换热器管组件及其制造方法.pdf

用于换热器中的管组件包括平坦段，所述平坦段具有相对的、宽且平坦的管侧面。翅片结构与所述平坦段中的宽且平坦的管侧面结合，而侧板与所述翅片结构的相对端结合。管的平坦段位于适于插入垫圈中的柱形端段之间。管组件的构造提供了一种刚性结构，以承受将管组件插入换热器以及从换热器移除管组件，所述换热器例如为用于重型设备的散热器。

权利要求书
1.  用于换热器的管组件，包括：
管，其具有：平坦段，包括由相对的、间隔开的窄的管侧面连结的第一和第二间隔开的、宽的管侧面；位于所述管的第一纵向端处的第一柱形段；以及位于所述管的第二纵向端处的第二柱形段，所述平坦段布置在所述第一和第二柱形段之间；
第一翅片结构，其包括由侧翼部连接的第一多个波峰部和波谷部；
第二翅片结构，其包括由侧翼部连接的第二多个波峰部和波谷部；以及
第一和第二大致平面型侧板，其中所述第一翅片结构的波谷部连结至所述第一宽的管侧面，所述第一翅片的波峰部连结至所述第一大致平面型侧板的面，所述第二翅片结构的波谷部连结至所述第二宽的管侧面，所述第二翅片的波峰部连结至所述第二大致平面型侧板的面。

2.  如权利要求1所述的管组件，其中所述平坦段还包括布置在所述窄的管侧面之间以连结所述宽的管侧面的一个或多个间隔开的连结板。

3.  如权利要求1所述的管组件，其中所述管包括：
第一管部，其包括所述平坦段；
第二管部，其包括所述第一柱形段，所述第二管部连结至所述第一管部的第一端；以及
第三管部，其包括所述第二柱形段，所述第三管部连结至所述第一管部的第二端。

4.  如权利要求3所述的管组件，其中所述第一管部是通过挤压铝合金而形成的。

5.  如权利要求1所述的管组件，其中所述第一和第二间隔开的、宽的管侧面具有第一材料厚度，所述第一和第二大致平面型侧板具有第二材料厚度，并且所述第一材料厚度至少为所述第二材料厚度的两倍。

6.  用于换热器的管组件，包括：
第一管组件端部，其包括柱形段、平坦管段以及位于所述柱形段与 所述平坦管段之间的过渡段；
第二管组件端部，其包括柱形段、平坦管段以及位于所述柱形段与所述平坦管段之间的过渡段；以及
管组件中央部，其布置在所述第一和第二管组件端部之间且包括由两个间隔开的窄的侧面连结的两个宽且平坦的、间隔开的平行侧面，其中所述管组件中央部的第一端连结至所述第一管组件端部的平坦管段，而所述管组件中央部的第二端连结至所述第二管组件端部的平坦管段。

7.  如权利要求6所述的管组件，其中所述第一管组件端部、所述第二管组件端部和所述管组件中央部通过钎焊来连结。

8.  如权利要求6所述的管组件，其中所述管组件中央部还包括布置在所述间隔开的窄的侧面之间以连结所述宽且平坦的管侧面的一个或多个间隔开的连结板。

9.  如权利要求6所述的管组件，其中所述第一和第二管组件端部的平坦管段中的每个均包括两个间隔开的、宽且平坦的侧面，所述过渡段中的每个与所述宽且平坦的侧面的交叉处均限定了曲线路径。

10.  如权利要求6所述的管组件，其中所述管组件中央部的宽且平坦的、间隔开的平行侧面具有第一壁厚，而所述第一和第二管组件端部中的至少一个的平坦管段具有第二壁厚，所述第二壁厚大于所述第一壁厚。

11.  如权利要求6所述的管组件，其中所述管组件中央部部分地容纳到所述第一和第二管组件端部中。

12.  如权利要求11所述的管组件，其中所述管组件中央部的第一端延伸到所述第一管组件端部的过渡段。

13.  如权利要求12所述的管组件，其中所述管组件中央部的第二端至少部分地延伸进入所述第二管组件端部的过渡段。

14.  制造换热器管组件的方法，包括以下步骤：
在圆形管的第一段中减小所述圆形管的直径；
使得所述圆形管的邻近所述第一段的第二段变平，以在所述第二段中限定两个间隔开的、宽且平坦的侧面；以及
将所述第二段连结至平坦管的端。

15.  如权利要求14所述的方法，还包括通过成型模件挤压铝合金来形成所述平坦管的步骤。

16.  如权利要求14所述的方法，其中将所述第二段连结至平坦管的端包括：
将所述平坦管的端插入所述圆形管的第二段；
将所述平坦管和圆形管加热到钎焊温度，以使设在所述插入点处的钎焊合金熔化；以及
冷却所述平坦管和圆形管，以在所述平坦管和所述第二段之间形成固化的钎焊接头。

