CN1293359C - 换热器 - Google Patents

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CN1293359C CNB018138683A CN01813868A CN1293359C CN 1293359 C CN1293359 C CN 1293359C CN B018138683 A CNB018138683 A CN B018138683A CN 01813868 A CN01813868 A CN 01813868A CN 1293359 C CN1293359 C CN 1293359C
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Abstract

一种换热器，包括集管(2)以及与该集管相连的多个管(1)。该集管(2)包括：内周壁部分(10)，该内周壁部分(10)有大致扁平的弓形横截面形状，所述管(1)与该内周壁部分(10)连接；外周壁部分(11)，该外周壁部分(11)有大致半圆形横截面形状，该外周壁部分(11)对着所述内周壁部分(10)；以及与所述内周壁部分(10)以及所述外周壁部分(11)相连的连接弯曲周壁部分(12)。该集管(2)的参数如内周壁部分(10)的外部曲率半径Ra、连接弯曲周壁部分(12)的外部曲率半径Rb、外周壁部分(11)的外部曲率半径落在特定范围内，从而减小了集管容积和重量，同时保证足够的耐压性。

Description

换热器
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2001年7月5日的美国临时申请No.60/302686的优先权。
技术领域
本发明涉及一种换热器，该换热器适于用作在汽车空调系统、房屋空调系统等中使用的冷凝器。
背景技术
近年来，所谓的多流式换热器广泛用于例如汽车空调冷凝器中。在某些冷凝器中，如图4A所示，有圆形横截面形状的集管(header)100用于承受经过冷凝器的制冷剂的高压。另一方面，如图4B所示，也广泛使用通过将两半集管部分102、103连接而形成的联结式集管。
顺便说明，因为集管不对换热起作用并且形成所谓的死空间，因此，从换热效率的观点考虑，希望该集管容积尽可能小。
在圆形截面形状的前一种集管100中，尽管集管100的耐压性极好，但是它需要有足够大的直径，以便能安装管101的端头部分。这必然增加了集管沿管101的纵向的最大直径，从而导致增大集管100的内部容积，或者扩大了对换热没有帮助的死空间。
另一方面，在后一种集管中，因为集管有大致椭圆形的横截面形状，可以减小集管的内部容积，这能够在一定程度上减小死空间。不过，为了保证足够的耐压性，需要增加管101穿过插入的、靠内一半的集管部分102的厚度，这导致增加了集管重量。因此，很难减小集管的重量。
本发明的目的是提供一种换热器，该换热器能够减小集管的内部容积，同时保证足够的耐压性和使重量足够轻。
发明内容
根据本发明，提供了一种换热器，该换热器包括：空心集管2；以及多个扁平换热管1，该扁平换热管1与空心集管2相连，其中，空心集管2包括：内周壁部分10，该内周壁部分10有大致扁平的弓形横截面形状，扁平换热管1与该内周壁部分10连接；外周壁部分11，该外周壁部分11有大致半圆形横截面形状，该外周壁部分11对着内周壁部分10；以及与内周壁部分10以及外周壁部分11相连的连接弯曲周壁部分12、12，其中，该空心集管2满足所有以下条件A至E：
条件A：r＝5-15mm(即从5mm到15mm)
条件B：Ra＞＝6r；
条件C：Rb＞＝4mm；
条件D：h＝4-6mm(即从4mm到6mm)；以及
条件E：T＝0.1r-0.2r(即从0.1r到0.2r)，
其中，“Ra”是内周壁部分10的外表面的曲率半径，“Rb”是连接弯曲周壁部分12的外表面的曲率半径，“r”是外周壁部分11的外表面的曲率半径，“h”是从外周壁部分11的圆心K到内周壁部分10的外表面的垂直线长度，而“T”是集管2的周壁的厚度。
当空心集管2满足所有上述条件A-E时，能够减小空心集管2的内部容积，同时保证足够的耐压性。而且，不需要为了保证耐压性而增加集管周壁的厚度，这能够减小集管重量。此外，扁平的内周壁部分10的存在减小了集管2的周长，从而减小了集管重量，这又能够提供重量轻的换热器。
