CN100425937C - 热交换器 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的热交换器(100)具有多个管(122)、上水箱(110)和支撑(112a)。流体流经多个管(122)。上水箱(110)具有芯板(111)和箱体(112)，并以与多个管(122)的内部空间连通的方式被设置在多个管(122)的纵向端部。芯板具有近似弧形横断面，其两侧边缘(111b)被固定到箱体(112)上，而其中间部分(111a)固定多个管的纵向端部，并且芯板具有凸起部分，凸起部分相对于两侧边缘向多个管凸出。箱体和芯板形成了每个上水箱的内部空间。支撑(112a)保持两侧的边缘之间的间隔，并且直接在两侧边缘之间直线地延伸。通过将箱体的两端彼此结合，使箱体的两端的结合的部分设置在上水箱内，而形成所述支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种可有效应用于冷却被导入内燃机之前以支持燃烧的空气(进气)的中间冷却器的热交换器。
背景技术
用于在导入内燃机前冷却由增压器加压的进气的传统热交换器，具有：带有多个管并用作热交换部分的芯部；以及与芯部中所述多个管连通的上水箱或总箱。
图8显示了上述上水箱结构实例的断面视图。管922被铜焊到其上的芯板911与箱体912相互连接形成了上水箱910及其中的腔910a。支撑杆912a设置在箱体912两侧的两个侧壁912b之间，并通过例如焊接以穿透腔910a的方式结合到其上，以支撑箱体912两侧的两个侧壁912b。
最近散热规定要求提高进气压力。如果上水箱910没有支撑杆912a，则进气压力可能会使箱体912变形而向外膨胀，也会使芯板911变形而增大其边缘911b之间的距离。这种变形会在芯板911与管922的连接处911a产生很大的应力，而在该连接处产生诸如裂纹的缺陷。支撑杆912a用于防止上述缺陷。
然而，为了安装支撑杆912a，上述传统的热交换器需要对箱体912进行钻孔并将支撑杆912a以保证气密的方式焊接到箱体912。上述热交换器的结构使得制造工序复杂，而增加了热交换器的制造设施和制造工序。
本发明的发明人专注于减小芯板和管连接处产生的应力，而发明了一种能够不使用支撑杆而仅通过限制芯板的变形而减小连接处应力的热交换器。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于：提供一种不使用热交换器箱体的膨胀限制器而能减小热交换器芯板与管的连接处应力的热交换器。
为了实现上述目的，根据本发明的热交换器包括多个管、上水箱和支撑件。流体流经所述多个管。该上水箱带有芯板和箱体，该上水箱被设置在所述多个管的纵向端部，与所述多个管的内部空间连通。该芯板具有近似弧形的横断面，该芯板的两侧边缘(fringes)被固定到箱体，而中间部分将多个管的纵向端部固定在其上，并且所述芯板具有凸起部分，该凸起部分相对于两侧边缘朝向多个管凸起。该箱体和芯板形成每个上水箱的内部空间。支撑件保持两侧边缘之间的距离，并且直接在所述两侧边缘之间直线地延伸。通过将箱体的两端彼此结合，使箱体的两端的结合的部分设置在上水箱内，而形成所述支撑。
通过研究形成本发明一部分的下述详细描述、所附权利要求以及附图，可以领会到本发明的其它特征和优点以及相关部件的功能和操作方法。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的中间冷却器即热交换器的前视图；
图2是沿图1中的直线II-II的断面视图；
图3A是第一实施例中水箱的示意展开视图；
图3B是第一实施例中水箱的示意透视图；
图4为显示根据本发明第二实施例的中间冷却器主要部分的横断面视图；
图5是第二实施例中筒的示意侧视图；
图6是另一实施例中板的示意展开视图；
图7A是另一实施例中筒形成过程的示意侧视图；
图7B是其它实施例中筒形成过程的示意侧视图；
图8是传统中间冷却器中主要部分的横断面视图。
具体实施方式
(第一实施例)