17.  如权利要求16所述的方法，还包括：将第一和第二波纹状翅片结构连结至所述平坦管的相对的、宽且平坦的侧面。

18.  如权利要求17所述的方法，其中利用单次钎焊操作来执行将所述第二段连结至所述平坦管的步骤和将所述波纹状翅片连结至所述平坦管的步骤。

19.  如权利要求14所述的方法，其中减小所述圆形管的直径的步骤包括在所述第一段和第二段之间至少部分地形成过渡区域。

20.  如权利要求19所述的方法，其中使所述第二段变平包括：在所述过渡区域与所述第二区域中的所述宽且平坦的侧面之间限定曲线交叉处。

说明书换热器管组件及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请是美国申请No.13/570,767和美国申请No.13/570,806的部分继续申请，这两个申请都递交于2012年8月9日，且这两个申请的全文通过引用合并于此。
技术领域
总体上，本发明涉及管，涉及用于换热器的翅片和管组件，以及涉及其制造方法。
背景技术
大规模换热器是公知的，其包含分立的、可独立更换的管组件，该管组件具有传送第一流体的管，以及便于第二流体向第一流体传递热或者第一流体向第二流体传递热的辅助热传递表面区域。作为示例，在授予Murray的美国专利3,391,732和授予Neudeck的美国专利4,236,577中已经描述了这种类型的换热器，其充当将来自引擎冷却剂的废热传递到空气的重型设备散热器。在这些换热器中使用的管组件具有用于换热的带翅片的中央段，以及用于插入密封垫圈中的不带翅片的柱形端段。
上述类型的换热器管组件通常由铜制成，带翅片区域中的扩展的空气侧表面被焊接到管上。铜提供了高导热率、易于制造以及良好的强度和耐用性的优势。然而，铜的持续提高的价格导致对可替代的、较低成本材料的需求。
在其他换热器(例如，汽车散热器和商业散热器)中，铝作为优选的构造材料已经取代了铜，但是在这种类型的重型换热器中尚未成功取代铜。铝所具有的强度比铜低得多，产生了耐用性的担忧。这在需要现场移除和插入个别管组件的应用中尤其会出现问题，因为在这样处置过 程中很可能出现损坏。此外，铝部件的结合比铜的焊接需要高得多的温度，导致制造上的困难。因此，仍有改进的余地。
发明内容
根据本发明的实施例，用于换热器的管组件包括管，所述管具有平坦段，所述平坦段具有由相对的窄的管侧面连结的间隔开的宽的管侧面。管组件还包括两个翅片结构以及两个大致平面型侧板，每个翅片结构都具有由侧翼部连接的波峰部和波谷部。一个翅片结构的波谷部连结至一个宽的管侧面，该翅片结构的波峰部连结至一个侧板的面。另一翅片结构的波谷部连结至另一宽的管侧面，该翅片结构的波峰部连结至另一侧板的面。
在一些实施例中，管包括在所述管的纵向端处的柱形段，所述平坦段布置在所述柱形段之间。在一些实施例中，管、翅片结构和侧板由钎焊接头连结，而在一些实施例中，管、翅片结构和侧板由一种或多种铝合金形成。根据一些实施例，宽的管侧面的厚度至少为侧板的厚度的两倍。
根据本发明的另一实施例，用于换热器的管组件包括流体流导管，所述流体流导管在管组件的至少一部分上方在纵向方向上延伸。所述流体流导管具有主尺寸和次尺寸，两者均垂直于所述纵向方向，所述次尺寸显著小于所述主尺寸。一连续管壁围绕所述流导管。两个大致平面型侧板在次尺寸方向上与所述连续管壁等距间隔，并且通过薄的连结板连接至所述管壁。
在一些这样的实施例中，连续管壁限定了相对于沿主尺寸方向的轴线的管壁质心惯性矩。在一些实施例中，所述管组件相对于该轴线的质心惯性矩至少为所述管壁质心惯性矩的五倍，在一些实施例中至少为十倍。
在一些实施例中，第一柱形管段在流导管的第一端处连结至连续管壁，第二柱形管段在流导管的第二端处连结至连续管壁。在一些这样的实施例中，由连续管壁限定的外周长大于至少一个所述柱形管段的外周 长。
根据本发明的另一实施例，一种制造换热器管组件的方法包括：提供管、第一和第二波纹状翅片结构，以及第一和第二大致平面型侧板。第一波纹状翅片结构布置在第一侧板和所述管的第一宽且平坦的侧面之间，而第二波纹状翅片结构布置在第二侧板和管的第二宽且平坦的侧面之间。压缩力施加到侧板的相对侧面以使所述翅片结构的波峰部和波谷部与所述侧板和所述宽且平坦的侧面相接触，并且在第一翅片结构与第一侧板之间、第一翅片结构与第一宽且平坦的侧面之间、第二翅片结构与第二侧板之间、以及第二翅片结构与所述第二宽且平坦的侧面之间形成钎焊接头。
