CN1346962A - 热交换器及制造该热交换器的方法 - Google Patents

Abstract

在使热交换器经历铜焊之前,通过将弱化线置于热交换器通常所使用的侧板上,从而消除使热交换器中导管至集流管接头断裂或泄露的热应力。

Description

热交换器及制造该热交换器的方法

本发明涉及热交换器，具体地说，本发明涉及用于热交换器的改进型的侧板以及制造热交换器的方法。

目前使用的多种热交换器例如车辆散热器、油冷却器及充气冷却器均是以这样的结构为基础的，该结构包括两个相间隔的大致平行的集流管，它们通过多个相间隔的、平行的扁平的导管互连。位于导管之间的是薄的弯曲的翼片。在通常的情况下，最边上的导管刚好位于热交换器侧板的内侧，弯曲翼片则位于最边上的导管与相邻侧板之间。

侧板一般但不总是与集流管相连，以便提供结构上的整体性。在制造过程中，特别是在热交换器是由铝制成且组件是铜焊到一起的时或者在热交换器是由其它材料制成且在组装过程中涉及某种高温过程时，侧板起重要的作用。

具体地说，通常的组装技术涉及使用固定件，它固定住由交替的导管和弯曲翼片构成的叠层结构。叠层的外侧即通常会成为热交换器核心的侧面的外层一般都配备有侧板，其端部一般以机械的方式与集流管相连。将压力提供到侧板上，以确保弯曲翼片与导管在诸如铜焊之类的连接过程中有良好的接触，从而确保翼片能牢固地接合于导管，因而使热传递在接触点处达到最大。如果不这样做，就会有气隙位于某些翼片顶部与相邻的导管之间，这就会对传热率和诸如抗压力疲劳和耐高压能力之类的耐久性产生不利影响。

同时，当热交换器处于使用中时，即使侧板与导管有相同的材料，但是，由于热交换器流体并不流过侧板，而是流过导管，故至少在开始换热操作过程的开始时，导管一般处于比侧板更高的温度下。

这又会导致在导管和集流管中有高的热应力。导管因较高的温度的膨胀会推开集流管，而较低温度下的侧板则使集流管在核心侧合到一起。热交换器组件中的这种剧烈的热应力经常导致破裂或在导管附近形成有通向集流管的泄露开口，这需要修理或更换热交换器。

业已提出了通过在端部的中间锯开侧板因此导管的热膨胀可被多段的能在锯开切口处彼此相对移动的侧板所容纳，从而避免在完成热交换器的组装之后的这种问题。但是，对制造过程来说，这一方案增加了额外操作，因此在经济上不合要求。

本发明的主要目的是提供一种新型经改进的热交换器以及制造该热交换器的方法，该方法能消除热交换器因的故障问题，这些问题起因于热交换器导管的膨胀与热交换器侧板膨胀之间的热膨胀差所导致的热应力。本发明的还一个目的是提供制造这种热交换器的方法。

依照本发明的一个方面，提供了一种热交换器，该热交换器包括：一对相间隔的、大致平行的集流管；多个相间隔的、大致平行的导管，它们在集流管之间延伸并与集流管的内部相通；一对细长的侧板，一个侧板位于热交换器的一个侧面上并在集流管之间延伸且与集流管相连，同时在热交换器的相应一侧处间隔于相邻的导管。弯曲翼片设置在相邻导管之间以及侧板与相邻于该侧板的导管之间。本发明希望有改进，其中，每个侧板均包括至少一个位于边缘之间的开口，所说的开口具有这样的外缘，该外缘的一部分连同各侧板中的标线紧靠近至少一个边缘，而所述标线则从外缘的上述部分延伸至所述边缘。因此，热应力会使侧板在开口和标线的位置处断开，此后，会永久地释放导管处对集流管接头或类似装置的应力。

依照本发明的一个实施例，所述开口是细长的并且按锐角朝向相应侧板的延长方向。

一个最佳实施例希望侧板被形成为一通道，它带有一基体和从该基体延伸的至少一个支臂，它终止于一个边缘。所述开口形成在上述基体和一个支臂上，并且，标线位于上述支臂上。

在一个最佳实施例中，提供了大致如前所述的热交换器，本发明希望进行改进，其中，每个侧板都是通道形的，具有基体和两个相间隔的突出支臂，它们从上述基体延伸并终止于相反的边缘。第一和第二细长开口并排设置在各侧板上并具有按锐角相交的相应中心线。每个开口均具有外缘，该外缘包括紧靠近相应一个边缘的第一部分以及紧靠近另一个开口的第二部分。所述第一和第二部分沿侧板延长的方向彼此相间隔，第一弱化线位于各第一部分处并在相应一个开口与相邻一个边缘之间延伸。第二弱化线于第二部分处在所述开口之间延伸。

