專利名稱：換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及換熱器的技術(shù)領(lǐng)域，特別但并非唯一地涉及內(nèi)部換熱器，更特別是涉及用于機(jī)動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)的換熱器。
背景技術(shù)：
例如機(jī)動(dòng)車的空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)常裝配有所謂的內(nèi)部換熱器。這種換熱器通過預(yù)熱被供給空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)的吸入側(cè)的制冷劑并且同時(shí)冷卻被輸送給膨脹裝置的制冷劑(液體側(cè)) 顯著提高系統(tǒng)工作效率。DE102006017816B4公開了一種內(nèi)部換熱器的示例。這份文件公開一種單件擠壓式鋁換熱器部件。在這樣一個(gè)擠壓型材中，形成多個(gè)通道來傳輸液體側(cè)制冷劑和吸入側(cè)制冷劑。雖然這種擠壓的換熱器部件在上述吸入側(cè)和液體側(cè)之間提供了高水平的熱交換，但它們具有一定的缺陷它們在使用之前需要進(jìn)行加工和/或清理；為了連接吸入管線至和上述截面型材，必須使用焊接或者釬焊；并且，上述換熱器的幾何形狀由擠壓模具固定下來，意味著必須為需要不同的擠壓型材的新應(yīng)用場合開發(fā)出新的工具。為了在吸入側(cè)和液體側(cè)之間獲得預(yù)期的傳熱性能，換熱器必須有一個(gè)給定的換熱面積。有時(shí)，空間是寶貴的，例如在汽車應(yīng)用中。在這樣的情況下，需要使用具有減小的外尺寸的換熱器。這常常意味著需要將換熱器成型為或者彎曲成U形管或其它形狀，從而它能安裝在給定的空間內(nèi)。這又需要以能充分彎曲的方式來設(shè)計(jì)上述換熱器管，從而它可以變形而又不會使其流體輸送通道塌癟。而且，這也許還意味著上述換熱器的外徑受限制或者約束。因此，鑒于這些設(shè)計(jì)要求，人們希望提供一種能夠克服至少其中一些上述問題的換熱器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供如后附的權(quán)利要求所限定的換熱器和換熱器的制造方法。


本發(fā)明上述的和其它的方面、特征和優(yōu)點(diǎn)可以從以下示意性實(shí)施例的詳細(xì)描述中得到，這些實(shí)施例將結(jié)合附圖來理解，其中圖1是包含內(nèi)部換熱器的機(jī)動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出了圖1所示的呈U形構(gòu)造的內(nèi)部換熱器的示意圖；圖3a是示出了已組裝但尚未彎曲成U形構(gòu)造的、根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的透視圖；圖: 是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的外表的視圖；圖3c是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的內(nèi)管的一段變形部分的外表的視圖；圖3d是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的內(nèi)管的一段變形部分的外表的視圖，更清楚地示出了其螺旋結(jié)構(gòu)；圖4是根據(jù)第一實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的部分內(nèi)管的示意圖，示出了一種在部分內(nèi)管上產(chǎn)生螺旋結(jié)構(gòu)的示例方法；圖如至圖5c示出了根據(jù)第一實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的橫截面視圖，示出了內(nèi)部換熱器內(nèi)管的幾種替代剖面形狀示例；圖6是第一實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的制冷劑流動(dòng)的示意圖；圖7示出了圖4的局部示圖，示出了內(nèi)管參數(shù)如何變化以實(shí)現(xiàn)第一實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的不同性能特點(diǎn)；圖8a示出了已組裝但尚未彎曲成最終的U形構(gòu)造的、根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的透視圖；圖8b示出了根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的橫截面視圖；圖9示出了根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)部換熱器的外管的一種替代設(shè)計(jì)，其帶有沿螺旋線路徑的制冷劑流動(dòng)通道。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)參考附圖，其詳細(xì)示出了本本發(fā)明的若干實(shí)施例。附圖不一定按照比例繪制，并且為了更清楚地表示和解釋本發(fā)明，某些特征可能會被夸大。此外，本文所述的實(shí)施例不是想要窮舉或者以其它方式將本發(fā)明限制或局限至如圖所示的和如以下的詳細(xì)說明所公開的特定構(gòu)造。參見圖1，其示意示出適用于機(jī)動(dòng)車的空調(diào)系統(tǒng)1?？照{(diào)系統(tǒng)1包括壓縮機(jī)2，壓縮機(jī)例如可以由車輛發(fā)動(dòng)機(jī)或獨(dú)立電機(jī)或類似裝置來驅(qū)動(dòng)。