在一些这样的实施例中，管、翅片结构和侧板在真空环境中提升温度以形成钎焊接头。在其他环境下，管、翅片结构和侧板在受控的惰性气体环境中提升温度。在一些实施例中，提供管、翅片结构和侧板包括提供覆有钎焊填充金属的材料。
在一些实施例中，压缩力通过与第一侧板相邻的第一分隔板以及通过与所述第二侧板相邻的第二分隔板传输。在一些这样的实施例中，分隔板具有与所述管、侧板和翅片结构的热膨胀系数大致匹配的热膨胀系数。在一些实施例中，第一分隔板是与第一侧板相邻的多个分隔板之一。
根据本发明的另一实施例，一种制造换热器管组件的方法包括：提供多个管、多个波纹状翅片结构以及多个大致平面型侧板。每个管都布置在成对的波纹状翅片结构之间，而每个波纹状翅片结构都布置在一个管与一个侧板之间。管、波纹状翅片结构和侧板布置成叠层。分隔板布置在相邻对的侧板之间，且与叠层的最外端处的侧板相邻。沿叠层方向对叠层施加压缩负荷。在波纹状翅片结构与管之间以及在波纹状翅片结构与侧板之间的接触点处形成钎焊接头，并且从分隔板移除钎焊后的管组件。
在一些这样的实施例中，管、翅片结构和侧板在真空环境中提升温度以形成钎焊接头。在其他环境下，它们在受控的惰性气体环境中提升温度。在一些实施例中，提供管、翅片结构和侧板包括提供覆有钎焊填 充金属的材料。
根据本发明的另一实施例，用于换热器的管包括：第一柱形段，其从所述管的第一端延伸；第二柱形段，其从所述管的第二端延伸；以及平坦段，其位于所述端之间且具有由两个相对短的侧面连结的两个宽且平坦的、间隔开的平行侧面。过渡区域位于每个柱形段与平坦段之间。过渡区域和所述管的每一个宽且平坦的侧面的交叉处限定曲线路径。
在一些这样的实施例中，两个相对短的侧面的轮廓为弓形。在一些实施例中，每一个曲线路径都包括位于管的中心平面中的顶部，在一些这样的实施例中，弓形路径段位于所述顶部。
在一些实施例中，邻近一个柱形段的过渡区域在至少等于该段的直径的长度上延伸。在一些实施例中，管的平坦段的外周长大于至少一个柱形段的外周长，而在一些实施例中至少大百分之二十五。
在一些实施例中，平坦管段限定了两个相对短的侧面的最外点之间的管主尺寸，并且每个曲线路径均比管主尺寸长。在一些实施例中，管由铝合金制成。
根据本发明的另一实施例，换热器管是由一圆形管形成的，这是通过在该圆形管的第一段中减小该圆形管的直径以及使邻近第一段的第二段变平以在第二段中限定两个间隔开的、宽且平坦的侧面而形成的。在一些实施例中，第一段终止于管的端。在一些实施例中，在减小第一段的直径之后，使第二段变平。
在一些实施例中，通过型锻操作来减小第一段的直径。在一些实施例中，通过用冲压模件冲击第二段来使该段变平。在一些实施例中，管由铝合金制成。
在一些实施例中，在使第二段变平之前将心轴插入管中，且在使第二段变平之后从管中移除心轴。
在一些实施例中，减小圆形管的第三段的直径，第三段邻近第二段。在一些这样的实施例中，第三段终止于管的第二端。在一些实施例中，在减小第三段的直径之后，使第二段变平。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的换热器管组件的立体图。
图2是图1的换热器管组件的正视图。
图3是以线III-III为界限的图2部分的详细视图。
图4是图1的换热器管组件的平面图。
图5是图1的换热器管组件的分解立体图。
图6是根据本发明的实施例制成的换热器管组件的叠层的正视图。
图7是图6的叠层中的某些部件的平面图。
图8是根据本发明的实施例的换热器管的立体图。
图9是现有技术的换热器管的局部立体图。
图10是沿着图8的线X-X截取的局部截面图。
图11是沿着图8的线XI-XI截取的截面图。
图12是图8的部分形成的管的局部立体图。
图13A和13B是制作图8的管的形成操作的图解视图。
图14是根据本发明的另一实施例的换热器管组件的立体图。
图15是图14的换热器管组件的分解立体图。