由于有这种结构，侧板会在弱化线处断开以便如前那样释放应力。而且，将侧板形成为通道且使第一和第二弱化线有效地交错不会显著地减少抗弯强度或抗侧板弯曲，因此，在将侧板组装到核心之前保持高度的整体性。这就能达到两个目的：能在组装到核心之前在不需要搬运侧板的人十分小心的情况下搬运侧板；以及，使膨胀应力分散，膨胀应力在相反情况下集中在断开位置处。

在一个最佳实施例中，锐角约90°左右。

最佳的是，第一和第二弱化线分别是由支臂和通道基体上的V形凹口限定的。

在一个最佳实施例中，弱化线具有约4.6mm或更少的长度。

本发明还希望提供制造铝热交换器的方法，该方法包括下列步骤：(a)将热交换器核芯的组件组装到固定件上，以便具有相间隔的集流管、相间隔的在集流管之间延伸的导管、于核心的侧面处在集流管之间延伸的侧板以及位于相邻导管之间并在核心各侧面处位于侧板与相邻导管之间的弯曲翼片；(b)以机械的方式将侧板的各端固定于相邻的集流管；(c)在步骤(a)和(b)之前，在端部中间位置处弱化侧板，以便减少其抗拉伸的能力，同时基本上不影响其抗弯曲的能力；以及，(d)使源于步骤(b)的组件经历铜焊温度，以便(i)将组件铜焊到一起并且(ii)使各侧板在上述各点处因热应力断开。在实际上是否有维修一般取决于铜焊之后铜焊的组件冷却的速度。

从连同附图的下述说明中可以看出其它目的和优点。

图1是本发明热交换器的略微概略的侧剖图；

图2是本发明部分制造的侧板的局部平面图；

图3是完全制造的侧板的平面图；

图4是完全制造的侧板的透视图；

图5是大致沿图3中5-5线放大剖面图；以及

图6是侧板一部分的放大局部图。

以下将本发明说明为车辆散热器例如用于大型卡车的散热器。但是，应该认识到，本发明可应用于其它情况下使用的散热器例如用于任何车辆或用于如内燃机驱动的发电器的固定应用的散热器。本发明还可用于用侧板将弯曲翼片固定到在相间隔的集流管之间延伸的任何类型的热交换器例如油冷却器、充气冷却器。因此，除后附权利要求所述范围以外，对任何特定的应用都没有限制。

参照图1，有关类型的典型热交换器包括相间隔的、平行的集流管板10、12，在它们之间，延伸有多个扁平的导管14。导管14彼此相间隔，它们的端部铜焊或焊接于集流管10和12上未示出的开槽并穿过这些开槽，从而与水箱16的内部作流体通连，水箱16则固定于各集流管10、12。这方面，应该注意，如本文所使用的那样，术语“集流管”总体上指集流管板10、12、带有固定在其上的水箱16的集流管10、12或本技术中周知的例如由导管或多种分层过程制成的整体集流管和水箱结构。侧板18、20侧接于热交换器结构的相应侧面并在集流管10、12之间延伸并且一般以机械方式与其相连并以冶金的方式与其相粘合。

在相间隔的导管14以及在最端部的导管14与相邻一个侧板18、20之间是通常的弯曲翼片22。正如所周知的那样，翼片22可由多种材料制成。典型实例是铝、铜和黄铜。但是，也可以根据需要的强度和多种应用的热交换器的效率要求使用其它材料。

在本发明的一个实施例中，除可由塑料构成的水箱以外，上述所有的组件均由铝或铝合金构成并在适当的位置处覆有黄铜，因此，图1所示的整个组件可放置在铜焊炉中，从而将所有的组件铜焊到一起。在通常的情况下，在铜焊之前，使用适当的固定件来形成叠层，该叠层由与弯曲翼片22相交错的导管14构成并由侧板18和20在各端处罩住。集流管10、12固定于导管14的端部，并且，在通常的情况下，侧板18和20一般通过侧板18上的弯曲凸翼在集流管10、12的相应端部上以机械的方式与集流管10、12相连。

