非圆柱形致冷剂导管及其制造方法 相关专利的交叉引用
本申请要求享有于2008年1月9日提交的美国临时专利申请No.61/020,066“Non-Cylindrical Refrigerant Conduit and Method ofMaking Same”的优先权，上述申请通过引用而完整地结合在本文中。
【技术领域】
本发明大致涉及一种热交换器和制造该热交换器的方法，并且更具体地说，涉及一类包括多个致冷剂管道的热交换器，这些管道在入口集管和出口之间延伸，以用于将致冷剂从入口集管传递至出口集管，这类热交换器还包括设置在这些集管的其中至少一个集管中的致冷剂导管，以用于均匀地分布致冷剂。
背景技术
由于其高性能，目前正在研究汽车型钎焊式热交换器，以用于住宅空气调节和热泵应用。汽车型热交换器通常利用一对集管，其中致冷剂管道限定了流体通道，以便将集管互连起来。住宅型热交换器通常比汽车型热交换器更大，并且通常需要长度为典型的汽车型热交换器长度的两至五倍的集管。在这种热交换器中，均匀的致冷剂分布对于最佳性能是必须的。为了改善致冷剂的分布，可在集管中设置致冷剂导管。在授予S.C.Bloom的美国专利No.1,684,083中公开了这种热交换器的一个示例。
Bloom专利公开了第一集管，该第一集管在截面方面至少部分地是大致圆柱形的，以限定平行于第一集管轴线而在一对第一集管端部部分之间延伸的第一腔体。第二集管限定了第二腔体，该第二腔体沿着第二集管轴线而在一对第二集管端部部分之间延伸。多个致冷剂管道各限定了流体通道，该多个致冷剂管道横过集管轴线而在集管之间延伸。致冷剂管道的流体通道与腔体处于流体连通，以用于将致冷剂从集管中的一个集管传递至另一集管。具有圆形的导管截面的致冷剂导管设置在沿轴向沿着集管轴线平行于集管而延伸的腔体的各个腔体中。致冷剂导管包括与相关的腔体处于流体连通的多个孔口，以用于在致冷剂导管和相关的腔体之间传递致冷剂。集管其中之一是用于接收液体致冷剂的入口集管，集管中的另一集管是用于输出致冷剂蒸气的出口集管。设置在入口集管中的致冷剂导管确保了致冷剂在整个入口集管上的统一且均匀的分布，而设置在出口集管中的致冷剂导管确保了只有干燥气体通过泵经由致冷剂导管而从出口集管中抽出。
Bloom专利所公开的热交换器通常通过下列方式制成：对限定第一腔体的大致圆柱形的第一集管和限定第二腔体的大致圆柱形的第二集管沿轴向沿着各集管以预定的隔离间隔进行冲孔，以限定沿轴向沿着各集管而间隔开的多个集管槽；在大致圆柱形的致冷剂导管中形成多个孔口，并且将致冷剂导管插入到第一集管的第一腔体中；然后将第一集管和第二集管放置叠式集管安装夹具中，并且将集管压到各自限定了流体通道的多个致冷剂管道上，以使集管的腔体形成流体连通。致冷剂管道通常延伸穿过集管槽并且进入集管的腔体中。
住宅热交换器的日益增加的长度已经产生了伴随现有技术所公开的这种热交换器的制造和性能问题。这种日益增加的长度使得更加难以在不损坏致冷剂管道或致冷剂导管的条件下将致冷剂导管插入到集管中。另外，该增加的长度产生了越来越严重的致冷剂分布不均的问题。热交换器中的致冷剂分布不均可能是由入口分布不均以及致冷剂导管的沿着长度压力下降而造成的。因此，仍存在对改进的、更容易制造且提供了更为均匀的致冷剂分布热交换器的需求。
【发明内容】
本发明提供一种热交换器组件，该热交换器组件包括致冷剂导管，并通过该致冷剂导管而获得进一步的改进；该致冷剂导管具有用以限定弧面和弦面的大致半圆形的导管截面，该致冷剂导管限定了导管主体部分和至少一个具有圆形截面的导管端部部分，其中该导管主体部分偏离该导管端部部分，且导管过渡部分使该导管主体部分和该导管端部部分互连。
本发明还提供了一种改进的制造热交换器组件的方法，这种热交换器组件包括致冷剂导管，该致冷剂导管具有导管截面，并通过使大致圆柱形的致冷剂导管的一部分变平，以通过在将致冷剂导管插入到第一腔体中之前使该致冷剂导管的导管端部部分偏离该致冷剂导管地导管主体部分，以便将导管截面限定为具有弧面和弦面的大致半圆形，从而限定了导管主体部分和偏离的导管端部部分。
因此，本发明通过增大致冷剂导管的截面积以降低致冷剂导管中致冷剂的流体流速，来减小沿着致冷剂导管的压力降，从而改善了热交换器中的致冷剂分布。
