CN109477700A - 热交换器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械热交换器(1)及其制造方法。所述热交换器(1)包括：彼此平行并且能够承载第一传热流体的管(3)，以及包括管(3)穿过的开口的至少一堆散热片(4)，其特征在于，当在垂直于管(3)的方向上观察交换器时，散热片(4)在开口部位处与一个管(3)形成不同于90°的角度。本发明还涉及一种制造这种热交换器的方法。

Description

热交换器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种热交换器及其制造方法。更具体地，本发明涉及应用于机动车辆领域的机械热交换器领域。

背景技术

如图1所示的机械热交换器1包括：

·管3，它们彼此平行且布置成至少一排并且第一传热流体能够在其中循环；和

·散热片4，它们彼此平行地延伸并且第二传热流体100能够循环通过它们，散热片4垂直于一排或多排管3的平面设置并且它们包括孔40，管3插入并固定在其中。

管3与散热片4的紧固被称为机械的，例如通过加宽所述管3。为此，将比管3更大的模具插入管3中以使所述管3膨胀，然后撤回。然后将管3加宽并紧固到散热片4上。

然而，这种类型的机械热交换器1，特别是管3和散热片4之间的连接，具有高的热阻，这对第一和第二传热流体之间的热交换是有害的。实际上，在孔40附近，没有连续接触，特别是当散热片4是热的且膨胀时。实际上，当散热片4膨胀时，孔40的尺寸增加，这减小了管3和散热片4之间的接触区域。

因此，本发明的目的之一是至少部分地克服现有技术的缺点并提出一种改进的机械热交换器及其制造方法。

发明内容

因此，本发明涉及一种机械热交换器，包括：

-管，其彼此平行并且第一传热流体能够在其中循环；和

-包括孔的散热片的至少一个叠加，管穿过所述孔，

所述散热片相对于与管的轴线垂直的轴线形成不同于0°的角度。

根据本发明的一方面，散热片相对于与管的轴线垂直的轴线形成的角度引起管和散热片之间的剪切应力。

根据本发明的一方面，热交换器包括：

-彼此平行并设置成至少一排且散热片延伸而不交叉的所述管；

-包括孔的所述散热片，管穿过所述孔以形成通过散热片的叠加而连接在一起的至少一组管。

根据本发明的一方面，同一组管的散热片在两个相邻管之间具有不变的轮廓。

根据本发明的一方面，同一组管的至少20％的管具有与两个相邻管之间的中间的散热片的表面的切线，其相对于与管的轴线垂直的轴线形成大于或等于0.5°并且小于或等于10°的角度。