图2说明了部分制造的预制件，它用于制造侧板18、20。如图所示，所述预制件是细长的并且具有集流管连接端24、26。在标号28和30处说明了要形成在侧板上的仅为说明弯曲位置而示出的不存在的弯曲线。最后，图2所示的条沿线28和30弯曲，以形成具有基体32的通道，所述基体侧接于直立的支臂34、36，支臂34、36彼此相间隔并终止于相应的相反边缘38、40。尽管在某些情况下通道截面是最佳的，但侧板18、20可保留成大致为平面或扁平的。

通过在条的端部24、26之间的一个或多个位置处提供至少一个开口42而使得所说的条在其端部的中间处弱化。在一个最佳实施例中，开口42和开口44是成对的。开口42、44通常呈椭圆的形式，每个开口均具有中心线46，该中心线与相关开口42、44的主轴线相一致。开口42、44的中心线按锐角彼此相交以形成一V形。在一个最佳实施例中，相交角是90°，并且，每个中心线均与侧板的纵轴成45°。

开口42具有外缘48，它包括与边缘38紧相邻的部分50。如图5所示，外缘48的部分50与边缘38之间的间隔在一个最佳实施例中为1.6mm。但是，正如本技术专家在以后可以看出的那样，也可以使用其它值。

开口44类似地具有外缘52，它带有与边缘40紧相邻的部分54。外缘48的部分54之间的间隔在一个最佳实施例中为1.6mm。

开口42和44的外缘48和52也具有部分56，这些部分与开口42、46中的另一开口的相应部分紧相邻。如图6所示，尽管可以使用其它值，但开口42和44的部分56彼此相间隔3.2mm的距离。一般地说，所述尺寸为4.6mm或更少。

在所述的实施例中，在侧板的端部24、26之间的不同位置处有两组开口42、44。

可在带有凹口60、62的端部24、26处设置侧板，凹口限定了凸翼64，凸翼64可在集流器10、12的端部周围弯曲或被接收在凹槽内，以便在铜焊之前以机械的方式将侧板18、20固定于组件。

本发明的一个显著特征是在各侧板上设置弱化线。因此，在开口42的外缘48的部分50处，弱化线70延长至侧板的相邻边缘38。类似的弱化线72位于开口44的外缘52的部分54处并延伸至侧板边缘40。

此外，弱化线74在紧相邻的外缘48、52的部分56处在开口42、44之间延伸。应该认识到，弱化线70、72、74沿侧板18、20的长度彼此相间隔。

在一个最佳实施例中，弱化线形成为如图5中的弱化线74所示的V形凹口。构成弱化线的V形凹口的侧面成角度地间隔约90°，每个凹口的深度经过侧板厚度的约一半。在所述的实施例中，构成弱化线70、72、74的各凹口的深度是0.8mm。

当然，各凹口的深度可随材料的厚度以及相应边缘38和40中的部分56或部分50、54之间的距离而变。弱化线事实上是通过冲压处理而获得的直线。但是，在某些情况下使用穿孔线。此外，如果希望的话，可以使用沿一条线弱化金属的任何方式。

本发明的热交换器是用本发明的方法制成的，该方法作为第一步骤包括将热交换器的组件即集流管10、12、导管14、侧板18、20以及弯曲翼片22组装到固定件的上步骤，因此，集流管是相间隔的，导管是相间隔的并且在集流管之间延伸进凹槽，并且，侧板在核心的侧面连同弯曲翼片在集流管之间延伸，而翼片则位于相邻导管之间并在各核心的侧面位于侧板与相邻导管之间。侧板一般但不总是以机械的方式在各端固定于相邻集流管。但是，在执行前述步骤之前，应该认识到，侧板制造成在端部24、21中间的位置处具有弱化线。最佳的是，可以使用所公开的实施例，如本技术的专家所看到的那样，也可以使用其它实施例。弱化侧板的位置会减少其抗拉伸的能力，同时，不会根本上影响其抗弯曲的能力，这一点在如图所示那样标线70、72、74彼此偏移的的情况下是有帮助的。

然后，使最终的组件经历铜焊温度，以便将组件铜焊到一起并使得包括在铜焊过程中的热应力在弱化点处因热应力使各侧板断开。断开是否实际出现将取决于铜焊之后组件冷却的速度。

