CN112513555A - 集管箱和相应的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机械组装的热交换器的集管箱(5)，特别地用于机动车辆，所述热交换器(1)包括机械组装的热交换芯束(3)，并且包括具有两个端部管(31)的至少一排管(31)，在所述至少一排的每一端部处有一个端部管(31)，这些管(31)分别包括旨在通向集管箱(5)的内部容积的端部(311)。根据本发明，集管箱(5)包括至少一个端部止动件(55)，该端部止动件(55)被配置为面向相关联的端部管(31)的端部(311)的内表面定位并与所述内表面配合以防止所述管(31)沿着朝向所述集管箱(5)的内部容积的方向移动。

Description

集管箱和相应的热交换器

背景技术

本发明涉及热交换器领域，特别地涉及用于机动车辆的热交换器。本发明尤其涉及用于这种热交换器的集管箱(header tank)。

更具体地，本发明涉及被称为机械热交换器的热交换器，尤其是散热器，尤其是冷却散热器。在此种情况下，热交换器的元件被机械地组装，即在环境温度下，例如使用压接、锻造、扣件固定或其他形式的机械连接，并且不包括钎焊，也就是说没有添加材料。

热交换器通常包括热交换芯束和至少一个(通常两个)集管箱或壳体，用于分配传热流体。

所述热交换芯束包括布置成一排或多排的多个管，例如扁平管，所述传热流体旨在流过所述多个管。每排管包括两个端部管，在所述排的每一个端部有一个端部管。在管之间还可以设置热交换元件，例如翅片(fins)，以改善热交换。翅片通常彼此平行且垂直于管放置。因此，翅片上设有孔，管可以穿过这些孔。热交换芯束通过机械方式固定在一起。为此，将例如锻造工具的工具引入到管中，以使管的壁变形并且将其强制地贴在(forciblyapply them against)翅片上的孔上。

在已知的方式中，每个集管箱都包括容纳管的端部的集管板。集管板上盖有一个盖，以闭合集管箱。

在机械类型的交换器中，将密封垫圈安装在集管板上也是已知的，并且管的端部同样穿过该垫圈。使用称为扩口(flaring)的锻造操作(swaging operation)将管和每个集管板机械地组装，该操作包括对各个端部进行扩口，以压缩密封垫圈。

但是，这种机械热交换器不能表现出机械强度特性，尤其是不能表现出足以承受压力循环的特性。具体地，在传热流体施加的压力的作用下，管膨胀，从而导致翅片变形，尤其是在其端部可能弯曲。随着管的收缩，翅片的变形的端部可能会卡在至少一个端部管上，并导致其移动，尤其是向上移向集管箱的内部容积。因此，端部管的扩口端进一步远离密封垫圈，并且不再确保密封。

因此，为了确保密封，重要的是防止端部管朝向集管箱的内部移动。

为了克服这些缺点，已经设想提供一种端部止动件，该端部止动件配置为在端部管朝向集管箱的内部容积移动的情况下抵靠端部管的边缘面。

然而，扁平管的厚度较小，通常小于一毫米厚，例如具有约0.3毫米至0.2毫米的量级的厚度。特别地，非常薄的扁平管，尤其是具有0.20毫米至0.25毫米的厚度的扁平管，不能承受由这种抵靠施加的力。为了停止端部管的移动，这种端部止动件抵靠在端部管的端面上的小表面区域上，并伸入端部管中导致其变形。因此不再保证密封。

另外，该解决方案需要考虑管的长度上的公差，该公差例如为3毫米的量级，这意味着，端部止动件必须允许至少该量的移动，以使得集管箱能够与热交换芯束组装在一起，而不会损坏更长的管。

发明内容

因此，本发明的目的是通过提出一种能够响应压力限制同时减少泄漏风险的热交换器来至少部分减轻现有技术的这些问题。

为此，本发明的一个主题是一种用于机械组装的热交换器集管箱，特别地用于机动车辆，所述热交换器包括机械组装的热交换芯束，并且包括具有两个端部管的至少一排管，在所述至少一排的每一端部处有一个端部管，这些管分别包括旨在通向集管箱的内部容积的端部。

