CN1766518A - 热交换器及制造这种热交换器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器(100)包括至少一根管(122)，在由管(122)在其中确定并具有实质椭圆形横断面的流体通路中配置有内部散热片(123)。用于构成管(122)的板部件(122B)具有两个边缘部分(122d，122e)，其彼此重叠，并在设置在管(122)的主轴方向端(122b)处的单个接缝(125a)处被整体连接。内部散热片(123)在形成接缝(125a)前被设置在管(122)中，从而改进了内部散热片(123)的设置性能。此外，单个接缝(125a)位于管(122)的一端(122b)处，以便管(122)的连接可靠性被提高。

Description

热交换器及制造这种热交换器的方法
技术领域
本发明涉及一种热交换器和制造这种热交换器的方法，其中管内部配置有内部散热片。
背景技术
通常，内部散热片能够设置在热交换器的管内，例如参照JP2003-28586A。在热交换器的制造中，具有实质D形横断面的一对金属板彼此面对以结合，而内部散热片位于其间。其后，通过涂于两块金属板的表面的钎焊材料糊，利用钎焊，实现两块金属板的连接和内部散热片到两块金属板的连接。因此，形成其中内部散热片连接到其内部表面的管。
在这种情况下，考虑内部散热片在管中的排列特性，金属板(金属板部件)被组合以构成管。然而，由于金属板变形等，在钎焊中钎焊材料的流动不会令人满意地在金属板之间存在相对较大间隙的位置处，所以容易出现接缝缺陷。因此，可能引起流体从热交换器泄漏。
发明内容
考虑到上述缺点，本发明的目的在于提供一种热交换器及其制造方法，以改进热交换器的管的连接可靠性，同时保持内部散热片在管中的设置特性。
根据本发明的一个方面，热交换器包括：至少一根管和至少一块内部散热片。管由板部件构成，并在其中确定了具有实质椭圆形横断面的流体通路。内部散热片被设置在管中并利用钎焊被连接到其上。管具有单个接缝，通过它，板部件被整体连接。接缝沿管的纵向方向连续并位于管的主轴方向端处。
这样，在形成接缝前，内部散热片能够从该主轴方向端的一侧被插入管中。此外，由于管配置能够定位于一个主轴方向端处的单个接缝，管的连接可靠性得以提高。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造热交换器的方法。该热交换器具有由板部件构成并在其中配置有内部散热片的至少一根管。该方法包括：弯曲板部件以形成其中确定具有实质椭圆形横断面的流体通路的管体的形成过程；用于整体连接管体以形成管的第一连接过程；在形成过程前，将内部散热片设置在将形成由管体确定的流体通路的位置的布置过程；和通过钎焊，用于将内部散热片整体连接到管的内部表面的第二连接过程。在形成过程中，板部件的两个边缘部分沿管体的纵向方向彼此接触，并被定位在管体的主轴方向端处。在第一连接过程中，板部件的两个边缘部分被彼此连接。
这样，就能够制造上述热交换器。更确切地说，在形成接缝前，内部散热片能够从该主轴方向端的一侧被插入管中。此外，管能够被形成以具有位于一个主轴方向端处的单个接缝。因此，能够提高管的连接可靠性。
附图说明
参照附图，通过下述描述，本发明的上述以及其它目的、特性以及优点将会更加清楚。其中附图有：
图1是显示根据本发明第一实施方式的热交换器的整体结构的示意主视图；
图2是沿图1中的直线II-II的垂直剖视图；
图3是显示根据第一实施方式的板部件内的内部散热片的布置过程的剖视图；
图4是显示根据第一实施方式的管体的形成过程的剖视图；
图5是图4的局部放大剖视图；
图6是图2的局部放大剖视图，以显示根据第一实施方式的管体的连接过程和内部散热片的连接过程；
图7是显示根据本发明第二实施方式的热交换器的管体的形成过程的局部剖视图；和
图8是显示根据第二实施方式的管体的连接过程的局部剖视图。
具体实施方式
以下将参照附图描述优选实施方式。