两个相邻管之间的中间的散热片表面的切线和与管的轴线垂直的轴线之间的角度允许孔附近的热阻减小，特别是当散热片膨胀时。

根据本发明的一方面，该角度大于或等于0.5°并且小于或等于5°。

根据本发明的另一方面，散热片是平的。

根据本发明的另一方面，散热片是弯曲的。

根据本发明的另一方面，散热片具有正弦曲线轮廓，孔和管放置在所述散热片的峰和谷附近。

根据本发明的另一方面，热交换器包括设置在管的每个端部处的水箱，并且其包括盖，所述盖覆盖在同一组管的端部的散热片和所述水箱之间未被散热片占据的空间。

根据本发明的另一方面，热交换器包括单组管或至少两组不同的管。

本发明还涉及一种用于制造机械热交换器的方法，所述热交换器包括：

o管，其彼此平行并且第一传热流体能够在其中循环；和

o包括孔的散热片的至少一个叠加，管穿过所述孔，

所述方法包括以下步骤：

·将管安装在至少一组管中，同一组管的所述管彼此平行设置，具有纵向位置偏移，管的端部通过相对于与管的轴线垂直的轴线形成不同于0°的角度的线连接；

·将管紧固到散热片上；

·使管的端部在应力下对齐，使得所述管的端部相对于与管的轴线垂直的轴线对齐。

根据本发明方法的一方面，在安装管的步骤中，连接在同一组管内的同一排管的端部的线相对于与管的轴线垂直的轴线具有的角度为大于或等于0.5°并且小于或等于10°。

根据本发明方法的一方面，在安装管的步骤中，连接在同一组管内的同一排管的端部的线相对于与管的轴线垂直的轴线具有的角度为大于或等于0.5°并且小于或等于5°。

根据本发明方法的一方面，在安装管的步骤中，连接同一组管的管的端部的线是直线。

根据本发明方法的另一方面，在安装管的步骤中，连接同一组管的管的端部的线是曲线。

根据本发明方法的一方面，在安装管的步骤中，连接同一组管的管的端部的线是正弦曲线。

根据本发明方法的一方面，在应力下对齐的步骤之后，所述制造方法包括以下步骤：将水箱安装在管的端部上以及安装盖，所述盖覆盖在同一组管的端部的散热片和所述水箱之间未被散热片占据的空间。

本发明还涉及一种用于实施如上所述的制造方法的制造装置，所述装置包括用于抵靠管的端部的校准鞋，使得所述管的端部从偏移的纵向位置过渡到对齐位置，其中所述管的端部相对于与管的轴线垂直的轴线对齐。

附图说明

阅读以下通过非限制性示例提供的描述并参考附图，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚，其中：

-图1示出了根据现有技术的机械热交换器的透视示意图；

-图2示出了根据本发明的机械热交换器的示意图；

-图3至图6示出了根据各种实施例的根据本发明的机械热交换器的示意图；

-图7示出了散热片和管之间连接的示意图；

-图8示出了作为散热片和管之间的角度的函数的电阻的演变图；

-图9示出了用于制造机械热交换器的方法的各个步骤的流程图；

-图10a至10c示出了机械热交换器在其制造方法的各个步骤的示意图；

-图11和12示出了根据各个实施例的机械热交换器在其制造方法的各个步骤的示意图。

各个图中的相同元件使用相同的附图标记。

具体实施方式

以下实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个参考涉及相同的实施例或者特征仅适用于单个实施例。各个实施例的简单特征也可以组合或互换，以提供其他实施例。

在整个本说明书中，某些元件或参数可被索引，例如第一元件或第二元件，以及第一参数和第二参数或甚至第一标准和第二标准等。在这种情况下，涉及简单的索引，用于区分和表示接近但不相同的元件或参数或标准。该索引并不意味着元件、参数或标准优先于另一个，并且在不脱离本说明书的范围的情况下，这样的指定可以容易地互换。该索引也不意味着时间顺序，例如用于评估任何标准。

在各个附图中，将使用XYZ三面体以显示每个所述附图相对于彼此的视角。该三面体的轴线也可以对应于机动车辆的各种取向。因此，X轴可以对应于车辆的长度轴，Y轴可以对应于其宽度轴，Z轴可以对应于其高度轴。

如图1所示，其对应于现有技术，机械热交换器1包括管3，它们彼此平行并设置成至少一排中并且第一传热流体能够在其中循环。例如，冷却流体可以源自热管理装置，比如机动车辆的热机的空调或冷却回路。这些管3特别地在由Y轴和Z轴限定的平面中延伸。

热交换器1还包括散热片4的至少一个叠加，散热片4彼此平行地延伸，特别是平行于由Y和Z轴限定的平面。因此，散热片4垂直于一排或多排管3的平面设置。第二传热流体100(例如空气)能够在散热片4之间循环。散热片4包括孔40，管3穿过孔40，以形成通过散热片4的叠加连接在一起的至少一组管3。

