CN101551209B - 具有褶皱鳍片的热交换器及其组装方法 - Google Patents

具有褶皱鳍片的热交换器及其组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有褶皱鳍片的热交换器及其组装方法，提供了一种热交换器，用于在第一工作流体和第二工作流体之间传递热。该热交换器可以包括：波纹状的鳍片，其可沿着第一工作流体的流路定位在相邻的管体壁之间，并可操作用于提高第一工作流体和第二工作流体之间的热传递。鳍片可以包括界定在相邻的折叠之间的侧腿部。该热交换器还可以包括多个褶皱，其从所述侧腿部的末端向内延伸并终止于距所述末端不同距离的位置处。

Description

具有褶皱鳍片的热交换器及其组装方法
技术领域
本发明涉及热交换器，更具体而言，涉及用于排气再循环冷却器的鳍片及其形成方法。
发明内容
在一些实施例中，本发明提供了一种热交换器，用于在第一工作流体和第二工作流体之间传递热。所述热交换器可以包括：一对间隔开的头部；多个管体，其在一对头部之间延伸，提供了用于第一工作流体的流路，并沿着第二工作流体的流路布置；以及鳍片，其可支撑在管体之一中，并具有在与管体中的所述一个的长度大体平行的方向上在一对头部之间延伸的折叠。鳍片可以包括延伸至折叠内并沿着折叠间隔的多个凹部。
本发明还提供了一种热交换器，用于在第一工作流体和第二工作流体之间传递热，包括：一对间隔开的头部；多个管体，其在一对头部之间延伸，提供了用于第一工作流体的流路，并沿着第二工作流体的流路布置；以及鳍片，其可支撑在管体之一中，并具有在与第一工作流体通过管体的流路大体平行的方向上延伸的折叠。折叠可以界定鳍片的第一和第二侧腿部。凹部可以形成在第一侧腿部上，并且凸部可以与第一侧腿部上的凹部相反地形成在第二侧腿部上。
在一些实施例中，本发明还提供了一种热交换器，用于在第一工作流体和第二工作流体之间传递热，包括：一对间隔开的头部；多个管体，其在一对头部之间延伸，提供了用于第一工作流体的流路，并沿着第二工作流体的流路布置；以及鳍片，其可支撑在管体之一中，并具有在与管体的长度大体平行的方向上延伸在一对头部之间的蜿蜒折叠。
本发明还提供了一种热交换器，用于在第一工作流体和第二工作流体之间传递热，包括：波纹状的鳍片，其可沿着第一工作流体的流路定位在相邻的管体壁之间，并可操作用于提高第一工作流体和第二工作流体之间的热传递。鳍片包括界定在相邻的折叠之间的侧腿部；以及多个褶皱，其从侧腿部的末端向内延伸并终止于距末端不同距离的位置处。
在一些实施例中，本发明提供了一种波纹状的鳍片，用于热交换器，所述热交换器具有第一工作流体的流路和第二工作流体的流路，并可操作以在第一工作流体和第二工作流体之间传递热。鳍片可以包括：侧腿部，其界定在相邻的折叠之间，并可沿着第一工作流体的流路定位；以及多个褶皱，其从侧腿部的末端向内延伸并终止于在第一工作流体沿着流路的流动方向上不同距离的位置处。
本发明还提供了一种形成热交换器的方法，所述热交换器用于在第一工作流体和第二工作流体之间传递热。所述方法可以包括：使鳍片成为波纹状，以界定多个侧腿部；以及沿着多个侧腿部中的一个形成多个褶皱，多个褶皱从所述侧腿部的末端向内延伸并终止于距末端不同距离的位置处。
通过考虑详细说明附图，本发明的其他方面将变得清楚。
附图说明
图1是根据本发明的一些实施例的热交换器的底视立体图。
图2是如图1所示的热交换器的一部分的部分剖视图。
图3是如图1所示的热交换器的管体和鳍片的一部分的分解立体图。
图4是如图3所示的鳍片的一部分的立体图。
图5是根据本发明的可选实施例的管体和鳍片的一部分的分解立体图。
图6是如图5所示的鳍片的一部分的立体图。
图7是可以根据如图9所示的方法制造的部分成型的鳍片的俯视图。
图8是可以根据如图10所示的方法制造的部分成型的鳍片的立体图。
图9图示了用于形成如图5所示的鳍片的方法。
图10是用于形成如图5所示的鳍片的另一个方法。
图11是如图10所示的鳍片形成装置的一部分的立体图。
图12是根据本发明的一些实施例的热交换器鳍片的一部分的立体图。
图13是根据本发明的另一些实施例的热交换器鳍片的一部分的立体图。
图14是根据本发明的又一些实施例的热交换器鳍片的一部分的立体图。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施例之前，应该理解，本发明就其应用而言不限于在以下说明中阐述或在以下附图中图示的部件的结构和布置的细节。本发明可以具有其他实施例，并可以以各种方式实际应用或实施。此外，还应该理解，本文所用的措词和术语用于说明的目的，而不应该被视为限制。本文的“包括”、“构成”或“具有”，及其变化措词表示包括其后所列的各项及其等同方案，并还可以包括附加的项。
