CN103502761A - 热交换器的制造方法和热交换器 - Google Patents

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Abstract

包括多个铝制薄板(8)的热交换器的制造方法是，通过在端部将至少部分边缘(16)处理成允许对所述板(8)的边缘(16)进行连接的厚度，以在每对所述板之间提供通道，然后通过焊接将用于在通道中往复传输流体的歧管固定至边缘(16)的已处理部分。因此，得到比先前已知的热交换器在制造方面更加灵活且更便宜的热交换器。

Description

热交换器的制造方法和热交换器
技术领域
本发明涉及一种诸如板翅式热交换器(在其中一种流体被另一种流体冷却)的热交换器的制造方法。例如用于内燃机的散热器，其中通过散热器的周围空气冷却冷却剂(例如水和乙二醇的混合物)。
背景技术
一种已知热交换器是汽车中的散热器，其中，热源(即诸如水的热发动机冷却液)将热量传递至流经散热器的空气。金属热交换器具有良好的传热效率、大的传热面积，并且能够承受高压。
一种专用热交换器是板翅式热交换器，其特别适合于低温运行的系统。如今，板翅式热交换器可优选地用于冷却发动机。然而，当板翅式热交换器的路径十分狭窄并因此难以保持热交换流体的通路畅通时，板翅式热交换器存在压力损失和/或阻塞的问题。
如图1所示的已知的板翅式热交换器，包括至少一个热交换器芯部3，至少一个具有至少一个进口4的进口歧管1和至少一个具有至少一个出口5的出口歧管2。热交换器芯部包括一排例如通过钎焊或者锡焊而装配并连接在一起的交替地热交换器元件6和空气散热翅片7。每个热交换器元件6是具有至少一个内部通道的元件，所述至少一个内部通道能够将流体从通道的至少一个进口4a传输至通道的至少一个出口5a，其中的流体与围绕热交换器元件的另外的流体以及邻近于热交换器元件的空气散热翅片7交换热量。热交换器元件通常由管或者管板8构成，该管或者管板由管条(tube bar)隔开并且通过例如钎焊或者锡焊的适当的连接技术进行连接。热交换器芯部3和歧管1、2通过例如焊接的适当的连接技术进行连接。进口歧管1被连接至用于将例如防冻的流体供给至热交换器元件6的进口管，且出口歧管2被连接至用于将流体从热交换器元件6传输至例如热发动机的热源并经由进口管返回热交换器的出口管。热交换器和热源之间的流体流通以重复循环的方式进行。两种已知类型的板翅式热交换器是具有管型或“杯”型热交换器元件的“杯”原理热交换器和板条式热交换器。
文献EP0943884描述了一种具有对板(pairs of plates)的热交换器，该对板包括在其两端处的通孔和在通孔之间延伸的通道。为了给对板之间的外散热翅片留有空间，必须在每个对板之间插入头部形成件。首先该头部形成件设有扁平部分，其适于与板的通孔边缘上相应的扁平部分重叠，其次所述头部形成件设有凹部，其适于适配到在通道部分端部处的凸面。进口歧管和出口歧管首先由在热交换器的纵向延伸的头部形成件组成，其次由通孔周围的区域组成。需要四种不同类型的头部形成件；在上端面处或在下端面处具有仅一个凹部的头部形成件位于歧管的两端，并且任何一个头部形成件都可具有套接连通孔(socket communication bore)；沿歧管的头部形成件在上端面处和下端面处均具有凹部，并且任何一个头部形成件都可具有套接连通孔。两个邻近的结合在一起的头部形成件的孔能够将环形管套焊接至该孔。其缺点是必须对不同类型的头部形成件保持堆叠并按照用于特定应用的正确顺序对其进行组装，并且仅有一种头部形成件能够连接至具有特定尺寸的套接管。