图16是沿着图14的线XVI-XVI截取的局部截面图。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解本发明的应用不限于在下面的说明书中阐述的或者在附图中图示的部件构造和布置的细节。本发明可以有其他实施例，且能够以多种方式来实现或实施。而且，应当理解此处所使用的措辞和术语是为了说明的目的，不应认为是限制。本文中的“包含”、“包括”或“具有”及其变化形式的使用意在包含其后所列的项及其等同项和附加项。除非进行规定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变化形式概括地进行使用且包含了直接的和间接的安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不局限于物理的或机械的连接或耦合。
在图1至5中示出了根据本发明实施例的换热器管组件1。这种管组 件1能够用作诸如开凿机、采矿卡车、发电机组(gen-set)等重型设备中的换热器(例如散热器)的多个单独的管中的一个。然而，应当理解的是管组件1能够用于多种类型和尺寸的换热器中。
管组件1包括管2，管2从第一端7延伸到第二端8。管2限定了流体流导管，由此能够通过管组件1来传送流体(例如，引擎冷却剂)。作为一个示例，管组件1能够用在引擎冷却剂散热器中，从而随着引擎冷却剂流从端7、8中的一个经过管2流到端7、8中的另一个而除去来自该引擎冷却剂流的废热。
管2包括位于端7、8之间的平坦段3。平坦段3(最佳地参考图11来说明)包括第一和第二平行的、宽且平坦的侧面12。宽且平坦的侧面12彼此间隔开，并且通过两个相对的、间隔开的、窄的管侧面15连结。虽然在示例性实施例中显示窄的管侧面15的轮廓为弓形，但是在其他实施例中，窄的管侧面15可以是直的，或者它们可以具有某种其他轮廓形状。两个宽且平坦的侧面12和两个窄的侧面15一起限定了流体流导管的连续的管壁25，其中为了使流体通过管2流动，在连续的管壁25内限定了开放空间。虽然在示例性实施例中没有任何显示，但是在一些情况下优选的是在流导管内提供表面增强特征或紊流特征(flow turbulation features)，从而提高通过管2的流体与管壁25之间的传热率。
继续参考图11，管2的平坦段3具有管次尺寸(minor dimension)d1和主尺寸(major dimension)d2，管次尺寸定义为两个宽且平坦的侧面12的朝外的表面之间的距离，管主尺寸定义为两个窄的侧面15的最外点之间的距离。在一些极其优选的实施例中，主尺寸d2比次尺寸d1大几倍。作为示例，示例性实施例中的主尺寸比次尺寸大九倍。
管组件1还包括沿着平坦段3布置的两个卷绕式翅片结构10。翅片结构10包括由峰部18和谷部17以交替方式连接的多个侧翼部(flank)16，使得每个翅片结构10都是近似正弦形状(最佳显示于图3中)。翅片结构10可以是普通类型，如图3所示，或者它们可以包括附加特征，以改善热传递、结构强度、耐用性或其组合。通过举例的方式，在一些实施例中，翅片结构10可以包括百叶窗、隆起、狭缝、切口或者已知用 来改善侧翼部16的热传递和/或结构刚度的其他特征。在其他实施例中，可以在翅片结构10的邻近窄的管侧面15的一端或两端处提供边缘褶边。这样的边缘褶边特别有利于提供对可能由于石块或其他碎屑的撞击而造成的损坏的耐受性。
在管组件1中还包括薄的侧板11。这些侧板11平行于管2的相对的宽且平坦的侧面12，并且在任一侧通过翅片结构10而与管2的相对的宽且平坦的侧面12等距间隔。因此，翅片结构11的侧翼部16、峰部18和谷部17提供了多个薄的连结板以将侧板11与连续的管壁25间隔开。侧板11是大致平面型的，但是可以包括例如弯曲边缘的特征，从而提供增强的刚度和/或有助于组装。
侧翼部16之间的空间提供了流通道，以使流体与通过管2的流体处于热传递关系中，使得能够在两种流体之间换热。作为示例，能够通过流通道来引导环境空气，从而对通过管2的引擎套管冷却剂进行冷却。然而，应当理解的是，能够利用管组件1使其他各种流体处于热传递关系中。侧翼部16之间的每个流通道进一步由谷部17和峰部18之一以及由管2的平坦侧面12和大致平面型的侧板11之一来限定。通过以这种方式充分限制流通道，防止通过那些通道的流体过早离开通道，从而改善传热能力。