根据本发明，集管箱包括至少一个端部止动件，该至少一个端部止动件被配置为面对相关联的端部管中的一个的端部的内表面定位。所述至少一个端部止动件被配置为以这样的方式与所述内表面配合，以防止所述管沿着集管箱的内部容积的方向移动。

通过在端部管的端部内部提供保持力，这种端部止动件使得可以停止或限制端部管的移动。通常，这种端部止动件能够通过防止端部管朝向集管箱的内部容积移动超过预定间隙(例如，小于1毫米)来限制端部管的移动。因此，且不说阻止，也减小了相关联的端部管朝向集管箱的内部容积的拉升(pulling-up)，从而将端部管的扩口端部保持在适当的位置，与密封垫圈接触。因此，在集管箱和相关联的端部管之间的连接处的集管箱的密封性得到改善。

所述集管箱还可以包含分别考虑或组合考虑的以下一项或多项特征：

-集管箱包括至少两个端部止动件，每个端部止动件被配置为面对两个端部管中的一个的端部的内表面定位；

-所述至少一个端部止动件被配置为面对相关联的端部管的端部的内表面定位且具有小于或等于一毫米的间隙；

-所述至少一个端部止动件被配置为至少部分地布置在相关联的端部管的端部内；

-所述至少一个端部止动件配置有外围轮廓，该外围轮廓能够整体容纳在相关联的端部管的端部内；

-集管箱配置为容纳具有至少一个扩口的管的端部，并且所述至少一个端部止动件具有与端部管的端部的所述至少一个扩口的形状互补的整体形状；

-集管箱被配置为容纳具有两个相对的长边缘的扁平管的端部，并且所述至少一个端部止动件被配置为与相关联的端部管的端部的至少一个长边缘配合；

-所述至少一个止动件被配置为与单个长边缘配合；

-所述至少一个端部止动件被配置为与两个长边缘配合；

-集管箱配置为容纳多边形形状的扩口管的端部，扩口管的至少两个侧面通过圆形顶点连接；

-所述至少一个端部止动件具有至少一个弯曲部分，所述弯曲部分的形状与相关联的端部管的端部的圆形顶点互补；

-所述至少一个端部止动件具有长圆形的整体形状，该长圆形的整体形状具有两个弯曲的纵向端部部分，所述两个弯曲的纵向端部部分被配置为与相关联的端部管的端部的两个相对的圆形顶点配合；

-所述至少一个端部止动件具有锥形的中央部分；

-所述至少一个端部止动件具有两个相对的凸边缘，它们的凸面朝向端部止动件的内部取向；

-集管箱包括：旨在使热交换芯束的管的端部穿过的集管板；以及盖(53)，该盖以这样的方式与集管板组装，以闭合集管箱，

-所述至少一个端部止动件与盖一体形成，并沿集管板的方向延伸；

-所述至少一个端部止动件与盖一起模制；

-盖在主延伸方向上纵向地延伸；

-所述至少一个端部止动件相对于盖的主延伸方向横向地延伸；

-集管箱包括至少一个可压缩的密封垫圈，其至少部分地布置在集管板上并且围绕通向集管箱的管的端部，并且其中，管的扩口配置为压缩密封垫圈。

本发明还涉及一种机械组装的热交换器，特别地用于机动车辆，所述热交换器包括机械组装的热交换芯束，所述芯束包括具有两个端部管的至少一排管，在所述至少一排的每一端部处有一个端部管，以及至少一个前述的集管箱，其中管的端部通向集管箱。

所述热交换器还可以包括分别考虑或结合考虑的以下一项或多项特征：

-所述至少一个端部止动件至少部分地布置在相关联的端部管的端部内；

-所述至少一个集管箱包括集管板；

-这些管分别在集管板的一侧开有一个外部扩口，通向集管箱的内部容积，而在另一侧有一个内部扩口；

-所述至少一个端部止动件被配置为与相关联的端部管的外部扩口配合；

-热交换芯束包括预定数量的翅片，管穿过这些翅片；

-热交换器包括两个根据本发明的集管箱，在热交换芯束的每一侧上有一个集管箱。

附图说明

通过阅读以下通过非限制性的说明性示例给出的描述以及附图，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是机械热交换器的整体视图；