除非另外指明或限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变化措词以广义方式使用，并包括直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”并不限于物理或机械的连接或耦合。
此外，应该理解，本文针对装置或元件方位所用的措词和术语(例如，类似“中央”、“上”、“下”、“前”、“后”等的术语)仅用于简化对本发明的说明，并不单一地表示或暗示所涉及的装置或元件必须具有特定方位。此外，诸如“第一”和“第二”之类的术语在本文用于说明的目的，并不意在表示或暗示相对的重要性或显著性。
图1-4图示了根据本发明的一些实施例的热交换器10。在包括图1-4的图示实施例在内的一些实施例中，热交换器10可以作为排气再循环冷却器(EGRC)工作，并可以与车辆的排气***和/或尾气***一起工作。在其他实施例中，热交换器10可以用于其他(例如，非车辆的)应用，例如电子设备冷却、工业设备、建筑物加热和空调等。此外，应该理解，本发明的热交换器10可以采取许多形式，利用较宽范围的材料，并可以结合在各种其他***中。
在工作期间，并如以下更详细说明的，热交换器10可以将来热从高温第一工作流体(例如，排气、水、发动机冷却剂、CO2、有机制冷剂、R12、R245fa、空气等)传递至低温第二工作流体(例如，水、发动机冷却剂、CO2、有机制冷剂、R12、R245fa、空气等)。此外，虽然本文涉及在两个工作流体之间传递热，但是在本发明的一些实施例中，热交换器10可以用于在三个或更多个工作流体之间传递热。可选地或附加地，热交换器10可以用作换热器，并可以将热从热回路的高温位置传递至同一热回路的低温位置。在这样的一些实施例中，热交换器10可以将热从行进经过热传递回路的第一位置的工作流体传递至行进经过热交换回路的第二部分的同一工作流体。
如图1和2所示，热交换器10可以包括分别位于具有外表面28(见图1、3和5)的热交换器管体26的堆叠的第一和第二端部22、24处的第一头部18和第二头部20。在图1-4的图示实施例中，第一端部22紧固至第一集管箱30，第二端部24紧固至第二集管箱32。在其他实施例中，热交换器10可以包括位于热交换器10的第一和第二端部22、24中的一者处或其他位置处的单个头部18和/或单个箱30。
如图1和2所示，管体26每个都可以紧固至第一和第二头部18、20，使得流经热交换器10的第一工作流体保持与流经热交换器10的第二工作流体分离。更具体而言，热交换器10界定了用于第一工作流体的第一流路(由图1中的箭头34表示)和用于第二工作流体的第二流路(由图1中的箭头36表示)，并且第一和第二流路34、36分立，使得防止第一工作流体进入第二流路36，并防止第二工作流体进入第一流路34。
在一些实施例中，例如图示实施例中，管体26被紧固至第一和第二头部18、20以及第一和第二箱30、32，使得第一工作流体通过第一箱30中的第一入口40进入热交换器10，沿着第一流路34流经热交换器10的管体26，并防止第一工作流体进入第二流路36。在这些实施例中，管体26可以被紧固至第一和第二头部18、20以及第一和第二箱30、32，使得第二工作流体通过第二箱32中的第二入口42进入热交换器10，沿着管体26之间的第二流路36流经热交换器10，并防止第二工作流体进入第一流路34。
在其他实施例中，管体26可以具有其他方位和构造，并且第一和第二流路34、36可以通过分离器、鳍片、分隔器等保持分立。在其他实施例中，第一流路34可以延伸经过管体26中的一些，而第二流路36可以延伸经过其他管体26。
如图2所示，头部18、20可以具有孔，孔具有能接收管体26中的一个或多个的尺寸。如图1和2所示，沿着第一流路34流动的第一工作流体可以通过形成在第一头部18中的孔进入管体26。在这些实施例中，第一头部18还可以将来自第二入口42的第二工作流体在相邻的管体26之间引导，并可以防止第二工作流体流入管体26。也可以是，第一头部18防止第一工作流体流入管体26。
在图示实施例中，热交换器10被构造为交叉流动热交换器，使得第一流路34或第一流路34的一部分与第二流路36或第二流路36的一部分相对。在其他实施例中，热交换器10可以具有其他构造和配置，例如平行流动或相逆流动构造。
在图示实施例中，热交换器10被构作为单次通过的热交换器，第一工作流体沿着第一流路34行进通过许多管体26中的至少一个，并且第二工作流体沿着相邻的管体26之间的第二流路36行进。在其他实施例中，热交换器10可以被构造为多次通过热交换器，第一工作流体在第一次通过中行进，并接着在第二次通过中沿着与第一次通过中的第一工作流体的流动方向相反的方向行进通过一个或多个不同的管体26。在这些实施例中，第二工作流体可以沿着管体26之间的第二流路36行进。
