專利名稱：扁平狀換熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種扁平狀換熱管，尤其適于應(yīng)用到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)冷卻器或應(yīng)用到渦輪增壓的中冷器中，具有截面形狀為高度與寬度不相等的扁平狀且靠近端部處設(shè)置用于減少熱應(yīng)力的波紋的換熱管。
背景技術(shù)：
廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)滿足日益嚴(yán)格的世界環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)控制氮氧化合物(NOx)排放的關(guān)鍵高新技術(shù)之一，其必將成為國內(nèi)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)滿足排放要求的必需裝備。
廢氣再循環(huán)冷卻技術(shù)是把汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的部分廢氣通過廢氣再循環(huán)冷卻器進(jìn)行冷卻后，重新回傳到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中循環(huán)再利用，這樣既引入了不活性氣體到燃燒室，降低燃燒室內(nèi)氮?dú)夂脱鯕獾暮浚挚梢越档腿紵业臏囟?，由于氮氧化合物的生成是與燃燒峰值及氧氣含量密切相關(guān)的，采用廢氣再循環(huán)冷卻技術(shù)從而抑制氮氧化合物生成和排放。
其中，換熱器是廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，其換熱效率的高低決定了再循環(huán)廢氣的溫度高低，因此，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能不降低的前提下，提高換熱器的換熱效率是設(shè)計(jì)換熱器時(shí)首要考慮因素；而在保證換熱器高效的同時(shí)，提高換熱器的壽命和利用率也是很重要的。而換熱管是組成換熱器的關(guān)鍵部件，換熱管換熱系數(shù)的高低和換熱管性能的好壞，很大程度影響著換熱器換熱效率的大小和換熱器的維修更換頻率；換熱管的直接制造成本同樣影響其市場(chǎng)的推廣，因此需要不斷的改進(jìn)換熱管的設(shè)計(jì)以提高其換熱效率和利用率，同時(shí)，考慮其制造的經(jīng)濟(jì)性。
目前，有些發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)冷卻器中應(yīng)用了一種管翅式換熱管，也就是在管子的內(nèi)部焊接翅片以提高其換熱系數(shù)，而管體上設(shè)置了鼓包以提高管內(nèi)外流體的擾動(dòng)，同時(shí)在一定程度上起到了吸收熱變形的作用。這種換熱管具有很高的換熱效率，應(yīng)用到廢氣再循環(huán)冷卻器中時(shí)，換熱管管端焊接在管板上，管板四周同殼體焊接在一起。實(shí)際使用時(shí)，入口處流經(jīng)高溫的氣體后，在靠近管板處的管子上將會(huì)產(chǎn)生很大的熱變形和熱應(yīng)力，熱應(yīng)力作用到管端和管板的連接處，由于管子與管板接觸的長(zhǎng)度有限，在焊接處的焊縫將因膨脹變形承受很大的熱應(yīng)力；發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)，溫度逐漸下降，管子的溫度也逐漸的下降，管板與管端的連接處的膨脹有所收縮，應(yīng)力有所下降。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止的反復(fù)工作，這種作用力在交替的疲勞使用下，將會(huì)很快對(duì)冷卻器產(chǎn)生破壞作用，使用壽命短，這種隱患若不消除，產(chǎn)品投入使用，將會(huì)帶來一定的危害。因此需要對(duì)這種換熱管進(jìn)行改進(jìn)，以滿足不同需求的汽車制造商。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題就是要克服上述現(xiàn)有換熱管在使用中所存在的各種弊端，在提高換熱器的效率的同時(shí)，也增加換熱器的使用壽命。本實(shí)用新型尤其適于應(yīng)用到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)冷卻器中或應(yīng)用到渦輪增壓中冷器中，很大程度提高換熱器的換熱效率，增加換熱器的利用率；從而改善換熱器的性能，提高汽車排放的性能指標(biāo)并改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
