CN101918785B - 换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明的各实施列提供了一种换热器,该换热器具有收集罐和顶盖,该收集罐具有内腔,该顶盖连接到收集罐并通过顶盖中的开口接收一定数量的扁平管道。在一些实施例中,在这些元件经受可能使顶盖与/或收集罐变形至无法接受的程度的内压力的应用中,容纳在收集罐与/或顶盖内的罐加强件用于加强顶盖与/或收集罐。并且,一些换热器实施例在每个扁平管道上采用弯曲的垫片以配合扁平管道和弯曲的顶盖的形状。并且,另一个垫片可以位于金属或塑料的收集罐和相应的塑料或金属的顶盖之间,以防止其间的泄漏。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年11月1日递交的临时申请号No.61/001,438的优先权,在此通过引用引入其全文。
背景技术
现有的多种换热器中,一定数量的管道与收集罐连接并且流体相通,该收集罐用于将流体引入扁平管道并且/或将流体从扁平管道引出。在许多情况中,这样的换热器的应用导致例如扁平管道与收集罐连接处及其附近的位置处的高的压力和热应力。并且,尽管期望用越来越薄和轻的材料来构造收集罐,却期望这样的收集罐及其与扁平管道的连接处能耐受很大的压力而没有过度的变形或损坏。尤其是收集罐由多个部分构成的情况(例如,顶板和限定收集罐的其它部分的结构),这样的能力应该延伸到收集罐部分之间的界面。
许多换热器的进一步设计要点涉及换热器构件之间的垫片的使用,例如管道至顶板的垫片、位于顶板和其它收集罐构件之间的垫片等。这样的垫片必须在一些应用中被暴露到高压以及/或高温、材料膨胀和收缩以及其它挑战的同时执行其液压或气力密封功能。可靠的垫片及垫片保持在许多应用中仍是很难。
因此,如可靠的换热器垫片及垫片保持设计、以及具有相对较轻重量并且能以较低成本高效地产生的换热器,工业中还很希望换热器具有适于耐受热应力以及/或压应力和循环操作的收集罐和收集罐至扁平管道接头。
发明内容
本发明的一些实施例提供了一种用于换热器的收集罐的顶盖。顶盖可以为换热器以及顶盖和与其连接的管道之间的连接提供更高等级的强度。顶盖可以具有构造为减小管道至顶盖接头处的机械应力的凸形,以减小压应力。
在一些实施例中,收集罐的顶盖由塑料制成,并且围绕所述收集罐的纵向轴线弯曲,从而朝向与其连接的管道大体上呈凸形,并且朝向收集罐内部大体上呈凹形。管道可以具有理想的横截面形状。然而,通过使用连接到顶盖的管道(即,具有通过两个相对的窄侧连接起来的相对的大体上平坦的宽侧的管道)可以获得独特的优势。
利用上述的弯曲的顶盖,塑料的顶盖可以耐受在其它情况下将产生显著顶盖变形的收集罐的内部压力。在上述的弯曲的塑料顶盖的压力载荷下,显著减小了顶盖的变形。在一些实施例中,这样的变形甚至可以消除。由此,顶盖和固定到其上的管道之间的连接所经受的机械载荷被显著减小。
此外,利用上述的弯曲的顶盖,在一些实施例中可以获得顶盖以及顶盖和管道之间的连接的增大的强度。由于顶盖以及管道至顶盖连接的强度通常从顶盖的外围朝向顶盖的中心降低,上述的顶盖中心区域中的顶盖弯曲显著增大顶盖中心区域的强度。由于增大的强度,可以通过减小构成顶盖与/或管道的材料的厚度来实现重量和成本的降低。增大的机械强度还增大了收集罐和具有这样的收集罐的换热器的使用寿命。这样的优势不一定需要对于顶盖和收集罐材料、顶盖和收集罐的构件数量和顶盖和收集罐的独立的生产步骤的任何附加的花费。并且,利用上述的弯曲的顶盖和相对低的产生公差可以实现顶盖和单独的管道之间的可再生产并永久密封的连接。
本发明的其它方面涉及以下方式:在将垫片或其它的密封保持在相对于这些部分的位置的同时,顶盖可以连接到其余的收集罐;在换热器的顶盖和管道之间的交界处提供密封;以及收集罐以及收集罐和顶盖交界部分可以被加强,以增加收集罐的压力能力并/或可以使用更薄或不同的收集罐材料。