优选是，该空心集管2满足以下条件A至E：
条件A：r＝8-12mm(即从8mm到12mm)
条件B：Ra＝48-65mm(即从48mm到65mm)；
条件C：Rb＝4-5mm(即从4mm到5mm)；
条件D：h＝4.5-5.5mm(即从4.5mm到5.5mm)；以及
条件E：T＝0.1r-0.2r(即从0.1r到0.2r)。
更优选是，该空心集管2满足以下条件A至E：
条件A：r＝9.5-10.5mm(即从9.5mm到10.5mm)
条件B：Ra＝55-62mm(即从55mm到62mm)；
条件C：Rb＝4-4.5mm(即从4mm到4.5mm)；
条件D：h＝4.8-5.2mm(即从4.8mm到5.2mm)；以及
条件E：T＝0.1r-0.2r(即从0.1r到0.2r)。
附图的简要说明
图1A是集管从管连接侧看时的侧视图；
图1B是沿图1A中的线X-X的横剖图；
图2A是集管的主要部分的正视图，管连接到该集管上；
图2B是沿图2A中的线Y-Y的横剖图；
图2C是集管的侧视图；
图3A是表示换热器的正视图；
图3B是换热器的右侧视图；以及
图4A和图4B分别表示了普通换热器的集管的剖面图。
实施发明的最佳方式
下面将参考附图介绍本发明实施例的换热器。
图3A和图3B所示的换热器是用于汽车空调系统或房间空调系统中的铝冷凝器。在图3A和图3B中，参考标号1表示扁平换热管，2表示空心集管，3表示由焊铝板(aluminum brazing sheet)制成的波纹形肋，4表示隔板，5表示制冷剂进口，6表示制冷剂出口。
多个扁平换热管1布置成彼此平行且有预定间隔，并通过使其两端与集管相连而布置在一对空心集管2、2之间。波纹形肋3布置在相邻的扁平换热管1、1之间。除了集管部分2、2，包括扁平换热管1和肋3的换热器部分构成一个有效换热的芯部。
各空心集管2的内部空间由在预定纵向部分处的隔板4分开，制冷剂进口5和制冷剂出口6与集管2、2在预定的纵向部分处相连。因此，通过制冷剂进口5引入的制冷剂曲折地经过该芯部，并从制冷剂出口6流出。
扁平换热管1是所谓的口琴状管，由铝挤出件制成细长的圆形截面形状，且该扁平换热管1有通过沿纵向方向延伸的内壁连接的上部和下部扁平周壁。扁平换热管1可以为电焊管。
各空心集管2包括柱形的总管2a以及一对覆盖该总管2a两端的集管帽2b、2b。总管2a是通过使焊铝板弯曲成管，以便使侧边缘彼此对接，从而形成的钎焊管，该焊铝板包括芯板和钎焊层，该钎焊层包覆在芯板的一个或两个表面上。在总管2a的与对接侧边缘相对的周壁部分处，以预定间隔形成多个管插入孔。各扁平换热管1的两端部分插入管插入孔7中，并钎焊在该插入孔7内。电焊管、挤出管等都可以代替前述钎焊管(brazingpipe)作为前述总管2a。
空心集管2的、位于管连接侧处的内周壁部分形成为向外展开的、大致为扁平弓形的内周壁部分10。另一方面，空心集管2的、与前述内周壁部分10相对的外周壁部分形成为向外展开的、大致半圆形的外周壁部分11。前述扁平弓形内周壁部分10和半圆形外周壁部分11通过连接弯曲周壁12、12而光滑弯曲地连接。
具有上述特定结构的空心集管2满足下面条件A至E：
条件A：r＝5-15mm(即从5mm到15mm)
条件B：Ra＞＝6r；
条件C：Rb＞＝4mm；
条件D：h＝4-6mm(即从4mm到6mm)；以及
条件E：T＝0.1r-0.2r(即从0.1r到0.2r)，
其中，“Ra”是内周壁部分10的外表面的曲率半径，“Rb”是连接弯曲周壁部分12的外表面的曲率半径，“r”是外周壁部分11的外表面的曲率半径，“h”是从外周壁部分11的圆心K到内周壁部分10的外表面的垂直线长度，而“T”是集管2的周壁的厚度。
前述扁平的弓形内周壁部分10能够减小集管2的内壁容积。此外，因为集管2满足前述条件A至E，因此，能够减小空心集管2的内部容积，同时保证足够的耐压性。而且，因为并不需要为了保证耐压性而增加集管周壁的厚度T，因此可以减小集管2重量。此外，存在扁平的内周壁部分10减小了集管2的周长，从而减小了集管2的重量。