如图2至6所示，热交换器1包括：

-管3，它们彼此平行并且第一传热流体能够在其中循环；和

-包括孔40的散热片4的至少一个叠加，管3穿过孔40。

散热片4相对于与管3的轴线垂直的轴线即相对于平行于XYZ三面体的Y轴的轴线形成不同于0°的角度。

管3彼此平行并布置成至少一排并且散热片4延伸而不交叉。所述散热片4包括孔40，管3穿过孔40，以便形成通过散热片4的叠加连接在一起的至少一组管3。

如图所示，图2至6示出了热交换器1且图7更详细地示出了散热片4和两个管3之间的连接，同一组管3的散热片4在两个相邻管3之间具有不变的轮廓。此外，同一组管3中的至少20％的管3具有与两个相邻管3之间的中间的散热片4的表面的切线，其相对于与管3的轴线垂直的轴线形成大于或等于0.5°且小于或等于10°的角度α，优选小于或等于5°。在两个相邻管3之间的中间的散热片4的表面的切线和与管3的轴线垂直的轴线之间的该角度α在图7中特别示出。

热交换器1还可以包括设置在管3的每个端部处的水箱5。这些水箱5允许收集和/或分配第一传热流体，使得它可以穿过管3。

在图2所示的第一实施例中，散热片4是平的，并且热交换器1包括固定所述热交换器1的所有管3的单组管3。在该第一实施例中，所有管3具有与两个相邻管3之间的中间的散热片4的表面的切线，其相对于与管3的轴线垂直的轴线形成大于或等于0.5°且小于或等于10°的角度α。

图3示出了第二实施例，其中散热片4是弯曲的。在该第二实施例中，热交换器1还包括固定所述热交换器的所有管3的单组管3。在该第二实施例中，由于散热片4的弯曲轮廓，所有管3不具有与两个相邻管3之间的中间的散热片4的表面的切线，其相对于与管3的轴线垂直的轴线形成大于或等于0.5°且小于或等于10°的角度α。同一组管3的仅至少20％的管3具有与两个相邻管3之间的中间的散热片4的表面的切线，其相对于与管3的轴线垂直的轴线形成大于或等于0.5°且小于或等于10°的角度α。

图4示出了根据第三实施例的热交换器1，其中散热片4具有正弦曲线轮廓。在这种情况下，散热片4的孔40和管3放置在散热片4的峰和谷附近。在该第三实施例中，热交换器1还包括固定所述热交换器1的所有管3的单组管3。与第一实施例类似，在该第三实施例中，所有管3具有与两个相邻管3之间的中间的散热片4的表面的切线，其相对于与管3的轴线垂直的轴线形成大于或等于0.5°且小于或等于10°的角度α。

图5a和5b示出了根据第四实施例的热交换器1，其中热交换器1包括至少两组管3。对于图5a和5b中所示的示例，热交换器1包括四组管，每组管3包括两个管3。在每组管3中，管3通过散热片4的叠加连接在一起。在每组管3中，管3具有与两个相邻管3之间的中间的散热片4的表面的切线，其相对于与管3的轴线垂直的轴线形成大于或等于0.5°且小于或等于10°的角度α。在图5a和5b所示的示例中，在每组管3内，散热片4是平的。然而，完全可以设想在每组管3内具有弯曲或甚至正弦曲线轮廓的散热片4。

在图5a的示例中，每组管3的散热片4的叠加具有相同的取向。在图5b的示例中，组管3的散热片4的叠加连续地具有相反的取向，如镜子中的镜像。

还完全可以设想的是，当热交换器1包括至少两组管3时，角度α可以从一组管3到另一组不同，同时保持大于或等于0.5°且小于或等于10°。

如图6所示，热交换器1可以包括盖6，其覆盖在同一组管3的端部散热片4和所述水箱5之间未被散热片4占据的空间。这些盖6用作第二传热流体100的屏障，使得其不能进入该未占据的空间。然后迫使第二传热流体100在散热片4之间循环，这防止热交换恶化。