在某些情况下，在铜化过程中，断开不会完全出现，但是，在热交换器投入使用时，在侧板弱化线处会充分弱化，因此，在几个热操作周期之后，在破坏了导管、集流管接头或热交换器其它地方之前，侧板会在使用中完全断裂。

Claims (14)

1、一种热交换器，该热交换器包括：一对相间隔的、大致平行的集流管；多个相间隔的、大致平行的导管，它们在集流管之间延伸并与集流管的内部相通；一对细长的侧板，一个侧板位于热交换器的一个侧面上并在集流管之间延伸且与集流管相连，同时在热交换器的相应一侧处间隔于相邻的导管；以及，弯曲翼片，这些翼片位于相邻导管与侧板之间，在所述热交换器的改进中，每个侧板均包括至少一个位于边缘之间的开口，所说的开口具有这样的外缘，该外缘的一部分紧靠近至少一个边缘，各侧板上的标线则从上述部分延伸至所述边缘。

2、如权利要求1的热交换器，其特征在于，所述开口是细长的并且按锐角朝向相应侧板的延长方向。

3、如权利要求2的热交换器，其特征在于，所述侧板被形成为一通道，它带有一基体和从该基体延伸的至少一个支臂，它终止于一个边缘，所述开口形成在上述基体和一个支臂上，并且，标线位于上述支臂上。

4、如权利要求3的热交换器，其特征在于，所述热交换器还包括第二标线，它延伸至另一个边缘。

5、如权利要求4的热交换器，其特征在于，所述通道包括一第二支臂，它以相间隔的方式从上述基体延伸至前述第一支臂，所述第二标线按与延长方向成锐角的方式并按与前述一个开口相并列的方式延伸至第二细长开口，所述开口具有按V形相交的中心线。

6、如权利要求5的热交换器，其特征在于，存在有两组相间隔的上述第一和第二开口，所述每组开口均包括上述标线中的一个。

7、一种热交换器，该热交换器包括：一对相间隔的、大致平行的集流管；多个相间隔的、大致平行的导管，它们在集流管之间延伸并与集流管的内部相通；一对细长的侧板，一个侧板位于热交换器的一个侧面上，并在集流管之间延伸且与集流管相连，同时在热交换器的相应一侧处间隔于相邻的导管；以及，弯曲翼片，这些翼片位于相邻导管与侧板之间，在所述热交换器的改进中，每个侧板是都是通道形的，具有基体和两个相间隔的直立支臂，它们从上述基体延伸并终止于相反的边缘，第一和第二细长开口并排位于各侧板上并具有按锐角相交的相应中心线。每个开口均具有外缘，该外缘包括紧靠近相应一个边缘的第一部分以及紧靠近另一个开口的第二部分，所述第一和第二部分沿侧板延长的方向彼此相间隔，第一弱化线位于各第一部分处并在相应一个开口与相邻一个边缘之间延伸。第二弱化线在第二部分处在所述开口之间延伸。

8、如权利要求7的热交换器，其特征在于，所述锐角约90°。

9、如权利要求7的热交换器，其特征在于，所述弱化线具有约4.6mm或更少的长度。

10、如权利要求7的热交换器，其特征在于，所述第一和第二弱化线分别是由支臂和通道基体上的V形凹口限定的。

11、如权利要求10的热交换器，其特征在于，所述热交换器基本上是由铜焊在一起的铝或铝合金部件构成的，所述侧板在前述弱化线处断开。

12、如权利要求7的热交换器，其特征在于，所述开口是大致椭圆形的。

13、一种制造铝热交换器的方法，该方法包括下列步骤：

(a)将热交换器核芯的组件组装到固定件上，以便具有相间隔的集流管、相间隔的在集流管之间延伸的导管、于核心的侧面处在集流管之间延伸的侧板，以及位于相邻导管之间并在核心各侧面处位于侧板与相邻导管之间的弯曲翼片；

(b)在步骤a)之前，在端部中间的位置处弱化侧板，以便减少其抗拉伸的能力，同时基本上不影响其抗弯曲的能力；

c)使源于步骤(b)的组件经历铜焊温度，以便(i)将组件铜焊到一起并且(ii)使各侧板在上述各点处因热应力断开。

14、如权利要求13的方法，其特征在于，该方法包括这样的步骤：以机械的方式将侧板的各端固定于相邻的集流管。

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