图2是示出包括根据第一变型的集管箱的图1的热交换器的一部分的剖视图；

图3a是图2的热交换器的集管箱的局部剖视图和透视图，其中管的箱端通向集管箱；

图3b是图2的热交换器的在集管箱的水平处的横截面的局部视图；

图3c是图2的热交换器的纵向截面的局部视图；并且

图4是在包括根据第二实施例变型的集管箱的热交换器的纵截面的局部视图。

在这些附图中，相同的元件已经用相同的附图标记来表述。

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次提及都涉及同一实施例，或者这些特征仅适用于单个实施例。各种实施例的各个特征也可以被组合或互换以便创建其他实施例。

在说明书中，某些元素可以被索引例如作为第一元素或第二元素。在这种情况下，索引仅用于区分和表示相似但不相同的元素。该索引并不意味着一个元素相对于另一个元素的优先级，并且在不脱离本说明书的范围的情况下，可以容易地互换这种名称。此索引也并不意味着时间顺序。

参考图1，其示出了热交换器1，热交换器1尤其旨在装配到机动车辆上，如散热器。

热交换器1是机械类型的。机械热交换器1的意思是构成热交换器1的各个元件例如通过压接而机械地连接在一起。

参照图2，热交换器1通常包括：

-包括多个管31的热交换芯束3，以及

-至少一个集管箱5，通常是两个集管箱5。

每个集管箱5可以由两部分制成：管31旨在穿过其的集管板51，以及用于固定至集管板51以至少部分地封闭集管箱5的盖53。本发明更具体地涉及在下文中更详细地描述的集管箱5。

就热交换芯束3而言，其是机械组装的，也就是说，它包括例如通过锻造或压接而彼此机械组装的热交换元件，而没有任何钎焊步骤。

第一传热流体(例如液体)用于在管道31中循环。第二流体(例如空气流)用于在管道31周围循环。

图2中部分示出的管31布置成一排或多排。每排包括两个端部管31，所述排的每一端部有一个端部管。管31例如平行布置。

管31可以沿着纵向轴线L_t延伸。这些尤其可以是被称为“扁平”的管31，其厚度小于一毫米，例如小于0.33毫米至0.20毫米的量级，优选地为0.22毫米的量级。

热交换芯束3还可以包括翅片(未示出)。管31可以被布置为使得管分别穿过诸如这些的多个叠置的翅片(未示出)。

此外，热交换芯束3旨在被机械地组装到集管箱5或每个集管箱5。为此，管31与每个集管箱5的集管板51机械地组装，并且插入密封垫圈7。密封垫圈7具有设计成容纳管31的端部的开口。更具体地，这是可压缩的密封垫圈7，其至少部分地布置在集管板51上并且在热交换器1组装后围绕管31通向集管箱5的端部。

管31可以以使得管31的端部穿过相应的集管板51的方式安装在两个集管箱5之间。

然后，通向每个集管箱5的管31的端部旨在例如通过对管31的端部进行锻造或扩口而经历塑性变形。变形或扩口可以在相对于管31的纵向轴线L_t的径向方向上进行。管31的端部311的扩口例如通过冲压这些端部来实现。管31的端部311以这样的方式被扩口，以压缩管31的端部311和集管板51之间的密封垫圈7。

在扁平管31的情况下，在扩口之前，管31的端部具有例如总体长圆形(oblong)的横截面，其中两个相对的长纵向边缘通过短边缘连接，短边缘例如是圆形边缘。

扩口可以以局部的方式进行，这意味着扩口不是在管31的端部的整个周边上进行的。可以规定，管31的端部至少局部地以这样的方式扩口，使得在管31的端部的周边上，即在组装状态下通向集管箱5的内部容积的一侧上，限定一个或多个扩口313(图3a至图4)。

扩口313在承载密封垫圈7的集管板51上进行，即面向翅片的一侧(未示出)的相反侧。因此，在管31的端部周边上的扩口313形成了抵靠密封垫圈7的支承区。扩口313允许密封垫圈7被压缩并保持在适当的位置，以确保集管板51和管31之间的密封。它们具有机械地保持密封垫圈7的功能。