壓縮機(jī)2具有入口 4，該入口與低壓管線21連接，壓縮機(jī)2在低壓下通過該入口吸入制冷劑或者冷媒。壓縮機(jī)2還有出口 3，壓縮制冷劑通過出口被輸出到高壓管線5。高壓管線5導(dǎo)通至冷卻裝置6，經(jīng)過壓縮且因此被加熱的制冷劑在此處受冷凝結(jié)。因此，冷卻裝置6也被稱為冷凝器。在這個(gè)示例中，制冷劑使用的是在低壓下工作的R-13^。在冷卻裝置的出口 7，制冷劑被排放入導(dǎo)通至內(nèi)部換熱器11的高壓入口 9的另一高壓管線8。內(nèi)部換熱器11具有高壓出口 12，高壓出口又通過高壓管線14與膨脹閥15連接。膨脹閥15釋放制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器16中。制冷劑在蒸發(fā)器16中蒸發(fā)，結(jié)果，從環(huán)境中吸收熱能；在這個(gè)例子中，冷卻進(jìn)入機(jī)動(dòng)車內(nèi)的空氣。然后，所產(chǎn)生的制冷劑蒸汽從蒸發(fā)器 16經(jīng)過低壓管線17被送入內(nèi)部換熱器11的低壓入口 18。這些制冷劑蒸汽以與通過高壓入口 9送入的致冷劑相反的流動(dòng)方向流經(jīng)內(nèi)部換熱器11。在此情況下，制冷劑蒸汽冷卻壓縮制冷劑，自身也因此被加熱。制冷劑蒸汽在被加熱之后從內(nèi)部換熱器11的低壓出口 19 被排出。它再經(jīng)過低壓管線21被導(dǎo)入壓縮機(jī)2的入口 4。內(nèi)部換熱器11容許流入壓縮機(jī)2的制冷劑溫度升高，從而提高壓縮機(jī)出口 3處的制冷劑溫度。因此，冷卻裝置6釋放更多熱能。同時(shí)，內(nèi)部換熱器11降低被送入蒸發(fā)器16 的制冷劑溫度，從而提升蒸發(fā)器16與周圍空氣之間的換熱性能。通過此方式，內(nèi)部換熱器 11可被用來提高空調(diào)系統(tǒng)效率。圖2示出了內(nèi)部換熱器11的另一示意圖。在本例子中，它以U形彎管22形式被示出。人們會理解，換熱器的具體形狀將取決于其應(yīng)用。然而在某些而非全部的應(yīng)用中需要彎曲的換熱器11。在需要彎曲時(shí)，同軸管應(yīng)該能被充分彎曲而不會導(dǎo)致流體通道或管道塌癟或破裂。彎管22具有兩條腿23、24，它們的上端部被彎曲而彼此分開。高壓入口 9和高壓出口 12在位置26a處與系統(tǒng)1的其余部分流體連通。內(nèi)部換熱器11的低壓入口 18和低壓入口 19在位置26b處與系統(tǒng)1的其余部分流體連通。如圖所示，位置26a和26b位于或者很靠近彎管22的上端部的末端?，F(xiàn)參考圖3a至圖3d，將更詳細(xì)地描述內(nèi)部換熱器11的結(jié)構(gòu)。圖3a示出了已組裝但尚未彎曲成最終U形構(gòu)造的、第一實(shí)施例的內(nèi)部換熱器11的透視圖。如圖所示，內(nèi)部換熱器11包括外管30和內(nèi)管32，內(nèi)管的端部3 和32b在本圖是可見的。外管30和內(nèi)管 32都被設(shè)計(jì)成制冷劑導(dǎo)管。內(nèi)管32位于外管30內(nèi)并沿其全長延伸。外管的內(nèi)徑和外徑分別是18mm和20mm。在圖中看得見的、伸出外管的內(nèi)管32部分的內(nèi)徑和外徑分別是12mm和 15mm。人們應(yīng)當(dāng)能夠理解，外管30尺寸和內(nèi)管32尺寸根據(jù)特定應(yīng)用來選擇，因此會隨著應(yīng)用場合的變化而改變。用于機(jī)動(dòng)車輛或轎車車的外管30的內(nèi)徑范圍可以為9-19mm，用于公共汽車的可以為20-39mm，用于列車的可以為23_50mm。在以作為制冷劑的一個(gè)例子中，外管的外徑為24mm，內(nèi)徑為20mm。用于制造內(nèi)管的原材料或者基材管具有18mm的外徑和15mm的內(nèi)徑。在該圖中也示出內(nèi)部換熱器11的高壓入口 9和高壓出口 12。它們各自通過常規(guī)的工藝如焊接或釬焊與外管30上合適的孔洞連接。圖中以34標(biāo)出焊點(diǎn)。通過這種方式， 通過外管30在高壓入口 9與高壓出口 12之間形成流體連通。上述連接孔洞可以是機(jī)加工的或用其它任何常規(guī)工藝制造。通過這種方式，外管30可以用作連接套筒，這允許系統(tǒng)成本降低。外管30的末端點(diǎn)36與內(nèi)管32連接是為了保證連接處被有效密封以防止制冷劑泄漏。同樣可以使用常規(guī)工藝?yán)?形環(huán)、壓接或者焊接或者釬焊。圖北示出了與圖3a 所示的內(nèi)部換熱器11相似的一個(gè)例子的視圖。在該圖中，內(nèi)管32具有圓形的端部3 和32b。它們分別形成內(nèi)部換熱器11的低壓入口 18和低壓出口 19。在本例子中，端部3 和32b是未改動(dòng)的基材管。因此端部32a 和32b可被構(gòu)造成提供低壓管21和17(如圖1所示)的功能所要求的長度。這從而意味著不再需要吸入側(cè)連接管；因此避免高成本的連接工藝如焊接并消除在這些連接點(diǎn)泄漏致冷劑的風(fēng)險(xiǎn)。在內(nèi)管32的端部3 和32b之間的中間部分32c被變形加工成沿其縱軸的螺旋形狀。圖3c示出根據(jù)第一實(shí)施例的內(nèi)部換熱器11的內(nèi)管的一段變形部分32c的外表的視圖。中間部分32c的變形加工可以使用任何適合的變形方法來實(shí)現(xiàn)。在本例子中，它的變形是通過反復(fù)夾緊工藝來完成的。然而，也可以使用其它變形工藝或設(shè)備，例如壓制或錘擊。 在本例子中，夾緊工藝是通過使用定型的相對夾鉗面以獲得想要的部分38b的外輪廓來實(shí)現(xiàn)的。夾緊工藝的動(dòng)作在變形部分32c外表面留下的痕跡38a會在圖3c看見。此外，從圖 3c可知變形部分32c具有螺旋輪廓?？