專利名稱：套管式熱交換器和制造該熱交換器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種套管式熱交換器和制造該熱交換器的方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種套管式熱交換器和制造該熱交換器的方法，該套管式熱交換器能夠提高流體之間的熱交換效率，并且能夠防止內(nèi)管和外管之間的摩擦接觸以及能夠防止發(fā)生接觸噪音和接觸磨損。
背景技術(shù)：
用于機動車的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置有各種熱交換器，例如套管式熱交換器。如圖1和圖2 所示，傳統(tǒng)的套管式熱交換器包括內(nèi)管10和外管20。內(nèi)管10設(shè)置有第一流動路徑12，第一流體流過該第一流動路徑。外管20布置在內(nèi)管10的外側(cè)，從而能夠在內(nèi)管10的外周面和外管20的內(nèi)周面之間限定第二流動路徑30。第二流體流過內(nèi)管10和外管20之間的第二流動路徑30。流過第二流動路徑30 的第二流體與流過第一流動路徑12的第一流體的溫度不同。因而，當(dāng)?shù)诙黧w與第一流體接觸時在第一流體和第二流體之間發(fā)生熱交換作用。對于上述套管式熱交換器，溫度彼此不同的第一流體和第二流體被分別引入第一流動路徑12和第二流動路徑30并且彼此間接接觸。這使得能夠在流過第一流動路徑12 的第一流體和流過第二流動路徑30的第二流體之間發(fā)生熱交換作用。然而，傳統(tǒng)的套管式熱交換器的缺點在于，由于裝配公差而在內(nèi)管10和外管20之間產(chǎn)生間隙G。這可能會降低熱交換效率并且可能導(dǎo)致內(nèi)管10和外管20彼此進行摩擦接觸。換言之，為了確保內(nèi)管10和外管20的順利裝配，該套管式熱交換器被設(shè)計成使得外管20的內(nèi)徑Ll大于內(nèi)管10的外徑L2。因而，在內(nèi)管10和外管20之間存在裝配公差。裝配公差可能成為內(nèi)管10和外管20之間產(chǎn)生間隙G的原因。該間隙G的存在帶來的問題在于，被引入第二流動路徑30的第二流體沿著直線流動。這傾向于使流過第一流動路徑12的第一流體和流過第二流動路徑30的第二流體之間的熱交換時間急劇地減少。 第一流體和第二流體之間的熱交換時間的減少導(dǎo)致熱交換效率明顯下降，這進而顯著地降低了熱交換器的性能。傳統(tǒng)的套管式熱交換器的另一問題在于，內(nèi)管10和外管20之間存在的間隙G允許內(nèi)管10在外管20內(nèi)移動。因而，內(nèi)管10很可能與外管20的內(nèi)周面接觸。具體地說，如果機動車的振動傳遞至內(nèi)管10，則內(nèi)管10以高速振動。這導(dǎo)致內(nèi)管 10和外管20彼此進行摩擦接觸。結(jié)果，可能在內(nèi)管10和外管20之間產(chǎn)生接觸噪音，并且內(nèi)管10和外管20的接觸部分可能被磨損。內(nèi)管10和外管20的接觸磨損可能會顯著地降低熱交換器的耐久性，由此縮短熱交換器的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種套管式熱交換器和用于制造該熱交換器的方法，該熱交換器能夠允許流體沿著內(nèi)管和外管之間的流動路徑呈螺旋形流動。本發(fā)明的另一目的是提供一種套管式熱交換器和用于制造該熱交換器的方法，該熱交換器能夠增加沿著限定在內(nèi)管內(nèi)的第一流動路徑流動的流體與沿著限定在內(nèi)管和外管之間的第二流動路徑流動的流體之間的熱交換時間。本發(fā)明的又一目的是提供一種套管式熱交換器和用于制造該熱交換器的方法，該熱交換器能夠使沿著限定在內(nèi)管內(nèi)的第一流動路徑流動的流體與沿著限定在內(nèi)管和外管之間的第二流動路徑流動的流體之間的熱交換效率最大化。