图8示出了以mΩ为单位的电阻的演变图，其作为在提供管3和散热片4之间的界面的孔40附近的0°和5°范围内的角度α的函数。电阻易于测量并且与热阻成比例。因此，电阻越低，则热阻越低。

图8中的图示出了三条曲线200、201和202，其对应于作为角度α的函数的三个样品管3和散热片4的电阻变化。三条曲线200、201和203表明角度α增加越多，特别是超过0.5°，电阻越低，因此热阻越低。通过外推曲线200、201和203及其平均值，10°的角度α表现为电阻且因此热阻减小的饱和极限。这应理解为意味着，从该值增加角度α将仅对热阻产生轻微影响。如图8所示，包括在0.5°和5°范围内的角度α是最佳角度。

角度α对电阻且因此对热阻的影响与由角度α施加的散热片4和管3之间的剪切应力相关。即使散热片4膨胀，这些剪切应力也允许在管3与孔40附近的散热片4之间保持良好的接触。

本发明还涉及一种用于制造如上所述的热交换器1的方法。图9示出了所述制造方法的各个步骤的流程图。

制造方法包括以下步骤：

·图10a中所示的第一步骤110，其将管3安装在至少一组管3中。

在该第一步骤110期间，同一组管3的管3彼此平行地设置，并且具有纵向位置偏移。连接管3的端部的假想线相对于与管3的轴线垂直的轴线即相对于与XYZ三面体的Y轴平行的轴线形成不同于0°的角度。

特别地，连接同一组管3内的同一排管3的端部的线相对于与管3的轴线垂直的轴线具有的角度α'为大于0.5°且小于或等于10°，优选地小于或等于5°。

在该第一步骤110期间，管3的直径小于散热片4的孔40的直径，使得它们可以插入其中。

·图10b中所示的第二步骤112，其将管3紧固到散热片4上。

该第二步骤112可以通过使管3膨胀即通过增加它们的直径来实现，这包括将它们紧固在孔40中。管3的这种膨胀可以例如通过将模具插入管3中来进行，具有的直径大于管3的直径。

·图10c中所示的第三步骤114，其使管3的端部在应力下对齐，使得所述管3的端部相对于与管3的轴线垂直的轴线即相对于与XYZ三面体的Y轴平行的轴线对齐。

在该第三步骤114期间，由于散热片4和管3被紧固在一起的事实，连接管3的端部的线和与管3的轴线垂直的轴线之间的角度α'被延续到，在两个相邻管3之间的中间的散热片4的表面的切线和与管3的轴线垂直的轴线之间的角度α。然后，管3和散热片4之间的连接将受到剪切应力，从而改善热交换。

例如，由于用于实施制造方法的制造装置包括校准鞋(alignment shoes)的事实，可以执行该第三步骤114。这些校准鞋旨在抵靠管3的端部，使得所述管3的端部从其偏移的纵向位置(如图10b所示)过渡到对齐位置，在该对齐位置，所述管3的端部相对于与管3的轴线垂直的轴线对齐，如图10c所示。

连接在第一步骤110中实施的同一组管3内的同一排管3的端部的线的形状确定了热交换器1的散热片4的轮廓。因此，如果该线是直线，如图10a所示，在制造方法完成时，散热片4将是平的。

如果该线是曲线，如图11所示，则散热片4也将在制造方法完成时弯曲。

如果该线是正弦曲线，如图12所示，则散热片4将在制造方法完成时具有正弦曲线轮廓。

在应力下对齐的第三步骤104之后，制造方法还可以包括第四步骤116，其将水箱5安装在管3的端部上并且安装盖6，其覆盖在同一组管3的端部的散热器4和所述水箱5之间未被散热器4占据的空间。

因此，显然，由于两个相邻管3之间的中间的散热片4的表面的切线和与管3的轴线垂直的轴线之间的角度α以及由该角度α施加在管3和散热片4之间的剪切应力，热交换器1允许在孔40附近减小热阻，特别是当散热片4膨胀时。