本发明还通过使导管主体部分与致冷剂管道间隔开而改善了具有致冷剂导管的热交换器的可制造性。
本发明还通过容许致冷剂导管的导管主体部分在被支撑于集管上的同时插入到集管中，而不必支撑沿着集管同轴地延伸的致冷剂导管，从而改善了热交换器的可制造性。
本发明还通过提供一种具有导管端部部分的致冷剂导管而改善了热交换器的可制造性，该导管端部部分形成了用于致冷剂蒸气的中心开口，以便与传统的对称的端盖相容。
【附图说明】
本发明的其它优势将很容易理解，通过结合附图参考以下所做的详细说明将更好地理解本发明，在附图中：
图1是热交换器组件的一个实施例的截面图，其显示导管主体部分偏离了导管端部部分；
图2是图1中所示的热交换器组件沿着3-3的局部透视截面图，其显示了具有大致半圆形的导管截面的致冷剂导管；
图3是热交换器组件的一个实施例的截面图，其显示了弓形的致冷剂导管的弦面；
图4是热交换器组件的第二实施例的截面图；
图5是热交换器组件的第三实施例的截面图；
图6是由过渡部分连接起来的导管与导管端部部分的透视图；
图7是由过渡部分连接起来的导管与导管端部部分的透视图；
图8是由过渡部分连接起来的、包括端部喇叭口和渐缩端盖的导管与导管端部部分的透视图。
图9是热交换器组件的第四实施例的截面图；且
图10是热交换器组件的第五实施例的截面图。
部件列表：
元件标号 元件名称 20 热交换器组件 22 第一集管 24 内表面 26 第一腔体 28 第一集管端部部分 30 第二集管 32 第二腔体 34 第二集管端部部分 36 切入面 38 截顶突起部 40 集管槽 42 致冷剂管道 44 致冷剂管道端部 46 流体通道
48 分隔器 50 芯加强件 52 散热片 54 致冷剂导管 56 导管截面 58 弧面 60 弦面 62 导管主体部分 64 导管端部部分 66 导管过渡部分 68 孔口 70 支撑突起部 72 第一端盖 74 第一孔 76 第二端盖 78 第二孔 A1 第一集管轴线 A2 第二集管轴线
【具体实施方式】
参看附图，其大体上显示了用于消散热量的热交换器组件20，其中相似的标号指示全部若干视图中的相应部件。
热交换器组件20包括大体进行标识的第一集管22，其具有内表面24，并且其截面大致是圆柱形的，以限定沿着第一集管轴线A1在一对第一集管端部部分28之间延伸的第一腔体26。第二集管30大体被标识，并且限定了沿着第二集管轴线A2在一对第二集管端部部分34之间延伸的第二腔体32。如图1中所示，第二集管轴线A2大体上平行于第一集管轴线A1。在后文中描述了组件20的一个示例性实施例，其中第一集管22被进一步限定为出口集管22，而第二集管30被进一步限定为入口集管30。然而，应该懂得，在热交换器组件20的其它实施例中，第一集管22可以是是入口集管30，而第二集管30可以是出口集管22。在示例性实施例中，出口集管22进一步将第一腔体26限定为沿着出口集管轴线A1在一对出口集管端部部分28之间延伸的出口腔体26，入口集管30进一步将第二腔体32限定为沿着入口集管轴线A2在一对入口集管端部部分34之间延伸的入口腔体32。在示例性实施例中，入口集管30用于接收用于液体-蒸气转换的致冷剂，出口集管22用于收集致冷剂蒸气。
各集管包括切入(lanced)面36，该切入面是平的并且平行于相应的集管轴线A1，A2在相应的集管端部部分28，34之间延伸。如图1中所示，各个切入面36包括多个截顶突起部38，其延伸到相应的腔体中，并且在相应的集管端部部分28，34之间彼此间隔开，从而在相邻的截顶突起部38之间限定了凹谷，并限定了相对集管轴线A1，A2沿横向延伸的多个集管槽40。
多个致冷剂管道42各以间隔开且平行的关系而延伸，并且相对集管轴线A1，A2横向地在集管22，30之间延伸。各个致冷剂管道42具有大致矩形的截面，并在一对致冷剂管道端部44之间延伸，且限定了在致冷剂管道端部44之间延伸的流体通道46。本领域中的技术人员应该懂得在组件20的其它实施例中，致冷剂管道42可以具有椭圆形的截面或圆形的截面。各流体通道46与腔体26，32处于流体连通，以用于将致冷剂蒸气从入口腔体32传递至出口腔体26。如图2中所示，各个致冷剂管道42大体包括至少一个分隔器48，其限定了在致冷剂管道端部44之间延伸，并与腔体26，32处于流体连通的多个流体通道46。致冷剂分隔器增加了用于在极限压力期间支撑致冷剂管道42的结构支撑。如图3中所示，各个致冷剂管道42的致冷剂管道端部44大体延伸穿过各集管22，30的集管槽40的其中一个集管槽，并且进入到相应的腔体26，32中。
