CN1666075A - 波形散热板热交换器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种热交换器，包括：波形金属板，波形金属板包括第一侧面和第二侧面，第一侧面具有与多个第一波峰交替的多个第一波谷，第二侧面具有和多个第二波峰交错的多个第二波谷，每个波谷由一对壁形成，每个壁将第一侧面与第二侧面分开并从第一波峰延伸到第二波峰，波谷和波峰平行延伸并限定纵向方向。每个第一波峰形成有至少一个凹部，在各个波峰中的凹部对齐以形成横切所述纵向方向延伸的至少一个管容纳沟道，每个凹部包括形成在所述第一侧面中并在每个相邻第一波谷之上横向延伸的接触表面。管部基本上一致地接触接触表面以容纳在每个管容纳沟道中。热交换器利用具有第一和第二组平行肋的第一和第二固定装置制成，肋容纳在第二和第二波谷中。利用通过断开第二肋的窗口容纳的芯轴向下形成第一波峰。凹部成形在第一肋中的相应槽口中。

Description

波形散热板热交换器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种包括与管部紧密接触的波形金属板的热交换器。本发明进一步涉及制造这样一种热交换器的方法和装置。

背景技术

波形板包括第一侧面和第二侧面，第一侧面具有与多个第一波峰交错的多个第一波谷，第二侧面具有与多个第二波峰交错的第二波谷。每个波谷由一对壁形成，每个壁将第一侧面和第二侧面分开，并从第一波峰延伸到第二波峰，所述波谷和波峰平行延伸并限定纵向方向。

利用与冷却管部紧密接触的波形金属板的热交换器众所周知。冷却管部通常焊接到横切纵向方向的波形板的波峰上，如US专利5,567,497和6,035,927所公开的那样。还已知在加工波纹之前在板中冲出细长孔，以在波峰中形成用于容纳管部的横向沟道，如US专利4778004公开的那样，以及在板中冲孔以提供通过所述壁的通道以用于管部。尽管管部通常从要被冷却的物体运载热交换流体，管部也可以是被称为热管的相变装置，或者甚至是不使用热传递流体而简单地传导热的固体金属。在每种情况中的引导原理是建立管部和从管部散热的波形金属板之间的紧密接触。

现有技术的缺点是，管部和波形板之间的接触区非常有限。例如，US6035927中的管部只有与波形板的波峰接触的点。5564497中的管部成形为扁平状，从而与波峰的热接触基本上是线接触。这两种结构都极其依赖于焊料以扩大热传导路径。在波纹中具有沟道或孔的热交换增大了接触面积，并通常仍被焊料加强，但是在加工波纹时板必须被精确地对齐，以便沟道或孔被精确对齐以容纳管部。这增加了制造成本。

发明内容

本发明的目的是在波形板和管部之间在大的区域上建立热传导接触，而不需要在板中提供孔以提供用于将管部容纳在波形板中的沟道或孔，并且不需要提供专门成形的管部。

根据本发明，上述目的通过以下方式获得：形成带有至少一个凹部的第一波峰，在各个波峰中的凹部被对齐以形成至少一个横切波峰和波谷的纵向方向延伸的管容纳沟道。所述沟道通常是直(直线)的，但也可以是弯曲的或者被规定路绕以容纳管道，所述管道被成形以最大化在波形板的期望区域中的热传递，所述期望区域取决于将要被冷却的部件的位置。每个凹部具有形成在第一侧面中并在每个相邻的第一波谷上方横向延伸的接触表面，所述接触表面的剖面形成为与容纳靠在其上的管部紧密地一致。当使用标准的圆形管道时，所述接触表面的剖面是圆形的，但是可被形成为容纳具有其它形状的管道。例如，具有椭圆形横截面的管道通过座落在波峰上的一部分管道部分可最小化气流阻力。因而所述管部即使在焊接以前也可容纳在管容纳沟道中，所述管容纳沟道与现有技术相比具有很大的热接触面积。因此，可最小化焊料或环氧树脂的使用，从而减小制造成本。所述接触表面对于回流过程也能提供容易的焊料沉积。