在扁平管31的情况下，使用冲压机进行扩口，该冲压机在宽度方向扩大管31的端部。管31的端部的宽度是指连接两个相对的长边缘的尺寸。在扩口313或多个扩口313的水平处，管31的端部的宽度增加。

扩口例如基本上在每个管31的端部的纵向边缘的中间进行。

扩口之后，管31的每个端部具有多边形形状，在所示的示例中为菱形的整体形状。

用于扩口的冲压机可以具有球形形状。在这种情况下，扩口后的端部的多边形形状，例如菱形，可以具有连接两个侧面的至少一个圆形的顶点。在图3a和图3b所示的实施例变型中，扩口后的管31的端部具有菱形的整体形状，该菱形由通过圆形的顶点成对连接的四个侧面限定。在管31的端部的宽度方向上的圆形顶点对应于扩口313。

根据一个实施例，可规定管31的端部在管31的端部的至少两个不同的横截面中被扩口，如图3c或图4所示。管31的端部可以表现出：

-扩口或多个扩口313，称为外部扩口，在管31的端部的外围，通向集管箱5，即在热交换芯束3的外侧，并且

-还有一个或多个其它扩口315，称为内部扩口，在热交换芯束3的其余部分的侧产生，即在热交换芯束3的内侧。

管31在外扩口313水平处的端部的宽度大于管31在内扩口315水平处的端部的宽度。

再次参考图2，一个或多个集管箱5允许第一流体向管31分配或允许已经通过这些管31的第一流体被收集。

当热交换器1处于组装状态时，盖53在主延伸方向L_h上纵向地延伸，该主延伸方向L_h横向于或基本上横向于管31的纵向轴线L_t。

每个集管板51相对于管31横向地布置，在方向L_h上延伸。

当热交换器1处于组装状态时，每个集管板51分别旨在使管31的端部穿过其。为此，每个集管板51可包括用于热交换芯束3的管31的端部的多个通道开口。这些开口的形状与扩口之前的管31的端部形状互补。

另外，每个集管板51与相关联的盖53机械地组装在一起。集管板51包括：例如可折叠到盖53上的压接凸耳511(见图3b)，特别地，压接凸耳511将其折叠到盖53的外围边缘上；或者盖脚531(在图3c和图4中可见)，其固定到集管板51，从而将安装在集管板51上的密封垫圈7压缩，更具体地，抵靠密封垫圈7的外围部分。因此，除了管31与集管板51的端部之间的密封之外，密封垫圈7还确保盖53与集管板51之间的密封。

集管箱5还包括至少一个端部止动件55。这是固定的端部止动件55。

有利地，端部止动件55被设置在关键点处，例如在集管箱5的纵向端部处。两个端部止动件55例如在集管箱5的纵向端部处被设置。端部止动件旨在在热交换芯束3的一排的开始和/或端部处面对端部管31的端部放置，或者至少部分地插入端部管31的端部。

更具体地，端部止动件55旨在定位为面对相关联的端部管31的端部的内表面。每个端部止动件55可以被定位成尽可能靠近相关联的端部管31的端部的内表面，具有小于或等于一毫米的间隙。

端部止动件55旨在与端部管31的端部的内表面配合，以固定(immobilize)端部管31，以防止端部管31朝向集管箱5的内部容积的任何潜在移动，如在图3c和图4中由箭头F示意性地示出的。当例如通过翅片(未示出)朝向端部管31施加力时，可以朝向集管箱5的内部容积移动。更具体地，端部止动件55支承或抵靠该内表面。通过防止端部管31在集管箱5内向上移动，端部止动件55因此防止端部管31可能从密封垫圈7中出来。

为了实现这一点，端部止动件55有利地由盖53承载，并且更具体地形成在盖53上，例如与盖一体地形成。端部止动件55可以与盖53一起模制，从而形成单个的一体式部件，而无需附接额外的部件。这避免了在端部止动件55和盖53之间存在组装间隙，并且使得可以具有精确的尺寸。

当热交换器1处于组装状态时，形成在盖53上的端部止动件55朝向集管板51延伸，并且因此朝向管31的端部延伸。特别地，每个端部止动件55在方向D上延伸，即横向于盖53的延伸主方向