本發(fā)明的再一目的是提供一種套管式熱交換器和用于制造該熱交換器的方法，該熱交換器能夠防止內(nèi)管和外管彼此摩擦接觸。本發(fā)明的再一目的是提供一種套管式熱交換器和用于制造該熱交換器的方法，該熱交換器能夠防止在內(nèi)管和外管中產(chǎn)生接觸噪音和接觸磨損。本發(fā)明的再一目的是提供一種能夠增強耐久性和延長使用壽命的套管式熱交換器和用于制造該熱交換器的方法。在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種套管式熱交換器，該套管式熱交換器包括內(nèi)管，在該內(nèi)管中限定有第一流動路徑；以及外管，該外管圍繞所述內(nèi)管布置以在所述內(nèi)管和所述外管之間限定第二流動路徑，其中，所述內(nèi)管包括形成在該內(nèi)管的外周面上的螺旋凹槽，該螺旋凹槽沿著所述內(nèi)管的縱向方向延伸，所述外管包括向內(nèi)突出的直徑減小部，使得所述外管的內(nèi)表面與所述內(nèi)管的外周面斷續(xù)地接觸。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種套管式熱交換器，該熱交換器包括內(nèi)管，在該內(nèi)管中限定有第一流動路徑；以及外管，該外管圍繞所述內(nèi)管布置以在所述內(nèi)管和所述外管之間限定第二流動路徑，所述第二流動路徑包括存在于所述內(nèi)管和所述外管之間的縱向延伸的間隙以及形成在所述內(nèi)管的外周面上的螺旋凹槽，所述外管包括用于改變沿著所述第二流動路徑流動的流體的流動方向的流動方向改變構(gòu)件。在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種制造套管式熱交換器的方法，該套管式熱交換器包括內(nèi)管，在該內(nèi)管中限定有第一流動路徑；以及外管，該外管圍繞所述內(nèi)管布置以在所述內(nèi)管和所述外管之間限定第二流動路徑，所述方法包括如下步驟a)在所述內(nèi)管的外周面上形成螺旋凹槽，并且在所述外管的相對端部中形成一對管擴大部；b)將所述內(nèi)管插入所述外管內(nèi)；c)將所述內(nèi)管和所述外管的兩個端部固定在一起；以及d)使所述外管變形以形成朝向所述內(nèi)管的外周面突出的直徑減小部。根據(jù)本發(fā)明的套管式熱交換器以及制造該熱交換器的方法，存在于所述內(nèi)管和所述外管之間的間隙被斷續(xù)地阻斷，從而引入到第二流動路徑中的第二流體能夠在封閉間隙區(qū)域中呈螺旋形流動。這使得沿著第二流動路徑流動的第二流體能夠與沿著第一流動路徑流動的第一流體有效地交換熱。沿著第一流動路徑流動的第一流體與沿著第二流動路徑流動的第二流體之間的有效熱交換有助于顯著地增強熱交換器的性能。由于外管具有用于防止內(nèi)管運動的直徑減小部，因此可以可靠地防止內(nèi)管在外管內(nèi)運動。這使得可以防止內(nèi)管和外管彼此摩擦接觸。通過防止內(nèi)管和外管之間的摩擦接觸，可以防止在內(nèi)管和外管中產(chǎn)生接觸噪音和接觸磨損。這使得能夠增強熱交換器的耐久性并延長其使用壽命。


從如下結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實施方式的描述，本發(fā)明的上述和其他目的及特征將