从申请号为10/330,467的美国专利申请中可知包括多个成排设置的管型热交换器元件的热交换器，其中多个具有杯状部的元件/管组合成堆叠。杯状部限定被分别连接至进口管和出口管的进口歧管和出口歧管。进口管和出口管的连接通过用具有一体化歧管部分的两个专用管替换两个通用管来实现，所述一体化歧管部分特别地适合在歧管与进口管或者出口管之间提供连接。歧管部分设有胶边部(burr portions)，其用于连接相邻通用管的杯状部。为了避免泄露，胶边部和杯状部必须十分精确地相互匹配并且对其仔细地进行装配。
专利号为4,258,785的美国专利描述了包括设有凸起泡状部的对板的杯型热交换器，这些凸起泡状部组合以形成上水箱部分。为了将用于连接进口管或者出口管的配件插入成排的对板中，通过去掉泡状部来对邻近的板进行改进，并且邻近的板与附加盘型件结合使用。每个配件包括具有限定凸缘的开口的泡状件，该凸缘延伸至邻近的附加盘型件的开口中。由于必须将附加盘型件插入配件和板之间，并且配件的泡状件必须与附加盘型件精确地配合，而且仅一种类型的配件能够连接至特定尺寸的进口管或者出口管，因此该装配特别麻烦。
如上所述，利用“杯”原理的热交换器具有设计限制，且还需要包括具有较低泄露风险的较简单的结构的热交换器。利用“杯”原理的热交换器的另一个缺点是杯件的高度还限定了空气散热翅片的高度。由于用于提供杯件的工具决定杯件的高度，因此在空气散热翅片和结构可能性的选择方面，杯原理是不灵活的。再一个缺点是由杯件的设计造成的在进口歧管和出口歧管内的内部压降。
由于更广泛范围的结构可能性，板条式热交换器提供了更高的灵活度。板条式热交换器由板、条和空气散热翅片组成，并且也被称为“板条”热交换器。当装配板条式热交换器时，仅对热交换器芯部进行装配。装配过程和钎焊过程后，必须将歧管固定在热交换器芯部上。在歧管中，必须将全部进口和出口与排水、用于排气的连接、旁路和各种传感器等整合在一起。尽管歧管可以由例如铸造或者冲压的挤压型材组成，但是因为在钎焊过程后对歧管进行附接，所以允许将设计专注于内部压降并提供广泛范围的结构可能性。通常地，通过焊接将歧管固定至热交换器芯部。为了将两个部件焊接在一起而不焊穿，关于两部件获得具有足够厚度的材料是极为重要的。
由于不需要专用工具，因此板条式热交换器在对空气散热翅片高度和内部管高度的选择方面，提供了更灵活的方案。然而，热交换器芯部的装配需要大量部件，这导致了用于最终热交换器的较高的生产成本。
申请号为2011/0012303的美国专利申请描述了包括一叠薄金属壁型中空薄板的热交换器。薄板的端部是具有120度角的三角形，并且以在外部歧管连接壳体内制成的120度弧状物的形式利用焊珠焊接到狭槽的边缘和端部处。对歧管的连接是相当复杂和费力的。
发明内容
本发明的目的是提供一种比先前已知的热交换器更易于制造的更简单的热交换器。
通过将板的至少部分边缘处理成允许对所述板的边缘进行焊接和连接的厚度以在每对所述板之间提供通道来实现本目的，这之后，通过焊接，将用于在通道间往复传输流体的歧管固定至边缘的已处理部分。因此，能够将仅利用少量部件的由“杯”原理制造的热交换器芯部与由诸如板条式热交换器的热交换器中得知的歧管原理结合。这样，将板条式热交换器中灵活性的益处、单独歧管中较低的压降和“杯”原理中较少的部件所有这些优点加起来成为制造板翅式热交换器的更简单便宜的新方法。
根据本发明的方法的特征还在于金属板由铝构成。
在根据本发明的具体实施例中，对板进行按压以优选地在预定模式中提供预定的流体流，以便为流经通道之间的空间的周围空气提供高效的热传递。
在根据本发明的另一个实施例中，将板的边缘处理成具有厚度，该厚度足以将热交换器元件连接至端板，所述端板具有一排大体上与热交换器元件的进口和出口相同尺寸的孔。
最后根据本发明，还可以将板的边缘处理成具有厚度，该厚度足以将热交换器元件连接至进口歧管和出口歧管，所述进口歧管和出口歧管具有一排与热交换器元件的进口和出口相同尺寸的孔。