在又一些其他实施例中，热交换器10可以被构造为多次通过的热交换器，第二工作流体在第一次通过中在第一对相邻的管体26之间行进，并接着在第二次通过中沿着与第一次通过中第二工作流体的流动方向相反的方向在另一对相邻的管体26之间行进。在这些实施例中，第一工作流体可以沿着第一流路34流动通过管体26中的至少一个。
在图示实施例中，热交换器10包括七个管体26，其每个管体都具有矩形横截面形状。在其他实施例中，热交换器10可以包括一个、两个、三个、四个、五个、六个、八个或更多个管体26，其每个管体可以具有三角形、圆形、方形或其他多边形、扁圆或不规则横截面形状。
如上所述，在一些实施例中，第二流路36或第二流路36的一部分可以与管体26中的一个或多个的外表面28相交叉地延伸。在一些实施例中，肋部56(见图3)可以沿着管体26的外表面28形成，以至少部分地界定了在相邻管体26之间的通路58。可选地，如图5所示，热交换器10的管体26可以是大体扁圆形的(即，简单模压的管体)，并且不具有界定了通路58的肋部56。可以绕管体26设置壳体以防止第二流体在相邻的管体26之间泄漏到热交换器10之外。在这种实施例中，壳体将界定管体26之间/围绕管体26的第二流路36。
在具有向外延伸的肋部56的如图1-4的图示实施例那样的实施例中，每个管体26的肋部56可以紧固至相邻的管体26。在一些这样的实施例中，一个管体26的肋部56可以钎焊、铜焊、或焊接至相邻的管体26。在其他实施例中，相邻管体26可通过干涉配合与互相配合紧固件、其他常规紧固件、粘接或粘合接合材料紧固在一起。此外，可以绕图1-4中所示的实施例的管体26设置壳体。
附加的凸起、凹入或变形部64也可以或者可替代地设置在管体26的外表面28上，以提供对热交换器10的结构支撑，防止一个或多个管体26的变形或挤压，保持相邻管体26之间的期望间距，提高第一和第二工作流体之间的热交换，并且/或者产生沿着第一和第二流路34、36中的一者或两者的扰流。
热交换器10可以包括鳍片66，其提高了当第一和第二工作流体分别沿着第一和第二流路34、36行进时第一和第二工作流体之间的热交换。鳍片66可以对热交换器芯体(即，管体26)提供增大的表面积以用于分配由第一和/或第二工作流体所提供的热。如图2、3和5所示，鳍片66可以位于管体26中。可替换地或附加地，鳍片66可以位于相邻的管体26之间。在其他实施例中，鳍片66可以与管体26一体地形成，并可以从管体26的外表面28向外延伸，或者可替换地从管体26的内表面38向内延伸。在一些实施例中，鳍片66可以提高热交换器10的耐久度和强度。鳍片66的构造(几何结构和表面形态(topographic))可以使得可以用提高的柔性来补偿由于热波动而引起材料经历的膨胀和收缩(以下进一步详细说明)。
在图2的图示实施例中，鳍片66被支撑在每个管体26中，并在管体26的相反端部68之间沿着每个管体26的整个长度或大体整个长度延伸。如图2所示，鳍片66还可以或可替换地在管体26的相反侧面之间延伸经过每个管体26的整个宽度或大体整个宽度。在其他实施例中，管体26可以被支撑在管体26中的仅一个中，或被支撑在少于全部管体26中，并且一个或多个管体26可以在一个或多个管体26的相反端部68之间延伸一个或多个管体26的大体整个长度，或者可替换地，一个或多个鳍片66可以沿着大体小于一个或多个管体26的整个长度延伸经过一个或多个管体26。在其他实施例中，两个或更多个鳍片66可以由每个管体26支撑或支撑在每个管体26中。在一些实施例中，鳍片66可以紧固至管体26。在一些这样的实施例中，鳍片66可以软钎焊、硬钎焊或焊接至管体26。在其他实施例中，鳍片66可以用其他方式连接至管体26，例如，通过干涉配合、粘接或粘合接合材料、紧固件等。
在一些实施例中，管体26的端部68可以压配合到第一和第二头部18、20中的一者或两者中。在一些实施例中，当管体26和/或鳍片66被压配合到第一和/或第二头部18、20中时，管体26的端部68以及被支撑在管体26中或被支撑在管体26之间的鳍片66可以至少部分地变形。结果，管体26和/或鳍片66收缩并保持压缩状态以确保管体26和/或鳍片66处于期望的方位，并防止泄漏。在一些实施例中，管体26可以被软钎焊、硬钎焊或焊接至第一和/或第二头部18、20。
在图示实施例中，以将在以下进一步详细说明的方法，将辊压成型的金属片折叠以形成鳍片66。在其他实施例中，鳍片66可以铸造或模制为期望的形状，并可以由其他材料(例如，铝、铜、铁和其他金属、复合材料、合金等)形成。在另一些实施例中，可以用任意方式将鳍片66切削或机械加工成型，并可以用这些操作的任意组合等来模压或压制鳍片66。
如图3和7最清楚示出的，鳍片66可以是波纹状的，并具有总体的长度L、宽度W和高度H。鳍片66的长度L被界定为管体26内流体流动的大体方向(即，从第一头部18至第二头部20)。如图3图示的实施例所示，每个折叠形成蜿蜒的脊部76，脊部76与鳍片66的长度L大体平行地延伸。
