胀后管材的外表面照片。从8a上可已看出，由于是直齿胀芯胀斜齿管，斜齿与直齿之间的夹角为β，直齿胀芯在在原有的凸齿211’上形成胀管沟槽231’的长度为A1。而图18a为斜齿胀芯胀斜齿管后的齿型平面图，当两者的夹角相反时，斜齿胀芯在原有凸齿211’上形成胀管沟槽231的长度为A，由图8a与图18a对比可见，显然A1＞A。也就是说8a的胀管要比18a的胀管克服更大的阻力。由于管材是薄壁管，胀管时过大的阻力会使管材产生局部的塑性变形。从图8b可以看到直齿胀芯胀斜齿内螺纹管胀后的管材外表面产生了波浪形的变形，这种波浪形的变形会影响传热管与散热翅片1的紧密接触，影响散热效果。而从图18b斜齿胀芯胀斜齿内螺纹管胀后管材的外表面为标准的内螺纹管生产时产生的旋压压痕，胀管后的管材外表面平整光滑、未产生波浪形的变形，可以保证胀后管材与翅片的紧密接触，保证传热效果。优选地，如图16所示，所述胀芯3在轴线方向由胀芯导入段31、胀管段32和胀芯导出段33组成，其中胀管导入段31和胀芯导出段33上所述第四凸齿36的齿边棱边为斜边加圆形的倒角，所述胀管段32上的所述第四凸齿36的齿顶棱边为圆形的倒角，参见图11。该方案 中，胀芯便于导入传热管内，且胀管后不产生毛刺，进一步保持了传热管的传热效率。

优选地，如图2a至图2c、图12至图14所示，所述第三凸23、第四凸齿36的横截面形状为三角形、梯形、倒U形或异形，所述第三沟槽24、第四沟槽37的横截面形状为V形、倒梯形或U形。传热管和胀管上凸齿和沟槽的截面形状可以是多种多样的，可根据不同的情况进行选择匹配，提高了灵活性并降低加工难度。

优选地，所述副沟槽231的深度为0.04-0.30mm。副沟槽的深度若小于0.04mm则副沟槽的表面积太小，从而降低冷媒与传热管的接触面积、并降低冷媒在传热管内表面流动时的紊流程度，降低传热管的传热效率；若副沟槽的深度大于0.30mm则使得副沟槽对冷媒的阻力增大，并不理想地产生过大的胀管阻力和毛刺，降低了热交换器的传热效率，副沟槽的深度在0.04-0.30mm之间是优选的实施方案。

优选地，如图15所示，所述传热管2内表上的所述第三凸齿23和第三沟槽24的螺旋角β为左旋18°，所述胀芯3外表面上的所述第四凸齿36和第四沟槽37的螺旋角θ为右旋18°。该方案中，胀芯外表面上的第四凸齿37以36°角切割传热管内表面上的第三凸齿23，从而形成的副沟槽231的表面积和深度适中，传热管的传热效率高，且螺旋角适中使得加工更方便，是一种优选的实施方案。

下面对胀芯的结构结合附图做进一步的说明：

图10为直齿胀芯的外观图，图16为斜齿胀芯的外观图，斜齿胀芯与芯胀轴线的夹角为θ。胀芯3的齿在轴线方向由三段组成。31为胀芯导入段，圆锥或易导入的曲线结构，胀管时使胀芯3能方便的导入传热管2中；32为胀管段，外径为带齿的圆柱型，胀管3的齿型，传热管与翅片的接合的紧密程度和热交换器的传热效率由胀管段32决定；33为胀芯导出段，锥型或易导出的曲线结构，胀芯3在胀到位后回退抽出时使胀芯能方便的按原路原齿抽出，并且在抽出胀芯3的过程中不损害胀过的齿。胀芯3的导入导出段可以作成相同的尺寸结构，此时，胀芯3为对称结构，胀芯导入导出段可以互换使用。导入导出段也可按使用情况作成不同的结 构，满足各自的使用要求。

图11为图10所示胀芯3的A部放大图。其中342代表在胀芯导入段31胀芯导出段33内的齿边棱边，341为胀管段的齿顶棱边。为避免在胀管和抽芯的过程中产生毛刺或金属屑，首先要保证胀芯外齿的各个表面有高的光洁度，还要去除所有尖锐的外齿棱边，即将所有的棱边圆角化。尤其是在胀芯导入导出段内的齿边棱边342的棱边最好制成斜边加圆角的结构，这样更有利于胀芯的导入、导出。

