TW552396B - Heat exchanger and method of making the same - Google Patents
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Description
B7 五、發明説明( 本發明係關於熱交換器,且特別係關吴熱交換器的改良 式側板;以及製造熱交換器之方法。 發明背景 在今天所使用之許多熱交換器,例如車輛用散熱器、油 冷卻器及增壓空氣冷卻器,其基本結構包括二個間隔、概 呈平行的聯管箱,而該聯管箱係由複數個間隔、平行、扁 平配管相互連結而成。位於配管間的是盤管散熱薄片。在 一般情形’最側邊配管正好位於熱交換器上側板内部,且 盤管散熱片位於其最側邊配管及緊鄰側板之間。 側板通常是連接至聯管箱以提供結構完整性。它們同樣 在製造過程中,特別當熱交換器係由鋁所製成且組件經銅 焊連接時,或者當交換器由其它材料組成且在組裝過程中 包含某些高溫製程時,扮演重要的角色。 更特別地,傳統組裝技術涉及一種夾具的使用,其夾持 一配管及盤管散熱片成交替配置之夾層結構。夾層外側, 即最後變為熱交換器核心各側的外層,典型具備其尾端機 械式連接聯管箱的側板。在諸如銅焊的接合過程期間,壓 力施加於側板’以確保盤管散熱片及配管間之良好接觸, 俾確保散熱片穩固地焊接至配管,以增加接觸點上的熱傳 輸。如果不能這樣做,則空氣隙可能位於散熱片及緊鄰配 官頂%之間’而不利地影響熱傳輸率及耐久性,諸如抵抗 疲勞所產生壓力及承受壓升的能力。 同時,當熱交換器在使用時,即使側板所使用的材料可 和配管相同,但因為一熱交換器的流體不流經側板而流經 本紙張尺度適用巾s g家標準(CNS) A4規格(⑽χ 297公爱) 552396 A7 B7
五、發明説明 配管’配管將典型處在溫度高於側板的狀態,至少在—熱 交換器操作啟動的初始時候。 一該情形隨後即在配管及聯管箱造成高熱應力。由於相當 A的溫度所造成配管之膨脹,可能推擠使聯管箱分離,而 處於低溫的側板將其同時夬持於核心各側。這均時常發 生,熱交換器組件中嚴重的熱應力導致配管至聯管箱接縫 的破裂或形成漏洞開口,得需要修理或替換熱交換器。 為避免這個問題,在熱交換器完全組裝後,在其尾端中 間某位置,藉由鋸齒切割側板,使得配管的熱膨脹可由側 板所承受,如此在多重部份,可彼此相對移動於鋸切的地 方。然而,此解決方式增加了製程上操作的困難,因此不 甚經濟。 發明概述 本發明的主要目的係提供一種新式改良的熱交換器及其 製造方法,藉此消除由於熱交換器配管膨脹及其側板膨脹 間熱膨脹的差造成之熱感應力所導致熱交換器故障的問 題。本發明另一目的係提供一種製造此一熱交換器的方 法。 如本發明一内容’其所提供的一種熱交換器包括一對間 隔、概呈平行的聯管箱,複數個間隔、概呈平行的配管延 伸於聯管箱内部且與其相互流通,一對長形側板、其位於 熱交換器的各側,且延伸於聯管箱間且連接其上,並且在 熱父換器對應側與緊鄰配管間隔。盤管·散熱片配置於緊鄰 配笞間以及側板和其緊鄰連接的配管間。本發明所完成的
552396 A7 ___B7 i '發明) -~— - 3 =艮,其中各側板包括至少一開口於其邊緣間,該開口具 一外圍,而以該外圍的一部份緊密接近至少一個邊緣與 各側板中的一刻線,該刻線係由外圍部份延伸至邊緣。因 熱感應力將導致側板在開口及刻線位置切斷,其後配 管至聯管箱接缝或類似位置的應力將永久釋放。 如本發明一實施例,^ 口係長形且傾斜於對應側板的狹 長方向。 一較佳實施例係使側板形成為一具有底座的凹槽,底座 具有至少一由其延伸的支架,而終.結於一邊緣位置。開口 形成於底座及一支架中且刻線位於一支架中。 在一最佳實施例中,其提供一種熱交換器,其大致上如 先前本發明擬改良者所述,其中各側板係凹槽外型,且具 有一底座及二間隔突出支架由底座延伸且終結於對立邊 緣。第一及第二長形開口並列配置於各側板中,且具有各 別中心線交叉於一銳角角度。各開口具有一外圍,其包括 一第一部份緊密接近對應的一邊緣及一第二部份緊密接近 另一開口。第一及第二部份彼此間隔於側板的狹長方向, 及一第一減弱線位於各第一部份且延伸於對應一開口及緊 鄰的一邊緣間。一第二減弱線延伸位於第二部份的開口之 間。 由於此結構’側板可切斯於減弱線,以釋放先前的應 力。再者,側板上形成有一凹槽以及第一及第二減弱線的 有效交錯不能實質降低彎曲強度或防止啊板彎曲,使得在 組裝側板至核心利維持結構高度的完整性。這完成兩個目 -6 - ^紙痕尺度適财s國家標準(CNS) A4規格(21GX297公爱) 552396 AT B7 4 五、發明説明( 地·其容許在組裝側板至核心前握持側板,而不需顧慮人 員必須握持側板的問題;及分配膨脹應力,不然其將集中 於切斷的位置。 在一較佳實施例中,銳角角度係9 〇。等級。 較佳地,第一及第二減弱線係分別由支架及通道底座中 V型凹槽所界定。 在較佳貝施例中’減弱線具有一長約4 · 6 m m或更少的 長度。 本發明提供一種製造鋁質熱交換器的方法,其包括的步 (a)組裝熱交換器的組件於夾具中,其具有間隔聯 笞箱k伸於驷管箱間的間隔配管、延伸於核心側聯管箱 j勺側板及位於緊鄰配f間以及側板和核心各側的緊鄰配 $間的盤g散熱片;⑻機械式固定側板各端至緊鄭聯管 箱;(C)在步驟(a)及(b)前,減弱側板接近其尾端的一點, 以:降低其承受張力的能力,而不會實質影響其承受彎曲 月匕力及(d)將由步驟(b )所造成的組件加溫至焊接溫 =,=)組件焊接在—起且⑼容許各侧板由於熱感應力 而切斷於職位置n是否會發生維護 上依據焊接後焊接組件冷卻速率而定。 肝大 白其匕目的及優點將由下列說明並參考相關附圖而得以明 圖式說明 圖1係一如本發明熱交換器的示意側视圖; 圖2係—如本發明之已部份製成之側板的部份平面圖; 10X297 公釐) 本纸張尺度適财關 -7 ·
圖3係一已完全製成之側板的平面圖;-圖4係一已冗全製成之側板的立體圖; 圖5係一約沿圖3線5巧所取的放大橫截面圖;及 圖6係一側板之局部放大的片段圖。 較佳實施例說明 开本發明將在下文中為一車輛用$動式散熱$,例如— 型卡車的散熱器。然而,本發明可應用於其它環境 大 的散熱器’例如任何交通工具式或固定應用於—内用 ,發電機的散熱器。本發明同樣料任何許多型式教、交= 間的平行配管;例如有油冷卻器及加壓空氣冷:::; 自 附加之中請專·圍所表示者外,不限於任何特別 μ參考圖1,—種相關型式的熱交換器,包括間隔、平形的 聯管箱板10、12,其中有複數個扁平配管14延伸其間。、 心14彼此間隔且其尾端經銅烊或洋接或料且延伸通過 ,管箱1〇及12巾白勺凹槽(未表示)1便和安裝於各聯管 相二〇、12之儲存# i“勺内部相互流通。有鑑於此,值得 、〜i内文所使用者’名同聯管箱’’共同稱之為聯管箱 板10、12’具有儲存槽16固定其上的聯管箱1〇、12, 或^例如由白知技蟄的配管或各種壓層程序所製成的整合 而”"目及儲存槽結構。側板丨8、2 Q側立於熱交換器結構的 各側且延伸於聯管箱10、12間,以及典㈣械式連接和金 屬接合到聯管箱。 552396 A7 B7 五 、發明説明( 在間隔配管14間及最尾端配管14和緊鄰一側板18、2〇 間係一般的盤管散熱片22。如習知技藝,散熱片22可由 各種材料製成。典型的範例係鋁、銅和黃銅。然而,依據 所需強度和熱交換效率需求,其它材料同樣能夠使用。 在本發明最佳實施例中,所有剛剛說明的组件,可能除 了塑膠製成的儲存槽16外’可由㈣銘合金製成且焊鍍於 適當位置’使得圖丨所示的整個组件可放置於銅焊爐内且 組件均能焊接在-起。在-般情形,在銅焊前,使用適當 夾具建立一夾層,其可由配管及變換使用的盤管散熱片Μ 來組成且由側板18及20覆蓋於各端。聯管箱1〇Η固 定於配管14尾端且在通常情形,典型藉由側板18上的寶 曲接頭覆蓋聯管箱10、12的對應端’如此側板18及 可機械式連接至聯管箱i 〇、1 2。 圖2圖示-用於製作側板18、2〇之已部份製成的預製 品。如圖示,其係成長形且具有聯管箱連接端24、26。僅 為圖示說明將形成於侧板中之彎處位置之不存在的彎曲線 係圖示於28 H最後,如圖2所示的細長條將沿著線 28及30彎曲,用以形成具有_底座32的凹槽,該底座係 由彼此間隔及終結於各別對立支架38、4〇的直立支架 34、36所側接。雖然槽形截面為較佳,而在某些情形中木 側板18、20可維持上的平面或扁平。 ,由提供至少-開口 42於細長條尾端m間的—個 ::個位置,使細長條其尾端中間被弱化。在一較 例中’-…係與-開口 44成對。開口 42、44大致 • 9 - 本纸張尺度適财關家標準(CNSy^格 X 297公釐) 552396 A7
^係概呈卵卿狀,其各具有—中⑽^重合於相關開口 、勺主軸。開口 4 2、4 4的中心線彼此交叉於一銳角 。,乂形成一 V字型。在最佳實施例中,交叉角度係9 0 ,且各中心線係與側板縱軸成4 5。。 開口 42具有-外圍48,其包括一部份5〇緊密接近於邊 緣38。如圖5所示,外圍48部份5()及邊緣38間的間 隙’在-最佳實施例中’係l6mm。‘然而,其它數值亦可 使用,其將為習於此技藝者所明白如下文。 開口 44同樣具有-外圍52,其部份54緊密接近於邊緣 4〇再者,,在一最佳實施例中,部份5 4及邊緣4 0間的 間隙係1 . 6 m m。 開口 42及44的外圍48及52也具有部份56,其緊密 接近於其它開口 4 2、4 6的對應部份。如圖6所示,雖然 其它值可使用,而開口 42及44部份56彼此間隔〜 3.2mm的距離。通常,尺寸將為4· 6mm或更少。 在圖示實施例中,有二組開口 4 2、4 4位於側板端2 4、 2 6間的不同位置。 側板可提供於切口 60、62於其尾端24、26,該切口接 著界定可沿聯管箱1 0、1 2尾端彎曲或容納於凹槽的的接頭 6 4,以便在銅焊前機械固定側板1.8、2 0至組合件。 本發明的重要特性係提供減弱線於各側板中。如此,位 於開口 42外圍48的部份50的位置,一條減弱線70延伸 至側板的緊鄰邊緣38。一條相同的減弱.線72位於開口 44 外圍5 2的部份5 4且延伸至側板邊緣4 0。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 552396 A7 ----------B7 五、發明説明('— =外,—條減弱線74在其緊密接近的外圍48、52那 56位置,延伸於開口 42、“間。將觀察到,減弱 一 _74沿著側板18、2〇的長度彼此間隔。 在車乂佳只施例中,減弱線形成如圖5中減弱線74所示 的V字型切口。 。 I成減弱線的V字型切口側約間隔9 〇 ’衣度將約為側板厚度的一半。在圖示實施例 中去开:成減弱線7 〇、7 2、7 4的各切口深度係〇 · 8匪。 當然,各切口深度可依據材料厚度以及各別邊緣38及 —中部6 5 6,或部份5 0與5 4間的距離改變。減弱線事 貝上係由壓印製程所達成的垂直線。再者,任何沿一條線 的減弱金屬可如所需來使用。 如本發明製成的熱交換器係由一發明方法所製成,該方 法包括一第一步驟,其組裝熱交換器的組件,換言之,聯 管箱1〇、12,配* 14,側板18、20及夾具中的盤管散 ”,、片2使彳于‘管相與配管間隔,而配管間隔且延伸於聯 &箱間進入切槽内,及侧板延伸於核心側位置的聯管箱 間同時盤管散熱片定位於配管間及核心各側中側板和緊 鄰配管之間。側板典型地但不總是機械式固定於各端至緊 鄰驷管箱處。然而,在實行先前步驟前,側板的製作具有 一減弱線位於接近尾端24、26的一點。較佳地,所揭露實 施例將被使用,但其將為習於此技者明白其它實施例同樣 能被使用。側板的減弱點降低其承受張力的能力,然而實 質上不影響其承受彎曲的能力;且這特別有助於刻線、 7 2、7 4如所示彼此的補償。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 552396 A7 B7 五 、發明説明(9 合成組件接著加溫到銅焊溫度,將組件銅焊在一起且容 許銅焊過程中所包含的熱應力,由於熱感應力結果,在減 弱點位置切斷各側板。切斷實際上的發生係依據銅焊後組 件的冷卻速率。 在某些情形,切斷可能不會完全在銅焊過程期間發生, 但當熱交換器置於應用時,在一段熱操作循環後,其充份 地減弱於減弱線位置的側板中,而在損壞配管至聯管箱接 缝或熱交換器其它地方發生前,側板將在應用中完全斷裂 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