管2、翅片结构10和侧板11优选地结合在一起以形成整体式结构，从而提供处于热传递关系中的流体之间的良好的热接触，以及良好的结构完整性。虽然能够使用各种材料来构造管组件1，但是在极其优选的实施例中，管2、翅片结构10和侧板11由诸如铝、铜等高导热率的金属形成。可以通过包括钎焊、软钎焊、胶粘等多种工艺来将部件结合在一起而形成管组件1。
为了促进流体之间的良好的热传递，有利的是翅片结构10和侧板11在平坦段3的整个主尺寸d2上延伸。在一些情况下，可能优选的是使翅片结构10和侧板11略微延伸超过窄的管侧面15的外边缘，从而保护流体流导管免受由于石块或其他碎屑的撞击而损坏。
已经发现，包含甚至非常薄的侧板11会大幅加强管组件1，特别是 就关于管主尺寸d2中的质心轴线的弯曲而言。翅片结构10由于其卷绕本质而在该方向上提供极小的刚度，使得在不存在侧板11的情况下，连续管壁25提供了唯一的对关于该质心轴线弯曲的耐受性。由于平坦管段3的相对小的次尺寸d1，仅通过连续管壁25实现的对关于该质心轴线弯曲的耐受性相当小，并且侧板11与该质心轴线间隔开远大于次尺寸d1的距离提供了实质的有益效果。
通过将关于管组件1的该轴线的质心惯性矩与仅仅是管2的质心惯性矩进行比较，能够将侧板11对管组件1关于管主尺寸d2中的质心轴线的弯曲刚度的影响进行量化(除了保持侧板11与管2的平坦侧面12的偏移之外，可以认为翅片结构10对质心惯性矩不起作用)。对于具有0.8mm的管壁厚度、0.25mm的侧板厚度、6.55mm的翅片结构高度、3.7mm的次尺寸以及23.27mm的主尺寸的示例性实施例，对于管组件以及仅有管而言，计算出关于管主尺寸轴线的质心惯性矩分别为925mm4和76mm4。换言之，管组件关于管主尺寸轴线的质心惯性矩近似为管本身的质心惯性矩的十二倍。在优选的实施例中，管组件关于管主尺寸轴线的质心惯性矩至少为管本身的质心惯性矩的五倍，在非常优选的实施例中，至少为十倍。当管2由具有相对低的弹性模量的材料(例如，铝合金)制成时，这样是特别优选的。
示例性实施例的管2进一步包括邻近第一端7的第一柱形段4以及邻近第二端8的第二柱形段5，平坦段3布置在第一柱形段与第二柱形段之间。这些柱形段4、5使得管组件1能够可靠地、无泄漏地插入布置在换热器的对置集管(未示出)中的收纳垫圈中。为了使得可用于有效热传递的管量最大化，柱形端段的长度优选地保持为最小，平坦段3的长度优选地为管2的总长度的90％以上。在示例性实施例的柱形段5中提供周向珠9，从而当垂直地布置在换热器中时限制管组件1的向下移动。
虽然在附图中示出的实施例包括位于管两端处的柱形端段，但是应当理解的是，在一些情况下，管组件1可以不设有柱形端段4、5中的一个或两个。当不包含这样的柱形端段时，相应的收纳垫圈可以设有对应 于平坦段3中的连续管壁25的轮廓的收纳开口。
在本发明的某些优选的实施例中，通过在铝管2、第一和第二铝制波纹状翅片结构10以及第一和第二铝制侧板11之间形成钎焊接头来制成换热器管组件1。第一波纹状翅片结构10布置在第一侧板11与管2的第一宽且平坦的侧面12之间，而第二波纹状翅片结构10布置在第二侧板11与管2的第二宽且平坦的侧面12之间。该组件被压缩，从而使翅片结构10的峰部18和谷部17与相邻的部分接触，从而能够在接触点处形成钎焊接头。
具有熔化温度低于管2、翅片结构10和侧板11的熔化温度的钎焊填充金属用来形成钎焊接头。这种填充金属通常为铝，添加有少量其他元素(例如硅、铜、镁和锌)以降低熔化温度。钎焊填充金属能够有益地提供作为待钎焊的一个或多个部件上的涂层。在一些实施例中，用来形成波纹状翅片结构10的片材的两面都涂有钎焊填充金属，从而在期望有钎焊接头的所有接触点处都提供所需的钎焊填充金属，同时避免在不需要或者不期望有接头的位置有钎焊填充金属。
虽然能够使用多种方法来提升管2、翅片结构10和侧板11的温度从而使钎焊填充金属熔化且形成钎焊接头，但是两种特别优选的方法是真空钎焊和受控气氛钎焊。在真空钎焊中，组装的零件置于密封炉中且去除基本上全部的空气，从而形成真空环境。在该过程中，存在于合金中的镁随着零件被加热而释放，并且起到破坏存在于部件的外表面上的氧化层的作用，使熔化的钎焊填充金属与露出的铝结合。由于真空环境中不存在氧气，因而防止再次形成氧化层，且防止氧化层妨碍冶金结合。