鳍片66的图示实施例包括一系列平行延伸的脊部76，其形成了沿着鳍片66的宽度W的交替的峰部78和谷部80。如图2所示，峰部78和谷部80可以与管体26的上、下内侧(例如，在图2、3和5中的上下侧之间)配合。在图示实施例中，侧腿部或翼板82沿着长度L在每对相邻的折叠之间(即，从峰部78至谷部80或反之)延伸，从而界定鳍片66的高度H。此外，一些实施例的鳍片66可以具有尖角的、方形的或不规则形状的峰部78和/或谷部80。如图2和3所示，所得到的图示实施例的鳍片66的横向边缘可以是大体波浪状的。但是，在其他实施例中，横向边缘可以是大体正弦曲线或锯齿状的，也可以是许多其他形状。以下将参照图4和6更详细说明由波纹状鳍片66的每个脊部76形成的结构元件。
如图4和6所示，第一侧腿部82a可以至少部分地界定在脊部76的一侧，并且第二侧腿部82b可以至少部分地界定在脊部76的另一侧。折叠76a位于与第一侧腿部82a紧密相邻的位置，并界定了侧腿部82a的高度h。类似地，折叠76b位于具有相同高度h的第二侧腿部76b的末端。相邻腿部82a，82b之间的空间S被定义为沿各个腿部82的长度L及高度h以相同距离布置的位置之间的距离。鳍片66的侧腿部82也可以各种表面形态构造。例如，在沿着长度L的一个点处，侧腿部82可以是褶皱的或波浪状的(即，从鳍片66的端部观察时)，而在沿着长度L的另一点处，侧腿部82可以是笔直的。
如图3-8所示，侧腿部82可以包括沿着其长度L间隔的诸如凹部86和凸部88之类的轮廓元件。这些元件是在形成鳍片66的材料中的变形部，但并不穿透鳍片66的相反两侧或在鳍片66的相反两侧之间形成连接。在一些这样的实施例中，形成在侧腿部82的一侧上的凹部86可以因而在侧腿部82的相反侧上形成凸部88(即，凹部86是凸部88的几何互补部分)。形成在鳍片66中的轮廓元件可以表现为锥体、平截体、棱柱体、和/或球状凸部或凹部，也可以是其他形状。在图示实施例中，轮廓元件每个都具有两个对称平面(其中一个是长度L、间距s的平面，另一个是高度h、间距s的平面)。因此，轮廓元件的上半部分是下半部分的镜像(相对于其所处的侧腿部82的高度h)。类似地，轮廓元件的左半部分是右半部分的镜像(相对于其所处的侧腿部82的长度L)。在一些实施例中，一个侧腿部82上的凹部86可以定位为使得其至少可部分地收纳在相邻的侧腿部82b的凹部88中(即，在沿着每个侧腿部的高度h和长度L的相同距离处)。
在一些实施例中，轮廓元件可以沿着侧腿部82的整个高度h而从一个折叠脊部76延伸至相邻折叠76(即，从峰部78延伸至相邻谷部80，或反之)。如图6所示，每个轮廓元件具有宽度d。在图示实施例中，宽度d还表示相似轮廓元件之间的间距。在其他实施例中，类似的轮廓元件之间的间距可以大于所***的或交替的轮廓元件的宽度。
如图4所示，脊部76的蜿蜒形状由凹部86和凸部88的几何形态和布置确定。在图示实施例中，凹部86和凸部88沿着每个侧腿部82的长度L交替，并且轮廓元件中的每个在相邻的脊部76之间延伸。因此，大量凹部86和大量凸部88可以沿着每个脊部76的边缘间隔。图4包括测量标记来更清楚地图示鳍片66的几何形态。具体而言，标记a表示脊部76的中线与凹部86的边缘之间的距离，标记b表示脊部76的中线与凸部88的边缘之间的距离，标记c表示从轮廓元件的位于脊部76处的边缘至其最外点/延伸部的横向(即，与鳍片的长度L和轮廓元件的宽度d垂直的方向)距离。
如图3-6所示，形成有交替的轮廓元件86、88的纵向行的鳍片66可以折叠，使得处于相邻的特定高度h的侧腿部82之间的间距S可以沿着其长度L大体恒定。因此，流路横截面面积基本上在管体26的相反端部68之间沿着其长度L恒定。因此，使得第一流路34是迂回的，并因此相比更直的流路而言更长。这样的鳍片构造可以提高工作流体的扰流，并因此在不引起沿着鳍片66的长度L的显著压力变化/累积的情况下允许更有效的热传输。此外，形成在鳍片66中的轮廓元件可以影响脊部76的形状。例如，图3-8示出了凹部86和凸部88的图案(具体而言，连续交替的轮廓元件的纵向行)是如何产生蜿蜒形状的脊部76的情况。因此，即使与管体26的内表面38紧密相邻的流路也得到延长，并且成为迂回。脊部76的蜿蜒形状还可以提供管体26和鳍片66之间的加强的连接，这也可以提高热传输。
在具有波浪状或具有轮廓形态的横截面的鳍片66的实施例(例如图示实施例)中，鳍片66用作弹性构件以吸收或至少部分地吸收由第一和/或第二工作流体的波动的温度引起的鳍片66的振动并且/或者吸收由前述原因引起的鳍片66的膨胀和收缩。在一些这样的实施例中，具有轮廓形态的鳍片66的弹性防止或减少了鳍片66的裂纹和断裂。可替换地或附加地，具有轮廓形态的鳍片66的弹性防止并且/或者减少了鳍片66的脊部76与管体26的内侧之间的连接(例如，软钎焊点、硬钎焊点、焊接点等)的裂纹和断裂。