Claims (1)
- 552396 A8 B8——種熱交換器,包括一對間隔、概呈平行的聯管箱;複 數個間㈣相无主平行配管延伸至該聯管箱内部且與聯管 相内部相連^ —對長形側板,位於該熱交換器各側, 且延伸連接#該聯管箱纟間並與位纟該熱交換器對應側 位置之該緊鄰配管間隔;及盤管散熱片,位於緊鄰配管 及該側板間;該改良,其中各側板包括至少一開口於其 邊緣間且具有一外圍,而該外圍部份緊密接近至少一該 邊緣,且在該側板中的一刻線由該外圍部份延伸至該邊 緣。 ~ 2·如申請專利範圍第1項的熱交換器,其中該開口係成長形 且與該對應側板的狹長方向成一銳角。 3·如申請專利範圍第2項的熱交換器,其中該側板形成具有 一底座的凹槽,且至少一支架從此延伸並終結於該一邊 緣’及該開口形成於該底座和該一支架中,且該刻線位於 該支架中。 4·如申請專利範圍第3項的熱交換器,進一步包括一第二刻 線延伸至另一該邊緣。 5 ·如申請專利範圍第4項的熱交換器,其中該凹槽包括由該 底座延伸的一第二支架,該底座間隔於該第一支架,且該 第一刻線延伸至一第二長形開口,其與狹長方向成一銳 角,且並列於該一開口,該開口具有中心線交叉成一 v 字型。 6 ·如申請專利範圍第5項的熱交換器,其中有該一及第二開 口的二間隔組,各該組包括各該刻線之一。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)裝 訂552396 ABCD 「、申請專利範圍 ~--- 7· -種熱交換E,包括-對間_、概呈平行的聯管箱;複數 個間隔、概呈平行配管延伸至該聯管箱内部且與其流通; 一對長形側,位於㈣交換器各㈣,且延伸該聯管箱間 並與其連接,及在該熱交換器對應側位置與該緊鄰配管間 隔;及盤管散熱片,位於緊鄰配管及該側板間;該改良, 其中各側板係一具有一底座及二間隔直立支架的凹槽,該 支架由該底座延伸且終結於對立邊緣,在各該側板中第一 及第二長形開口相互並列,且具有各別中心線交叉於一銳 角角度,各該開口具有一外圍,其包括一第一部份緊密接 近至對應的一該邊緣,及一第二部份緊密接近其它開口, 該$—及第二部份彼此間隔於該側板的狹長方向,位於各 該第-部份的-第-減弱線延伸於對應一該開口及緊鄰一 該邊緣間,及-第二減弱線延伸於該第二部份的該口間。 8. 如申請專利範圍第7項的熱交換器,其中該銳角係於9〇。 的等級。 9. 如申請專利範圍第7項的熱交換器,其中該減弱線具有约 4.6mm或更少長度。 10·如申請專利範圍第7項的熱交換器,纟中該第一及第二減 弱線係分別由該支架及該底座中的v字型切口所界定。 11·如申請專利範圍第1G項的熱交換器,其中該熱交換器係 實質由銘或麵合金部件焊接在一起所組成,且該側板切割 於該減弱線。 泛如申請專利範圍第7項的熱交換器,其中該開口概呈橢圓 形。 -14- 552396 8 8 8 8 ABCD 申請專利範圍 η.-種製造銘質熱交換器的方法,包含下列步帮: a) #且裝該熱交換器的組件於—夹具中,其具有間隔聯管 箱、延伸於聯管箱間的間隔配管、延伸於核心側聯管 相間的側板及位於聲泰;^ 於緊鄰配官間以及該側板和該核心各 側的緊鄰配管間的盤管散熱片· b) 在步驟⑷前,減弱該側板接近其尾端的'點,以便降 低其承受張力的能力,而不會實質影響其承受彎曲的 能力; 〇將由步驟(b)所合成的組件加i至焊接溫度,使⑴該 組件知接在-起且(:j)容許由於熱感應力而切斷各侧 板於該點位置。 Η.如申請專利範圍第13項的方法,包括機械式固定各側板 的各端至該緊鄰聯管箱的步驟。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐)
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