在如图1所示的组件20的一个实施例中，一对芯加强件50设置在致冷剂管道42的外部，并在集管22，30之间相对于致冷剂管道42成平行且间隔开的关系而延伸。芯加强件50增加了对热交换器组件20的结构支撑，并且保护多个散热片52。
如图1中所示，该多个散热片52设置在相邻的致冷剂管道42之间，并且设置在各个芯加强件50与最邻近的致冷剂管道42之间，以用于传递来自致冷剂管道42的热量。该散热片52可以是蛇形片或本领域中已知的任何其它散热片。
致冷剂导管54大体进行了标示，并且具有大致均匀的截面。在示例性实施例中，致冷剂导管54设置在出口腔体26中，并沿着出口集管轴线A1而延伸。在这种示例性实施例中，致冷剂导管54被限定为收集导管54。然而，应该懂得，在备选实施例中，致冷剂导管54设置在入口集管30中，其将致冷剂导管54限定为分布导管。在其它实施例中，致冷剂导管54设置在各个集管中。
导管截面56是大致半圆形的，其限定了由回转端互连的弧面58和弦面60。收集导管54的该半圆形截面增加了出口集管22中的收集导管54的截面积，以降低收集导管54中的致冷剂蒸气的流体流速，从而减小沿着收集导管54的压力降，以便沿着收集导管54的长度提供更均匀的致冷剂分布。在如图2中所示的热交换器组件20的一个实施例中，弦面60平行于延伸穿过出口集管22的集管槽40的致冷剂管道端部44。在如图3中所示的热交换器组件20的另一实施例中，弦面60是弓形的，并且远离穿过集管槽40且进入到出口腔体26中的致冷剂管道端部44而朝向弧面58延伸。
收集导管54限定了导管主体部分62和至少一个导管端部部分64。导管过渡部分66使该导管主体部分62和导管端部部分64互连起来。过渡部分66自导管主体部分62到导管端部部分64的增大截面积。
导管主体部分62大体沿着出口集管轴线A1而在出口集管端部部分28之间延伸，且导管端部部分64大体沿着出口集管轴线A1而在出口集管端部部分28的其中一个出口集管端部部分中延伸。如图2中所示，导管主体部分62的弧面58优选接合到圆柱形的出口集管22的内表面24上，并且导管主体部分62的弦面60优选与延伸穿过集管槽40并进入到出口腔体26中的致冷剂管道端部44间隔开。如图1中所示，导管端部部分64优选同轴地沿着出口集管轴线A1而在出口集管端部部分28的其中一个出口集管端部部分中延伸。
收集导管54包括与出口腔体26处于流体连通的多个孔口68，以用于将致冷剂蒸气从出口腔体26传递至收集导管54，以便使致冷剂蒸气沿着收集导管54而流动。在组件20的备选实施例中，分布导管包括与入口腔体32处于流体连通的多个孔口68，以用于将致冷剂从分布导管传递至入口腔体32中。
如图2中所示，出口集管22包括多个支撑突起部70，其在收集导管54下方延伸到出口腔体26中，以用于定位收集导管54。在组件20的一个实施例中，如图2中所示，支撑突起部70彼此间隔开，并且成两排对齐，该两排均平行于出口集管轴线A1。在组件20的另一实施例中，支撑突起部70沿轴向沿着出口集管22、平行于出口集管轴线A1而延伸。在组件20的其它实施例中，在出口腔体26中设置有内部夹，以替代或作为用于支撑收集导管54的支撑突起部70的补充。
一对第一端盖72的其中各端盖各自接合到并且密封到出口集管端部部分28的其中一个出口集管端部部分上，并且接合并密封到收集导管54上。在示例性实施例中，第一端盖72是出口端盖72。出口端盖72的其中至少一个端盖限定了第一孔74，其在示例性实施例中为出口孔74，该孔与收集导管54的导管端部部分64处于流体连通，以用于排放致冷剂。出口端盖72可处于出口集管22的内部，或者处于出口集管22的外部，如图1所示。在图8所示的实施例中，第一端盖72其中之一可以是渐缩的，以贴靠第一孔74，以用于减小所述导管端部部分64和所述第一孔74上的压力降。导管端部部分64具有比孔74更大的直径。此外，在导管集管28和第一端盖72的第一孔74的周围设置有端部喇叭口82，且该端部喇叭口连接到该导管集管28和第一端盖72的第一孔74上。