變得清楚。圖1是示出了傳統(tǒng)的套管式熱交換器的剖視圖。圖2是沿著圖1中的線II-II剖取的傳統(tǒng)的套管式熱交換器的剖視圖。圖3A和圖;3B是示出了根據(jù)本發(fā)明的套管式熱交換器的立體圖。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的套管式熱交換器的剖視圖。圖5是沿著圖4中的線V-V剖取的套管式熱交換器的剖視圖。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的套管式熱交換器的主要部分的放大剖視圖。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于制造套管式熱交換器的方法的流程圖。圖8A至8F是示出了在用于制造套管式熱交換器的方法的各個步驟中內(nèi)管和外管的形狀和布置的視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的套管式熱交換器和用于制造該套管式熱交換器的方法的一些優(yōu)選實施方式。與描述現(xiàn)有技術(shù)時使用的相同的附圖標(biāo)記將用于指代相同元件。參照圖3至圖5，根據(jù)本發(fā)明的套管式熱交換器包括內(nèi)管10和布置成包圍內(nèi)管10 的外管20。內(nèi)管10設(shè)置有限定于其中的第一流動路徑12。第一流體沿著第一流動路徑12 流動。在內(nèi)管10的外周面上形成有螺旋凹槽14。螺旋凹槽14沿著內(nèi)管10的外周面呈螺旋形地延伸。例如通過利用滾壓工具(未示出)擠壓內(nèi)管10的外周面而形成螺旋凹槽 14。外管20圍繞內(nèi)管10布置，從而能夠在內(nèi)管10和外管20之間限定第二流動路徑 30。具體地說，第二流動路徑30因螺旋凹槽14的存在而被形成為螺旋形狀。通常，外管20的內(nèi)徑Ll設(shè)置成大于內(nèi)管10的外徑L2。這是為了設(shè)置成裝配公差并且為了在內(nèi)管10和外管20之間產(chǎn)生縱向延伸的間隙G。內(nèi)管10和外管20之間存在間隙G使得可以順利地將內(nèi)管10和外管20裝配在一起。第二流體沿著限定在內(nèi)管10和外管20之間的螺旋形第二流動路徑30流動。沿著該螺旋形第二流動路徑30流動的第二流體在溫度上與沿著第一流動路徑12流動的第一流體不同。因而，當(dāng)?shù)谝涣黧w和第二流體流過第一流動路徑12和第二流動路徑30時在第一流體和第二流體之間發(fā)生熱交換作用。接下來，參照圖3A、圖;3B和圖6更詳細(xì)地描述本發(fā)明的套管式熱交換器。
在本發(fā)明的套管式熱交換器中，外管20包括一個或更多個直徑減小部40，該直徑減小部40用作用于改變沿著第二流動路徑30流動的第二流體的流動方向的流動方向改變機構(gòu)。直徑減小部40的直徑L3小于外管20的其余部分的直徑L4。直徑減小部40形成在外管20的在入口管M和出口管沈之間延伸的部分中，并沿著外管20的縱向方向以間隔開的關(guān)系布置。在這方面，入口管M連接至外管20的一個端部，使得第二流體能夠通過該入口管M引入第二流動路徑30。出口管沈連接至外管20的另一個端部，使得第二流體能夠通過該出口管沈從第二流動路徑30排出。外管20的直徑減小部40徑向向內(nèi)突出并且與內(nèi)管10的外周面接觸。具體地說， 直徑減小部40被構(gòu)造成與內(nèi)管10的形成在螺旋凹槽14之間的螺旋形脊部16接觸。通過與內(nèi)管10的外周面接觸，直徑減小部40至少斷續(xù)地阻斷內(nèi)管10和外管20 之間存在的間隙G，同時保持螺旋凹槽14敞開。因而，沿著間隙G徑直向前流動的第二流體被直徑減小部40阻礙，從而其能夠沿著螺旋凹槽14呈螺旋形地流動。結(jié)果，可以增加沿著第一流動路徑12流動的第一流體和沿著第二流動路徑30流動的第二流體之間的熱交換器時間。這有助于使第一流體和第二流體之間的熱交換效率最大化。由于直徑減小部40與內(nèi)管10的外周面保持接觸，因此外管20將內(nèi)管10保持就位，由此防止內(nèi)管10在外管20內(nèi)移動。這防止了否則會由內(nèi)管10相對于外管20的運動引起的內(nèi)管10和外管20之間發(fā)生的摩擦接觸。結(jié)果，可以防止在內(nèi)管10和外管20中產(chǎn)生接觸噪音和接觸磨損。