图12为图10所示胀芯一种齿型的截面放大示意图。其中，第二凸齿的齿顶为343，第二凸齿的齿底为344，第二凸齿为34，第二凸齿34的齿高为h1、齿顶角为α1，阴影部分为两齿之间的空穴部分即第二沟槽35。改变不同的齿型形状、齿高、齿数、螺旋角等参数，可以制作成不同齿型有齿胀芯3，如三角齿、梯型齿、高低齿、异型齿等的胀芯。

图9所示的方法为直齿胀芯胀直齿传热管，优选地，选择胀芯的齿数与被胀直齿传热管的齿数相同，胀管时，保持胀芯可按自己的轴线作一定的转动，此时，直齿胀芯的第二凸齿可以自动的导入直齿传热管的第一齿槽内形成胀管。匹配好胀芯齿型和传热管的齿型，可以使胀管后的齿型与原齿型不发生变化，也可以使原齿型按所需的齿型样式变化，甚至胀后的齿型比原有齿型还可变高。

图13展示了直齿胀芯与直齿传热管胀管时的一种情况，其中2为传热管，3为直齿胀芯，只要选择胀芯齿的高度h1高于传热管齿的高度H且胀芯第二凸齿的厚度L小于传热管第一沟槽的宽度W，则直齿胀芯的齿可以插入直齿传热管的沟槽部分，就可以保证直齿胀芯的齿顶与传热管的齿根处接触，此时胀管可以在不降低原齿高度的情况下，将传热管胀大。

如图14所示，适当的选择直齿胀芯的齿型参数，使直齿胀芯齿顶343对传热管直齿齿根胀管接触时产生一定的压缩变形，可以变相的增加齿高，甚至可以改变主齿的齿型形状，提高传热效率。

图17为图15所示采用斜齿胀芯扩胀斜齿传热管后传热管内表面的展开示意图，由于胀芯外表面第四凸齿螺旋角的原因，胀管时胀芯会产生自 转，胀芯回退抽出时产生反转。胀芯胀管后会产生由第三凸齿23和副沟槽231构成的交叉齿。

表1为采用本发明所述加工方胀管前后齿型对比图和齿面图。

表1：

表1中的“直齿铝管”的齿型照片为本发明权利要求1和图9所示胀管方法实施例的前后齿型变化。其中序号2和3所示的本发明胀管后齿型O和P的齿型是一样的齿型，直齿胀芯胀直齿铝管，胀芯的第二凸齿的胀芯齿顶与直齿铝管的第一沟槽的齿根部接触胀管，在胀管的同时，将第一沟槽的齿根部压出0.02mm深的沟槽。序号4为胀管后的齿面照片，胀后的齿依然是直齿。表1中的内螺纹铜管，铜铝复合管的齿型照为本发明权利要求5和图15所示胀管方法另一实施例的胀管前后的齿型变化。其中 序号2显示的本发明胀管后齿型O与序号1显示的胀管前齿型基本一样，该处齿型的齿为胀芯第四沟槽37在胀管时走过的路径，在此路径上传热管的齿与胀芯没有接触、传热管的齿型没有发生变化，从而没有发生胀管降齿现象。序号3显示的本发明胀管后齿型P的部分呈齿局部切开状，因为在胀管时胀芯的第四凸齿将传热管上的原有的第三凸齿切割形成一组即副沟槽231，这组副沟槽行成了新的散热面，又形成新的交叉齿型。交叉齿的齿面照片见表1序号4.

本发明的再一实施例，提供了一种管翅式热交换器(图中未示出)，为采用本发明实施例所述加工方法制造的管翅式热交换器。本发明提供的该管翅式热交换器，换热效率高，并可以采用铜及铜合金管、铝及铝合金管或者铜铝复合管作为其中翅片管中的传热管，大大降低制造成本和提高适用范围。

根据本发明以上提供的加工方法和管翅式热交换器，在克服现有技术缺陷的基础上至少具有以下有益效果：

1、提高管翅式热交换器能效比、节能效果好

采用本发明的方法，可以解决传统的胀管工艺产生的胀管降齿的现象，甚至在胀管时可以增加齿高，改变齿型。同时本发明方法还可以在胀管的同时制成交叉齿的传热管，交叉齿的传热管比普通齿的传热管具有更好的传热效率，也具有更好的能效比。

2、热交换器的加工工艺无需改变、兼容性好

本发明并没有改变热交换器的现有制造工艺，热交换器加工的设备及工艺流程无需改变，兼容性好、节省加工成本。

3、有利于铝代铜

铜资源少、成本高，铝资源丰富，比重低、成本低。近年来，铝热交换器在制造、加工、耐腐蚀、焊接等工艺都有了长足的进步，但在能效比上比铜管热交换器还有很大的差距。本发明与现有技术相比，可大幅度提高铝热交换器的能效比，有利于铝在空调制冷行业等传热领域内的广泛应用。