在本发明的第一实施例中，根据本发明的热交换器被应用于图1和2所示的所有中间冷却器100。该中间冷却器100用于冷却在导入内燃机前由增压器加压的进气。图1显示了将在下面描述的中间冷却器100的芯部120的一部分。
如图1所示，中间冷却器100具有：芯部120；和位于芯部120左侧和右侧的一对上水箱110。芯部120具有横向设置在上水箱110之间且交替重叠的外部散热片121和管122。一对侧板124作为加强件被设置在最上面和最下面外散热片121的外侧。芯部120中的上述部件被相互铜焊在一起形成一个单元。
上水箱110被设置在垂直于上水箱110布置的管122的两端，以便上水箱110的内部与管122内部连通。每根管122的两个端部都被***并铜焊到形成在上水箱110的芯板111中的孔(未示出)。
该管122通过将一对槽形板相互咬入(snapping)以便使其开口彼此更接近并对其进行铜焊而制成扁平形状。内散热片(未示出)被铜焊在管122中，而外散热片121被铜焊在管122的外表面上。外散热片121和内散热片由具有所需高导热系数的铜制成，而管122和侧板由具有所需强度和导热系数的铜合金制成。
每个上水箱110均由芯板111、箱体112和底部部分(未示出)制成，芯板111由3mm厚的铜合金制成。芯板111和箱体112被铜焊或焊接在一起而形成其中的内部空间。上水箱110的具体结构将在后面进行描述。
图1中右手侧上水箱110用于将进气分布和供应到各自的管122，而图1中左手侧上水箱110用于收集流出管122的进气。该右手侧上水箱具有与其内部连通的入口连接器113，而该右手侧上水箱具有与其内部连通的出口连接器114。该入口连接器113被连接到增压器(未示出)的排出口；而该出口连接器114被连接到内燃机(未示出)的进气口。
随着远离入口/出口连接器113，114，上水箱110的内部空间110a的横断面面积沿其纵向方向逐渐减小，以便均衡各个管122内的空气流。
支架130被固定在中间冷却器100外侧的每个上水箱110上，用于将中间冷却器100固定到车辆的结构件上。
通过咬合、通过装配夹具或通过固定，芯部120的各个部件与芯板111被组装在一起，然后利用期望部分上的铜焊糊包层(blazing pasteclad)铜焊成一个整体。接下来，将箱体112焊接到芯板111上而制成中间冷却器100。
本发明的特征在于上水箱100的结构。以下将参照图2、3A和3B描述其具体结构。图3A和3B显示了上水箱110的箱体112的形成过程。
如图2所示，上水箱110由芯板111和箱体112组装，而其中具有内部空间110a。芯板111具有近似弧形的横断面，其中部111a相对于两侧边缘(fringes)111b(中部111a介于其中)朝向管122的纵向中部凸起。箱体112具有近似U形横断面。支撑112a的两侧被固定到芯板111的边缘111b上。
包括支撑112a的箱体112由如图3A所示的板材200形成。板材200具有用于形成箱体112的主体部分201以及一对支撑部分202，所述一对支撑部分201中间为主体部分201而用于形成支撑112a。每个支撑部分202具有以预定间隔设置的多个矩形凹口203。用于形成支撑112a的部分位于凹口203之间。
凹口203可以通过冲压板材200形成，也可以从被冲压成近似梯形的板材切去对应于凹口203的部分形成。如图3A所示，主体部分201具有其宽度从右向左减小的近似梯形或不等边四边形的形状，以便形成具有如上所述随着远离入口/出口连接器113，114其横断面面积沿纵向方向逐渐减小的内部空间110a的上水箱110。
图3A中所示板材200被弯曲以形成近似U形的箱体112。然后，一对从U形主体部分201延伸出的支撑112a通过焊接等方式被相互对接在一起。图3B描述了箱体112和支撑112a的轮廓，其中每个部件的厚度和具体形状并未示出。
通过将整体形成有支撑112a的箱体112固定到芯板111的边缘111b上组装上水箱110。在此处，支撑112a被连接到芯板111的边缘111b，以便保持一对边缘111b之间的间隔。