在一些实施例中,换热器包括:多个管道,每个具有通过两个相对的窄侧连接起来的相对的大体上平坦的宽侧;顶盖,具有多个开口,每个开口的尺寸为接收所述多个管道中的相应的管道;收集罐,连接到所述顶盖,并且具有与所述多个管道流体相通的内腔;垫片,位于所述收集罐和所述顶盖之间;以及至少一个加强部,延伸通过所述内腔。
本发明的一些实施例提供了一种换热器,包括:多个管道,每个具有通过两个相对的窄侧连接起来的相对的大体上平坦的宽侧;塑料的收集罐,具有与所述多个管道流体相通的内腔;金属的顶盖,连接到所述塑料的收集罐,并且具有多个开口,每个开口的尺寸为接收所述多个管道中的相应的管道,所述金属的顶盖沿纵向伸长并且围绕所述金属的顶盖的纵向轴线弯曲,以对所述内腔呈凹形且离开所述内腔呈凸形;垫片,至少部分地将所述金属的顶盖与所述塑料的收集罐分离,并且密封所述金属的顶盖和所述塑料的收集罐之间的间隙;以及加强部,延伸通过所述内腔,并且至少部分地将所述垫片保持在所述金属的顶盖与所述塑料的收集罐之间的位置。
在一些实施例中,换热器包括:多个管道,每个具有通过两个相对的窄侧连接起来的相对的大体上平坦的宽侧;收集罐,具有与所述多个管道流体相通的内腔;顶盖,连接到所收集罐,并且具有多个开口,每个开口的尺寸为接收所述多个管道中的相应的管道,所述顶盖沿纵向伸长并且围绕所述顶盖的纵向轴线弯曲,以对所述内腔呈凹形且离开所述内腔呈凸形;以及垫片,在所述多个管道中的一个管道上并且围绕所述顶盖的纵向轴线弯曲。
将具体说明和对应的附图考虑在内,本发明的其他方面将变得明显。
附图说明
图1是具有根据本发明的实施例的加强件的收集罐的立体图。
图2是图1所示的收集罐的分解图。
图3是图1和图2所示的加强件的细节视图。
图4是图2和图3所示的垫片的细节视图。
图5A是沿图1中的线5A-5A所取的图1的收集罐的横截面视图。
图5B是图1-3和5A所示的收集罐和罐加强件的立体装配图。
图6A是根据本发明的实施例的收集罐、加强件和顶盖的横截面视图。
图6B是根据本发明的实施例的收集罐组件的立体图。
图6C是图6B所示的收集罐组件的分解图。
图6D是图6B和图6C所示的收集罐组件的细节视图。
图6E是图6B-6D所示的收集罐组件的一部分的立体图。
图6F是图6B-6E所示的收集罐组件的一部分的横截面视图。
图6G是根据本发明另一实施例的换热器的一部分的横截面立体图。
图6H是根据本发明另一实施例的换热器的一部分的横截面立体图。
图6I是根据本发明另一实施例的换热器的一部分的横截面立体图。
图7是根据本发明的实施例的顶盖的俯视立体图。
图8是图7所示的顶盖的仰视立体图。
图9是根据本发明另一实施例的换热器的一部分的立体图。
图10是沿图9中的线10-10所取的图9中的换热器的横截面立体图。
图11是根据本发明另一实施例的换热器的横截面立体图。
图12是图9所示的垫环的立体图。
图13是图11所示的垫环的端部视图。
具体实施方式
在详细描述本发明的任何实施例之前,应理解,本发明的应用不限于以下说明中指出的或以下附图中示出的构件的结构和布置的细节。本发明适于其他实施例,适于用不同的方式来实行或实施。还应该理解,其中使用的措辞和术语目的在于描述,并且不能认为是限定。其中的“包括”、“包含”或“具有”以及其变形旨在包括其后列出、与之相当的项目,还包括附加的项目。除非另有规定或限制,“安装”、“连接”、“支撑”、“耦合”以及其变形被广义地使用,并且包括直接和间接地安装、连接、支撑、耦合。此外,“连接”和“耦合”不限于物理或机械的连接和耦合。