梢詮膱D3d所示的部分32c的一段的示意視圖更清楚地看到螺旋輪廓。參考圖4，現(xiàn)在將描述根據(jù)本例子的中間部分32c的橢圓形螺旋的制造方法。圖4 是示出一部分內(nèi)管32的示意圖，包括繞著其縱軸42設(shè)置的中間部分32c。如圖所示，內(nèi)管 32的左側(cè)端部3 是未變形的并具有圓形橫截面。與內(nèi)管32的左側(cè)端部3 相鄰的部分 4 被變形成預(yù)定尺寸的近橢圓形。這些尺寸可以通過變形工藝的參數(shù)來控制；例如夾緊操作的線性進(jìn)給量和夾鉗面的形狀、尺寸和材料特性。在該圖中，橢圓部分4 的長軸46a如圖所示為豎直取向。當(dāng)夾鉗從內(nèi)管32部分 44a上移開時(shí)，內(nèi)管32沿其縱軸42前進(jìn)一段預(yù)定距離以使管部分44b與夾鉗面相鄰，并且使內(nèi)管32繞其縱軸在給定方向上旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度，在本例中是45度。然后再重復(fù)此夾緊操作。此作業(yè)沿內(nèi)管32中間部分的期望長度不斷重復(fù)，如變形部分44b-44f所示。通過這種方法，可以制造出具有大體固定的螺距和近似恒定橢圓的橫截面的近螺旋結(jié)構(gòu)。除其螺旋形式外，內(nèi)管32的中間部分32c是無突起的或基本上無突起的，并且在其徑向和軸向上都是相對平滑的。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過使用彎曲半徑設(shè)為零的壓彎機(jī)可以大大提高這一制造過程的自動(dòng)化水平。于是，內(nèi)管32中間部分32c的螺旋結(jié)構(gòu)制造可以變得相對迅速和低成本。一旦內(nèi)管32成形，則通過把內(nèi)管32插入外管30來與外管30組裝。內(nèi)管32和外管30之間的配合可以是任意合適的配合，例如松配合或者輕微過盈配合。由此，內(nèi)管32和外管30可以人工組裝或者機(jī)器組裝。然后，可以進(jìn)行外管30末端與內(nèi)管32的焊接、釬焊， 如果需要還包括壓接。這可以在內(nèi)管32的未變形端部段3 和32b過渡至相鄰的變形部分32c的過渡區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。圖5c示出如圖3所示的箭頭A-A方向上的內(nèi)部換熱器11的橫截面視圖并且還示出內(nèi)管32和外管30組裝后的內(nèi)管32和外管30。如圖所示，內(nèi)管32形成一個(gè)近似橢圓形， 其長軸近似等于外管30的內(nèi)徑，例如18mm。人們將會理解，內(nèi)管32的橫截面輪廓可以變化以滿足換熱的要求或制造的要求。例如可以使用圖如所示的橢圓形。其它例子可以包括三角形或者四邊形，例如可以使用如圖恥所示的近似正方形。事實(shí)上，也可以想到具有增加的邊數(shù)的其它橫截面輪廓。在如圖5c所示的例子中，內(nèi)管32在點(diǎn)56a和56b與外管30內(nèi)表面接觸，從而在內(nèi)管32外表面和外管30內(nèi)表面之間形成兩條基本上的線接觸，它們縱貫內(nèi)管32中間部分 32c的螺旋結(jié)構(gòu)的全長。通過這種方式，在內(nèi)管32外表面和外管30內(nèi)表面之間形成兩條制冷劑流體通道5 和52b。流體通道5 和52b輸送液體側(cè)制冷劑。在一些實(shí)施例中可允許流體通道5 和52b之間有一定程度的流體連通。上述允許流體連通的程度可因應(yīng)用場合不同而不同。第三條流體通道50向壓縮機(jī)的吸入側(cè)輸送制冷劑。三條流體通道基本貫穿內(nèi)管32的中間部分32c的螺旋結(jié)構(gòu)的全長。第三制冷劑流體通道50的橫截面面積與用于成形它的基材圓管的橫截面面積相比基本上相等，或者略有減小。上述基材圓管還用于制造吸入側(cè)的其余部分，即空調(diào)系統(tǒng)1 的低壓管線。這意味著流體通道50的單位長度上的壓降與用于成形它的基材圓管相比，例如與低壓管線21相比，實(shí)質(zhì)上相等或者沒有明顯的增加。通過避免內(nèi)部換熱器11吸入段的明顯的壓力損失，相當(dāng)程度上避免了空調(diào)系統(tǒng)1中的效率損失，尤其對于在低壓環(huán)境中運(yùn)行的系統(tǒng)。此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)意想不到的是，上述內(nèi)管32的中間部分32c螺旋結(jié)構(gòu)的形成，與相應(yīng)沒有螺旋結(jié)構(gòu)的管輪廓相比不會導(dǎo)致流體通道50的明顯的或者可測量的壓降。本實(shí)施例的內(nèi)部換熱器11吸入側(cè)的意想不到的無壓降會非常有助于促成空調(diào)系統(tǒng)1的高效率。雖然在本實(shí)施例的內(nèi)部換熱器11所設(shè)計(jì)應(yīng)用的場合中與對應(yīng)的無螺旋結(jié)構(gòu)輪廓的管相比，在上述流體通道中單位長度的壓降不明顯是有益的，但是人們會理解，本發(fā)明的其它應(yīng)用場合可能允許較大的壓降。該壓降例如可以是與對應(yīng)的無螺旋結(jié)構(gòu)輪廓的管相比增加了例如2%、5%或7%。然而，在一些針對特定應(yīng)用場合的實(shí)施例中，與普通吸入側(cè)管線相比，上述內(nèi)部換熱器11吸入側(cè)的單位長度壓降的增加比例可能會高達(dá)30 %。這一指數(shù)在其它實(shí)施例中可能是10%或20%。人們會理解，在一些設(shè)計(jì)構(gòu)造會導(dǎo)致這樣的壓降的已知換熱器中，壓降可能不易校正。其中一個(gè)理由是換熱器的低壓流體通道的技術(shù)特性也許不容易改變來克服這一問題。例如，由于空間或彎曲的約束條件不太可能改變通道橫截面面積。