(第一实施方式)
本发明的第一种实施方式将参照图1至图6进行描述。参照图1，热交换器100(例如，中间冷却器)配置有：芯部件120；和一对上水箱(headertanks)110，它们分别安装在芯部件120的(后面描述的管122的纵向方向的)两端。每个上水箱110具有中空结构，并包括例如由铜合金或相类似物制成且通过焊接或钎焊而整体连接的芯板111和箱部112。
一个上水箱110(例如在图1的右侧)配置有与该一个上水箱110的内部连通的入口接头113。另一个上水箱110(例如在图1的左侧)配置有与该另一个上水箱110的内部连通的出口接头114。例如，入口接头113能够与增压器(未示出)的排出侧连接；而出口接头114能够与发动机(未示出)的吸力侧连接。
入口接头113是一个导入口，经过它，流体(例如空气)被导入上水箱110。出口接头114是一个排出口，经过它，流体被排出上水箱110。
每个上水箱110从其一个纵向方向端(接头113或114被设置处)向其另一纵向方向端逐渐变小。更确切地说，上水箱110的内部空间的横断面面积从其一端向另一端变小，从而流体均匀流经芯部件120的多个管122。
此外，例如，上水箱110分别配置有至少一个支架130，其设置在上水箱110的外侧(即，芯部件120的相对侧)，用于将中间冷却器100附于汽车。
芯部件120包括用于散热的多个散热片121和多个扁平管122。散热片121和管122被交替地堆叠(层积)。更确切地说，每个管122被夹在相邻的散热片121之间。作为加强件的两侧板124被分别安装(例如通过钎焊)在被设置在散热片121的堆叠方向的最外侧处的两个散热片121的更外侧处。在这种情况下，散热片121(管122)的堆叠方向与散热片121(管122)的纵向方向垂直。
上水箱110被分别附于管122的两个纵向方向端，并沿与管122的纵向方向交叉的方向(即，其纵向方向)延伸。管122的两端被分别插入在两个上水箱110的芯板111处形成的穿孔(未示出)且通过钎焊等与芯板111成整体。
图2显示了管122的厚度方向剖视图。在图2中，上下方向指示管122的厚度方向，而左右方向指示管122的宽度方向。
如图2所示，扁平管122包括：一对平面部分122a；第一弯曲部分122b；和第二弯曲部分122c；以在其中确定具有实质椭圆形状的厚度方向断面的流体通路。两个平面部分122a被设置相互平行并沿管122的纵向方向延伸。两个弯曲部分122b和122c向外凸起，且分别设置在管122的两个宽度方向端处。管122的宽度方向对应于管122的实质椭圆形状断面的主轴方向。
管122由具有第一边缘部分122d和第二边缘部分122e的板部件122B形成，第一边缘部分122d和第二边缘部分122e被设置在管122的第一弯曲部分122b处并相互重叠以利用钎焊等整体连接。边缘部分122d和122e沿板部件122B(管122)的纵向方向延伸。
在这种情况下，第一边缘部分122d和第二边缘部分122e相互重叠处的第一弯曲部分122b，被设置在流经包括管122的芯部件120的外部流体(例如空气)的上游侧(例如，图1的纸的背面侧)。
管122其中配置有内部散热片123，其通过钎焊等被连接到管122的内部表面。另一方面，例如，热辐射散热片121利用钎焊被结合到管122的外部表面。
热辐射散热片121和内部散热片123由具有充分热传导性的铜或相类似物制成。管122(由板部件122B形成)和侧面板124由具有充分热传导性和强度符合要求的铜合金或相类似物制成。管122也能够由铜制成。
芯部件120的部件和上水箱110的芯板111被临时装配，然后通过经预先施加到芯部件120的部件和芯板111的优选位置的类似糊或类似箔的钎焊材料，利用钎焊整体连接。随后，水箱部分112被连接到芯板111。这样，中间冷却器100被构造。
中间冷却器100的管122被设置得沿其纵向方向相对较长。例如，管122的宽度(沿图2中的左右方向)可以约为60mm。管122的长度(沿图1中的左右方向)可以为800mm左右。管122的厚度(沿图2中的上下方向)可以约为6mm。