当内周壁部分10的外表面的曲率半径“Ra”小于外周壁部分11的外表面的曲率半径“r”的6倍时，难以保证有足够的耐压性。当连接周壁部分12的外表面的曲率半径“Rb”小于4mm时，难以保证有足够的耐压性。当从外周壁部分11的圆心K到内周壁部分10的外表面的垂直线长度“h”小于4mm时，难以使扁平换热管1与集管2连接和满足条件B。另一方面，当它超过6mm时，难以充分降低集管2的容积。而且，集管2的周壁的厚度“T”小于外周壁部分11的外表面的曲率半径“r”的0.1倍时，难以保证足够的耐压性。另一方面，当它超过0.2倍时，难以使集管2保持较轻重量。而且，当外周壁部分11的外表面的曲率半径“r”并不位于前述5mm至15mm的范围内时，难以形成有合适尺寸的半圆形外周壁部分11。
对于前述冷凝器，高压气体制冷剂通过制冷剂进口5引入芯部，且该制冷剂将与沿纵向前后通过芯部同时经过待冷凝的内部通道的空气进行换热，冷凝后的制冷剂从制冷剂出口6流出。如上所述，空心集管2由前述扁平的弓形内周壁部分10、前述半圆形外周壁部分11以及与该内周壁部分10和外周壁部分11相连的连接弯曲周壁部分12、12构成，并满足所有前述条件A至E。因此，该集管2完全能承受气体制冷剂的高压。而且，采用扁平的弓形内周壁部分10能够减小集管2的内部容积，这又能减小对换热没有帮助的死空间。因此，能够获得有极好换热效率的冷凝器。
下面介绍本发明的实例。
(实例1)
制备空心集管。该集管包括：内周壁部分10，该内周壁部分10有大致扁平的弓形截面形状，管连接到该内周壁部分10上；外周壁部分11，该外周壁部分11有大致半圆形的截面形状，并对着内周壁部分10；以及连接弯曲周壁部分12、12，该连接弯曲周壁部分12、12与内周壁部分10以及外周壁部分11相连，该集管满足以下条件。
然后，用前述空心集管制造图3所示的冷凝器。
条件A：r＝10mm；
条件B：Ra＝60mm；
条件C：Rb＝4mm；
条件D：h＝5mm；以及
条件E：T＝1.3mm
假设在普通圆形集管中产生的应力为100％，在该集管中产生的应力为163％。因此，在本实例中，证明产生的应力能抑制成较小，能够获得足够的耐压性。
还证明，该集管的内部容积与普通圆形集管相比减小了大约25％，集管的周长与普通圆形集管相比减小了大约10％，因此，集管的重量减小了大约10％。因此，证明能够获得重量轻的集管。
(实例2)
在实例2中，采用与实例1相同的结构，但是条件设置成如下：
条件A：r＝7.94mm；
条件B：Ra＝50mm；
条件C：Rb＝4mm；
条件D：h＝4mm；以及
条件E：T＝1.1mm
假设在普通圆形集管中产生的应力为100％，在该集管中产生的应力为146％。因此，在本实例中，证明产生的应力能抑制成较小，能够获得足够的耐压性。
(对比实例)
在下面的条件下进行类似的评价。结果如表1所示。
条件B(Ra＝20、30、40、50和60mm)，条件C(Rb＝2、3和4mm)如表1中所示进行设置，条件A(r＝10mm)、条件D(h＝5mm)和条件E(T＝1.3mm)固定。
由对比实例的结果证明，产生的应力较大，难以保证足够的耐压性。
表1
在集管中产生的应力
(当在普通圆形集管中产生的应力的相对比较值是100)
  Ra(mm)
  20   30   40   50   60
  Rb(mm)   2   202   319   393   303   228
  3   265   187   251   214   237
  4   -   202   208   173   163*
(r＝10mm，h＝5mm，T＝1.3mm)
(*)表示了实例1的数据，其余是对比实例的数据。在实例2中的数据没有在表1中列出。
发明的效果
在本发明的换热器中，空心集管2由扁平的弓形内周壁部分10、半圆形外周壁部分11以及与该内周壁部分10和外周壁部分11相连的连接弯曲周壁部分12、12构成。因此，采用扁平的弓形内周壁部分10能够减小集管2的内部容积。而且，因为空心集管2满足所有前述条件A至E，集管2能够减少它的内部容积，同时充分保证较高的耐压性。因此，能够减小对换热没有帮助的死空间，从而导致极好的换热效率。
而且，因为不需要增加集管周壁的厚度以保证耐压性，因此不会增加集管2的重量。因此，能够提供重量轻的换热器。此外，存在扁平的弓形内周壁部分10导致集管2的周长减小，从而进一步减小了集管2的重量。