本发明还涉及制造根据本发明的热交换器的方法。所述方法利用第一固定装置，所述第一固定装置包括第一基板和固定到基板上的多个平行的第一肋，每个第一肋具有远离基板的第一边缘和从所述边缘向下延伸的至少一个凹口，所述凹口被对齐以形成横切第一肋延伸的至少一个成形沟道。根据本方法，如上所述类型的波形板被放置在第一固定装置上，从而第一肋容纳在第二波谷中。然后，使用芯轴使第一波峰向下变形进入所述凹口以形成所述凹部，所述凹部被对齐以形成至少一个管容纳沟道。所述芯轴和凹口优选具有圆形的剖面，从而形成圆柱接触表面以容纳圆柱形的管部。请注意波形板也可以用其它的装置和方法进行变形，例如滚珠或圆头槽铣刀。后者可以越过波峰擦拭(XY运动)，或者可以往复运动(Z运动)并被用作在波峰中形成凹部的冲头。在这方面，可通过球形铁砧的垂直运动形成凹部。

为了在形成管容纳沟道的同时稳定波形金属板，使用第二固定装置。第二固定装置包括第二基板和固定到第二基板上的多个肋，所述第二基板和第二肋被中断以形成通过第二固定装置延伸的至少一个窗口。在波形板被安放在第一固定装置上之后所述第二固定装置被放置到第一固定装置上，在使第一波峰向下成形到凹口中以形成凹部之前，第二肋被容纳在第一波谷中，窗口被与成形沟道对齐。然后，第一波峰可利用通过第二固定装置中的窗口被容纳的至少一个芯轴向下变形以形成管容纳沟道。第二固定装置在除了紧邻第一肋中的凹口的区域以外的区域克服变形以稳定波纹，从而波形板的波峰向下并横向地形成以进入窗口，从而产生的接触表面经过相邻的第一波谷横向地延伸。

通过以下结合附图对本发明的详细描述，本发明的其它目的和特点将变得更加明显。然而，应当理解，附图只是为了示例的目的，而不应作为本发明的限制，本发明由所附的权利要求书限定。此外，应当理解，附图不一定按比例绘制，除非另外指明，它们仅仅用于从概念上这里所述的结构和过程。

附图说明

图1是形成有管容纳沟道的波纹金属板的透视图；

图2是具有连接到集管的管部的热交换器的平面图；

图3是具有串联连接的管部以形成蛇管的热交换器的平面图；和

图4是用于在波形金属板中形成沟道的固定装置的分解透视图。

具体实施方式

参照图1，波形金属板10通常是4-20密耳厚，例如具有根据已知方法形成的波纹的10密耳厚的铝。它可以是在汽车散热器中用于散热的类型的标准波形板。板10具有第一侧面12、第二侧面16以及平行壁20，第一侧面具有被第一波峰14隔开的第一波谷13，第二侧面16具有被第二波峰18隔开的第二波谷17，平行壁20将第一波谷13与第二波谷17隔开。每个第一波峰形成有凹部22，凹部22与其它第一波峰上的各个凹部对齐以形成沟道26，沟道26横切由波峰和波谷限定的纵向方向延伸。每个凹部22具有由接触表面23限定的弧形的剖面，接触表面23以由成形过程产生的凸出部分24在每一相邻的第一波谷13之上延伸，后面将描述。接触表面23通常形成与容纳在沟道26中的管部具有相似尺寸的芯轴或多个芯轴。接触表面23与管部完全一致，以提高到波形板的热传递。所述管部可焊接或以其它方式连接到波形板上，并运载冷却剂，热量必须通过所述冷却剂扩散。注意这里所用的术语“管部”包括热管，或者在没有液体的条件下传导热的固体主体。