以下，将描述管122和内部散热片123的形成及其连接。
参照显示内部散热片123在板部件122B中布置过程(设置过程)的图3，作为相对于板部件122B分离的部件的内部散热片123位于具有实质V形断面的板部件122B中。内部散热片123例如具有实质波浪形。内部散热片123的厚度小于板部件122B的厚度。因此，板部件122B中的总表面面积可以被扩大，而能够限制重量增加和阻力(抑制其中流体流动)增加。
在这种状态中(参照图3)，弧形第二弯曲部分122c形成在板部件122B处以连接两个平面板部122a，而第一边缘部分122d与第二边缘部分122e分离。第一边缘部分122d能够被形成以具有实质弧形，而第二边缘部分122e能够被形成实质″L″形。第一边缘部分122d和第二边缘部分122e被彼此间隔以形成其间的开口，内部散热片123穿过它被插入实质V-形板部件122B中。
此外，在这种情况下，类似糊的铜焊材料被涂到板部件122B的内部表面，从而形成糊层125(钎焊材料糊层)。可选地，类似箔的钎焊材料(即，钎焊片)也能够设置用于板部件122B的内部表面。
在这种情况下，被涂到板部件122B的类似糊的钎焊材料例如包括占89％重量的Sn-P-Ni-Cu合金(作为钎焊材料成份)，占10％重量的脂肪族烃(aliphatic hydrocarbon)和脂环烃(alicyclic hydrocarbon)(包括粘合剂(binder)和溶剂的有机成份)，和占1％重的聚异丁烯。
根据该实施方式，如上所述，管122具有沿其纵向方向相对较长的长扁平形状。因为经第一和第二边缘部分122d和122e之间的开口，内部散热片123被插入具有V形横断面的板部件122B(构造管122)中，与内部散热片被插入形成具有扁平圆柱形的管中的情况相比，糊层125的破裂(断口)能够得到实质上的抑制。
当基底材料(即，将被连接的材料)为铜时，很难将钎焊材料覆盖到铜焊材料的表面(与基底材料为铝合金的情况相比)，这样由于接触等，钎焊材料容易从基底材料剥离。因此，在这种情况下，防止钎焊材料糊层125的断裂是相当重要的。
图4显示了由板部件122B构造管体122A的形成过程。参照图4，在内部散热片123被插入具有V形横断面的板部件122B中后，第二边缘部分122e向第一边缘部分122d旋转以与第一边缘部分122d交迭。在这种情况下，第二边缘部分122e通过型锻(swaging)等塑性变形，以能够与第一边缘部分122d的外部表面重合。然后，由第二边缘部分122e和第一边缘部分122d构造弧形弯曲部分122b。
如作为图4的局部放大断面视图的图5所示，在上述型锻过程中，第二边缘部分122e的末端122g被塑性变形以延长，从而具有锥形形状。因此，可以防止在末端122g处形成高度差，从而第一弯曲部分122b的外部表面变得平滑。因此，具有简单椭圆形外部形状的管体122A由板部件122B形成。
此外，在上述型锻过程中，板部件122B的两个平面部分122a被向彼此移动(接近)以变得平行。因此，设置在板部件122B内部的波浪形内部散热片123夹在两个平面部分件122a之间，以便波浪形内部散热片123的波峰部分(顶部)能够紧密地接触平面部分122a的内部表面。
板部件122B的两个边缘部分122d和122e被暂时固定在弯曲部分122b，以形成具有实质椭圆形横断面的管体122A。弯曲部分122b被设置在管体122A的一个主轴方向端处。在形成管体122A后，钎焊材料层被设置在平面部分122a的外部表面处。热辐射散热片121、侧板124和芯板111被暂时组装以被相互固定。
在这种情况下，由于管体122A具有简单的椭圆形，并且芯板111的穿孔(未示出)也被形成具有简单的椭圆形，管122A的纵向方向端能够无大的间隙(缝隙)地与芯板111结合。
其中内部冷却片123被设置的管体122A的部件被暂时装配和相互固定以构成组件。此后，组件被置于炉中以在等于或低于约680℃的温度被加热。