為此，本實(shí)用新型提供了一種扁平狀換熱管，包括扁平狀不銹鋼管體，所述不銹鋼管體的端部表面由內(nèi)向外凸設(shè)有環(huán)繞該不銹鋼管體的環(huán)形波紋。
上述技術(shù)方案中，所述環(huán)形波紋可以設(shè)置于不銹鋼管體的一端或兩端；所述環(huán)形波紋的高度為大于1.2毫米，且小于4毫米；所述環(huán)形波紋的截面形狀為“U”形、“V”形、“S”形、“Ω”形或者圓弧形；所述環(huán)形波紋為平行設(shè)置的一個(gè)或一個(gè)以上的環(huán)形波紋；所述環(huán)形波紋在所述不銹鋼管體內(nèi)部為與所述不銹鋼管體外部波紋相對(duì)應(yīng)處呈凹進(jìn)的環(huán)形凹槽。
所述不銹鋼管體的橫截面形狀為周邊圓弧過渡的扁平狀；在所述不銹鋼管體橫截面的長(zhǎng)邊所在的上下平面上設(shè)置有凸起的鼓包或凹進(jìn)的凹陷；所述凸起的鼓包或凹進(jìn)的凹陷采用規(guī)則、有序的陣列方式分布設(shè)置，端部為光滑段；所述凸起的鼓包或凹進(jìn)的凹陷為周邊圓弧過渡的矩形、梯形或三角形。
本實(shí)用新型特別考慮到由于管子的熱脹冷縮產(chǎn)生的熱應(yīng)力及熱變形問題，在管子靠近端部設(shè)置了波紋，不僅起到消除和減少熱應(yīng)力的作用，而且還可以起到吸收管子熱變形的作用，使管子處于良好的工作狀態(tài)。端部帶波紋的扁平管的設(shè)計(jì)具有很高的傳熱效率，最主要的是端部的波紋形狀既可以吸收熱膨脹，減少由于熱脹冷縮引起的熱應(yīng)力，又能起到支撐和固定管子的作用，降低了管子的破壞率。本實(shí)用新型應(yīng)用到廢氣再循環(huán)冷卻器中，在提高其換熱效率的同時(shí)，提高了冷卻器壽命，使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，這就是本實(shí)用新型的主要作用。下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型中端部波紋的第一種截面形狀示意圖；圖3為本實(shí)用新型中端部波紋的第二種截面形狀示意圖；圖4為本實(shí)用新型中端部波紋的第三種截面形狀示意圖；圖5為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實(shí)用新型應(yīng)用到換熱器中的一種安裝方式示意圖；圖8為本實(shí)用新型應(yīng)用到換熱器中的另一種安裝方式示意圖。
附圖標(biāo)記說明1-環(huán)形波紋；2-鼓包；3-扁平狀不銹鋼管體；4-波峰；5-波谷；6-圓滑過渡。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1圖1為本實(shí)用新型中第一實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，扁平狀不銹鋼管體3，管體3的表面靠近端部處由內(nèi)向外凸設(shè)有環(huán)繞該不銹鋼管體3的環(huán)形波紋1。
為了提高換熱效率，本實(shí)施例在管體3的上下扁平面上，即，換熱管截面的長(zhǎng)邊所處的管體上，設(shè)有按規(guī)律分布的向外凸起的鼓包2，管體的端部位于環(huán)形波紋1至頂端的外側(cè)表面為光滑段。上述的鼓包2也可以為向內(nèi)凹進(jìn)的凹陷。為了充分利用換熱管的表面來實(shí)現(xiàn)最大效率的熱交換，本實(shí)用新型實(shí)施例中的不銹鋼管體的截面形狀為扁平狀；且為了易于生產(chǎn)加工，管體上下兩面所布置的小鼓包尺寸相同，管端兩個(gè)平行布置的波紋尺寸也是一致的。所述管體的長(zhǎng)邊所在面上分布有按一定陣列排布的凸起的小鼓包，小鼓包的排列分為三排，中間一排長(zhǎng)軸沿軸線豎直分布，左右兩排則分別成一定的相同的角度平行排列。小鼓包的整個(gè)形狀為圓滑的過渡連接。兩個(gè)波紋平行分布在管端，且波紋的截面形狀可以設(shè)置成“U”形、“V”形、“S”形、“Ω”形或者圓弧形等各種形狀，不同的形狀均能起到熱補(bǔ)償?shù)淖饔?，只是流體流經(jīng)不同的波形時(shí)，所發(fā)生的流體擾動(dòng)情況不同。實(shí)施例中端部波紋的設(shè)置起到重要作用，不僅可以減少或消除熱脹冷縮引起的熱應(yīng)力，從而減少對(duì)管子的破壞，而且應(yīng)用到換熱器中，起到管間相互支撐的作用，最終可以提高管子的換熱效率和管子的利用率。