表2给出了采用本发明提供的加工方法加工翅片管前后的测量数据：

表2：

从上述由表2可以看出，采用本发明给出的加工方法，胀后热交换器的传热管主齿的齿高没变或有所增加，相反付齿高或副沟槽深却为0.04-0.22mm，有效解决了胀管降齿的现象，且在胀管的同时，可以产生交叉齿(即副沟槽)传热管，两方面结合，本发明制造的热交换器比现有技术具有更好的散热效果。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于 描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管翅式热交换器的加工方法，所述管翅式热交换器包括传热管和散热翅片，所述传热管插入所述散热翅片的固定孔中，通过胀芯插入所述传热管中扩张所述传热管，使所述传热管过盈固定在所述散热翅片的所述固定孔中，将所述传热管和所述散热翅片整体固定在一起，形成所述管翅式热交换器，其特征在于：

所述传热管的内表面具有多个沿所述传热管轴线方向延伸、相间隔设置的第一凸齿和第一沟槽，所述胀芯的外表面具有多个沿所述胀芯轴线方向延伸、相间隔设置的第二凸齿和第二沟槽，在所述胀芯插入所述传热管中时，使所述第一凸齿与所述第二沟槽配合、所述第二凸齿与所述第一沟槽配合，且所述第一凸齿的高度不大于所述第二沟槽的深度、所述第二凸齿的厚度小于所述第一沟槽的宽度，所述胀芯在所述传热管中沿所述传热管轴线方向直线扩张所述传热管。

2.根据权利要求1所述的管翅式热交换器的加工方法，其特征在于：

所述胀芯在轴线方向由胀芯导入段、胀管段和胀芯导出段组成，其中胀管导入段和胀芯导出段上所述第二凸齿的齿边棱边为斜边加圆形的倒角，所述胀管段上的所述第二凸齿的齿顶棱边为圆形的倒角。

3.根据权利要求2所述管翅式热交换器的加工方法，其特征在于：

所述第一凸齿和所述第二沟槽的数量相同、所述第一沟槽和所述第二凸齿的数量相同。

4.根据权利要求1-3任一项所述管翅式热交换器的加工方法，其特征在于：

所述第一凸齿、第二凸齿的横截面形状为三角形、梯形、倒U形或异形，所述第一沟槽、第二沟槽的横截面形状为倒梯形或U形。

5.一种管翅式热交换器的加工方法，所述管翅式热交换器包括传热管和散热翅片，所述传热管插入所述散热翅片的固定孔中，通过胀芯插入所述传热管中扩张所述传热管，使所述传热管过盈固定在所述翅片的所述固定孔中，将所述传热管和所述散热翅片整体固定在一起，形成所述管翅式热交换器，其特征在于：

所述传热管的内表面具有多个与所述传热管轴线方向呈5-45°的螺旋角、相间隔设置的第三凸齿和第三沟槽，所述胀芯的外表面具有多个与所述胀芯轴线方向呈5-45°的螺旋角、相间隔设置的第四凸齿和第四沟槽，在所述胀芯插入所述传热管中时，所述胀芯外表面上的所述第四凸齿和第四沟槽的螺旋方向与所述传热管内表面上的所述第三凸齿和第三沟槽的螺旋方向相反，所述胀芯在所述传热管中沿所述传热管轴线方向扩张所述传热管的同时，所述胀芯沿所述第四凸齿和第四沟槽的螺旋方向旋转，所述第四凸齿切割所述第三凸齿，在所述第三凸齿上形成间隔设置的副沟槽。

6.根据权利要求5所述管翅式热交换器的加工方法，其特征在于：

所述胀芯在轴线方向由胀芯导入段、胀管段和胀芯导出段组成，其中胀管导入段和胀芯导出段上所述第四凸齿的齿边棱边为斜边加圆形的倒角，所述胀管段上的所述第四凸齿的齿顶棱边为圆形的倒角。

7.根据权利要求5或6所述的翅片管的加工方法，其特征在于：

所述第三凸齿、第四凸齿的横截面形状为三角形、梯形、倒U形或异形，所述第三沟槽、第四沟槽的横截面形状为V形、倒梯形或U形。

8.根据权利要求5所述的翅片管的加工方法，其特征在于：

所述副沟槽的深度为0.04-0.30mm。

9.根据权利要求5所述的翅片管的加工方法，其特征在于：

所述传热管内表上的所述第三凸齿和第三沟槽的螺旋角为左旋18°，所述胀芯外表面上的所述第四凸齿和第四沟槽的螺旋角为右旋18°。

10.一种管翅式热交换器，其特征在于，所述管翅式热交换器为采用如权利要求1-4任一所述的加工方法或者如权利要求5-9任一所述的加工方法制造的管翅式热交换器。