這有助于提高熱交換器的耐久性并延長其使用壽命。優(yōu)選的是，直徑減小部40是沿著外管20的縱向方向以較小的間隔形成的。這是為了抑制第二流體徑直向前流過間隙G，并致使第二流體沿著螺旋凹槽14呈螺旋形流動。 結(jié)果，沿著第二流動路徑30呈螺旋形流動的第二流體能夠與流過第一流動路徑12的第一流體有效地交換熱。外管20如圖3A所示由直管部構(gòu)成。另選的是，外管20可以如圖所示由彎管部和多個直管部構(gòu)成。優(yōu)選的是，直徑減小部40形成在外管20的筆直部中。這是因為內(nèi)管10和外管20在其彎曲部中保持彼此接觸。優(yōu)選的是直徑減小部40通過滾壓加工形成，其中，外管20的外周面利用成形輥擠壓而形成直徑減小部40。如果必要，直徑減小部40可以通過擠壓加工形成，其中，外管20的外周面利用擠壓模擠壓而形成直徑減小部40。優(yōu)選的是，直徑減小部40通過滾壓加工而不是擠壓加工而形成。其原因在于，如果直徑減小部40通過擠壓加工形成，則它們可能由于外管20的彈性而恢復(fù)到初始位置。在直徑減小部40恢復(fù)到初始位置的情況下，它們與內(nèi)管10的外周面間隔開。因而，直徑減小部40不能封閉內(nèi)管10和外管20之間存在的間隙G。將參照圖4和圖6描述如以上構(gòu)造的套管式熱交換器的操作的一個實施例。在內(nèi)管10安裝在外管20內(nèi)而與直徑減小部40接觸的狀態(tài)下，第一流體被引入內(nèi)管10的第一流動路徑12內(nèi)，第二流體被引入限定在內(nèi)管10和外管20之間的第二流動路徑30內(nèi)。沿著第一流動路徑12流動的第一流體與沿著第二流動路徑30流動的第二流體間接接觸，從而在第一流體和第二流體之間進行熱交換。
在第二流動路徑30的不存在直徑減小部40的區(qū)域，第二流體沿著內(nèi)管10和外管20之間的間隙G徑直向前流動，并且還沿著形成在內(nèi)管10上的螺旋凹槽14呈螺旋形流動。在沿著第二流動路徑30既徑直向前流動又呈螺旋形流動時，第二流體與沿著第一流動路徑12流動的第一流體交換熱。在第一流動路徑30的其中間隙G被直徑減小部40封閉的區(qū)域中，第二流體沿著形成在內(nèi)管10上的螺旋凹槽14呈螺旋形流動。因而，沿著螺旋凹槽14流動較長路途的第二流體能夠與沿著第一流動路徑12流動的第一流體有效地交換熱。這樣，第二流體在其經(jīng)過第二流動路徑30時反復(fù)地進行筆直和螺旋流動以及螺旋流動。這增強了第一流體和第二流體之間的熱交換效率，由此顯著地改善熱交換器的性能。對于上述構(gòu)造的套管式熱交換器，內(nèi)管10和外管20之間存在的間隙G被斷續(xù)地阻斷，使得引入到第二流動路徑30內(nèi)的第二流體能夠在封閉間隙區(qū)域中呈螺旋形流動。這使得沿著第二流動路徑30流動的第二流體能夠與沿著第一流動路徑12流動的第一流體有效地交換熱。沿著第一流動路徑12流動的第一流體和沿著第二流動路徑30流動的第二流體之間的有效的熱交換有助于顯著地增強熱交換器的性能。由于外管20具有用于防止內(nèi)管10運動的直徑減小部40，因此可以可靠地防止內(nèi)管10在外管20內(nèi)運動。這可以防止內(nèi)管10和外管20彼此摩擦接觸。通過防止內(nèi)管10和外管20之間的摩擦接觸，可以防止在內(nèi)管10和外管20中產(chǎn)生接觸噪音和接觸磨損。這使得能夠增強熱交換器的耐久性并延長其使用壽命。接下來，參照圖7、圖8A至圖8F詳細(xì)地描述制造套管式熱交換器的方法。如圖8A所示，首先制備內(nèi)管10和外管20(圖7中的S101)。然后，如圖8B所示， 在內(nèi)管10的外周面上形成螺旋凹槽14，并且在外管20的相對端部中形成管擴大部22 (圖 7中的S10;3)。螺旋凹槽14例如通過滾壓加工形成，在該滾壓加工中利用成形輥擠壓內(nèi)管 10的外周面。管擴大部22例如通過擴管擠壓加工形成，在該擠壓加工中利用擠壓機擴大外管20的相對端部。