在受控气氛钎焊中，在加热之前向部件施加焊剂。零件的加热发生于惰性气体环境中，从而防止在焊剂发生反应且存在于零件的配合表面上的氧化层移位之后再次形成氧化层。随着氧化层移位，熔化的钎焊填充金属与露出的铝结合，从而形成钎焊接头。
特别优选的是，一次钎焊多个管组件1，从而提高生产制造环境中的生产量。图6示出了根据本发明实施例的方法，其中同时制作四个管组件1。应当理解，同一方法能够用来一次制作多于四个或者少于四个的管 组件。
在图6的实施例中，设有管2、波纹状翅片结构10和大致平面型的侧板11。每个管2都布置在成对的波纹状翅片结构10之间，而每个波纹状翅片结构10都布置在一个管2和一个大致平面型的侧板11之间。分隔板19布置在相邻对的大致平面型的侧板11之间。管2、波纹状翅片结构10和大致平面型的侧板11布置在叠层26中。附加的分隔板19布置成邻近位于叠层26的最外端处的大致平面型的侧板11，并且在层叠方向上向叠层26施加压缩负荷，从而使卷绕式翅片结构的峰部18和谷部17与相邻的侧板11和管2的宽且平坦的侧面12相接触。
为了向叠层26提供均匀的压缩负荷，具有高刚度的杆21(例如，结构型钢通道)能够用在叠层26的最外端上。在已经通过使用在多个位置上围绕叠层26的金属带22对叠层施加了压缩负荷之后，能够保持压缩负荷。在压缩叠层26的同时，在杆21上绷紧带22，从而带22的张力保持所述压缩负荷。在已经如此组装之后，叠层26被置于钎焊炉中以形成各个管组件1。叠层26在炉内加热至适合于熔化钎焊填充金属的温度，此后将叠层26冷却，从而使熔化的钎焊填充金属再次固化，由此在接触点处形成钎焊接头。在冷却之后，能够从分隔板19移除已经钎焊到各个整体式结构中的各个管组件1。分隔板19能够设有涂层以防止分隔板19与侧板11之间的任何冶金结合，否则即使在不存在钎焊填充金属的情况下也会在钎焊温度下发生不期望的结合。
随着叠层26加热至钎焊温度，叠层26中的金属材料的热膨胀将发生。在铝钎焊中，部件通常被加热至550℃至650℃的钎焊温度。该温度范围比用来焊接铜部件的温度范围高很多，因此在部件为铝制的情况下与部件为铜制的情况下相比，在结合过程中管组件1的部件所经历的热膨胀大很多。
本发明人已经发现，在钎焊过程中必须当心以确保翅片结构10不会由于加热至钎焊温度且冷却降至环境温度而扭曲。不同于涉及到多排管和翅片结构一起连结成整体式钎焊芯的传统的钎焊铝散热器制造，翅片结构10的侧翼部16易于由于剪切力而扭曲，该剪切力是通过管组件1 的部件与分隔板19之间的热膨胀差异而引入的。在本发明的一些实施例中，该问题是通过将分隔板19的热膨胀系数与管2、翅片结构10和侧板11的热膨胀系数大致匹配来改善的。这能够通过由相似的铝合金或者由呈现出相似的热膨胀率的另一种材料形成分隔板19来实现。
可替代地，或者另外地，多个单个的分隔板19能够用在各相邻的管组件1之间，如图7所示。在各个分隔板19当中的相邻分离板之间提供间隙20。在分隔板19由(具有与制成管2、翅片结构10和侧板11的材料的热膨胀系数实质上不同的热膨胀系数的)材料制成的情况下，在叠层26加热和冷却期间间隙20会增大或减小，从而实质上减轻了可能由于热膨胀系数的失配而引起的翅片结构10的扭曲。间隙20充当了避免由热膨胀引起的扭曲的累积的缺口，使得任何这样的扭曲局限于每个单个的分隔板19下方的离散的接触区域。当诸如不锈钢的更耐温材料用于分隔板19且管组件1的部件由铝制成时，图7所示的组装方法将是特别有益的。
现在将参考图8至13来更详细地论述管2。如之前所描述的，图8所示的管2的实施例包括位于第一柱形管段4与第二柱形管段5之间的平坦管段3。第一柱形管段4从管2的第一端7延伸，而第二柱形管段5从管2的第二端8延伸。过渡区域6位于平坦段3与柱形段4和5中的每一个之间。过渡区域6提供了平滑、连续的流动路径，以便流体通过管2，还避免了管材中机械应力集中的位置。