除此以外這也因?yàn)樾枰黾硬僮饕鹬圃斐杀具^多增加而使這種改變不太可能。另外，由于這會對裝置的換熱特性帶來不利影響，所以改變低壓流體通道的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)或流動(dòng)特性也不太可能。如圖5c所示，可經(jīng)此在流體通道50和每個(gè)流體通道5 和52b之間交換熱的面積是很大的，接近等于內(nèi)管32外表面積的一半。此外，基于制冷劑流體通道5 和52b的橫截面形狀，流體通道50和每個(gè)流體通道5 和52b之間的換熱效率得到提高。上述流體通道5 和52b呈近似的月牙形，在內(nèi)管32的徑向上具有較小的高度或者說厚度，并且在內(nèi)管32的外周上具有較大的接觸長度。上述接觸長度在流體通道52a的情況下在本圖中用線58所示。人們會理解這一接觸長度提供了凸形傳熱面(內(nèi)管32的外表面)，流體沿著傳熱面在流體通道5 和52b中流動(dòng)；因此在流體通道5 和52c的長度范圍提供面積大、效率高的換熱面。圖6示出了根據(jù)本實(shí)施例的內(nèi)部換熱器11中的制冷劑流。在制冷劑流體通道50 中的制冷劑流以60表示，在制冷劑流體通道5 和52b中的制冷劑流分別以6 和62b標(biāo)示。如圖所示，本示例中制冷劑流體通道5 和52b的制冷劑流按照沿著內(nèi)部換熱器11的螺旋路徑流動(dòng)，并繞著流體通道50中的流體流過了整整三圈。 人們會懂得不同的應(yīng)用場合需要的換熱器特性是不一樣的。根據(jù)本實(shí)施例的前述傳熱面也可以變化。清楚的是，在空間允許的情況下，內(nèi)部換熱器的外部尺寸是可以變化的，例如長度和直徑。當(dāng)這是不可能或者不希望的情況下，內(nèi)管32的參數(shù)可如圖7所示地變化。圖7是圖4的局部視圖，示出若干內(nèi)管32變形部分44;其中“a” =基本形狀寬度，當(dāng)其橫截面面積等于基材或原材管時(shí)由基本形狀的高度決定；“b”=基本形狀高度；“C” =內(nèi)管32縱軸上的基本形狀深度；“d”=兩相鄰形變區(qū)距離；“e” =兩相鄰形變區(qū)對稱軸之間夾角；“f”=基本形狀直段部分長度，取決于“a”和“b”并且在形狀為橢圓時(shí)為零。改變內(nèi)管32的幾何形狀可以調(diào)整傳熱面、流速，從而調(diào)整傳熱性。參數(shù)“a”、“b”、 “f”決定液體通道52a和52b的橫截面，從而決定流速和傳熱系數(shù)。參數(shù)“C”和“e”決定換熱或者接觸長度，從而決定液體側(cè)傳熱面。一般情況下(i)提高內(nèi)部換熱器11的效率可以通過減小“C”和“e”的值，即通過增加內(nèi)管32單位長度上的變形區(qū)數(shù)目和降低上述螺旋線的斜率，這斜率可以在例如20至45度的范圍內(nèi)；(ii)降低內(nèi)部換熱器效率可以通過增大“C”和“e”的值，即通過減少內(nèi)管32單位長度上的變形區(qū)數(shù)目和增大上述螺旋線的斜率，這斜率可以在例如45至90度的范圍內(nèi)。
人們可以想到，如果內(nèi)部換熱器11要形成U形管或其它形狀，那么內(nèi)部換熱器11 應(yīng)具有充分的彎曲穩(wěn)定性。內(nèi)部換熱器11的彎曲穩(wěn)定性可通過減小參數(shù)“f”的值來提高?，F(xiàn)參考圖8，將描述用于空調(diào)系統(tǒng)1的內(nèi)部換熱器11的第二實(shí)施例。第二實(shí)施例中的與第一實(shí)施例的對應(yīng)結(jié)構(gòu)和功能相似的結(jié)構(gòu)和功能不再重復(fù)表述。曾用于標(biāo)示第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能的相同的附圖標(biāo)記將同樣用來標(biāo)示第二實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)和功能。圖8a示出了已組裝但尚未彎曲成最終U形構(gòu)造的第二實(shí)施例的內(nèi)部換熱器11的透視圖。本實(shí)施例中，內(nèi)管32是未變形的基材管構(gòu)成的平管。這可以是與第一實(shí)施例中描述的是同樣的基材管。然而外管卻是經(jīng)成形或者變形加工的，以提供具有縱向脊82的預(yù)設(shè)橫截面輪廓，下文將對此詳述。外管30可以使用任何方便的方法成形；例如，擠壓加工或者經(jīng)過滾壓或者其它變形工藝。在滾壓工藝中，可以用圓形截面管材作為原材?？梢栽诠艿耐獗砻嫔闲纬沙山嵌鹊亻g隔開的縱向槽，槽與槽中間形成脊82。內(nèi)部換熱器11的其它方面，包括高壓入口 9和高壓出口 12和它們與外管之間的連接可以與參照第一實(shí)施例描述的一樣。以下將參照圖8b對第二實(shí)施例的內(nèi)部換熱器11的造型進(jìn)行更詳細(xì)的描述。圖8b 示出內(nèi)部換熱器11在圖8a中的箭頭A-A方向上的截面圖。如圖所示，內(nèi)管32橫截面是圓形。內(nèi)管32的內(nèi)部容積形成了對應(yīng)于第一實(shí)施例的流體通道50的流體通道。外管30具有大體上為圓形的橫截面輪廓，上面分布有八條脊82a-82h。脊823-8 與縱軸平行且相對縱軸按規(guī)則的角度間隔分布。內(nèi)管32的外徑近似等于成形后的外管30的最小內(nèi)徑；即 18mm。圖中，內(nèi)管32與外管30在點(diǎn)80a至80h處接觸。在點(diǎn)80a到80h之間，外管30上的脊82『8池在內(nèi)管32與外管30之間形成多個(gè)空間。這些空間沿著內(nèi)部換熱器11的長度分布并且形成制冷劑流體通道84a-84h，它們對應(yīng)于根據(jù)第一實(shí)施例描述的制冷劑流體通道52a和5北。與第一實(shí)施例中的情況一樣，第二實(shí)施例的流體通道84a_84h也是近似月牙形， 具有在徑向上的較小高度和與內(nèi)管32外周的較長的接觸長度。