Claims (15)

1.一种机械热交换器(1)，包括：

-管(3)，其彼此平行并且第一传热流体能够在其中循环；和

-包括孔(40)的散热片(4)的至少一个叠加，管(3)穿过所述孔(40)，

其特征在于，所述散热片(4)相对于与管(3)的轴线垂直的轴线形成不同于0°的角度。

2.如权利要求1所述的热交换器(1)，包括：

-彼此平行并设置成至少一排且散热片(4)延伸而不交叉的所述管；

-包括孔(40)的所述散热片(4)，管(3)穿过所述孔(40)以形成通过散热片(4)的叠加而连接在一起的至少一组管(3)。

3.如前一权利要求所述的热交换器(1)，其特征在于，同一组管(3)的散热片(4)在两个相邻管(3)之间具有不变的轮廓。

4.如前一权利要求所述的热交换器(1)，其特征在于，同一组管(3)的至少20％的管(3)具有与两个相邻管(3)之间的中间的散热片(4)的表面的切线，其相对于与管(3)的轴线垂直的轴线形成大于或等于0.5°并且小于或等于10°的角度(α)。

5.如前一权利要求所述的热交换器(1)，其特征在于，所述角度(α)大于或等于0.5°并且小于或等于5°。

6.如前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，所述散热片(4)是平的。

7.如前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，所述散热片(4)是弯曲的。

8.如前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其特征在于，其包括设置在管(3)的每个端部处的水箱(5)，并且其包括盖(6)，所述盖(6)覆盖在同一组管(3)的端部的散热片(4)和所述水箱(5)之间未被散热片(4)占据的空间。

9.一种用于制造机械热交换器(1)的方法，所述热交换器(1)包括：

o管(3)，其彼此平行并且第一传热流体能够在其中循环；和

o包括孔(40)的散热片(4)的至少一个叠加，管(3)穿过所述孔(40)，

所述方法包括以下步骤：

·将管(3)安装在至少一组管(3)中，同一组管(3)的所述管(3)以纵向位置偏移彼此平行设置，管的端部通过相对于与管(3)的轴线垂直的轴线形成不同于0°的角度的线连接；

·将管(3)紧固到散热片(4)上；

·使管(3)的端部在应力下对齐，使得所述管(3)的端部相对于与管(3)的轴线垂直的轴线对齐。

10.如前一权利要求所述的制造方法，其特征在于，在安装管(3)的步骤中，连接在同一组管内的同一排管(3)的端部的线相对于与管(3)的轴线垂直的轴线具有的角度(α')为大于或等于0.5°并且小于或等于10°。

11.如权利要求9和10中任一项所述的制造方法，其特征在于，在安装管(3)的步骤期间，连接在同一组管(3)内的同一排管(3)的端部的线相对于与管(3)的轴线垂直的轴线具有的角度(α')为大于0.5°并且小于或等于5°。

12.如权利要求9至11中任一项所述的制造方法，其特征在于，在安装管(3)的步骤中，连接同一组管(3)的管(3)的端部的线是直线。

13.如权利要求9至11中任一项所述的制造方法，其特征在于，在安装管(3)的步骤中，连接同一组管(3)的管(3)的端部的线是曲线。

14.如权利要求9至13中任一项所述的制造方法，其特征在于，在应力下对齐的步骤之后，其包括以下步骤：将水箱(5)安装在管(3)的端部上以及安装盖(6)，所述盖(6)覆盖在同一组管(3)的端部的散热片(4)和所述水箱(5)之间未被散热片(4)占据的空间。

15.一种用于实施如权利要求12至14中任一项所述的制造方法的制造装置，其特征在于，所述制造装置包括用于抵靠管(3)的端部的校准鞋，使得所述管(3)的端部从偏移的纵向位置过渡到对齐位置，其中所述管(3)的端部相对于与管(3)的轴线垂直的轴线对齐。