如图5-8所示，在一些实施例中，轮廓元件86、88可以沿着侧腿部82的长度L从第一横向边缘92连续地延伸至第二横向边缘94。在其他实施例中，例如图2-4所示的那些实施例，轮廓元件仅沿着鳍片66的中部的长度L连续地延伸，而边缘92、94具有不同的表面形态构造。例如，如图3和4的实施例所示，鳍片66的褶皱可以适于鳍片66的横向边缘92，并沿着鳍片66的长度L延伸共同的距离dc。在一些实施例中，褶皱可以从鳍片66的横向边缘延伸至超过头部18、20与管体26的堆叠的连接平面的点。具有轮廓形态的部分可以允许长度L的改变(即，纵向柔性)，而褶皱边缘可以补偿侧腿部82的高度的改变(即，竖直柔性)。这在鳍片高度H受到与管体26的内表面38的连接的约束(尤其是管体端部68还受到第一和第二头部18、20的约束)的实施例中是所期望的。
图12-14表示根据本发明的热交换器鳍片266的可选实施例。如图6和7所示的热交换器鳍片266的部分在许多方面与上述图1-8的图示实施例相似。因此，除了图12-14的实施例和图1-8的实施例之间互相不同的特征和元件之外，对于图12-14的实施例的特征和元件(以及对于这些特征和元件的替换和/或附加)的更完整的说明，可以对以上针对图1-8的实施例的说明进行参考。图12-14的实施例中与图1-8的实施例中的特征和元件相对应的特征和元件以200系列编号。
如图12-14所示，鳍片266可以具有从横向边缘292、294在与界定了侧腿部282的折叠276平行的方向上沿着鳍片266的侧腿部282延伸距离dc(即平行于长度L)的褶皱270。在其他实施例中，褶皱270可以沿着鳍片266布置在不与横向边缘292、294紧密相邻的位置。可以在侧腿部282的一部分上设置任意数量的褶皱270，并且在不同的侧腿部部分之间(和/或在横向边缘292和横向边缘294之间，和/或在不同的鳍片266之间等)，褶皱270的数量可以相同或不同。此外，褶皱270的几何形状可以被倒圆或削尖。不同形状的褶皱270的数量可以在侧腿部部分之间(和/或在横向边缘292和横向边缘294之间，和/或在不同的鳍片266之间等)保持一致或发生改变。此外，如图14的图示实施例所示，在不同的侧腿部部分之间(和/或在横向边缘292和横向边缘294之间，和/或在不同的鳍片266之间等)，每个褶皱的高度hs，在具体侧腿部282上的总褶皱高度cc(见图12)以及褶皱270之间的任何间距(在侧腿部282的平面中的区域)的高度hs可以相同或不同。
褶皱270可以包括沿着鳍片266的高度h交替的凸缘272和凹窝274。通常，凸缘272是从侧腿部282的平面(由与界定了侧腿部的折叠中每个相邻的点以及侧腿部282上的另一个点所界定)沿着一个方向突起的褶皱270，而凹窝274是从侧腿部282的平面沿着相反方向凸起的褶皱。为了使以下解释清楚，将遵循以下命名方式：当观察任一具体侧腿部282的表面时，凸缘272将远离观察者延伸，而凹窝274将朝向观察者延伸。因此，应该理解，两个或更多个凹窝274可以彼此相邻地定位(两个或更多个凸缘272也可以)。
图12-14图示了单个侧腿部282上的褶皱270可以沿着鳍片266延伸不同的距离dc的情况。例如，在图12中，最上侧位置处的褶皱，即凹窝274从鳍片266的横向边缘292相比相邻(即紧接着最上侧位置处的褶皱)的褶皱，即凸缘272延伸了更小的距离dc。此外，两个非相邻的褶皱290可以延伸相同的距离dc(即，具有相同长度)，例如图12中的凹窝274或图13中的凹窝274和凸缘272。在其他实施例中，两个或更多个相邻的褶皱270可以沿着侧腿部的长度L延伸相同的距离dc。此外，在相邻侧腿部282上的相应的褶皱270(即，处于相同高度h的褶皱一例如图14中的274a和274b)可以取决于本发明的实施例而不同或相似。
可替换地或附加地，褶皱270可以相对于轮廓元件286、288延伸至不同的端点。例如，在图12中，中间折叠，即凸缘272从鳍片266的横向边缘292延伸至与横向边缘292最近的凸部288内。如图13的实施例所示，最上侧的凸缘272是侧腿部282a上的全部褶皱中延伸最远的，并且终止于与轮廓元件，即凹部286紧密相邻处。如图14的实施例所示，褶皱270延伸至离开与横向边缘292最近的凸部288一段距离的端点。
在本发明的一些实施例中，可以在褶皱270之间和/或褶皱270和折叠276之间设置间隔284(位于侧腿部282的平面中的区域)。如图12所示，在最上侧的凹窝274和峰部278之间设置间隔284。在如图13所示的另一个示例中，在最下侧的凸缘272和谷部280之间设置间隔284。