端部加波的扁平管的這種設(shè)置能使管內(nèi)外都產(chǎn)生充分的紊流；同時(shí)，為了確保經(jīng)濟(jì)適用，簡(jiǎn)化加工難度，故將截面所有銳角均設(shè)計(jì)為圓弧過渡，使所有表面均能進(jìn)行充分良好地?fù)Q熱，徹底消除了熱交換死角。本實(shí)用新型采用液壓成型的方法加工而成，工藝簡(jiǎn)單，減少了部件的加工過程，從而可以減少成本。本實(shí)用新型中扁平管在管體的上下表面均設(shè)有內(nèi)凹或者外凸的小鼓包，靠近端部設(shè)有環(huán)狀波紋，這種設(shè)置使得本實(shí)用新型應(yīng)用到換熱器中可以加強(qiáng)管內(nèi)外流體的擾動(dòng)，從而提高整個(gè)換熱器的效率；最主要的是端部波紋可以減少由于熱脹冷縮引起的熱應(yīng)力對(duì)換熱管的破壞作用，最終提高換熱器的整體性能。
本實(shí)用新型應(yīng)用到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)冷卻系統(tǒng)的冷卻器中，當(dāng)廢氣通過這種靠近端部加波且管體布置鼓包的扁平管時(shí)，將發(fā)生強(qiáng)烈的流動(dòng)現(xiàn)象。由于扁平管的設(shè)計(jì)相對(duì)于以往常用的圓形管而言不是中心對(duì)稱的形狀，扁平管的幾何中心與管壁的距離大小不等，使得位于管內(nèi)不同位置的流體的流動(dòng)情況明顯的有所差異，流動(dòng)情況不同的流體之間發(fā)生相對(duì)的流動(dòng)，從而形成了漩渦，加強(qiáng)了流體的擾動(dòng)，使管內(nèi)的大部分流體都可以參與換熱；同時(shí)，由于小鼓包和端部波紋的存在，流體在流經(jīng)它們時(shí)，截面發(fā)生突變，從而產(chǎn)生復(fù)雜的二次流，使得管內(nèi)流體的擾動(dòng)更加劇烈。流體擾動(dòng)的加強(qiáng)，破壞或減薄了流體邊界層，使得換熱效果更好；同時(shí)，流體的擾動(dòng)的增強(qiáng)使得臨界雷諾數(shù)降低，即從層流向湍流的轉(zhuǎn)變提早發(fā)生，管內(nèi)流體產(chǎn)生強(qiáng)烈湍流地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)換熱管壁有較強(qiáng)地沖刷作用，管壁不易結(jié)垢，而且，即使結(jié)垢，清垢也比較方便。
本實(shí)用新型中扁平管由于在端部加波以及管體的鼓包，解決熱脹冷縮對(duì)換熱管產(chǎn)生的熱應(yīng)力效應(yīng)，使管子不易遭到破壞，同樣鼓包和波紋的存在增強(qiáng)了換熱管的機(jī)械強(qiáng)度，起到管間支撐的作用，對(duì)管外流體的擾動(dòng)也有強(qiáng)化的作用。本實(shí)用新型應(yīng)用到廢氣再循環(huán)冷卻器中可以對(duì)管內(nèi)外流體都起到強(qiáng)化流動(dòng)的作用，使得流體的換熱效果增強(qiáng)，從而管內(nèi)流體的溫度下降較快，進(jìn)出口溫差加大，換熱效率提高。
本實(shí)用新型中的端部加波且管體表面布置小鼓包的扁平管，這種管子應(yīng)用到廢氣再循環(huán)冷卻器中與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有傳熱效率高、不易結(jié)垢、結(jié)構(gòu)緊湊、熱應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)，而且構(gòu)思科學(xué)新穎、工藝簡(jiǎn)單實(shí)用、產(chǎn)品性能可靠，將廣泛應(yīng)用于廢氣再循環(huán)冷卻器中，很大程度上提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能指標(biāo)，滿足未來日益嚴(yán)格的排放法規(guī)的要求。