端部止动件55因此平行于管31的纵向轴线L_t延伸。

此外，每个端部止动件55成形为具有外围轮廓，该外围轮廓能够完全容纳在相关联的端部管31的端部内部，如图3a或图3b中最佳可见。这样，端部止动件55不会例如使端部管31的边缘面(edge face)变形，而是从内部阻止端部管31移动。

因此，在组装热交换器1时，每个端部止动件55可以布置成使得其自由端容纳在相关联的端部管31的端部内，并抵靠端部管31的端部的内表面，以阻止端部管31的任何移动。在一种变型中，每个端部止动件55可以布置成面向相关联的端部管31，且具有例如小于一毫米的间隙，并且如果端部管31移动，然后端部止动件55将更深地进入端部管31的端部，以抵靠内表面并限制移动。

此外，如上所述，芯束3的管31可以是扁平管31，其在横截面中具有两个相对的长的纵向边缘。每个端部止动件55可以旨在与相关联的端部管31的端部的一个长边缘或两个长边缘配合。如图3a至图3c所示，每个端部止动件55可以被配置为与相关联的端部管31的端部的两个长边缘配合。在一种变型中，如图4所示，每个端部止动件55可以配置为与单个长边缘配合；另一侧可以是自由的。参考图4中的元件的布局，端部止动件55能够被设计成非笔直地接近端部管31的端部。因此，在后一种情况下，端部止动件不在管31的端部311的中心，而是不对称地布置。

每个端部止动件55还采用整体形状，该整体形状与扩口后相关联的端部管31的端部形状互补，尤其是在外部扩口313的区域处。为了做到这一点，每个端部止动件55可以具有与扩口冲压机相同的形状。因此，为了固定管31，例如在管移动的情况下，是采用类似于扩口冲压机的形状抵靠管31的端部311而不是抵靠管31的边缘面(edge face)，因此不会使管31变形。即使在管31的厚度较小(例如约为0.22毫米厚)的情况下，该保持也很稳定。

例如，对于端部管31，其扩口后的端部具有多边形的整体形状，所述形状的至少两个侧面通过扩口313形成的圆形顶点相连，端部止动件55可以具有至少一个弯曲部分551(在图3a、图3b最佳地示出)，其形状与该圆形顶点互补。

特别地，每个端部止动件55可以具有带有两个弯曲的纵向端部部分551的长圆形的整体形状。这些弯曲部分551被配置为与相关联的端部管31的端部的两个相对的圆形顶点配合，所述顶点由扩口313在管31的宽度方向上形成。

因此，在热交换器1的组装中，当将端部止动件55布置成其自由端容纳在相关联的端部管31的端部内部时，弯曲部分551在扩口313的水平处抵靠端部管31的端部的内表面。在一个变型中，当端部止动件55布置成具有间隙地面对端部管31时，如果对端部管31施加力使其朝向集管箱5的内部容积移动，端部止动件55因此更深地穿透端部管31的端部，使得弯曲部分551在扩口313的水平处抵靠端部管31的端部的内表面。因此，将端部止动件55植入或打算植入保持管31的保持扩口313中。这为每个端部止动件55提供了最大的支承表面积，以抵靠相关联的端部管31端部的内表面。

此外，每个端部止动件55可以具有锥形的中央部分。这在端部止动件55配置为与相关联的端部管31的端部的两个长边缘配合的情况下是特别有利的。

根据图3b所示的实施例，每个端部止动件55可具有两个凸的相对边缘553，其凸面朝向端部止动件55的内部取向。

这样减小了端部止动件55的横截面，从而不会破坏第一传热流体的流动。具体地，通过减小中心处的厚度，端部管31不被堵塞并且允许传热流体通过。端部止动件55的中间的锥形或较薄的形状使得可以限制对压降的影响。

端部止动件55的横截面小于芯束3内部的管31的横截面(图3c、图4)，使得传热流体在端部止动件55的区域中通过的横截面等于或大于芯束3内部的管31的传热流体通过的横截面。

在端部管31具有一个或多个外部扩口313和一个或多个内部扩口315，其中管31的端部311具有至少两个不同的横截面的情况下，端部管31在内部扩口315的水平处的横截面小于端部管31在外部扩口313处的水平处的横截面减去端部止动件55的表面积。