图1-5B示出了适用于换热器124的收集罐的收集罐组件顶板110。换热器124适用于其中与通过收集罐的流体产生换热的应用。这样的应用存在于车辆系统中,例如与内燃机结合使用的车辆系统。例如在一些应用中,换热器124可以用作为冷却器、冷凝器或蒸发器。并且,在一些应用中,换热器124可以连接为在冷却剂回路中交换热量。
图1-5B所示的收集罐组件110包括收集罐100(图1-5B中仅示出部分)、罐加强件104和垫片108。示出的收集罐100由至少部分限定流体所通过的围墙的第一部分100A以及称为顶盖的另一个部分(图1-5B中未示出)构成。顶盖与收集罐100的第一部分100A连接以大体上包围收集罐100的内腔。能够与第一收集罐部分100A结合使用的顶盖204在图7和图8中示出,并且以下将详细描述。
在一些实施例中,收集罐100的第一部分100A由铝、钢、铁或其它材料制成,而顶盖(例如,顶盖104)由塑料制成。尽管这种材料组合提供了独特的性能结果(包括壁后虽薄但却强固的第一部分100A,可以在允许使用低成本且易于制造的塑料顶盖的同时耐受显著的压力),但是其它材料和材料的结合也是可以的。例如,在其它的实施例中,第一部分100A和顶盖都由塑料制成。作为另一个示例,在其它实施例中,第一部分100A和顶盖都由金属制成。或者,在其它的实施例中,第一部分100A由塑料制成而顶盖由金属制成。
收集罐100的第一部分100A可以通过许多不同的方式固定到顶盖(例如图7和图8所示的顶盖204),其中一些提供了在收集罐的内压力下对液体泄漏的一定程度的抵抗。鉴于此,第一部分100A的外边缘可以抵靠顶盖的外边缘,如图7和图8所示的顶盖204的平面外边缘。第一部分100A和顶盖可以通过焊接、钎焊、铜焊等在这些位置或其它位置被固定。
为了防止液体泄漏出收集罐100,垫片108位于收集罐100的第一部分100A和顶盖之间。所示的垫片108围绕第一部分100A和顶盖的边缘延伸,可以由橡胶、塑料或形成密封的其它适当的材料制成。
如上所述,图105B中所示的收集罐组件110还包括有助于将垫片108相对于收集罐100的第一部分100A和顶盖保持在的一个位置的罐加强件104,在该位置防止液体在换热器124操作期间流出收集罐100。图7所示的罐加强件104是塑料的,可以通过注入成型加工。或者,加强件可以由其它任何适当的材料制成(包括而不限于铝、钢、铁以及其它金属和合成材料等),并且可以通过其它任何适当的方式制造(包括但不限于铸、冲压、压制、深拉延、挤压、切削等)。
图1-3、5A和5B所示的罐加强件104包括构造为容纳垫片108的闭锁开口112。开口112的尺寸为可以通过干涉配合容纳并保持垫片108的部分。示出的罐加强件104还包括横肋116,提供对罐加强件104的进一步的支撑。横肋116使收集罐组件110能耐受更大的内压力,并且可以使收集罐组件110能耐受压接到收集罐100的顶盖经受的载荷。
所示的垫片108包括构造为对垫片108提供附加的支撑的垫片横肋120。在一些实施例中,横肋120延伸通过收集罐100的内腔。在一些实施例中,垫片108还包括在闭锁开口112内引导垫片108的布置的定位肩124(例如,通过垫片108的安装以及/或将垫片108的外围部分维持在罐加强件104所限定的座111内适当的位置,确保横肋120适当地位于收集罐100内)。
在操作中,罐加强件104可以紧接着收集罐100被模制后被放入收集罐100中。或者,罐加强件104可以在使用之前的任意时间被放入收集罐100中。收集罐100被确定形状和尺寸以通过间隙配合、弹压配合、压力配合或任意其它方式容纳罐加强件104。例如,图1-3、5A和5B所示的罐加强件104通过多个突出和孔径定位与收集罐100配合。该配合关系可以使突出和孔径相对于彼此滑动,直到到达移动的极限(例如,每个孔径的底部),从而限定用于使罐加强件104相对于收集罐100准确布置的限位挡块。罐加强件104的准确布置可以允许适当的垫片布置和压缩,而不与换热器顶盖接触或干涉。闭锁特征或热量标定操作可以用于提供进一步的支撑并将罐加强件104保持在收集罐100内。