圖2為本實(shí)用新型中端部波形的第一種截面形狀示意圖；波紋的形狀為圓弧形，設(shè)有波峰4和波谷5，且波峰4和波谷5間的設(shè)置為圓滑過渡6，這種截面的設(shè)置易于加工。且本實(shí)用新型應(yīng)用液壓成型的方法，將波紋和鼓包一起成型，這樣可以減少加工的程序，從而減少加工的成本。最主要的是，波紋的設(shè)置使得管子可以減少由于熱脹冷縮所產(chǎn)生熱應(yīng)力的破壞作用。另外，波紋的設(shè)置可以增加管子有效的換熱面積，從而增加管內(nèi)外流體的換熱量，提高管子的換熱效率。
圖3為本實(shí)用新型中端部波形的第二種截面形狀示意圖；波紋的形狀是波峰4部為倒“U”形，波谷5部為“U”形，且波峰4和波谷5間的設(shè)置為圓滑過渡6。其余與圖2所示的波紋形狀相同。
圖4為本實(shí)用新型中端部波形的第三種截面形狀示意圖；波紋的形狀是波峰4為“Ω”形，波谷5為倒“Ω”形，這種形狀對(duì)流體流動(dòng)的方向的改變影響較大，流體流經(jīng)波紋時(shí)發(fā)生復(fù)雜的漩渦流動(dòng)，使得流動(dòng)加劇，增強(qiáng)了換熱；且波峰4和波谷5間設(shè)置為圓滑過渡6，這有利于加工生產(chǎn)。波紋的設(shè)置使得管子可以減少由于熱脹冷縮所產(chǎn)生熱應(yīng)力的破壞作用。其余與圖2所示的波紋形狀相同。
實(shí)施例2圖5為本實(shí)用新型中第二實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5所示的實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，實(shí)施例1的小鼓包2都是向外凸起，而實(shí)施例2中的小鼓包2排列中，中間一排是向外凸起，兩邊的兩排則是向內(nèi)凹進(jìn)的，這樣更有利于管內(nèi)流體的擾動(dòng)，加強(qiáng)換熱系數(shù)一側(cè)流體的擾動(dòng)對(duì)加強(qiáng)整個(gè)換熱器的換熱效率起到重要作用。而端部的波紋則對(duì)減少和消除管板和管端連接處由于熱脹冷縮引起熱應(yīng)力起主要作用，從而減少了管子的破壞。
實(shí)施例3圖6為本實(shí)用新型中第三實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6所示的實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，實(shí)施例1在管體3的一端設(shè)置了波紋1，而實(shí)施例3則在管體3的兩端都設(shè)置了兩個(gè)波紋1。根據(jù)管子的長(zhǎng)度不同，波紋1的設(shè)置位置和數(shù)量都可以相應(yīng)的進(jìn)行改變。這樣的設(shè)置不僅能起到實(shí)施例1的作用，兩端部的波紋1，則對(duì)減少和消除管板和管端連接處由于熱脹冷縮引起熱應(yīng)力起主要作用，從而減少了管子的破壞，最終提高整個(gè)換熱器的利用率。
在上述各實(shí)施例中，不銹鋼管體內(nèi)部還可以通過焊接翅片來提高其換熱系數(shù)。
圖7為本實(shí)用新型應(yīng)用到換熱器中第一種安裝方式示意圖；如圖7所示，本實(shí)用新型安裝在換熱器中波形在進(jìn)口處和出口處交替布置，這樣不僅起到熱補(bǔ)償?shù)淖饔茫也y1在兩端起到固定支撐管子的作用，減小管子的變形。管外小鼓包2和波紋1的存在，使得冷卻劑流經(jīng)管外凸起時(shí)，遇到阻礙從而導(dǎo)致流體的流動(dòng)方向發(fā)生改變，流體在不同位置的流通截面不同，流動(dòng)情況發(fā)生變化，擾動(dòng)就會(huì)加強(qiáng)，而且管內(nèi)外的流體擾動(dòng)都加強(qiáng)，這樣有益于流體之間的傳熱，流體的換熱效果增強(qiáng)，整個(gè)換熱器的效率也隨之提高。
圖8為本實(shí)用新型應(yīng)用到換熱器中第二種安裝方式示意圖；這種安裝方式是把帶有波紋1的一端都布置在廢氣的入口端，這樣可以更有效的消除由于熱脹冷縮引起的熱應(yīng)力的破壞作用。相鄰兩個(gè)管子間的布置相互交錯(cuò)開，這樣有利于對(duì)管子的固定和支撐作用。其余的作用第一種安裝方式相同。