附图说明
图1示出了具有进口歧管和出口歧管的已知的板翅式热交换器；
图2示出了已知的板条式热交换器的热交换器芯部；
图3示出了已知的板条式热交换器的热交换器芯部的结构；
图4示出了根据本发明的热交换器芯部的实施例；
图5示出了根据本发明的热交换器的热交换器芯部的结构；
图6示出了用于根据本发明的尚未对边缘进行允许焊接的处理的热交换器元件的管板；
图7示出了用于根据本发明的尚未对边缘进行允许焊接的处理的热交换器元件的管板的侧面；
图8示出了用于根据本发明的已经对边缘在拐角处进行允许在拐角处焊接的处理的热交换器元件的管板；
图9示出了形成根据本发明的热交换器元件的两个管板；
图10示出了管板的可选实施例，其中将板切割成更宽的宽度以沿处理后的整个板获得恒定的宽度；
图11示出了管板的可选实施例，其中在板端部处，对少量材料进行切除以允许从内侧对板进行处理；
图12示出了本发明的可选实施例，其使用固体金属板来代替一排端部挡片以在热交换器元件之间产生间距；以及
图13示出了本发明的可选实施例，其使用歧管代替一排端部挡片以在热交换器元件之间产生间距。
具体实施方式
如图1所示的已知的热交换器是板翅式热交换器，其具有发生传热递的热交换器芯部3、焊接至热交换器芯部3的进口歧管1和出口歧管2。热源通过热交换器从进口接管4流至出口接管5，同时热源将热量传递至流经热交换器的空气17。歧管1、2可以是铸造元件，其包括接管或者具有焊接至歧管的接管的挤压型材。在此示例中，进口接管4设置在进口歧管1的端部处。在许多情况下，仅有一个进口接管4和增设进口用于例如温度传感器或者压力传感器。在此示例中，出口接管5设置在出口歧管2的端部处。
图2中的热交换器芯部3是包括一排热交换器元件6和一排空气散热翅片7的板条式热交换器芯部3的示例。热源通过热交换器元件6中的通道或者腔体，从每个热交换器元件6的进口4a流向该热交换器元件6的出口5a，同时热源将热量传递至空气散热翅片7且空气17流经热交换器芯部3的空气散热翅片7。热交换器芯部的高度EH可以变化。根据对结构的选择，热交换器宽度EB和厚度ET也可以阶梯式地变化。在热交换器芯部的示例中，其尺寸是EH＝2200mm、EB＝500mm和ET＝94mm。根据所使用的热交换器芯部3的应用，空气散热翅片7可以具有多种不同形式(形状和尺寸)。热交换器芯部3沿进口和出口的每一侧都具有边缘18，该边缘18允许将歧管焊接至热交换器芯部。
图3是包括一排热交换器元件6的板条式热交换器芯部的详细示图，每个热交换器元件6是由管板8和管条9组成的。空气散热翅片7和端部挡片11将相邻的热交换器元件分离。导流片10放置在管板8之间以增加热源的紊流和热传递，同时热源通过热交换器元件从进口4a流向出口。根据所使用的热交换器的应用，空气散热翅片7可以具有多种不同形式(形状和尺寸)。一旦歧管例如通过焊接而安装，则为了避免任何泄露，端部挡片11具有与空气散热翅片相同的高度且设有与空气散热翅片有关的适当的间距，并且在热交换器元件之间形成固体表面。每排空气散热翅片之间的距离DEL也可以变化。一个示例是DEL＝15mm。为了在将歧管连接至热交换器芯部时使管条9适于焊接，则管条9应该具有足够的尺寸。在板条式热交换器芯部的每个拐角处设有拐角挡片12，以确保与侧板13的平滑度和加固热交换器芯部。通过例如钎焊、锡焊和粘接等适当的连接技术对热交换器芯部中的部件进行连接。
图4示出了根据本发明的包括一排热交换器元件6和空气散热翅片7的热交换器芯部3的实施例。热源通过热交换器元件6中的通道从每个热交换器元件6中的进口4a流向该热交换器元件6中的出口5a，同时热源将热量传递至空气散热翅片7且空气7流经并通过热交换器芯部3中的空气散热翅片7。根据所设有的热交换器的应用，空气散热翅片7可以不同形式(形状和尺寸)形成。热交换器芯部具有沿进口和出口的每一侧的边缘18，该边缘18允许将歧管焊接至热交换器芯部。