在形成完螺旋凹槽14和管擴大部22之后，如圖8C所示將內(nèi)管10插入外管20內(nèi) (圖7中的步驟S105)。隨后，如圖8C所示在內(nèi)管10和外管20的相對端部處將內(nèi)管10和外管20焊接在一起(圖7中的S107)。之后，如圖8E所示將內(nèi)管10和外管20彎曲成期望形狀(圖7中的S108)。結(jié)果， 內(nèi)管10和外管20在它們的彎曲部中彼此接觸。接著，如圖8F所示，通過使外管20變形而在外管20中以期望間隔形成多個直徑減小部40(圖7中的S109)。直徑減小部40例如通過滾壓加工而形成，在該滾壓加工中外管20的外周面利用成形輥擠壓。如果必要，將用于引入和排出流過的第二流體的入口管對和出口管沈安裝至外管20的管擴大部22。通過上述步驟制成的套管式熱交換器具有第一流體能夠流過的第一流動路徑12、 第二流體能夠流過的第二流動路徑30以及沿著外管20以規(guī)定間隔布置的多個直徑減小部 40。外管20的直徑減小部40徑向向內(nèi)突出以與內(nèi)管10的外周面接觸。因而，內(nèi)管10和外管20之間存在的間隙G至少斷續(xù)地被直徑減小部40阻斷。內(nèi)管10通過外管20的直徑減小部40而被防止運動。 盡管上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明并不限于這些實施方式。應(yīng)理解，在不脫離權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以進行各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種套管式熱交換器，該套管式熱交換器包括內(nèi)管，在該內(nèi)管中限定有第一流動路徑；以及外管，該外管圍繞所述內(nèi)管布置以在所述內(nèi)管和所述外管之間限定第二流動路徑，所述套管式熱交換器的特征在于所述內(nèi)管包括形成在該內(nèi)管的外周面上的螺旋凹槽，該螺旋凹槽沿著所述內(nèi)管的縱向方向延伸，所述外管包括向內(nèi)突出的直徑減小部，使得所述外管的內(nèi)表面與所述內(nèi)管的所述外周面斷續(xù)地接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，在所述內(nèi)管和所述外管之間存在縱向延伸的間隙，該間隙沿著所述內(nèi)管和所述外管的縱向方向被所述直徑減小部至少斷續(xù)地阻斷，以使流體僅流過所述螺旋凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱交換器，其特征在于，所述內(nèi)管包括形成在該內(nèi)管的所述外周面上以限定所述螺旋凹槽的螺旋脊部，所述直徑減小部與所述螺旋脊部保持接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述外管包括直管部和彎管部，所述直徑減小部形成在所述直管部中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，該熱交換器還包括入口管，該入口管連接至所述外管的一個端部，用于通過該入口管將流體引入所述第二流動路徑；以及出口管，該出口管連接至所述外管的另一個端部，用于通過該出口管將所述流體從所述第二流動路徑排出，所述直徑減小部在所述入口管和所述出口管之間形成在所述外管上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱交換器，其特征在于，所述外管包括布置在所述入口管和所述出口管之間的直管部和彎管部，所述直徑減小部形成在所述直管部中。