利用本发明的一些实施例的垫片108和罐加强件104之间的上述关系,垫片108可以安装在罐加强件104上(例如通过将横肋116或垫片108的其它部分按压到罐加强件104中的孔径112中),并且罐加强件104和垫片108可以被用户或设备移动或操作,从而安装在收集罐100中。在垫片108与罐加强件104干涉配合(例如,在上述的孔径112内)的实施例中,该移动或操作甚至可以将罐加强件和垫片组件置于倒转的位置。
鉴于上述的垫片108和罐加强件104之间的关系,形成的换热器的组件可以被简化并改善。并且,垫片108可以在换热器的寿命内相对于收集罐100和顶盖被保持在适当的位置。
尽管在许多应用中需要上述的分离的罐加强件104,然而应注意基它实施例中罐加强件104和上述任意其它的垫片保持特征还可以与收集罐100是一体的(例如,模铸为收集罐100的一部分)。
图6A-6I示出了具有根据本发明的另外的实施例的罐加强件203的收集罐组件210。如以上图1-5B所示的实施例,图6A-6I每个所示的收集罐组件210具有包括第一部分200A和顶盖204的收集罐200、罐加强件203和垫片208。所示的收集罐组件210例如适用于采用的钎焊或垫环的管道至顶盖接头的散热器和空气冷却器的应用。同样如图1-5B(但是其中未示出),顶盖204可以连接到容纳在顶盖204中的槽形开口216中的扁平管道。管道可以以压力密封的形式通过焊接、钎焊、粘着、内聚粘接材料或其它任意适当的形式紧固到并位于顶盖204中。
参照图6A-6F和6H-6I的实施例,其中示出的顶盖204具有大体上弯曲的中心部分220和侧向延伸出的外肩222。弯曲的中心部分220对管道呈凸形,对收集罐200的内部呈凹形。通过强化管道至顶盖接头附近的顶盖204,所示的顶盖204的设计增大了顶盖204的强度并提高了顶盖204和管道(未示出)之间的连接的强度。并且,弯曲的中心部分220减小了顶盖垫片井221(即,其中保持垫片208的位置)和管嘴两者中的压应力。因此,可以减小收集罐组件210的独立构件的横截面厚度,以实现重量和成本的降低。由于顶盖204(更具体地,收集罐组件210)的机械强度的增大,收集罐组件210和相应构成的换热器的使用寿命增加,而没有增加的材料消耗、换热器构件或单独的生产步骤。
同样利用以上描述并在图6A-6F和6H-8中示出的中心部分220的弯曲的形状,预见到顶盖204的变形。应理解在适中的收集罐的压力下,不具有弯曲的顶盖204可能变形。然而,由于顶盖204的弯曲的中心部分220,当顶盖204的弯曲的中心部分220受到压力载荷时,顶盖204承受极大减小的变形。由此,插入的管道和顶盖之间的连接上的机械载荷减小,并且顶盖204的弯曲应力(例如,由于收集罐200的内部压力)转换为拉应力,从而增大了顶盖204和顶盖至管道连接处的强度。由于许多实施例中顶盖204和/或顶盖至管道连接处的强度可以朝向顶盖204的中心增大,顶盖204的中心部分220的弯曲增大了顶盖204的中心的强度。
继续参照图6A-6F和6H-8所示的顶盖实施例,顶盖204还具有大体上平坦的外肩222,其在弯曲的中心部分220的整个外围延伸。该外肩222可以至少部分地限定垫片井221(上面提到的),其中顶盖204和第一部分200A之间的垫片208以上述的任意方式被保持。
在一些实施例中,收集罐200的顶盖204由塑料制成,并且沿收集罐200的纵向轴弯曲,从而朝向与其连接到管道呈大体上的凸形,并朝向收集罐200的内部呈大体上的凹形。在其它实施例中,其它的顶盖材料可以按照需要来使用。并且,参照图1-5B的实施例描述的上述的任意的材料组合适用于参照图6A-6I所描述的。