一对第二端盖76其中各端盖各接合到并密封到入口集管端部部分34的其中之一上。在示例性实施例中，第二端盖76是入口端盖76。入口端盖76的其中至少一个端盖限定了第二孔78，其在示例性实施例中为入口孔78，该孔与入口腔体32处于流体连通，以用于接收致冷剂。入口端盖76可处于出口集管22的内部，或者处于出口集管22的外部，如图1中所示。密封仅在出口集管端部部分处是必须的。
本发明提供了一种用于制造热交换器组件20的方法，该热交换器组件20具有非圆柱形的致冷剂导管54，限定了出口腔体26的大致圆柱形出口集管22的一对出口集管端部部分28，以及限定了入口腔体32的大致圆柱形入口集管30的一对入口集管端部部分34。在优选的实施例中，集管22，30由铝制成。
一对出口端盖72的其中一个端盖在出口集管22的出口集管端部部分28的其中一个出口集管端部部分周围进行密封，以便在出口集管端部部分28的其中一个出口集管端部部分周围密封出口腔体26。出口端盖72可相对出口集管端部部分28进行外部密封或内部密封。在热交换器组件20的一个实施例中，出口端盖72是铝的，以便于钎焊。在热交换器组件20的另一实施例中，出口端盖72是铜的，以容许使用更薄的尺度，以便于形成更为复杂的形状。对于钎焊接头，优选使铝覆于铜上，从而当接头自连接工艺冷却时，铝将由于其更高的热膨胀系数而朝向铜收缩。
出口集管22和入口集管30沿轴向沿着各个集管22，30以预定的隔离间隔被冲孔，以限定沿轴向沿着各集管22，30而间隔开的多个集管槽40。在优选的实施例中，利用切缝对集管22，30进行冲孔，以限定集管槽40，从而防止嵌片(slug)的产生，以便提供更容易的结合，并增加强度。在其它实施例中，可以对集管22，30钻或冲，以限定集管槽40。
该方法包括切割大致圆柱形的管道以限定收集导管54的步骤，该收集导管54具有导管截面56和导管主体部分62及导管端部部分64。收集导管54通常是由焊接的、折叠的或挤压的管道切割而成。挤压相对较为昂贵，但提供了改变壁厚及并入其它方法所不容易制成的其它特征的灵活性。
在收集导管54中形成了多个孔口68。孔口68通常是冲出的、钻出的或切出的。孔口68的尺寸和间距可沿着致冷剂导管54的长度而变化，以在整个热交换器组件20上获得均匀的致冷剂分布。
使大致圆柱形的收集导管54的一部分变平，以将导管截面56限定为大致半圆形，该半圆形限定了弧面58和弦面60。在如图3所示的本发明的实施例中，该方法还包括在致冷剂导管54的变平部分中形成凹槽的步骤，以将弦面60限定为弓形。导管截面积可通过沿着导管54的长度改变凹槽的深度而变化。
收集导管54的导管端部部分64偏离致冷剂导管54的导管主体部分62。
该方法包括将收集导管54插入到出口集管22的出口腔体26中的步骤。收集导管54大致定位成使收集导管54的一端贴靠于出口集管22周围进行密封的出口端盖72上。该方法大体上还包括如下步骤：使收集导管54的导管主体部分62的弧面58与出口集管22接合，以及使收集导管54的导管端部部分64中心地定位在出口集管端部部分28的其中另一个出口集管端部部分中。使导管端部部分64中心地定位在出口集管端部部分28的其中另一个出口集管端部部分中适于使用传统的对称的端盖。
在组件20的一个实施例中，该方法包括形成一对支撑突起部70的步骤，其各沿着出口集管22延伸且进入出口腔体26中，以用于接触并支撑收集导管54。在本发明的另一实施例中，该方法备选地可包括形成多个支撑突起部70的步骤，其彼此间隔开，并且在出口集管22上成两排对齐，各排沿轴向沿着出口集管22延伸并且进入出口腔体26中，以用于接触并支撑收集导管54。