如图10中的局部截面图详细显示的，过渡区域6延伸经过长度L，跨越了从管2的端7近侧的位置27到端7远侧的位置14。长度L优选地至少等于柱形端段4的直径，尽管在一些可选的实施例中，该长度的尺寸比相应的端段的直径小。如图8中可见，宽且平坦的侧面12延伸经过任一端处的位置14，以使宽且平坦的侧面12的至少一部分沿着管2位于限定了过渡区域6的起点和终点的位置27与位置14之间。
在优选的实施例中，过渡区域6与平坦管区域3的宽且平坦的侧面12的交叉处限定了曲线路径13。这些曲线路径13提供了管2的平坦段3相对于关于管主尺寸轴线的弯曲力矩的有益的加强。出于比较的目的， 在图9中示出了现有技术的管102，包括通过过渡段106而连结至柱形段104的平坦段103。过渡区域106和平坦段103的交叉处在平坦段103的宽且平坦的侧面112上限定了笔直的路径113。笔直的路径113在管主尺寸上延伸，并且关于主尺寸轴线的弯曲非常容易。这在从换热器上安装和/或移除包含管102的管组件的过程中特别不利，因为这样的安装和这样的移除频繁地将这种类型的弯曲力矩施加到管上。当管由诸如退火铝的极低强度的材料制成时，该问题尤其加剧。
本发明人已经发现，弯曲路径13提供了抵抗上述类型的弯曲力矩的显著的加强效果，并且防止在管2或包含管2的管组件1的安装、移除和其他处置过程中管2的屈曲或者对管2的其他损坏。虽然能够从任何非线性路径获益，但是由一系列连接的弓形路径段限定路径13是特别有益的。
在示例性实施例中，每个曲线路径13均包括位于管的近似中心平面处的顶部，以使该顶部位于沿着距离端7(在过渡区域位于平坦段3与第一柱形端4之间的情况下)或者端8(在过渡区域位于平坦段3与第二柱形端5之间的情况下)最远的路径13上的点14处。路径13优选地包括位于顶部处的弓形路径段，从而避免顶部处的应力集中。
在一些优选的实施例中，两个柱形段4、5中的至少一个的外周长(即，圆周长)小于平坦段3中的连续管壁25的外周长。这有益地允许平坦段3中每单位长度上的相对大的热传递表面积，而无需端7、8中的一者或两者处的相应较大的直径。端部处的较小直径是优选的，因为其能够使相邻管组件的间距更近且在(例如)端处需要较小的密封表面。在一些优选的实施例中，平坦段3的外周长超过两个柱形端段中的至少一个的外周长至少25％。
包括在其整个长度上具有扁平型面的流体传送管的换热器在本领域是公知的，已经作为散热器和类似物使用了数十年。通常以两种方式之一构造这种类型的平坦管。平坦管要么由坯体材料以平坦形状被挤压和/或拉伸且被切割成离散的长度，要么通过将片形成为圆形形状、缝焊、辊矫平成平坦管形状以及切割成离散的管长度而在管磨机中由盘绕片来 形成。
在诸如现有技术的具有平坦段103和柱形端段104的管102(图9)的管的情况下，平坦管的端部形成为柱形形状从而形成柱形端段104以及过渡段106。当由诸如铜的可锻性极强的材料制成管时该操作能够快速地且容易地执行，且仅需要形成管2的末端。然而，该方法不能够实现如之前所述的过渡段6。
通过起初在平坦段3中形成具有与连续管壁25的期望外周长相等的外径的、圆形形式的管2，能够形成过渡区域6。接着，具体参考图12，圆形管2的端的直径减小以形成柱形端4和5，以及在端4、5与中央段3'之间的保持原始圆形形状的锥形过渡区域6'。该直径的减小能够通过例如管端部的型锻来实现。在一些优选的实施例中，端直径减小至少20％，从而实现平坦段3与柱形端段4、5之间的期望的外周长比。
如图13A和图13B所示，能够通过在第一成型模件半部22与第二成型模件半部23之间形成管2的该部分3'来限定管2的平坦段3的轮廓。当模件处于打开位置时，即，当两个模件半部彼此分离时，如图13A所示，管2插入在模件半部22、23之间。通过如此定位管2，模件闭合从而处于图13B所示的闭合位置，从而将管2的平坦段3形成为次尺寸d1和主尺寸d2。任选地，为了防止在成型操作过程中宽且平坦的管壁12的屈曲或其他非期望的变形，在心轴24能够成型操作之前置于管2内。能够在成型操作完成之后，从管2移除使用过的心轴24。通过在模件半部22和23的接触面中包括互补的负表示的几何结构，能够形成过渡区域6的几何结构，从而在成型操作过程中将过渡区域6的期望的几何结构形成到管2中。