应该理解，上述特征或元件中的任一者(尤其是褶皱270，但并不特指褶皱270)可以设置在热交换器210中的鳍片266和/或热交换器鳍片266的一部分(侧腿部282、折叠276、横向边缘292、294等)中的任一者或全部中，或者可以不设置在热交换器210中的鳍片266和/或热交换器鳍片266的一部分中。此外，替换或附加于轮廓元件286、288，褶皱270可以设置在具有位于鳍片266的侧腿部282中的通孔和/或切口的鳍片266(例如，如美国专利申请序列号11/367,611所揭示的，其通过引用结合于此)上。在一些实施例中，轮廓元件286、288可以与如图12-14所示的鳍片266的折叠276相隔离(即，不延伸至其中)。此外，褶皱270可以设置在具有百页窗、缝隙或槽口的(例如，如美国专利申请序列号11/015,159所揭示的)、具有这些特征的组合的、和/或根本不具有轮廓元件286、288的鳍片266的侧腿部中。
在具有褶皱270的鳍片266的实施例(例如图3、4以及12-14的图示实施例)中，鳍片266用作弹性构件以吸收或至少部分地吸收由第一和/或第二工作流体的温度波动引起的鳍片266的膨胀和收缩。在一些这样的实施例中，具有轮廓形态的鳍片266在褶皱区域的弹性防止或减少了鳍片66的裂纹和断裂和/或鳍片266的脊部276与管体226的内侧之间连接部(例如，软钎焊点、硬钎焊点、焊接点等)的裂纹和断裂。此外，在这种实施例中不发生裂纹的情况下，其中褶皱270沿着侧腿部的高度h终止(远离鳍片266的横向边缘292、294)的交错形状290(见图14)可以使得裂纹朝向鳍片266与管体226的内表面238的连接点(在一些情况下，沿着形状290)延展较长距离将花费更长的时间，从而延长了热交换器210的使用寿命。可替换地或附加地，与侧腿部282相邻的褶皱270的改变的交错形状290可以使得裂纹在沿着管体的长度L的不同位置处朝向管体226的内表面238延展，减小了管体自身产生裂纹的趋势(和/或裂纹的延展)，从而保持第一和第二流路234、236的隔离并延长了热交换器210的使用寿命。
图9图示了根据本发明的一些实施例形成用于热交换器10的鳍片66的方法。该方法涉及在可变形导热材料片100(例如，铝、铜、青铜和包括这些金属中的一种或更多种的合金)中辊压成型凹部86和凸部88的图案。为了使说明清楚，轮廓成型的处理在图9中示出(并参照图9进行说明)为以对于特定的片材的纵向定位的横向部分以两个不同且相继的步骤进行。首先，在图中的右手侧，辊压成型凹部86，然后，到其左侧，辊压成型凸部88。但是，事实上，凹部86和凸部88的辊压成型可以同时进行(如以下针对图10和11所示的可选实施例所说明和图示的)。不论凹部86和凸部88是相继还是同时形成，图9中的辊压成型的鳍片66接着经历折叠处理(图中的左手侧)以产生脊部76。以上讨论的步骤可以结合为以下更详细说明的高速组装处理。
如图9所示，该方法可以利用第一筒形辊102，其具有沿着其弯曲外表面106定位为纵向行的凸部104。第一辊102可以在其与可变形材料片100的第一侧110接触时绕其轴线108旋转，可变形材料片100相对于弯曲表面106切向地布置。第一辊102的重量可以用于对可变形材料施加压力，使得凸部104在材料100中形成凹部86。在其他实施例中，可以通过其他方式促使材料片100与辊102接触以形成凹部86。
相对于材料片100的厚度，凸部104的形状和尺寸可以使得通过凸部104与可变形材料片100的第一侧110的接触所形成的凹部86在与第一侧110相反的第二侧(不可见)上产生其几何互补部分。因此，凹部86和凸部88可以同时分别形成在片100的第一侧110和相反的第二侧上。
第二筒形辊112(其具有沿着其弯曲外表面116定位为纵向行的凸部114)可以与片100的与第一辊102相反的一侧相邻地布置。第二辊112也可以在其与可变形材料片100的第二侧接触时绕其轴线118旋转，可变形材料片100相对于弯曲表面116切向地布置。这样，凹部86可以形成在片100的第二侧上，并且相应的凸部88可以形成在第一侧110上。
辊102、112可以通过轴向堆叠的圆筒盘来形成，圆筒盘的边界由图9中的虚线图示。在一些实施例中，具有各种形状的凸部114和/或凸部114之间的轴向间距的盘可以组装为将形成具有不同尺寸和几何形态的鳍片66的辊。类似地，盘可以周向交错以提供在轮廓元件的行之间具有更大或更小间距(其可以导致更宽或更窄的脊部76)的鳍片66。辊102、112可以相对于彼此布置，使得位于片的每侧上的凹部86和凸部88形成在相对于彼此的特定位置处。例如，图7-9图示了辊102、112可以如何排布以沿着片100形成交替的凹部86和凸部88的横向和纵向的行。横向行分开较窄的间隙，在该间隙处可以将片100折叠以形成褶皱，使得横向行成为侧腿部82，而间隙成为脊部76。在图示实施例中，辊102、112可以略交错以形成蜿蜒形状的脊部76。在其他实施例中，辊102、112可以对准以形成笔直的脊部76。在其他实施例中，第一和/或第二辊102、112上凸部104、114的定位、尺寸和/或形状可以改变以改变鳍片66的几何形状和/或表面形态。在其他实施例中，辊102、112的弯曲表面106、116可以设置有与相对的辊112、102中的凸部114、104相对应(即，在位置、尺寸、形状等方面)的凹部，以更好地界定形成在片100中的轮廓部。