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱交換器，其特征在于，所述第二流動路徑由用于使流體呈螺旋形地流過的所述螺旋凹槽和用于使所述流體徑直向前流過的所述間隙限定，所述直徑減小部被構(gòu)造成至少斷續(xù)地阻斷所述間隙，使得所述第二流體僅呈螺旋形地流過所述螺旋凹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的熱交換器，其特征在于，所述直徑減小部包括沿著所述外管的縱向方向以預(yù)定間隔布置的多個直徑減小部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的熱交換器，其特征在于，所述直徑減小部被構(gòu)造成沿所述外管的周向方向延伸，并且通過減小所述外管的直徑而形成。
10.一種套管式熱交換器，該熱交換器包括內(nèi)管，在該內(nèi)管中限定有第一流動路徑；以及外管，該外管圍繞所述內(nèi)管布置以在所述內(nèi)管和所述外管之間限定第二流動路徑，所述熱交換器的特征在于，所述第二流動路徑包括存在于所述內(nèi)管和所述外管之間的縱向延伸的間隙以及形成在所述內(nèi)管的外周面上的螺旋凹槽，所述外管包括用于改變沿著所述第二流動路徑流動的流體的流動方向的流動方向改變構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱交換器，其特征在于，所述流動方向改變構(gòu)件包括多個直徑減小部，所述多個直徑減小部是通過朝向所述內(nèi)管的所述周面斷續(xù)地擠壓所述外管而形成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的熱交換器，其特征在于，所述流動方向改變構(gòu)件被構(gòu)造成至少斷續(xù)地阻斷所述間隙，以將第二流動方向從徑直向前和螺旋流動改變成僅螺旋流動。
13.—種制造套管式熱交換器的方法，該套管式熱交換器包括內(nèi)管，在該內(nèi)管中限定有第一流動路徑；以及外管，該外管圍繞所述內(nèi)管布置以在所述內(nèi)管和所述外管之間限定第二流動路徑，所述方法的特征在于包括如下步驟a)在所述內(nèi)管的外周面上形成螺旋凹槽，并且在所述外管的相對端部中形成一對管擴大部；b)將所述內(nèi)管插入所述外管內(nèi)；c)將所述內(nèi)管和所述外管的兩個端部固定在一起；以及d)使所述外管變形以形成朝向所述內(nèi)管的所述外周面突出的直徑減小部。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在步驟d)中，所述直徑減小部被形成為與所述內(nèi)管的所述外周面接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟在步驟c)之后和步驟d)之前，將所述外管與所述內(nèi)管一起彎曲，從而在所述外管中形成直管部和彎管部。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在步驟d)中，所述直徑減小部沿著所述外管的所述直管部形成有多個。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種套管式熱交換器和制造該熱交換器的方法，該套管式熱交換器包括內(nèi)管，在該內(nèi)管中限定有第一流動路徑；以及外管，該外管圍繞所述內(nèi)管布置以在所述內(nèi)管和所述外管之間限定第二流動路徑。所述內(nèi)管包括形成在該內(nèi)管的外周面上的螺旋凹槽，該螺旋凹槽沿著所述內(nèi)管的縱向方向延伸。所述外管包括向內(nèi)突出的直徑減小部，使得所述外管的內(nèi)表面與所述內(nèi)管的所述外周面斷續(xù)地接觸。
文檔編號F28D7/10GK102374802SQ20111018142
公開日2012年3月14日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者卞相喆, 樸大根, 李南濬, 金容浩 申請人:漢拏空調(diào)株式會社