在图14至16中描绘了根据本发明的管组件201的可选实施例。管组件201具有多个与之前所描述的管组件1共同的特征，并且两者中相似的特征相似地进行标记。管组件201包括沿着多件式管组件202的平坦段203布置的两个卷绕式翅片结构10。侧板11与平坦段203的相对的宽且平坦的侧面212等距间隔，并且卷绕式翅片部分10的峰部和谷部以与上文参考管组件1描述的方式类似的方式连结至侧板11和宽且平坦 的侧面212。
多件式管组件202包括管组件中央部232(其限定了平坦段203)、布置在中央部232的一端处的管组件端部230，以及布置在中央部232的相对端处的管组件端部231。管组件端部230、231中的每一个都具有通过过渡段206连结至平坦管段233的柱形段(分别为204和205)。平坦管段233在尺寸和形状上与平坦管段203的截面大致互补。在每个平坦管段233的端处设置开口234，开口234的尺寸适于收纳中央部232的相应端。连结的管组件202为第一端207与第二端208之间的流体提供了无泄漏流动路径。
最佳地从图16中可见，中央部232的被收纳到端部230的开口234中的端能够延伸一段距离而进入该端部，使得产生中央部232的壁与端部230的平坦管段233的重叠。应当理解的是，虽然在此处以及在图16中具体提到了端部230，但是这同样适用于相对的端部231。作为这样的重叠的一个有益的方面，在该重叠区域中所得到的总壁厚的局部增加能够提供管组件202的增强的刚度，以抵抗关于管主尺寸轴线的弯曲力矩。为了使得该效果最大化，在一些实施例中优选的是管组件中央部232的端部延伸至过渡段206，使得在基本上全部的平坦管段233上提供重叠壁。
为了在平坦管段233中进一步对管组件202提供结构支撑，优选的是平坦管段233中的端部230、231的壁厚大于中央部232的壁厚。这允许中央部232的宽且平坦的侧面212相对薄，从而使得对流体之间的热传递的阻力最小化，同时在那些如之前所述的会在管组件的安装和/或移除的过程中受到极大应力的区域中仍保持适当的结构支撑。在至少一些实施例中，所产生的刚度足以满足管组件的预期用途。在一些其他的实施例中，按照与之前关于管2所描述的方式相似的方式，通过将过渡区域206与平坦管段233的交叉处限定为曲线路径，能够提供额外的刚度增加。
在至少一些实施例中，通过模件挤压铝合金来形成中央部232，从而直接产生平坦段203。这种挤压工艺能够使得连结宽且平坦的侧面212 的窄的侧面具有比宽且平坦的侧面212大的厚度，从而提供管组件202的额外的结构加强。另外，为了提供结构支撑和/或热传递增强，能够任选地提供在宽且平坦的侧面212之间延伸的内部连结板235。在图15中示出了三个这样的连结板235，但是应当理解更多或更少的连结板可能是理想的，这取决于应用。连结板235可以具有变化的形状和定向，包括但不限于弓形和成角度(angled)。在任何情形下，在存在连结板的情况下，连结板235布置在中央管部232的窄的侧面之间并且将延伸贯通中央管部232的流导管划分成多个平行的分支。
一般地，端部203和231能够以类似于上文关于管2所描述的方式形成。为了便于将中央部231连结至端部230和231，包覆在一侧上的具有钎焊合金的材料能够用来形成端部230和231，端部形成为使得包覆侧在端部之内且在重叠区域中抵靠中央部232的端部设置。可选地，能够在接头位置提供钎焊合金膏或环形式的钎焊合金。在任何情形下，管组件202的部分230、231和232能够在与完成的管组件201的连结共同的钎焊操作中来连结。管组件201的这种连结因此能够以类似于之前关于管组件1所描述的方式来实现。
已经参考本发明的具体实施例描述了本发明的一些特征和要素的各种可替代物。值得注意的是，除了与上述各实施例相互排斥或不一致的特征、要素和操作方式之外，上文参考一个特定实施例描述的可选的特征、要素和操作方式能够适用于其他的实施例。
仅通过举例的方式提供了上述的以及在图中图示的实施例，不旨在对本发明的构思和原理进行限制。因此，本领域普通技术人员将理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，元件及其构造和布置的各种变化是可能的。