图10图示了根据本发明的另一实施例的形成鳍片66的方法。如图10所示的方法使用星形辊来同时形成轮廓元件并局部地折叠鳍片66。在图10的图示实施例中，第一星形盘120表示位于可变形材料片100的第一侧110上的第一星形辊。沿着第一盘120的周边，交替的脊部122和凹陷部124产生了盘的星形形状。如将在以下进一步详细说明的，脊部122和凹陷部124可以用于形成峰部78和谷部80。在每个脊部122和凹陷部124之间形成凸部126或凹部128。如也将在以下进一步详细说明的，凸部126和凹部128可以形成鳍片中的凹部86和凸部88。如先前针对凹部86和凸部88所讨论的，在一些实施例(例如图示实施例)中，凸部126和凹部128可以是几何互补部分并具有多个对称平面。在其他实施例中，脊部122可以是凹陷部124的几何互补部分。
图10中的第二星形盘130表示第二星形辊，其可以与第一盘120相似(即，在形状、尺寸等方面)地具有将交替的凸部136和凹部138分离的交替的脊部132和凹陷部134。可替换地或附加地，凸部136可以是凹部128的几何互补部分，凸部126可以是凹部138的几何互补部分，在此情况下，凸部126、136不需要是同一盘上的凹部128、138的几何互补部分。第二星形盘130位于材料片100的第二侧140上。
第一和第二星形盘120、130可以相对于彼此定位，使得随着盘120、130绕其各自轴线转动，第一盘120的每个脊部122配合在第二盘130的凹陷部134内，并且第二盘130的每个脊部132可以配合在第一盘120的凹陷部124内。因此，当可变形材料片100在星形盘120、130之间馈送时，相应的脊部122和凹陷部134将材料折叠以形成峰部峰部78，并且相应脊部132和凹陷部124将材料折叠以形成谷部80。类似地，凸部126、136和相应的凹部138、128形成鳍片66中的凹部86和凸部88。
与以上针对图9的实施例所讨论的配置相似，星形辊可以由轴向堆叠的星形盘120组成。图11图示了这些星形盘120如何以交替的配置堆叠，使得一个盘中的凸部126与第二盘中的凹部128相邻地定位。如图11所示相邻的盘可以交错，使得一个盘中的脊部122和凹陷部124不与第二盘中的脊部122和凹陷部124直接对准。通过具有盘的配置的两个星形辊的互补定位，鳍片66可以形成为具有蜿蜒的脊部76，如图3-8所示。
在已经辊压成型并折叠鳍片66之后，它们可以被切割为合适尺寸，并装入管体26中。在其他实施例中，鳍片66可以在被折叠之前进行切割。可替换地，管体26可以绕鳍片66组装。在其他实施例中，管体26和鳍片66可以同时切割为一定尺寸。
以上说明和图中图示的实施例仅作为示例表示，而并非意在作为对本发明概念和原理的限制。因此，本领域的普提技术人员将理解的是，在不脱离本发明的主旨和范围的情况下，可以进行元件及其构造和配置方面的各种改变。
本申请是2008年4月2日递交的美国专利申请序列号12/061,191的部分接续申请，也是2008年1月23日递交的、要求2007年1月23日递交的美国临时申请序列号60/881,919的优先权的PCT专利申请序列号PCT/US2008/051747的部分接续申请，其全文通过引用而被包含于此。

Claims (22)

1.一种热交换器，用于在第一工作流体和第二工作流体之间传递热，所述热交换器包括：
波纹状的鳍片，其可沿着所述第一工作流体的流路定位在相邻的管体壁之间，并可操作用于提高所述第一工作流体和所述第二工作流体之间的热传递，所述鳍片包括界定在相邻的折叠之间的侧腿部；以及
多个褶皱，其从所述侧腿部的末端向内延伸并终止于距所述末端不同距离的位置处。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述多个褶皱包括至少三个相邻的褶皱，并且所述褶皱中的中间的一个比相邻的所述褶皱具有更大的在所述第一工作流体沿着所述流路的流动方向上的长度。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述多个褶皱中的至少一个延伸至在与所述至少一个褶皱大体垂直的方向上沿着所述侧腿部延伸的轮廓部内。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述多个褶皱中至少两个不相邻的褶皱在与形成在所述波纹状的鳍片的至少一个所述侧腿部和相邻的侧腿部之间的脊部大体平行的方向上向内延伸相同的距离。