图2示出了根据本发明的热交换器的第一实施例，其中管部28连接到冷却剂集管29，从而冷却剂通过所述管部平行地流动。

图3示出了根据本发明的热交换器的第二实施例，其中管部28通过U形部分31串联连接以形成连续的蛇管。

图4示出了第一固定装置40、第二固定装置50和用于在波形板10中形成沟道26的芯轴60。第一固定装置40包括基板42，第一肋44平行地固定到基板42。所述肋可以单独制造并焊接到基板上，但是固定装置优选被加工成整体单元，优选通过EMD(electrical discharge milling放电铣削)方法加工。每个第一肋44具有远离基板的边缘45，每个边缘形成有凹口46，每个凹口46与其它第一肋上的凹口对齐，以限定成形沟道48。凹口46具有弧形轮廓，所述轮廓基本上与将在波形板中形成的凹部22的轮廓匹配。在顶部边缘45和凹口46之间的角被倒圆以防止在形成凹部42时损坏板10。仅仅为了示例的目的，示出的凹口46具有不同的尺寸以用于各个不同的沟道；它们更典型的是都具有相同的尺寸和轮廓。

第二固定装置50包括第二基板52，基板52具有焊接或以其它方式固定到其上的平行的第二肋54。第二基板52和第二肋54均被中断以形成窗口56，成形芯轴60可被容纳在该窗口中。窗口的尺寸根据相应的沟道48和芯轴60尺寸而设定。因此第二基板52分成各个部分，各部分以桥接方式固定到侧壁58上。每个侧壁具有与窗口56对齐的凹口59。

为了在波形板10上形成管容纳沟道26(图1)，板10被放置在第一固定装置40上，从而第一肋44容纳在第二波谷17中，第二波峰18安放在基板42上第一肋之间。边缘45优选与第一波峰14接近但不与其接触，从而成形应力为压缩应力而不是会导致金属板撕裂的拉应力。

在波纹板10被安放在第一固定装置40上之后，第二固定装置50被安放在第一固定装置40上，其中第二肋54伸入第一波谷13中，侧壁58安置在第一基板42上，窗口56与成形沟道48对齐。因此波形板的每个壁20夹在第一肋44和第二肋54之间，从而对抗侧移而被稳定。芯轴60接着向下移动到窗口56中，并压在波形板10的第一波峰14上，以形成凹部22和在相邻波谷13之上延伸的凸出部分24。所述凹部和凸出部分限定接触表面23，所述接触表面23被对齐以形成沟道26，并且形成用于容纳管部28的剖面。请注意单个芯轴可重复地使用，或者可将多个芯轴固定到成形夹具上。芯轴通常延伸出第二夹具的侧壁58上的凹口59以外，所述凹口59可用于限制芯轴向下的行程。尽管优选使用第二固定装置50，但本发明的方法的原理可仅用第一固定装置40和铁砧或其它可垂直移动的芯轴装置实现。然而，第二固定装置提供了横向稳定性，其将波峰的变形限制在限定的区域，这在形成凹部时具有某些侧移的情况下也是重要的，例如使用球磨机或其它擦除机构。

因而，尽管已经图示和描述并指出了应用于优选实施例的本发明的基一的新颖性特征，然而应当理解，在不偏离本发明的实质的情况下，本领域的技术人员可对示例的装置的形式和细节进行各种省略、替代和变化。例如，显然本发明的意图是将以基本相同的方式实现基本相同的功能的元件和/或方法步骤的所有组合包括在本发明的范围内。并且，应当认识到，结合本发明的任何公开形式或实施例图示和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可作为总体设计选择被结合到任何其它公开或描述或暗示的形式或实施例中。因此，本发明的意图是仅仅由所述的权利要求书表明的内容来限制。

Claims (15)