图5示出了根据本发明的热交换器芯部的细节。热交换器芯部包括由侧板13加固的一排热交换器元件6。热源通过热交换器元件6从进口4a流向在热交换器芯部的另一端处的出口。在侧板13和邻近的热交换器元件之间以及在每组邻近的热交换器元件之间设有空气散热翅片7和端部挡片11。一旦歧管例如通过焊接而安装，则为了避免泄露，端部挡片11具有与空气散热翅片7相同的高度且产生与空气散热翅片有关的适当的间距，并且在热交换器元件之间提供固体表面。热交换器元件6包括两个管板8。对每个管板的两端进行处理，以便沿具有厚度的进口和出口的每一侧，使管板连同端部挡片一起形成固体边缘18，从而允许将歧管焊接至热交换器芯部。通过例如钎焊、锡焊和粘接等适当的连接技术对热交换器芯部3中的部件进行连接。
图6示出了用于根据本发明的尚未对边缘15的端部进行允许焊接的处理的热交换器元件的一片管板8。通过从侧面对板的拐角处的边缘15进行处理，能够将该板的边缘处理成足以进行焊接的厚度。管板8的边缘14变形为，使得当将两个管板8互相紧挨着进行堆叠时，该管板形成封闭管，即热交换器元件。管板8设有冲压部10。这些冲压部10具有与边缘14相同的高度并且承担对热交换器元件的内部加固，同时通过迫使内部流体以预定的模式流动来提高热传递效率。
图7是用于根据本发明的尚未对边缘15的端部进行允许焊接的处理的热交换器元件的管板8的侧面剖视图。管板8设有冲压部10。这些冲压部10具有与边缘14相同的高度并且承担对热交换器元件的内部加固，同时通过迫使流体以预定的模式流动来提高热传递效率。
图8示出了用于根据本发明的已经对边缘16的拐角进行允许焊接的处理的热交换器元件的管板8。当将两个管板8相互紧挨着进行堆叠时，该管板8形成热交换器元件。当堆叠后，沿边缘及在边缘16端部处的每个冲压部10上设有接触表面。该相互锡焊的接触表面提供牢固并且无泄漏的热交换器元件。沿具有允许将歧管焊接至热交换器芯部的厚度的热交换器芯部进口和出口每一侧，边缘的拐角连同端部挡片形成固体边缘18。
图9示出了形成根据本发明的热交换器元件的两个管板8。管板8例如可以由铝构成。示出了对边缘的拐角16进行允许焊接的处理后的板。其余的边缘将被锡焊在一起。通过对两个管板8进行相互紧挨的堆叠，形成热交换器元件。当堆叠后，在沿边缘及边缘16的端部处的每个冲压部10上设有接触表面。与连接处理有关的接触表面提供牢固且无泄漏的热交换器元件。沿具有允许将歧管焊接至热交换器芯部的厚度的热交换器芯部进口和出口每一侧，边缘的拐角连同端部挡片形成固体边缘18。
图10示出了用于根据本发明的热交换器元件的管板8的可选实施例，其中将每个热交换器元件的板切割成拐角22处具有更宽的宽度，以使得从侧面对拐角22进行允许焊接的处理后，板具有恒定的宽度。管板8的边缘14变形为，使得当对两个管板8进行互相紧挨的堆叠时，该管板形成封闭管，即热交换器元件。管板8中设有冲压部10。这些冲压部10具有与边缘14相同的高度并且承担对热交换器元件的内部加固，同时通过迫使流体以预定的模式流动来提高热传递效率。
图11示出了用于根据本发明的热交换器元件的管板8的可选实施例，其中已将板端部的少量材料去除以使得能够从内到外地对板的拐角21进行处理。管板8的边缘14变形为，使得当对两个管板8进行互相紧挨的堆叠时，该管板形成封闭管，即热交换器元件。管板8中设有冲压部10。这些冲压部10具有与边缘14相同的高度并且承担对热交换器元件的内部加固，同时通过迫使流体以预定的模式流动来提高热传递效率。