因为与扁平换热管相连的周壁部分形成为扁平的弓形内周壁部分10，在集管2和扁平换热管1之间的钎焊长度更短，从而导致没有钎焊缺陷和更容易制造。
工业实用性
本发明能够用于需要有足够的耐压性和减小的集管容积的换热器，例如用于汽车空调系统或房屋空调系统中的冷凝器。

Claims (10)

1.一种换热器，包括：
空心集管(2)；以及
多个与所述空心集管(2)相连的换热管(1)，
其中，所述空心集管(2)包括：内周壁部分(10)，该内周壁部分(10)有扁平的弓形横截面形状，所述换热管(1)与该内周壁部分(10)连接；外周壁部分(11)，该外周壁部分(11)有半圆形横截面形状，该外周壁部分(11)对着所述内周壁部分(10)；以及与所述内周壁部分(10)和所述外周壁部分(11)相连的连接弯曲周壁部分(12)，和
其中，所述空心集管(2)满足所有以下条件A至E：
条件A：r＝5-15mm；
条件B：Ra＞＝6r；
条件C：Rb＞＝4mm；
条件D：h＝4-6mm；以及
条件E：T＝0.1r-0.2r，
其中，“Ra”是所述内周壁部分(10)的外表面的曲率半径，“Rb”是所述连接弯曲周壁部分(12)的外表面的曲率半径，“r”是所述外周壁部分(11)的外表面的曲率半径，“h”是从所述外周壁部分(11)的圆心(K)到所述内周壁部分(10)的外表面的垂直线长度，而“T”是所述集管(2)的周壁的厚度。
2.一种换热器，包括：
一对以预定间距彼此平行布置的空心集管(2)；以及
多个换热管(1)，该换热管(1)布置在所述空心集管(2)之间，同时该换热管(1)的相对端与所述空心集管(2)相连；
其中，所述空心集管(2)包括：内周壁部分(10)，该内周壁部分(10)有扁平的弓形横截面形状，所述换热管(1)与该内周壁部分(10)连接；外周壁部分(11)，该外周壁部分(11)有半圆形横截面形状，该外周壁部分(11)对着所述内周壁部分(10)；以及连接弯曲周壁部分(12)，该连接弯曲周壁部分(12)与所述内周壁部分(10)以及所述外周壁部分(11)相连，和
其中，所述空心集管(2)满足所有以下条件A至E：
条件A：r＝5-15mm；
条件B：Ra＞＝6r；
条件C：Rb＞＝4mm；
条件D：h＝4-6mm；以及
条件E：T＝0.1r-0.2r，
其中，“Ra”是所述内周壁部分(10)的外表面的曲率半径，“Rb”是所述连接弯曲周壁部分(12)的外表面的曲率半径，“r”是所述外周壁部分(11)的外表面的曲率半径，“h”是从所述外周壁部分(11)的圆心(K)到所述内周壁部分(10)的外表面的垂直线长度，而“T”是所述集管(2)的周壁的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的换热器，其中，所述空心集管满足以下条件A至E：
条件A：r＝8-12mm；
条件B：Ra＝48-65mm；
条件C：Rb＝4-5mm；
条件D：h＝4.5-5.5mm；以及
条件E：T＝0.1r-0.2r。
4.根据权利要求1或2所述的换热器，其中，所述空心集管满足以下条件A至E：
条件A：r＝9.5-10.5mm；
条件B：Ra＝55-62mm；
条件C：Rb＝4-4.5mm；
条件D：h＝4.8-5.2mm；以及
条件E：T＝0.1r-0.2r。
5.根据权利要求1或2所述的换热器，其中：所述换热器是用于汽车空调系统的制冷剂循环系统中的冷凝器。
6.根据权利要求1或2所述的换热器，其中：所述空心集管(2)有多个管插入孔(7)，这些管插入孔(7)沿所述内周壁部分(10)的纵向以预定间距形成于所述内周壁部分(10)上，其中，各所述换热管(1)的端部插入所述管插入孔(7)内，并固定在该管插入孔(7)内。
7.根据权利要求6所述的换热器，其中：所述空心集管(2)包括柱形总管(2a)和封闭所述总管(2a)的两端的集管盖(2b)。
8.根据权利要求7所述的换热器，其中：所述总管(2a)是通过使焊铝板弯曲成管，以便使侧边缘彼此对接，从而形成的钎焊管，该焊铝板包括芯板和钎焊层，该钎焊层包覆在芯板上。
9.根据权利要求8所述的换热器，其中：所述管插入孔(7)形成于与所述侧边缘的对接部分相对的周壁部分处。
10.根据权利要求7所述的换热器，其中：所述总管(2a)是挤出管。
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