因此，每个端部止动件55，其有利地由盖53承载，所述端部止动件55以相对的小间隙面对或抵靠相关联的端部管31的端部311的扩口部分内的表面上，能够例如在翅片(未示出)的作用下抵抗或限制端部管31的移动。这样避免了端部管31从密封垫圈7移开，从而确保了管31的机械完整性以及集管板51和管31之间的密封。

另外，通过坐落于端部管31的内部，特别地以扩口冲压机留下的形状，例如利用了比管31的边缘面更精确的扩口侧面，通过使用端部止动件55的大支承表面，不会潜在地损坏管31的端部311。

最后，不同于旨在进入所有管31的端部的端部止动件55，仅设计成进入端部管31的这种端部止动件55对热交换芯束3的内部压降没有影响。

Claims (10)

1.一种用于机械组装的热交换器(1)的集管箱(5)，特别地用于机动车辆，所述热交换器(1)包括机械组装的热交换芯束(3)，并且包括具有两个端部管(31)的至少一排管(31)，其中在所述至少一排的每一端部处有一个端部管(31)，这些管(31)分别包括旨在通向所述集管箱(5)的内部容积的端部(311)，

其特征在于，所述集管箱(5)包括至少一个如下配置的端部止动件(55)：

·定位为面对相关联的端部管(31)中的一个的端部(311)的内表面，并且

·与所述内表面配合，以防止所述管(31)沿着朝向所述集管箱(5)的内部容积的方向移动。

2.根据权利要求1所述的集管箱(5)，其中，所述至少一个端部止动件(55)配置为面对所述相关联的端部管(31)的端部(311)的内表面定位，且具有小于或等于一毫米的间隙。

3.根据前述权利要求中任一项所述的集管箱(5)，所述集管箱被配置为容纳具有至少一个扩口(313)的管(31)的端部(311)，并且其中所述至少一个端部止动件(55)具有与所述端部管(31)的端部(311)的所述至少一个扩口(313)的形状互补的整体形状。

4.根据前述权利要求中任一项所述的集管箱(5)，

-所述集管箱被配置为容纳具有两个相对的长边缘的扁平管(31)的端部(311)，并且

-其中所述至少一个端部止动件(55)被配置为与相关联的端部管(31)的端部(311)的至少一个长边缘配合。

5.根据权利要求3所述的集管箱(5)，其与前述权利要求中的任一项结合考虑，

-所述集管箱被配置为容纳多边形形状的扩口管(31)的端部(311)，所述扩口管(31)的至少两个侧面通过圆形顶点连接，并且

-其中所述至少一个端部止动件(55)具有至少一个弯曲部分(551)，所述弯曲部分的形状与相关联的端部管的端部的圆形顶点互补。

6.根据权利要求5所述的集管箱(5)，其中，所述至少一个端部止动件(55)具有长圆形的整体形状，该长圆形的整体形状具有两个弯曲的纵向端部部分(551)，所述弯曲的纵向端部部分(551)被配置为与相关联的端部管(31)的端部(311)的两个相对的圆形顶点配合。

7.根据权利要求6所述的集管箱(5)，其中，所述至少一个端部止动件(55)具有锥形的中央部分。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的集管箱(5)，包括：

-集管板(51)，该集管板旨在使热交换芯束(3)的管(31)的端部(311)穿过该集管板；以及

-盖(53)，该盖以这样的方式与集管板(51)组装以闭合集管箱(5)，所述至少一个端部止动件(55)与盖(53)一体形成，并沿集管板(51)的方向延伸。

9.一种机械组装的热交换器(1)，特别地用于机动车辆，所述热交换器(1)包括机械组装的热交换芯束(3)，所述芯束(3)包括具有两个端部管(31)的至少一排管(31)，其中在所述至少一排的每一端部处有一个端部管(31)，

其特征在于，所述热交换器(1)还包括根据前述权利要求中任一项所述的至少一个集管箱(5)，管(31)的端部(311)通向所述集管箱(5)。

10.根据权利要求9所述的热交换器，其中，所述至少一个端部止动件(55)至少部分地布置在相关联的端部管(31)的端部(311)内。

Images