1.一种热交换器，包括：

波形金属板，所述波形金属板包括第一侧面和第二侧面，第一侧面具有与多个第一波峰交替的多个第一波谷，第二侧面具有与多个第二波峰交错的多个第二波谷，每个所述波谷由一对壁形成，每个所述壁将第一侧面与第二侧面分开并从第一波峰延伸到第二波峰，所述波谷和所述波峰平行延伸并限定纵向方向，每个所述第一波峰形成有至少一个凹部，在各个波峰中的凹部被对齐以形成横切所述纵向方向延伸的至少一个管容纳沟道，每个凹部包括形成在所述第一侧面中并在每个相邻的所述第一波谷之上横向延伸的接触表面，及

容纳在所述管容纳沟道中的管部。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，每个所述第一波峰形成有多个所述凹部，从而形成多个所述管容纳沟道，所述热交换器包括容纳在各个所述管容纳沟道中的多个管部。

3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，每个所述管部具有一对相对的端部，所述热交换器还包括一对冷却集管，每个所述端部连接到各个集管。

4.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，每个所述管部具有一对相对的端部，每个所述端部连接到相邻的所述管部以形成包括所述管部的蛇管。

5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，每个所述凹部形成有弧形剖面。

6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，每个所述凹部形成有圆形剖面，所述冷却剂管具有与所述圆形剖面同心的圆形横截面。

7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，每个所述管容纳沟道大体上是直线沟道。

8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，每个所述直线沟道垂直于所述纵向方向延伸。

9.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，每个所述管部与所述凹部的所述接触表面非常地一致。

10.一种制造热交换器的方法，包括：

提供波形金属片，所述波形金属片包括第一侧面和第二侧面，第一侧面具有与多个第一波峰交替的多个第一波谷，第二侧面具有和多个第二波峰交错的多个第二波谷，每个所述波谷由一对壁形成，每个所述壁将第一侧面与第二侧面分开并从第一波峰延伸到第二波峰，所述波谷和所述波峰平行延伸并限定纵向方向，

提供第一固定装置，所述第一固定装置包括第一基板和固定到所述基板上的多个平行的第一肋，每个所述第一肋具有远离所述基板的第一边缘和从所述边缘向下延伸的至少一个凹口，所述凹口被对齐以形成横切所述第一肋延伸的至少一个形成沟道，

将所述波形板放置在所述第一固定装置上，从而所述第一肋容纳在所述第二波谷中，

将所述第一波峰向下形成进入所述凹口以形成所述凹部，所述凹部被互相对齐以形成横切所述纵向方向延伸的至少一个管容纳沟道，每个凹部包括形成在所述第一侧面中并在每个相邻的所述第一波谷之上横向延伸的接触表面，及

将管部固定在每个所述管容纳沟道中。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一肋的所述边缘容纳靠在所述第二波谷中。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，每个所述凹口具有弧形剖面，所述第一波峰通过至少一个芯轴向下形成，所述芯轴具有大体上与所述凹口的剖面相似的剖面。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

提供第二固定装置，所述第二固定装置包括第二基板和固定到所述第二基板上的多个第二肋，所述第二肋和所述第二基板被中断以形成通过所述第二固定装置延伸的至少一个窗口，和

在将波形金属板安放在第一固定装置上之后，将所述第二固定装置放置到所述第一固定装置上，且在将所述第一波峰向下形成到所述凹口中以形成所述凹部之前，所述第二肋被容纳在第一波谷中，所述至少一个窗口与所述至少一个形成沟道对齐，从而，

所述第一波峰可利用至少一个芯轴向下且横向形成以形成所述凹部，所述至少一个芯轴通过所述第二固定装置中的所述至少一个窗口被容纳。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二固定装置还包括与所述第二肋平行的、固定到所述第二基板上的一对侧壁，每个所述侧壁具有与所述至少一个窗口对齐的至少一个凹口，从而延伸出所述侧壁的至少一个芯轴可用于向下形成所述第一波峰以形成所述至少一个管容纳沟道。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述波峰被利用芯轴向下形成。