本實(shí)用新型具有很高的換熱性能和很好的熱補(bǔ)償能力，應(yīng)用到廢氣再循環(huán)冷卻器中，可以獲得極大冷卻效果，更主要的是由于端部波紋的設(shè)置提高了冷卻器的使用壽命，同時(shí)使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)有限的空間更為緊湊，從而提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能指標(biāo)，滿足未來更加嚴(yán)格的環(huán)保要求。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種扁平狀換熱管，包括扁平狀不銹鋼管體，其特征在于，所述不銹鋼管體的端部表面設(shè)有由內(nèi)向外凸起的環(huán)繞該不銹鋼管體的環(huán)形波紋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平狀換熱管，其特征在于，所述環(huán)形波紋設(shè)置于所述不銹鋼管體的一端或兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的扁平狀換熱管，其特征在于，所述環(huán)形波紋的高度為大于1.2毫米，且小于4毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的扁平狀換熱管，其特征在于，所述環(huán)形波紋的截面形狀為“U”形、“V”形、“S”形、“Ω”形或者圓弧形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的扁平狀換熱管，其特征在于，所述環(huán)形波紋為平行設(shè)置的一個(gè)或一個(gè)以上的環(huán)形波紋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的扁平狀換熱管，其特征在于，所述環(huán)形波紋在所述不銹鋼管體內(nèi)部為與所述不銹鋼管體外部波紋相對(duì)應(yīng)處呈凹進(jìn)的環(huán)形凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平狀換熱管，其特征在于，所述不銹鋼管體的橫截面形狀為周邊圓弧過渡的扁平狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平狀換熱管，其特征在于，在所述不銹鋼管體橫截面的長(zhǎng)邊所在的上下平面上設(shè)置有凸起的鼓包或凹進(jìn)的凹陷；所述不銹鋼管體內(nèi)部設(shè)置有翅片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的扁平狀換熱管，其特征在于，所述凸起的鼓包或凹進(jìn)的凹陷采用均勻的陣列方式分布設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的扁平狀換熱管，其特征在于，所述凸起的鼓包或凹進(jìn)的凹陷為周邊圓弧過渡的矩形、梯形或三角形。
專利摘要本實(shí)用新型涉及扁平狀換熱管，包括扁平狀不銹鋼管體，所述不銹鋼管體的端部表面設(shè)有由內(nèi)向外凸起的環(huán)繞該不銹鋼管體的環(huán)形波紋；所述環(huán)形波紋設(shè)置于所述不銹鋼管體的一端或兩端；所述環(huán)形波紋的高度為大于1.2毫米，且小于4毫米；所述環(huán)形波紋的截面形狀為“U”形、“V”形、“S”形、“Ω”形或者圓弧形。本實(shí)用新型應(yīng)用到管翅式換熱器中，端部的波紋在緩解或消除熱脹冷縮引起的熱應(yīng)力對(duì)換熱器的破壞方面起到重要作用；本實(shí)用新型尤其適于應(yīng)用到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)冷卻器中，在提高冷卻器的換熱效率的同時(shí)，提高換熱器的性能和使用壽命，也提高了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保排放要求。
文檔編號(hào)F28F1/02GK2929626SQ20062012370
公開日2007年8月1日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者景建周, 景建坤, 楊曉璦, 沈董浩, 湯俊潔 申請(qǐng)人:北京美聯(lián)橋科技發(fā)展有限公司, 錦州美聯(lián)橋汽車部件有限公司