图6A-6I中所示的连接到顶盖204的管道可以具有任何理想的横截面形状。然而,通过使用连接到顶盖204的扁平管道(例如,具有由相对的窄侧连接的相对的大体上的宽平侧的管道)可以达到独特的优势。
图6A-6F和6H-8每个中所示的收集罐组件210具有罐加强件203。罐加强件203如图6A-6F和6H-8所示可以是大体上平坦的,并且可以具有任意数目的加强肋112,加强肋闭锁开口112沿纵向或侧向延伸通过收集罐200的内部(从而增大收集罐200的强度)而不阻挡或显著阻挡流过收集罐200或来自连接到收集罐200的管道的流动。罐加强件203可以以上述任意的方式连接到收集罐200。例如,在一些实施例中,当收集罐200安装在换热器的中心时,罐加强件203中的开口通过弹压配合、压力配合或其它配合容纳收集罐的特征。如图6A-6F和6H-6I所示,一些实施例中的罐加强件203容纳在顶盖204中并/或位于其上。在一些实施例中,罐加强件203位于顶盖204的肩222中或位于其上,并且可以在垫片208以下、下方或旁边延伸。例如在垫片208附近的收集罐200的区域中,罐加强件203可以增大收集罐组件210的材料厚度(例如使垫片井区域221的厚度加倍)。并且,罐加强件203可以以不同的方式加强收集罐200,例如通过在高压应用中扩延罐至顶盖的压紧接头的能力。
在一些实施例中,罐加强件203可以在中心装配之前或在其间装配顶盖204。罐加强件203例如可以以任意理想的方式连接到顶盖204,包括但不限于通过(Tox Pressotechnik GmbH&VO.KG)铜焊或焊接,或以其它理想的方式。例如,顶盖204和罐加强件203之间的完成的焊接接头可以用于罐加强件203至少部分限定垫片208的密封表面的实施例。
本发明的一些实施例单独使用附加的收集罐或与上述的那些(例如,罐加强件104、203)一同使用。图6A和6G-6I提供了这样的加强元件的示例。首先参照图6A,收集罐200可以具有一个或多个加强250,其从收集罐200的一个或多个壁延伸到与罐加强件203配合的位置,如图6A中示意性所示。这些加强250可以具有任意理想的形状,如图6A、6H和6I所示的矩形指状、图6G示意示出的宽片(这种情况在一些实施例中加强250可以对收集罐200的内部间隔)等。并且,这些加强250可以与收集罐200一体或可以是永久分开的元件或以任意方式与其可拆地连接。加强250可以定位并定向为与罐加强件203配合,从而限制收集罐200的弯曲或其它运动。加强250还可以相对于罐加强件203移动(例如,通过滑动配合、一个或多个失去运动的连接等),从而使力沿一个方向传递通过加强250,而不限制力沿相反的方向或其它方向传递。例如,希望加强250防止收集罐壁向外突出或弯曲,同时仍允许该壁向内的运动,或允许收集罐200(例如,顶盖弯曲)的一个或多个部分响应于换热器操作期间不同的换热器管道膨胀和收缩的移动。尽管仅两个收集罐加强250在图6A和6G的具体位置示出,并且一定数目的该加强在图6H和6I中可见,但应理解,在不干扰收集罐200内的流动的许多情况下,可以使用延伸通过收集罐200内部的任意数目的该加强250。
图9-13示出了采用本发明的一些实施例的不同特征的换热器。参照图9、10、12和13,对于上述任意的弯曲顶盖换热器的观点是使用弯曲的垫环228。该垫环228可以由橡胶、EPDM或提供液体密封的任意其它适当的材料制成,并且可以安装在顶盖204的管道孔径内或插入顶盖204的管道孔径内的管道的末端。具体参照图12和13,所示的垫环228具有与顶盖204中的开口216类似的开口232,并且同样构造为容纳扁平管道224。所示的实施例中的垫环228形为与扁平管道的外部提供干涉配合,用于防止通过顶盖至管道接头泄漏,同时仍允许管道经受热膨胀和收缩,以按照需要移动。无论管道移动的原因是什么,该垫环228可以使管道彼此独立并独立于顶盖204(在一些情况中通过在垫环228内滑动)移动。垫环设计可以用于塑料罐散热器、空气冷却器、所有的铝罐以及顶盖设计,以及一些其它的换执器应用。