该方法包括使收集导管54的导管端部部分64与由所述一对出口端盖72的其中另一个出口端盖限定的出口孔74形成流体连通的步骤。这对出口端盖72的其中另一个出口端盖在出口集管端部部分28的其中另一个出口集管端部部分周围进行密封，并且在收集导管54的导管端部部分64周围进行密封，以便在出口集管端部部分28的其中另一个出口集管端部部分周围密封出口腔体26。该另一出口端盖72可针对另一出口集管端部部分28进行外部密封或内部密封。如图1中所示，在端盖72上可设置额外的支撑突起部，以支撑收集导管54。在热交换器组件20的一个实施例中，该另一出口端盖72是铝的，以便于钎焊。在热交换器组件20的另一实施例中，该另一出口端盖72是铜的，以容许使用更薄的尺度，以便于形成更为复杂的形状。对于钎焊接头，优选使铝覆于铜上，从而当接头自连接工艺冷却时，铝将由于其更高的热膨胀系数而朝向铜收缩。
一对入口端盖76各自在入口集管30的入口集管端部部分34的其中一个入口集管端部部分周围进行密封，以便在入口集管端部部分34周围密封入口腔体32。入口端盖76的其中至少一个入口端盖限定了用于接收致冷剂的第二孔78。入口端盖76可以相对入口集管端部部分34进行外部密封或内部密封。在热交换器组件20的一个实施例中，入口端盖76是铝的，以便于钎焊。在热交换器组件20的另一实施例中，入口端盖76是铜的，以容许使用更薄的尺度，以便于形成更为复杂的形状。对于钎焊接头，优选使铝覆于铜上，从而当接头自连接工艺冷却时，铝将由于其更高的热膨胀系数而朝向铜收缩。
如图4中所示，过渡部分66可包括弯管，以便与导管主体部分62相接合。导管主体部分62在第一腔体26中偏离导管端部部分64。如图5中所示，导管端部部分64还可与第一腔体26的内表面24对齐，并贴靠该内表面24。在这种情况下，过渡部分66向上成角度，以便在弦面60处将端部部分64连接到导管主体部分62上。在这两种情况下，过渡部分66从导管主体部分62至导管端部部分64增大了截面积。图6和图7还显示了将圆形的导管端部部分64连接至半圆形或肾形的导管主体部分62的过渡部分。这种逐渐过渡减小了致冷剂的压力降，并提高了热交换器的性能。通过对端盖72，76进行倒角或圆顶化处理可额外地减少压力降。该过渡段还提供了从端盖至分布管道的有效的装管入口。如图9和图10中所示，过渡部分66可在第一腔体26之外偏离导管端部部分64。
该方法包括将出口集管22和入口集管30放置在叠式集管安装夹具中的步骤。
该方法包括在多个致冷剂管道42之间交错设置散热片52的步骤，以限定散热片矩阵，所述多个致冷剂管道42各限定了流体通道46。散热片52可以是蛇形片或本领域中已知的任何其它散热片。该方法还包括将一对芯加强件50设置于散热片矩阵的外部的步骤，以限定芯组件。芯加强件50保护散热片52，并且提供结构支撑。
芯组件被传递至叠式集管安装夹具上，集管22，30被压到散热片矩阵上，以用于使致冷剂管道42延伸穿过集管槽40并且进入腔体26，32中，以便使流体通道46与腔体26，32形成流体连通。致冷剂管道42自收集导管54的导管主体部分62的弦面60间隔开。
该方法还包括对集管22，30和芯组件进行炉钎焊的步骤。致冷剂管道42被钎焊到集管22，30上，并且散热片52被钎焊到芯加强件50和致冷剂管道42上。在热交换器组件20的各种实施例中，热交换器组件20的元件可根据热交换器组件20的要求而包含不同的材料。对于钎焊接头，优选使铝覆于铜上，从而当接头自连接工艺冷却时，铝将由于其更高的热膨胀系数而朝向铜收缩。然而，通常必须保护铝至铜的接头，以便在与现场安装相关的可变环境相反的受控的热交换器制造工艺中为铝至铜的接头提供腐蚀防护。在钎焊之后，测试热交换器组件20是否泄漏。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域中的技术人员应该懂得，在不脱离本发明的范围的前提下，可做出各种变化，并且可以用等效物替代其元件。另外，在不脱离本发明的本质范围的前提下还可进行许多修改，以使特定的情形或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不意图局限于作为预期的、用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落在所附的权利要求的范围内的所有实施例。