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述波纹状的鳍片包括多个相邻的侧腿部，所述多个相邻的侧腿部中的每个都包括从所述侧腿部的末端向内延伸并终止于在所述第一工作流体沿着所述流路的流动方向上距所述末端不同距离的位置处。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述多个褶皱中至少两个褶皱的相邻末端沿着不与所述第一工作流体沿着所述第一流路的流动方向垂直的直线取向。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述侧腿部的相反端部紧固在所述管体壁之间，并且在所述管体与集管箱的连接区域中，所述褶皱被配置为补偿由温度改变引起的所述管体在堆叠方向上的长度改变。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述波纹状的鳍片包括多个相邻的侧腿部，所述多个相邻的侧腿部中的每个都包括从所述侧腿部的末端向内延伸并终止于在所述第一工作流体沿着所述流路的流动方向上与相邻的侧腿部的相应褶皱不同的距离处。
9.一种波纹状的鳍片，用于热交换器，所述热交换器具有第一工作流体的流路和第二工作流体的流路，并可操作以在所述第一工作流体和所述第二工作流体之间传递热，所述鳍片包括：
侧腿部，其界定在相邻的折叠之间，并可沿着所述第一工作流体的流路定位；以及
多个褶皱，其从所述侧腿部的末端向内延伸并终止于在所述第一工作流体沿着所述流路的流动方向上不同距离的位置处。
10.根据权利要求9所述的波纹状的鳍片，其中，所述多个褶皱包括至少三个相邻的褶皱，并且所述褶皱中的中间的一个比相邻的所述褶皱具有更大的在所述第一工作流体沿着所述流路的流动方向上的长度。
11.根据权利要求9所述的波纹状的鳍片，其中，所述多个褶皱中的至少一个终止于与沿着所述侧腿部延伸的轮廓部相邻处。
12.根据权利要求9所述的波纹状的鳍片，其中，所述多个褶皱中至少两个不相邻的褶皱在所述第一工作流体沿着所述流路的流动方向上向内延伸相同的距离。
13.根据权利要求9所述的波纹状的鳍片，其中，所述波纹状的鳍片包括多个相邻的侧腿部，所述多个相邻的侧腿部中的每个都包括从所述侧腿部的末端向内延伸并终止于在所述第一工作流体沿着所述流路的流动方向上距所述末端不同距离的位置处。
14.根据权利要求9所述的波纹状的鳍片，其中，所述多个褶皱中至少两个褶皱的相邻末端沿着不与所述第一工作流体沿着所述第一流路的流动方向垂直的直线取向。
15.根据权利要求9所述的波纹状的鳍片，其中，所述侧腿部的相反端部紧固在所述管体壁之间，并且在所述管体与集管箱的连接区域中，所述褶皱被配置为补偿由温度改变引起的所述管体在堆叠方向上的长度改变。
16.根据权利要求9所述的波纹状的鳍片，还包括多个相邻的侧腿部，所述多个相邻的侧腿部中的每个都包括从所述侧腿部的末端向内延伸并终止于在所述第一工作流体沿着所述流路的流动方向上与相邻的侧腿部的相应褶皱不同的距离处。
17.一种形成热交换器的方法，所述热交换器用于在第一工作流体和第二工作流体之间传递热，所述方法包括：
使鳍片成为波纹状，以界定多个侧腿部；以及
沿着所述多个侧腿部中的一个形成多个褶皱，所述多个褶皱从所述侧腿部的末端向内延伸并终止于距所述末端不同距离的位置处。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述鳍片定位在管体壁之间并将所述侧腿部的相反末端紧固至所述管体壁。
19.根据权利要求17所述的方法，其中形成所述多个褶皱的步骤包括形成至少三个相邻的褶皱，并且还包括使所述褶皱中的中间的一个比相邻的所述褶皱延伸更大的在与将所述侧腿部分离的脊部大体平行的方向上的长度。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，形成所述多个褶皱的步骤包括使所述多个褶皱中的至少一个延伸至在与所述至少一个褶皱大体垂直的方向上沿着所述侧腿部延伸的轮廓部内。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，形成所述多个褶皱的步骤包括使所述多个褶皱中至少两个褶皱的相邻末端沿着不与将所述侧腿部分离的脊部垂直的直线取向。
22.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述侧腿部的相反端部紧固在管体壁之间，并且其中形成所述多个褶皱的步骤包括形成沿着所述侧腿部的弹性区域，用于补偿由温度改变引起的所述管体在堆叠方向上的长度改变。
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