上述長度在圖中用線86a 表示，它在點(diǎn)80a到80b之間沿內(nèi)管32的外周(在外表面上)延伸。人們可以理解這條接觸線提供凸形傳熱面(內(nèi)管32的外表面)，流體通道84a-84h中的流體流過該傳熱面；因此在流體通道84a-84h全長上形成面積大、效率高的換熱面。制冷劑流體通道84a_84h的數(shù)目、尺寸和幾何形狀決定內(nèi)部換熱器11的傳熱特性。這些因素也會影響內(nèi)部換熱器11的彎曲性能。一般情況下(i)隨著制冷劑流體通道84a_84h的橫截面面積減小以及制冷劑流體通道 84a-84h的數(shù)目增加，內(nèi)部換熱器11的傳熱系數(shù)和彎曲性能提高；(ii)隨著制冷劑流體通道84a_84h的橫截面面積增大以及制冷劑流體通道 84a-84h的數(shù)目減少，內(nèi)部換熱器11的傳熱系數(shù)和彎曲性能降低。實(shí)踐中，制冷劑流體通道84a_84h的數(shù)量與通道的尺寸受幾何形狀、原材料物理特性和制造工藝的限制。在某些特定情形下，針對給定應(yīng)用場合，可能很難達(dá)到內(nèi)部換熱器 11的理想傳熱性能。制造工藝的局限也會限制流體通道84a-84h的橫截面面積和數(shù)目。同樣，內(nèi)部換熱器11的總長是固定的。在此情形下，前述接觸長度可通過將流體通道84a-84h 設(shè)定其路徑為環(huán)繞內(nèi)部換熱器11中心而增大，從而增大接觸面積。這可以通過制造一個(gè)具有合適輪廓的外管30來實(shí)現(xiàn)。這里可以使用擠壓加工或者滾壓加工或者其它變形工藝。圖9示出帶有由成形或變形的外管30形成的螺旋路徑的制冷劑流體通道84a-84h的、根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)部換熱器11。人們可以理解，圖9中的內(nèi)部換熱器11，與圖8中的一樣，得益于其凸形的傳熱面 (內(nèi)管32的外表面)和在流體通道84a-84h的長度范圍的面積大、效率高的換熱面。人們還可以理解，螺旋線的螺距或者斜角的選用是為了獲得給定的接觸長度以獲得給定的接觸面積，使得內(nèi)部換熱器11具有所需的換熱性能。因?yàn)閭鳠崮芰κ顷P(guān)于傳熱系數(shù)和傳熱面(接觸面積)的函數(shù)，可以通過調(diào)整傳熱面(保持傳熱系數(shù)盡可能高)來獲得需要的傳熱能力。接觸面積或者接觸時(shí)間可以通過流體通道84a-84h的長度來調(diào)整。人們能理解，前文所述的實(shí)施例產(chǎn)生特定優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)管32的這些輪廓可位于其長度的任意位置，或者甚至只位于內(nèi)管32全長的一部分。此外，可通過改變內(nèi)管32和外管30之間的接觸界面調(diào)整傳熱性，這不需要顯著改變成形工具如夾鉗或所用的工藝就能實(shí)現(xiàn)。這就制造而言提供相當(dāng)大的靈活性。在不顯著改變制造工藝或工具的情況下就能實(shí)現(xiàn)具有不同性能標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用場合。因?yàn)閮?nèi)管可以使用標(biāo)準(zhǔn)管材制造，其成本低。不需要昂貴的擠壓， 也無需吸入段連接管，這可以保證便于制造和系統(tǒng)可靠性提高。通過改變變形的管的幾何形狀可以調(diào)整管的彎曲柔性。外管30可以用作連接套筒，這進(jìn)一步降低了系統(tǒng)成本。盡管為了降低吸入側(cè)壓降的趨勢而使得低壓通道可能會特別大，仍然可以獲得相對小的外徑。人們同樣會理解，針對上述實(shí)施例可以做出各種不同的改變。例如，盡管所述實(shí)施例的內(nèi)部換熱器描述為高壓流體和低壓流體的流動(dòng)方向是相反的，或者說“逆流”，這些實(shí)施例采用“相同方向”的方案是也可實(shí)現(xiàn)的。此外，雖然所述實(shí)施例描述的制冷劑采用的是 R-134a,同樣也可使用其它制冷劑。例如，其它低擠壓冷劑或者可以在高壓下工作的制冷劑如二氧化碳。另外，盡管上述實(shí)施例的描述是關(guān)于機(jī)動(dòng)車輛應(yīng)用場合，人們也會懂得本發(fā)明還可廣泛地應(yīng)用于其它應(yīng)用場合。這些應(yīng)用場合包括，例如公共汽車，卡車，列車和非交通工具的應(yīng)用。除此之外，雖然上述實(shí)施例描述了利用的基材管橫截面是圓形的，其它橫截面也可以適用，例如橢圓形橫截面。之前的敘述只是為了說明和描述本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的典型實(shí)施例。所公開的任何確切形式都不是窮盡的，或者打算將本發(fā)明限制到任何所公開的特定形式。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，可以在不脫離本發(fā)明范圍情況下針對本發(fā)明進(jìn)行各種改變以及對各種部件進(jìn)行等同替代。此外，可以在不脫離本發(fā)明范圍情況下做出多種改變以使特定情形或材料適應(yīng)本發(fā)明教導(dǎo)。因此我們認(rèn)為，本發(fā)明不應(yīng)局限于只是作為實(shí)施本發(fā)明最佳方式而公開的特別實(shí)施例，相反，本發(fā)明應(yīng)包括所有落入權(quán)利要求范圍的實(shí)施例?？梢栽诓幻撾x本發(fā)明范圍情況下以不同于前文具體解釋和說明的方式來實(shí)施本發(fā)明。本發(fā)明的范圍僅受所附權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種換熱器，包括外導(dǎo)管和沿所述外導(dǎo)管的縱軸布置在所述外導(dǎo)管內(nèi)的內(nèi)導(dǎo)管，所述外導(dǎo)管和所述內(nèi)導(dǎo)管布置成在所述外導(dǎo)管的內(nèi)表面和所述內(nèi)導(dǎo)管的外表面之間形成流體通道，所述流體通道在與所述外導(dǎo)管的縱軸基本上垂直的平面中具有細(xì)長的橫截面形狀，所述橫截面形狀在所述外導(dǎo)管的周向上顯著大于在所述外導(dǎo)管的徑向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征是，所述流體通道的橫截面形狀基本上為月牙形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的換熱器，其特征是，限定所述流體通道的所述內(nèi)導(dǎo)管的外表面部分相對于所述流體通道的內(nèi)表面呈現(xiàn)基本為凸形的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的換熱器，其特征是，所述內(nèi)導(dǎo)管具有沿其軸向長度分布的多個(gè)區(qū)域，所述內(nèi)導(dǎo)管在所述多個(gè)區(qū)域被局部變形，每個(gè)區(qū)域包括(i)在基本上垂直于其軸向長度的平面中位于第一角位置處的內(nèi)導(dǎo)管外尺寸縮減區(qū)，和(ii)在基本上垂直于其軸向長度的平面中位于第二角位置處的相應(yīng)的內(nèi)導(dǎo)管外尺寸擴(kuò)增區(qū)，所述外尺寸縮減區(qū)對應(yīng)于所述流體通道，所述外尺寸擴(kuò)增區(qū)對應(yīng)于所述內(nèi)導(dǎo)管和所述外導(dǎo)管之間的接觸點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的換熱器，其特征是，所述變形是非連續(xù)的變形。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的換熱器，其特征是，所述變形是非重疊的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任意一項(xiàng)所述的換熱器，其特征是，所述流體通道的路徑呈現(xiàn)為圍繞所述外導(dǎo)管的縱軸的螺旋構(gòu)型。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任意一項(xiàng)所述的換熱器，其特征是，所述內(nèi)導(dǎo)管如此變形， 所述內(nèi)導(dǎo)管在基本上垂直于所述外導(dǎo)管的縱軸的平面中具有基本上為卵形(非圓形的橢圓)、三角形或四邊形的橫截面形狀，從而提供分別通過所述內(nèi)導(dǎo)管和所述外導(dǎo)管之間的兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)接觸點(diǎn)分出的兩個(gè)、三個(gè)或者四個(gè)所述流體通道。
9.一種換熱器的制造方法，包括外導(dǎo)管和沿所述外導(dǎo)管的縱軸位于所述外導(dǎo)管內(nèi)的內(nèi)導(dǎo)管，所述方法包括在沿所述內(nèi)導(dǎo)管的軸向長度分布的多個(gè)位置處使所述內(nèi)導(dǎo)管局部變形，從而在每個(gè)所述位置，所述內(nèi)導(dǎo)管的外尺寸在基本上垂直于其軸向長度的平面中在第一角位置處被縮減，所述內(nèi)導(dǎo)管的外尺寸在基本上垂直于其軸向長度的平面中在第二角位置處被增大；將所述變形的內(nèi)導(dǎo)管與所述外導(dǎo)管組裝在一起，從而所述內(nèi)導(dǎo)管與所述外導(dǎo)管基本上形成至少兩條線接觸，以及在所述內(nèi)導(dǎo)管的外表面和所述外導(dǎo)管的內(nèi)表面之間形成至少兩個(gè)獨(dú)立的流體通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征是，包括在每個(gè)所述多個(gè)位置上進(jìn)行變形加工，該變形加工既提供所述內(nèi)導(dǎo)管的外尺寸縮減區(qū)，又提供所述內(nèi)導(dǎo)管的外尺寸擴(kuò)增區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征是，在每個(gè)所述多個(gè)位置上的變形加工是非連續(xù)的加工，例如夾鉗加工或者沖擊加工。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征是，在每個(gè)所述多個(gè)位置上的變形加工是連續(xù)的變形加工例如滾壓加工。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征是，還包括當(dāng)所述內(nèi)導(dǎo)管在沿其軸向長度的所述多個(gè)位置變形時(shí)相對于所述變形加工動(dòng)作逐步地旋轉(zhuǎn)所述內(nèi)管，從而在組裝好的換熱器內(nèi)的流體流動(dòng)通道沿著所述外導(dǎo)管的縱軸沿螺旋路徑延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征是，導(dǎo)管基材是橫截面基本上為圓形的管。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征是，所述變形加工使用一個(gè)或多個(gè)異型變形件來形成具有卵形、三角形或者四邊形橫截面輪廓的內(nèi)導(dǎo)管。
16.一種換熱器，包括制冷劑外導(dǎo)管和制冷劑內(nèi)導(dǎo)管，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管沿所述制冷劑外導(dǎo)管的長度延伸并布置在所述制冷劑外導(dǎo)管內(nèi)，所述內(nèi)部換熱器還包括在所述制冷劑外導(dǎo)管與所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管之間形成的至少一條制冷劑流體通道，至少其中一條所述制冷劑流體通道通過換熱面與所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管隔開，并且所述換熱面包含所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管的外表面的一部分，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管沿其縱軸如此成形或變形，它限定了所述至少一條制冷劑流體通道的一部分，并且所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管沿所述制冷劑外導(dǎo)管的長度具有與同等的未變形導(dǎo)管相比基本相等的或者只是略微縮小的橫截面面積，從而所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管的單位長度所產(chǎn)生的壓降與同等的未變形管的壓降相比是基本上相等的，或者沒有明顯的增加。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的換熱器，其特征是，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管沿著其縱軸長度以螺旋或螺線形式變形，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管和所述制冷劑外導(dǎo)管限定出所述至少一條制冷劑流體通道，所述至少一條制冷劑流體通道沿著所述制冷劑外導(dǎo)管的長度呈螺旋或螺線形布置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的換熱器，其特征是，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管的單位長度所產(chǎn)生的壓降與不帶螺旋或螺線形狀的、橫截面呈圓形的制冷劑內(nèi)導(dǎo)管的壓降相比是相等的，或者沒有明顯的增大。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任意一項(xiàng)所述的換熱器，其特征是，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管沿其縱軸按預(yù)定方式變形，從而使所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管單位長度所產(chǎn)生的壓降比橫截面呈圓形的制冷劑內(nèi)導(dǎo)管的壓降高0 %至30 %，優(yōu)選為0 %至20 %，更加優(yōu)選為0 %至10 %。
20.一種換熱器的制造方法，包括制冷劑外導(dǎo)管和制冷劑內(nèi)導(dǎo)管，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管沿所述制冷劑外導(dǎo)管的長度設(shè)置并安置在所述制冷劑外導(dǎo)管內(nèi)，所述內(nèi)部換熱器還包括在所述制冷劑外導(dǎo)管與所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管之間形成的至少一條制冷劑流體通道，至少其中一條所述制冷劑流體通道通過換熱面與所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管隔開，并且所述換熱面由所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管的外表面的一部分形成，所述制造方法包括如下步驟使所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管或者所述制冷劑外導(dǎo)管沿著其縱軸成形或變形；以及選自以下的任一步驟通過將所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管插入所述制冷劑外導(dǎo)管來完成所述制冷劑外導(dǎo)管與經(jīng)過成形或變形的制冷劑內(nèi)導(dǎo)管的組裝，或通過將所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管插入所述制冷劑外導(dǎo)管來完成經(jīng)過成形或變形的制冷劑外導(dǎo)管與所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管的組裝，從而使組裝好的這些導(dǎo)管在它們之間限定所述至少一個(gè)制冷劑流體通道。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征是，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管或所述制冷劑外導(dǎo)管沿其縱軸以螺旋或螺線形式變形，組裝好的內(nèi)導(dǎo)管和外導(dǎo)管限定所述至少一條制冷劑流體通道，所述至少一條制冷劑流體通道沿著所述制冷劑外導(dǎo)管的長度呈螺旋或螺線形式布置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征是，所述螺旋形或螺線形的制冷劑外導(dǎo)管或制冷劑內(nèi)導(dǎo)管如此制造沿著管縱軸的給定方向以固定的角度固定具有給定的橫截面形狀、優(yōu)選為圓形的管；成形加工優(yōu)選為夾鉗加工或者錘擊加工該固定的管以形成該管的局部變形；沿其縱軸的給定方向旋轉(zhuǎn)所述管至另一個(gè)固定的角度，優(yōu)選每次將該管旋轉(zhuǎn)45° ； 在新的固定角度下在沿著所述縱軸的一個(gè)新位置變形加工所述管；并且重復(fù)這一步驟直到形成需要的螺旋形或者螺線形。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征是，所述變形通過使用彎曲半徑為零的壓彎機(jī)被自動(dòng)化。