以上所描述的和附图所示出的实施例只是以示例的方式提出,并不旨于对本发明的构思和原理进行限制。因此,本领域的技术人员应理解,只要不背离本发明的精神和范围,可以对单元及其结构和布置的进行各种改变。
Claims (10)
1.一种换热器,包括:
多个管道(224),每个具有通过两个相对的窄侧连接起来的相对的大体上平坦的宽侧;
顶盖(204),具有大体上弯曲的中心部分(220),从所述中心部分(220)侧向延伸出的大体上平坦的外肩(222)以及多个开口(216),每个开口的尺寸被确定以接收所述多个管道(224)中的相应的管道(224),其中,所述外肩(222)在所述中心部分的整个外围延伸;
收集罐(200),连接到所述顶盖(204),并且具有与所述多个管道(224)流体相通的内腔;
垫片(208),位于垫片井区域(221)内,从而所述垫片(208)处于所述收集罐(200)和所述顶盖(204)的所述外肩(222)之间;以及
至少一个加强部(203),延伸通过所述内腔并围绕所述收集罐(200),由此加强部(203)与所述外肩(222)形成双壁,使得所述双臂围绕与所述垫片井区域(221)相邻的所述收集罐(200),以抵抗内压使所述收集罐(200)稳定,
其中,所述顶盖沿收集罐的纵向轴线伸长并围绕该纵向轴线弯曲,以对收集罐的内部呈凹形,从而朝向与顶盖连接的管道方向呈凸形。
2.根据权利要求1所述的换热器,其中
所述至少一个加强部(203)从所述内腔的一侧通过所述内腔延伸到所述内腔的相对侧。
3.根据权利要求1所述的换热器,其中
所述至少一个加强部(203)连接到所述垫片(208),并将所述垫片(208)保持在所述收集罐(200)和所述顶盖(204)之间的位置。
4.根据权利要求1所述的换热器,其中
所述顶盖(204)包括金属和塑料中的一种,并且所述收集罐(200)相应地包括塑料和金属中的一种。
5.根据权利要求4所述的换热器,其中
所述顶盖(204)的材料通过所述垫片(208)分离于所述收集罐(200)的材料。
6.根据权利要求1所述的换热器,其中
所述垫片(208)被保持在所述收集罐(200)的大体上平坦的肩部与所述顶盖(204)及所述至少一个加强部(203)中的至少一者之间。
7.根据权利要求1所述的换热器,其中
所述垫片(208)的至少一部分(212)延伸通过所述内腔。
8.根据权利要求1所述的换热器,其中
所述加强部(203)的一部分包括多个开口,每个所述开口的尺寸被确定以容纳从其中延伸通过的所述垫片(208)的相应的部分。
9.根据权利要求1所述的换热器,
其中,所述收集罐(200)为塑料收集罐;
其中,所述顶盖(204)为连接到所述塑料收集罐的金属顶盖;
其中,所述垫片(208)至少部分地将所述金属顶盖从所述塑料收集罐分离,并且密封所述金属顶盖与所述塑料收集罐之间的垫片井区域(221);并且
其中,所述加强部(203)至少部分地将所述垫片(208)保持在所述金属顶盖与所述塑料收集罐之间的位置。
10.根据权利要求9所述的换热器,其中
所述垫片(208)容纳在所述加强部(203)的座(111)内。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131218 |
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |