專利名稱：熱交換器及制造該熱交換器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱交換器，具體地說，本發(fā)明涉及用于熱交換器的改進(jìn)型的側(cè)板以及制造熱交換器的方法。
目前使用的多種熱交換器例如車輛散熱器、油冷卻器及充氣冷卻器均是以這樣的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，該結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)相間隔的大致平行的集流管，它們通過多個(gè)相間隔的、平行的扁平的導(dǎo)管互連。位于導(dǎo)管之間的是薄的彎曲的翼片。在通常的情況下，最邊上的導(dǎo)管剛好位于熱交換器側(cè)板的內(nèi)側(cè)，彎曲翼片則位于最邊上的導(dǎo)管與相鄰側(cè)板之間。
側(cè)板一般但不總是與集流管相連，以便提供結(jié)構(gòu)上的整體性。在制造過程中，特別是在熱交換器是由鋁制成且組件是銅焊到一起的時(shí)或者在熱交換器是由其它材料制成且在組裝過程中涉及某種高溫過程時(shí)，側(cè)板起重要的作用。
具體地說，通常的組裝技術(shù)涉及使用固定件，它固定住由交替的導(dǎo)管和彎曲翼片構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。疊層的外側(cè)即通常會(huì)成為熱交換器核心的側(cè)面的外層一般都配備有側(cè)板，其端部一般以機(jī)械的方式與集流管相連。將壓力提供到側(cè)板上，以確保彎曲翼片與導(dǎo)管在諸如銅焊之類的連接過程中有良好的接觸，從而確保翼片能牢固地接合于導(dǎo)管，因而使熱傳遞在接觸點(diǎn)處達(dá)到最大。如果不這樣做，就會(huì)有氣隙位于某些翼片頂部與相鄰的導(dǎo)管之間，這就會(huì)對(duì)傳熱率和諸如抗壓力疲勞和耐高壓能力之類的耐久性產(chǎn)生不利影響。
同時(shí)，當(dāng)熱交換器處于使用中時(shí)，即使側(cè)板與導(dǎo)管有相同的材料，但是，由于熱交換器流體并不流過側(cè)板，而是流過導(dǎo)管，故至少在開始換熱操作過程的開始時(shí)，導(dǎo)管一般處于比側(cè)板更高的溫度下。
這又會(huì)導(dǎo)致在導(dǎo)管和集流管中有高的熱應(yīng)力。導(dǎo)管因較高的溫度的膨脹會(huì)推開集流管，而較低溫度下的側(cè)板則使集流管在核心側(cè)合到一起。熱交換器組件中的這種劇烈的熱應(yīng)力經(jīng)常導(dǎo)致破裂或在導(dǎo)管附近形成有通向集流管的泄露開口，這需要修理或更換熱交換器。
業(yè)已提出了通過在端部的中間鋸開側(cè)板因此導(dǎo)管的熱膨脹可被多段的能在鋸開切口處彼此相對(duì)移動(dòng)的側(cè)板所容納，從而避免在完成熱交換器的組裝之后的這種問題。但是，對(duì)制造過程來說，這一方案增加了額外操作，因此在經(jīng)濟(jì)上不合要求。
本發(fā)明的主要目的是提供一種新型經(jīng)改進(jìn)的熱交換器以及制造該熱交換器的方法，該方法能消除熱交換器因的故障問題，這些問題起因于熱交換器導(dǎo)管的膨脹與熱交換器側(cè)板膨脹之間的熱膨脹差所導(dǎo)致的熱應(yīng)力。本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供制造這種熱交換器的方法。
依照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種熱交換器，該熱交換器包括一對(duì)相間隔的、大致平行的集流管；多個(gè)相間隔的、大致平行的導(dǎo)管，它們?cè)诩鞴苤g延伸并與集流管的內(nèi)部相通；一對(duì)細(xì)長(zhǎng)的側(cè)板，一個(gè)側(cè)板位于熱交換器的一個(gè)側(cè)面上并在集流管之間延伸且與集流管相連，同時(shí)在熱交換器的相應(yīng)一側(cè)處間隔于相鄰的導(dǎo)管。彎曲翼片設(shè)置在相鄰導(dǎo)管之間以及側(cè)板與相鄰于該側(cè)板的導(dǎo)管之間。本發(fā)明希望有改進(jìn)，其中，每個(gè)側(cè)板均包括至少一個(gè)位于邊緣之間的開口，所說的開口具有這樣的外緣，該外緣的一部分連同各側(cè)板中的標(biāo)線緊靠近至少一個(gè)邊緣，而所述標(biāo)線則從外緣的上述部分延伸至所述邊緣。因此，熱應(yīng)力會(huì)使側(cè)板在開口和標(biāo)線的位置處斷開，此后，會(huì)永久地釋放導(dǎo)管處對(duì)集流管接頭或類似裝置的應(yīng)力。
依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述開口是細(xì)長(zhǎng)的并且按銳角朝向相應(yīng)側(cè)板的延長(zhǎng)方向。
一個(gè)最佳實(shí)施例希望側(cè)板被形成為一通道，它帶有一基體和從該基體延伸的至少一個(gè)支臂，它終止于一個(gè)邊緣。所述開口形成在上述基體和一個(gè)支臂上，并且，標(biāo)線位于上述支臂上。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，提供了大致如前所述的熱交換器，本發(fā)明希望進(jìn)行改進(jìn)，其中，每個(gè)側(cè)板都是通道形的，具有基體和兩個(gè)相間隔的突出支臂，它們從上述基體延伸并終止于相反的邊緣。第一和第二細(xì)長(zhǎng)開口并排設(shè)置在各側(cè)板上并具有按銳角相交的相應(yīng)中心線。每個(gè)開口均具有外緣，該外緣包括緊靠近相應(yīng)一個(gè)邊緣的第一部分以及緊靠近另一個(gè)開口的第二部分。所述第一和第二部分沿側(cè)板延長(zhǎng)的方向彼此相間隔，第一弱化線位于各第一部分處并在相應(yīng)一個(gè)開口與相鄰一個(gè)邊緣之間延伸。第二弱化線于第二部分處在所述開口之間延伸。
由于有這種結(jié)構(gòu)，側(cè)板會(huì)在弱化線處斷開以便如前那樣釋放應(yīng)力。而且，將側(cè)板形成為通道且使第一和第二弱化線有效地交錯(cuò)不會(huì)顯著地減少抗彎強(qiáng)度或抗側(cè)板彎曲，因此，在將側(cè)板組裝到核心之前保持高度的整體性。這就能達(dá)到兩個(gè)目的能在組裝到核心之前在不需要搬運(yùn)側(cè)板的人十分小心的情況下搬運(yùn)側(cè)板；以及，使膨脹應(yīng)力分散，膨脹應(yīng)力在相反情況下集中在斷開位置處。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，銳角約90°左右。
最佳的是，第一和第二弱化線分別是由支臂和通道基體上的V形凹口限定的。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，弱化線具有約4.6mm或更少的長(zhǎng)度。
本發(fā)明還希望提供制造鋁熱交換器的方法，該方法包括下列步驟(a)將熱交換器核芯的組件組裝到固定件上，以便具有相間隔的集流管、相間隔的在集流管之間延伸的導(dǎo)管、于核心的側(cè)面處在集流管之間延伸的側(cè)板以及位于相鄰導(dǎo)管之間并在核心各側(cè)面處位于側(cè)板與相鄰導(dǎo)管之間的彎曲翼片；(b)以機(jī)械的方式將側(cè)板的各端固定于相鄰的集流管；(c)在步驟(a)和(b)之前，在端部中間位置處弱化側(cè)板，以便減少其抗拉伸的能力，同時(shí)基本上不影響其抗彎曲的能力；以及，(d)使源于步驟(b)的組件經(jīng)歷銅焊溫度，以便(i)將組件銅焊到一起并且(ii)使各側(cè)板在上述各點(diǎn)處因熱應(yīng)力斷開。在實(shí)際上是否有維修一般取決于銅焊之后銅焊的組件冷卻的速度。
從連同附圖的下述說明中可以看出其它目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明熱交換器的略微概略的側(cè)剖圖；圖2是本發(fā)明部分制造的側(cè)板的局部平面圖；圖3是完全制造的側(cè)板的平面圖；圖4是完全制造的側(cè)板的透視圖5是大致沿圖3中5-5線放大剖面圖；以及圖6是側(cè)板一部分的放大局部圖。
以下將本發(fā)明說明為車輛散熱器例如用于大型卡車的散熱器。但是，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可應(yīng)用于其它情況下使用的散熱器例如用于任何車輛或用于如內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電器的固定應(yīng)用的散熱器。本發(fā)明還可用于用側(cè)板將彎曲翼片固定到在相間隔的集流管之間延伸的任何類型的熱交換器例如油冷卻器、充氣冷卻器。因此，除后附權(quán)利要求所述范圍以外，對(duì)任何特定的應(yīng)用都沒有限制。
參照?qǐng)D1，有關(guān)類型的典型熱交換器包括相間隔的、平行的集流管板10、12，在它們之間，延伸有多個(gè)扁平的導(dǎo)管14。導(dǎo)管14彼此相間隔，它們的端部銅焊或焊接于集流管10和12上未示出的開槽并穿過這些開槽，從而與水箱16的內(nèi)部作流體通連，水箱16則固定于各集流管10、12。這方面，應(yīng)該注意，如本文所使用的那樣，術(shù)語“集流管”總體上指集流管板10、12、帶有固定在其上的水箱16的集流管10、12或本技術(shù)中周知的例如由導(dǎo)管或多種分層過程制成的整體集流管和水箱結(jié)構(gòu)。側(cè)板18、20側(cè)接于熱交換器結(jié)構(gòu)的相應(yīng)側(cè)面并在集流管10、12之間延伸并且一般以機(jī)械方式與其相連并以冶金的方式與其相粘合。
在相間隔的導(dǎo)管14以及在最端部的導(dǎo)管14與相鄰一個(gè)側(cè)板18、20之間是通常的彎曲翼片22。正如所周知的那樣，翼片22可由多種材料制成。典型實(shí)例是鋁、銅和黃銅。但是，也可以根據(jù)需要的強(qiáng)度和多種應(yīng)用的熱交換器的效率要求使用其它材料。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，除可由塑料構(gòu)成的水箱以外，上述所有的組件均由鋁或鋁合金構(gòu)成并在適當(dāng)?shù)奈恢锰幐灿悬S銅，因此，圖1所示的整個(gè)組件可放置在銅焊爐中，從而將所有的組件銅焊到一起。在通常的情況下，在銅焊之前，使用適當(dāng)?shù)墓潭硇纬莎B層，該疊層由與彎曲翼片22相交錯(cuò)的導(dǎo)管14構(gòu)成并由側(cè)板18和20在各端處罩住。集流管10、12固定于導(dǎo)管14的端部，并且，在通常的情況下，側(cè)板18和20一般通過側(cè)板18上的彎曲凸翼在集流管10、12的相應(yīng)端部上以機(jī)械的方式與集流管10、12相連。
圖2說明了部分制造的預(yù)制件，它用于制造側(cè)板18、20。如圖所示，所述預(yù)制件是細(xì)長(zhǎng)的并且具有集流管連接端24、26。在標(biāo)號(hào)28和30處說明了要形成在側(cè)板上的僅為說明彎曲位置而示出的不存在的彎曲線。最后，圖2所示的條沿線28和30彎曲，以形成具有基體32的通道，所述基體側(cè)接于直立的支臂34、36，支臂34、36彼此相間隔并終止于相應(yīng)的相反邊緣38、40。盡管在某些情況下通道截面是最佳的，但側(cè)板18、20可保留成大致為平面或扁平的。
通過在條的端部24、26之間的一個(gè)或多個(gè)位置處提供至少一個(gè)開口42而使得所說的條在其端部的中間處弱化。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，開口42和開口44是成對(duì)的。開口42、44通常呈橢圓的形式，每個(gè)開口均具有中心線46，該中心線與相關(guān)開口42、44的主軸線相一致。開口42、44的中心線按銳角彼此相交以形成一V形。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，相交角是90°，并且，每個(gè)中心線均與側(cè)板的縱軸成45°。
開口42具有外緣48，它包括與邊緣38緊相鄰的部分50。如圖5所示，外緣48的部分50與邊緣38之間的間隔在一個(gè)最佳實(shí)施例中為1.6mm。但是，正如本技術(shù)專家在以后可以看出的那樣，也可以使用其它值。
開口44類似地具有外緣52，它帶有與邊緣40緊相鄰的部分54。外緣48的部分54之間的間隔在一個(gè)最佳實(shí)施例中為1.6mm。
開口42和44的外緣48和52也具有部分56，這些部分與開口42、46中的另一開口的相應(yīng)部分緊相鄰。如圖6所示，盡管可以使用其它值，但開口42和44的部分56彼此相間隔3.2mm的距離。一般地說，所述尺寸為4.6mm或更少。
在所述的實(shí)施例中，在側(cè)板的端部24、26之間的不同位置處有兩組開口42、44。
可在帶有凹口60、62的端部24、26處設(shè)置側(cè)板，凹口限定了凸翼64，凸翼64可在集流器10、12的端部周圍彎曲或被接收在凹槽內(nèi)，以便在銅焊之前以機(jī)械的方式將側(cè)板18、20固定于組件。
本發(fā)明的一個(gè)顯著特征是在各側(cè)板上設(shè)置弱化線。因此，在開口42的外緣48的部分50處，弱化線70延長(zhǎng)至側(cè)板的相鄰邊緣38。類似的弱化線72位于開口44的外緣52的部分54處并延伸至側(cè)板邊緣40。
此外，弱化線74在緊相鄰的外緣48、52的部分56處在開口42、44之間延伸。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，弱化線70、72、74沿側(cè)板18、20的長(zhǎng)度彼此相間隔。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，弱化線形成為如圖5中的弱化線74所示的V形凹口。構(gòu)成弱化線的V形凹口的側(cè)面成角度地間隔約90°，每個(gè)凹口的深度經(jīng)過側(cè)板厚度的約一半。在所述的實(shí)施例中，構(gòu)成弱化線70、72、74的各凹口的深度是0.8mm。
當(dāng)然，各凹口的深度可隨材料的厚度以及相應(yīng)邊緣38和40中的部分56或部分50、54之間的距離而變。弱化線事實(shí)上是通過沖壓處理而獲得的直線。但是，在某些情況下使用穿孔線。此外，如果希望的話，可以使用沿一條線弱化金屬的任何方式。
本發(fā)明的熱交換器是用本發(fā)明的方法制成的，該方法作為第一步驟包括將熱交換器的組件即集流管10、12、導(dǎo)管14、側(cè)板18、20以及彎曲翼片22組裝到固定件的上步驟，因此，集流管是相間隔的，導(dǎo)管是相間隔的并且在集流管之間延伸進(jìn)凹槽，并且，側(cè)板在核心的側(cè)面連同彎曲翼片在集流管之間延伸，而翼片則位于相鄰導(dǎo)管之間并在各核心的側(cè)面位于側(cè)板與相鄰導(dǎo)管之間。側(cè)板一般但不總是以機(jī)械的方式在各端固定于相鄰集流管。但是，在執(zhí)行前述步驟之前，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，側(cè)板制造成在端部24、21中間的位置處具有弱化線。最佳的是，可以使用所公開的實(shí)施例，如本技術(shù)的專家所看到的那樣，也可以使用其它實(shí)施例。弱化側(cè)板的位置會(huì)減少其抗拉伸的能力，同時(shí)，不會(huì)根本上影響其抗彎曲的能力，這一點(diǎn)在如圖所示那樣標(biāo)線70、72、74彼此偏移的的情況下是有幫助的。
然后，使最終的組件經(jīng)歷銅焊溫度，以便將組件銅焊到一起并使得包括在銅焊過程中的熱應(yīng)力在弱化點(diǎn)處因熱應(yīng)力使各側(cè)板斷開。斷開是否實(shí)際出現(xiàn)將取決于銅焊之后組件冷卻的速度。
在某些情況下，在銅化過程中，斷開不會(huì)完全出現(xiàn)，但是，在熱交換器投入使用時(shí)，在側(cè)板弱化線處會(huì)充分弱化，因此，在幾個(gè)熱操作周期之后，在破壞了導(dǎo)管、集流管接頭或熱交換器其它地方之前，側(cè)板會(huì)在使用中完全斷裂。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，該熱交換器包括一對(duì)相間隔的、大致平行的集流管；多個(gè)相間隔的、大致平行的導(dǎo)管，它們?cè)诩鞴苤g延伸并與集流管的內(nèi)部相通；一對(duì)細(xì)長(zhǎng)的側(cè)板，一個(gè)側(cè)板位于熱交換器的一個(gè)側(cè)面上并在集流管之間延伸且與集流管相連，同時(shí)在熱交換器的相應(yīng)一側(cè)處間隔于相鄰的導(dǎo)管；以及，彎曲翼片，這些翼片位于相鄰導(dǎo)管與側(cè)板之間，在所述熱交換器的改進(jìn)中，每個(gè)側(cè)板均包括至少一個(gè)位于邊緣之間的開口，所說的開口具有這樣的外緣，該外緣的一部分緊靠近至少一個(gè)邊緣，各側(cè)板上的標(biāo)線則從上述部分延伸至所述邊緣。