惰性气体和诸如氢气的还原成份在炉中循环，而流经组件的内部。因此，部件处的氧化物被去除(减少)，而利用还原成份可以防止部件的氧化。作为选择，当仅针对防止氧化时，不包括还原成份的惰性气体也可以在炉中提供。
当被提供等于或超过600℃的加热温度时，钎焊材料糊层125将熔化。参照图2，熔化钎焊材料流到管体122A的不同部件之间的附近部分。这样，管体122A的第一边缘部分122d和第二边缘部分122e通过钎焊被整体连接，从而形成管122。在这种情况下，内部散热片123被连接到管122的内部表面，而热辐射散热片121通过钎焊被连接到管122的外部表面。
图6显示了管体122A的连接过程，和内部散热片123的连接过程，它们可以同时进行。在炉中，管体122A被排列以便弯曲部分122b侧位于下侧处。参照图6，由于其重量，未被用于内部散热片123的钎焊的该钎焊材料落下积累在第一边缘部分122d的末端122f，从而改进了角焊缝形成。因此，第一边缘部分122d和第二边缘部分122e之间的接缝(joint)125a的强度被提高。
根据该实施方式，在中间冷却器100的管122处，仅第一弯曲部分122b侧具有沿管122的纵向方向连续的接缝125a。在接缝125a形成前，内部散热片123被设置在管122中。这样，可以提高内部散热片123的设置性能。由于仅在管122处有单个接缝125a，管122的连接可靠性可以更好。
作为对比，在管配置有分别位于其宽度方向(即，管的椭圆形横断面的主轴方向)的管的两端处的两个接缝的情况中，当另一端在钎焊中设置在下侧时，在上侧的一端的接缝的钎焊材料将向下落。因此，在上侧的接缝处容纳导致钎焊失效。
根据这一实施方式，在位于其主轴方向的管122的一端(第一弯曲部分122b定位的地方)处存在单个接缝125a。管122的一端能够在钎焊中被安排在下侧处。因此，钎焊的连接可靠性能够得到进一步提高。
此外，板部件122B在接缝125a被构造双层。更确切地说，第一边缘部分122d重叠第二边缘部分122e。这样，增加了接缝125a的连接面积。因此，连接可靠性被提高，而接缝125定位的弯曲部分122b的强度被提高。由于具有更高强度的弯曲部分122b位于中间冷却器100的外部流体的上游侧，甚至当外部的石头、沙子或相类似物碰撞到管122时，管122也结实(坚固)而防止损坏。
此外，根据这一实施方式，板部件122B在接缝125a重叠，而板部件122B的外部表面在型锻过程中变得平滑。芯板111的穿孔(未示出)被形成具有简单的椭圆形。因此，可以提高管122与芯板111的接合精度。因此，可以抑制流体从管122和芯板111之间的接缝泄漏。
(第二种实施方式)
本发明的第二种实施方式将参照图7和图8进行描述。在这种情况下，通过焊接，在管122的弯曲部分122b处形成接缝225。
在第二实施方式中，在执行内部散热片123的布置过程后，执行管体122A的形成过程。这与上述第一种实施方式相同。
参照图7，在管体122A的形成过程中，第二边缘部分122e被旋转向第一边缘部分122d(即，向图7中的右侧)，以便第二边缘部分122e接触第一边缘部分122d。然后，第一边缘部分122d被暂时固定到第二边缘部分122e，以构造弧形弯曲部分122b。在这种情况下，第二边缘部分122e的末部122g未被延长(变形)。
然后，参照图8，执行管体122A的连接过程。在这种情况下，在两个边缘部分122d和122e如图7所示被暂时彼此固定后，通过激光焊接等，第二边缘部分122e的末端122g被连接到第一边缘部分122d以形成接缝225。第一边缘部分122d位于第二边缘部分122e的内侧处。这样，形成了如图8所示的管122。
在这种情况下，由于第二边缘部分122e的末端122g在焊接中融化，因此第一弯曲部分122b的外表面在通过焊接形成的接缝225处变得光滑。这样，管122就具有简单椭圆外形。
通过在弯曲部分122b处焊接，在板部件122B的两个边缘部分122d和122e被彼此连接后，在平面部分122a的外部表面处形成钎焊材料层。热辐射散热片121、侧板124、芯板111和管122被暂时组装和整体固定，以构成中间冷却器100的组件。
在这种情况下，由于管122的外部形状为简单椭圆形，并且芯板111配置有具有简单椭圆形的穿孔，管122的末端能够实质上不会有大的间隙地与芯板111接合。
中间冷却器100的组装以与第一实施方式同样地设置置于炉中，而在其中被加热以被钎焊。在具有通过焊接形成的接缝225的管122中，通过钎焊材料，利用钎焊，内部散热片225被连接到管122的内部表面。更确切地说，执行内部散热片123的连接过程。
根据第二实施方式，在中间冷却器100的管122处，仅管122(宽度方向)的一端处的弯曲部分122b配置有沿管122的纵向方向连续的接缝225。管122的宽度方向对应于其横断面具有实质椭圆形的主轴方向。在形成接缝225前，内部散热片123被设置在管122中。因此，内部散热片123布置性能被改进。由于管122仅设有单个接缝225，管122的连接可靠性可以更好。
此外，在内部散热片123的连接过程中，由于其重量，钎焊未使用的钎焊材料落下积累在第一边缘部分122d的末端122f，从而形成了令人满意的角焊缝。因此，第一边缘部分122d和第二边缘部分122e之间的接缝225的连接强度被提高。
更确切地说，通过在管122的弯曲部分122b处的钎焊，通过焊接形成的接缝225被加强了。这样，提高了接缝225的可靠性。
此外，构成管体122A的板部件122B在接缝225处重叠，而板部件122B的外部表面在焊接过程中变得平滑。芯板111的穿孔被形成具有简单的椭圆形。因此，可以提高管122与芯板111的接合精度。因此，可以限制流体从管122和芯板111之间接缝泄漏。
(其它实施方式)
在第一实施方式中，当通过型锻，板部件122B的第一边缘部分122d被暂时固定到其第二边缘部分122e时，第二边缘部分122e的末端122g被塑性变形以被拉长，以便板部件122B的外表面光滑。然而，暂时固定过程和外部表面平滑过程可以分开(分别)执行。
例如，由管122在其中确定的液体通道也能具有圆角矩形形状等。
此外，在上述实施方式中，板部件122B在设置在管122的一端处的弯曲部分122b处重叠。然而，只要可以保证弯曲部分122b的暂时固定和强度，也能够不进行板部件122B的重叠。
在上述实施方式中，中间冷却器100被描述作为热交换器的一个实例。然而，根据本发明的热交换器及其制造方法也能够适用于例如油冷却器的其它热交换器。

Claims (21)

1.一种热交换器(100)，包括：
至少一根管(122)，该管由板部件(122B)构成，并在其中确定具有实质椭圆形横断面的流体通路；和
至少一个内部散热片(123)，该内部散热片被布置在管(122)中并通过钎焊或铜焊被连接到管(122)，其特征在于：
管(122)具有单个接缝(125a，225)，通过该单个接缝，板部件(122B)被整体连接，接缝(125a，225)沿管(122)的纵向方向连续，且位于管(122)的主轴方向端(122b)。
2.根据权利要求1中所述的热交换器(100)，其中：板部件(122B)在主轴方向端(122b)处重叠以构成管(122)。
3.根据权利要求2中所述的热交换器(100)，其中：管(122)被布置为其主轴方向端(122b)位于外部流体的上流侧处。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的热交换器(100)，其中
管(122)在接缝(125a，225)处整体连接，并在管(122)的主轴轴向端(122b)处具有平滑外部表面。
5.根据权利要求4中所述的热交换器(100)，其中：
通过型锻或弯曲暂时固定的板部件(122B)在接缝(125a)处通过钎焊被整体连接；且
板部件(122B)被塑性变形，以便在主轴方向端(122b)处的管(122)的外部表面平滑。
6.根据权利要求4中所述的热交换器(100)，其中：
板部件(122B)在接缝(225)处通过焊接被整体连接；且
板部件(122B)被熔化，以便在主轴方向端(122b)处的管(122)的外部表面平滑。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的热交换器(100)，其中内部散热片(123)的厚度小于管(122)的厚度。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的热交换器(100)，其中内部散热片(123)和管(122)由铜制成。
9.一种制造根据权利要求1中所述的热交换器(100)的方法，所述方法包括：
弯曲板部件(122B)以形成其中确定具有实质椭圆形横断面的流体通路的管体(122A)的形成过程；
用于整体连接管体(122A)以形成管(122)的第一连接过程；管体(122A)在形成过程中由板部件(122B)构造；
在形成过程前，将内部散热片(123)设置在将形成由管体(122A)确定的流体通路的位置处的布置过程；和
通过钎焊或铜焊，将内部散热片(123)整体连接到管(122)的内部表面的第二连接过程，其中：
在形成过程中，板部件(122B)的两个边缘部分(122d，122e)沿管体(122A)的纵向方向彼此接触，并定位在管体(122A)的主轴方向端(122b)处；以及
在第一连接过程中，板部件(122B)的两个边缘部分(122d，122e)被彼此连接。
10.根据权利要求9中所述的制造热交换器(100)的方法，其中：
在形成过程中，板部件(122B)的两个边缘部分(122d，122e)在主轴方向端(122b)处被放置以彼此重叠。
11.根据权利要求10中所述的制造热交换器(100)的方法，其中：
在形成过程中，管体(122A)被形成为其主轴方向端(122b)位于外部流体的上流侧处。
12.根据权利要求9-11中任意一项所述的制造热交换器(100)的方法，其中
在第一连接过程中，由板部件(122B)构造的管体(122A)通过钎焊被整体连接以形成管(122)。
13.根据权利要求12中所述的制造热交换器(100)的方法，其中：
第一连接过程和第二连接过程被同时执行。
14.根据权利要求13中所述的制造热交换器(100)的方法，其中：
当执行第一连接过程和第二连接过程时，管体(122A)的主轴方向端(122b)被布置在下侧。
15.根据权利要求12-14中任意一项所述的制造热交换器(100)的方法，其中
在形成过程中，板部件(122B)的两个边缘部分(122d，122e)通过型锻或弯曲被彼此固定；和
板部件(122B)被塑性变形，以便管体(122A)的外部表面平滑。
16.根据权利要求9-11中任意一项所述的制造热交换器(100)的方法，其中
在第一连接过程中，由板部件(122B)构造的管体(122A)通过焊接被整体连接以形成管(122)。
17.根据权利要求16中所述的制造热交换(100)的方法，其中：
在第一连接过程中，板部件(122B)被熔化，以便管体(122A)的外部表面光滑。
18.根据权利要求17中所述的制造热交换器(100)的方法，其中：
当执行第二连接过程时，主轴方向端(122b)位于下侧。
19.根据权利要求9-11、13、14、17和18中任意一项所述的制造热交换器(100)的方法，其中
内部散热片(123)的厚度小于板部件(122B)的厚度。
20.根据权利要求9-11、13、14、17和18中任意一项所述的制造热交换器(100)的方法，其中
内部散热片(123)和板部件(122B)由铜制成。
21.根据权利要求9-11、13和14中任意一项所述的制造热交换器(100)的方法，其中
在形成过程前，糊状的钎焊材料被涂到形成为管体(122A)的板部件(122B)。
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