24.根據(jù)權(quán)利要求20至23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是，所述外導(dǎo)管的末端與所述內(nèi)導(dǎo)管連接以確保所述連接能夠保證有效密封以防止所述制冷劑泄漏。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其特征是，所述末端使用至少一個(gè)密封圈或者通過壓接、焊接或者釬焊所述末端的方式連接。
26.一種換熱器，它是使用根據(jù)權(quán)利要求20至25中任意一項(xiàng)所述的方法制造的。
27.一種換熱器，包括制冷劑外導(dǎo)管和制冷劑內(nèi)導(dǎo)管，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管沿所述制冷劑外導(dǎo)管的長度延伸并安置在所述制冷劑外導(dǎo)管內(nèi)，所述換熱器還包括在所述制冷劑外導(dǎo)管與所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管之間形成的至少一條制冷劑流體通道，至少其中一條所述制冷劑流體通道通過換熱面與所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管隔開，并且所述換熱面是由所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管的外表面的一部分形成，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管或所述制冷劑外導(dǎo)管沿其縱軸的變形加工，從而它限定了所述至少一條制冷劑流體通道的一部分，并且所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管的外表面部分在與所述流體通道方向基本垂直的方向上是彎曲的，該彎曲的弧度與所獲得的、從所述制冷劑外導(dǎo)管的縱軸方向看基本呈或至少部分呈凸形的換熱面形狀相同的弧度。
28.一種換熱器，包括制冷劑外導(dǎo)管和制冷劑內(nèi)導(dǎo)管，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管沿所述制冷劑外導(dǎo)管的長度延伸并安置在所述制冷劑外導(dǎo)管內(nèi)，所述換熱器還包括在所述外導(dǎo)管與所述內(nèi)導(dǎo)管之間形成的至少一條制冷劑流體通道，所述至少一條通道通過由所述內(nèi)導(dǎo)管的外表面的一部分形成的換熱面與所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管隔開，所述換熱面設(shè)置成對于沿所述至少一條通道流動(dòng)的流體表現(xiàn)為在一個(gè)大體垂直于流體流動(dòng)的方向上的大致凸面。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的換熱器，其特征是，所述內(nèi)導(dǎo)管或所述外導(dǎo)管沿其縱軸以基本上呈螺旋形或螺線形的構(gòu)造成形或者變形。
30.一種換熱器，包括制冷劑外導(dǎo)管和制冷劑內(nèi)導(dǎo)管，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管沿所述制冷劑外導(dǎo)管的長度延伸并安置在所述制冷劑外導(dǎo)管內(nèi)，所述換熱器還包括在所述外導(dǎo)管與所述內(nèi)導(dǎo)管之間形成的至少一條制冷劑流體通道，所述至少一條流體通道具有通過所述內(nèi)導(dǎo)管以小角度接合入所述外導(dǎo)管而形成的側(cè)邊，從而提供在徑向上顯著小于在外導(dǎo)管周向上的流體通道橫截面。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的換熱器，其特征是，所述小角度小于45度，優(yōu)選小于25度， 并且更優(yōu)選地小于10度。
32.一種換熱器，包含制冷劑外導(dǎo)管和制冷劑內(nèi)導(dǎo)管，所述制冷劑內(nèi)導(dǎo)管沿所述制冷劑外導(dǎo)管的長度延伸并安置在所述制冷劑外導(dǎo)管內(nèi)，所述換熱器還包括在所述外導(dǎo)管與所述內(nèi)導(dǎo)管之間形成的至少一條制冷劑流體通道，所得到的所述至少一條通道的橫截面基本上是細(xì)長形的，其在所述外導(dǎo)管徑向上的尺寸小于在所述制冷劑外導(dǎo)管周向上的尺寸。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的一種換熱器，其特征是，寬長比小于0.3，更優(yōu)選地在0. 01至 0. 2之間。
全文摘要
一種換熱器，包括外導(dǎo)管和沿外導(dǎo)管的縱軸布置并安置在外導(dǎo)管內(nèi)的內(nèi)導(dǎo)管，上述外導(dǎo)管與內(nèi)導(dǎo)管被布置成在外導(dǎo)管的內(nèi)表面和內(nèi)導(dǎo)管的外表面之間形成流體通道，所述流體通道在與外導(dǎo)管縱軸基本垂直的平面內(nèi)具有細(xì)長形的橫截面形狀，該橫截面形狀在外導(dǎo)管周向上顯著大于在外導(dǎo)管徑向上。
文檔編號F28D7/10GK102460054SQ201080027978
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者A·R·黑格特, L·沃特, P·T·克魯格, T·Z·扎克澤沃斯克 申請人:伊頓流體動(dòng)力有限公司