2.如權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，所述開口是細(xì)長(zhǎng)的并且按銳角朝向相應(yīng)側(cè)板的延長(zhǎng)方向。
3.如權(quán)利要求2的熱交換器，其特征在于，所述側(cè)板被形成為一通道，它帶有一基體和從該基體延伸的至少一個(gè)支臂，它終止于一個(gè)邊緣，所述開口形成在上述基體和一個(gè)支臂上，并且，標(biāo)線位于上述支臂上。
4.如權(quán)利要求3的熱交換器，其特征在于，所述熱交換器還包括第二標(biāo)線，它延伸至另一個(gè)邊緣。
5.如權(quán)利要求4的熱交換器，其特征在于，所述通道包括一第二支臂，它以相間隔的方式從上述基體延伸至前述第一支臂，所述第二標(biāo)線按與延長(zhǎng)方向成銳角的方式并按與前述一個(gè)開口相并列的方式延伸至第二細(xì)長(zhǎng)開口，所述開口具有按V形相交的中心線。
6.如權(quán)利要求5的熱交換器，其特征在于，存在有兩組相間隔的上述第一和第二開口，所述每組開口均包括上述標(biāo)線中的一個(gè)。
7.一種熱交換器，該熱交換器包括一對(duì)相間隔的、大致平行的集流管；多個(gè)相間隔的、大致平行的導(dǎo)管，它們?cè)诩鞴苤g延伸并與集流管的內(nèi)部相通；一對(duì)細(xì)長(zhǎng)的側(cè)板，一個(gè)側(cè)板位于熱交換器的一個(gè)側(cè)面上，并在集流管之間延伸且與集流管相連，同時(shí)在熱交換器的相應(yīng)一側(cè)處間隔于相鄰的導(dǎo)管；以及，彎曲翼片，這些翼片位于相鄰導(dǎo)管與側(cè)板之間，在所述熱交換器的改進(jìn)中，每個(gè)側(cè)板是都是通道形的，具有基體和兩個(gè)相間隔的直立支臂，它們從上述基體延伸并終止于相反的邊緣，第一和第二細(xì)長(zhǎng)開口并排位于各側(cè)板上并具有按銳角相交的相應(yīng)中心線。每個(gè)開口均具有外緣，該外緣包括緊靠近相應(yīng)一個(gè)邊緣的第一部分以及緊靠近另一個(gè)開口的第二部分，所述第一和第二部分沿側(cè)板延長(zhǎng)的方向彼此相間隔，第一弱化線位于各第一部分處并在相應(yīng)一個(gè)開口與相鄰一個(gè)邊緣之間延伸。第二弱化線在第二部分處在所述開口之間延伸。
8.如權(quán)利要求7的熱交換器，其特征在于，所述銳角約90°。
9.如權(quán)利要求7的熱交換器，其特征在于，所述弱化線具有約4.6mm或更少的長(zhǎng)度。
10.如權(quán)利要求7的熱交換器，其特征在于，所述第一和第二弱化線分別是由支臂和通道基體上的V形凹口限定的。
11.如權(quán)利要求10的熱交換器，其特征在于，所述熱交換器基本上是由銅焊在一起的鋁或鋁合金部件構(gòu)成的，所述側(cè)板在前述弱化線處斷開。
12.如權(quán)利要求7的熱交換器，其特征在于，所述開口是大致橢圓形的。
13.一種制造鋁熱交換器的方法，該方法包括下列步驟(a)將熱交換器核芯的組件組裝到固定件上，以便具有相間隔的集流管、相間隔的在集流管之間延伸的導(dǎo)管、于核心的側(cè)面處在集流管之間延伸的側(cè)板，以及位于相鄰導(dǎo)管之間并在核心各側(cè)面處位于側(cè)板與相鄰導(dǎo)管之間的彎曲翼片；(b)在步驟a)之前，在端部中間的位置處弱化側(cè)板，以便減少其抗拉伸的能力，同時(shí)基本上不影響其抗彎曲的能力；c)使源于步驟(b)的組件經(jīng)歷銅焊溫度，以便(i)將組件銅焊到一起并且(ii)使各側(cè)板在上述各點(diǎn)處因熱應(yīng)力斷開。
14.如權(quán)利要求13的方法，其特征在于，該方法包括這樣的步驟以機(jī)械的方式將側(cè)板的各端固定于相鄰的集流管。
全文摘要
在使熱交換器經(jīng)歷銅焊之前,通過將弱化線置于熱交換器通常所使用的側(cè)板上,從而消除使熱交換器中導(dǎo)管至集流管接頭斷裂或泄露的熱應(yīng)力。
文檔編號(hào)F28D1/053GK1346962SQ0114096
公開日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2001年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月4日
發(fā)明者尼科拉斯·R·斯勒 申請(qǐng)人:穆丹制造公司