图12示出了根据本发明的热交换器的可选实施例。热交换器包括具有一排由侧板13加固的热交换器元件6的热交换器芯部。在每个侧板13和邻近的热交换器元件之间以及在每组邻近的热交换器元件6之间，设有空气散热翅片7，而不设端部挡片。将具有与热交换器的进口和出口相同尺寸的成排孔的固体金属板19放置在进口端处的热交换器元件的进口上方并且将类似板放置在出口端处的热交换器元件的出口上方以代替多个端部挡片。图中的所示的板19具有胶边。然而，也可以使用不具有胶边的板。在固体板上的成排的孔设有与空气散热翅片7的高度相同的间距并且提供与空气散热翅片有关的适当的间距。热交换器元件6由两个管板8组成。将每个管板的两端处理为，使得管板连同每端的固体金属板19一起在连接处理后提供水密连接。沿每侧的胶边或者固体边缘18允许将歧管焊接至热交换器芯部。通过例如钎焊、锡焊和粘接等适当的连接技术，对包括固体端板19的热交换器芯部3中的部件进行连接。
图13示出了根据本发明的热交换器的另一可选实施例。热交换器包括具有一排由侧板13加固的热交换器元件6的热交换器芯部。在每个侧板13和邻近的热交换器元件之间以及在每组邻近的热交换器元件6之间，设有空气散热翅片7，而不设端部挡片。将具有与热交换器元件的进口和出口相同尺寸的成排孔的歧管20放置在进口端处的热交换器元件的进口上方并且将具有类似孔的歧管放置在出口端处的热交换器元件的出口上方以代替多个端部挡片。在歧管上的成排的孔设有与空气散热翅片7的高度相同的间距并且提供与空气散热翅片有关的适当的间距。每个热交换器元件6由两个管板8组成。对于每个管板的两端进行处理，以使得管板连同每端的歧管20在连接处理后提供水密连接。通过例如钎焊、锡焊和粘接等适当的连接技术，对包括歧管的热交换器芯部3中的部件进行连接。
本发明的范围不限于所明确公开的形式，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的范围情况下可以做出变型和修改。
热交换器元件中的管板的边缘例如可以利用诸如旋转、折叠和穿孔等不同的技术进行处理，并且可以沿整个边缘而不仅在拐角处对边缘进行处理，在端部处或者从内侧而不是侧面对边缘进行处理等。
热交换器可用于冷却内燃机。可选地，热交换器可用于与用于冷却机械和/或电气部件的风力涡轮发电机连接。

Claims (6)

1.一种包括多个薄金属板的热交换器的制造方法，通过在端部将所述板的至少部分边缘进行处理而折叠成允许对焊接的所述板的边缘进行焊接和连接的厚度，以在每对所述板之间提供通道，然后通过焊接将用于在所述通道中往复传输流体的歧管固定至所述板的边缘的已处理部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属板是由铝构成的。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其特征在于，通过将所述板辗滚成允许焊接的厚度来执行所述处理。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，对所述板进行按压以优选地在预定的模式中提供预定的流体流，以便为流经所述通道之间的空间的周围空气提供高效的热传递。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述板的边缘处理成具有厚度，该厚度足以将所述热交换器元件连接至端板，所述端板具有一排大体上与所述热交换器元件的进口和出口相同尺寸的孔。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，将所述板的边缘处理成具有厚度，该厚度足以将所述热交换器元件连接至进口歧管和出口歧管，所述进口歧管和出口歧管具有一排与所述热交换器元件的进口和出口相同尺寸的孔。
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