上述热交换器100的配置和制造方法用于减小芯板111的变形(即一对边缘111b之间的间隔的增加或减小)，即使当较大的进气压作用于上水箱110的内部空间110a时。因此，也可以减小芯板111和管122的连接部分(中间部分)111a处产生的应力。
本发明的发明人利用实验确认：在第一实施例中的中间冷却器100能够耐0kPa和500kPa之间波动的循环进气压超过600,000次，而不会在芯板111和管122的连接部分111a处产生诸如裂缝的故障状态。
不通过保持箱体112的两侧处的两侧壁之间的间隔，而通过保持一对边缘111b之间的间隔，支撑112a减小了芯板111的变形。因此，就不需要如图8所示在箱体112的侧壁上形成孔，而在孔之间设置支撑杆并将支撑杆焊接到侧壁上以保证气密性。
此外，支撑112a与箱体112一起整体形成，且在组装上水箱110中，通过将芯板111和箱体112连接起来，支撑112a被固定到芯板111上。与分开制造支撑112a并将支撑112a安装到芯板111上的传统方法相比，这种结构减少了制造工序。
此外，整体具有支撑112a的箱体112可以容易地由板材200制成。
(第二实施例)
如图4和5所示，根据第二实施例的热交换器与第一实施例的不同之处在于箱体112和支撑112a不是由板材制成的。
第二实施例中的箱体112和支撑112a形成如图5所示轮廓且由铜合金制成的筒或圆筒300。圆筒300通过液压成形(hydroforming)而形成一种具有如图4所示的横断面。圆筒300整体具有如图5所示的主体部件301和支撑部分302。支撑部分302具有多个以预定间隔设置的近似矩形的开口303。通过诸如切削加工、激光束加工等方法切去支撑部分302各部分形成开口303。用于形成支撑112a的部分介与入开口303之间。
如图4所示，通过将如上所述的与支撑112a整体形成的箱体112固定到芯板111的边缘111b上，组装成上水箱110。在此处，支撑112a被连接到芯板111的边缘111b，以便保持一对边缘111b之间的间隔。
在第二实施例中，上水箱110的箱体112形成圆筒300，因此，沿其纵向方向具有近似统一的直径。
如同第一实施例中的情况，上述热交换器100的结构和制造方法用于减小芯板111的变形(即一对边缘111b之间间隔的增加或减小)，即使在较大的进气压作用于上水箱110的内部空间110a时。因此，也可以减小芯板111和管122的连接部分111a(中间部分)处产生的应力。
此外，支撑112a与箱体112一起整体形成，且在组装上水箱110中，通过将芯板111和箱体112连接起来，支撑112a被固定到芯板111上。与分开制造支撑112a并将支撑112a安装到芯板111上的传统方法相比，这种结构减少了制造工序。
此外，整体具有支撑112a的箱体112可以容易地由板材200制成。
(其它实施例)
在第一实施例中，板材200具有主体部件201介于其间的一对支撑部分202。然而，上水箱110也可以由其布置不同于材料200的具有用于形成箱体112的主体部分和用于形成支撑12a的支撑部分(多个支撑部分)的板材形成。例如，如图6所示，上水箱110可以由主体部分201的一侧具有一个支撑部分202的板材200形成。板材200的支撑部分202具有以预定间隔设置的多个矩形开口203a。无需如在第一实施例中，一样连接多个支撑112a。
第二实施例采用了通过金属成形形成一种沿纵向方向具有近似统一的横断面并切去各自开口303部分的筒或圆筒300。然而，上水箱110也可以由不同形状的圆筒或圆筒形成。例如，如图7A所示，上水箱110可以采用通过金属成形以在设置开口的位置处具有凸起部分304且切割凸起部分304以实现图7B所示的开口303的筒或圆筒300。
在上述实施例中与箱体112一起整体形成的支撑112a可以与箱体112分开形成。
在上述实施例中由铜合金制成的芯板111、箱体112、支撑112a、管122等也可以由诸如铝合金等其它金属材料制成。然而，在高温环境中，铝合金强度比铜合金下降得更大，所以铜合金更适合于冷却具有高温和高压的增压空气。
本发明在上述实施例中作为中间冷却器100来说明，但也可以采用诸如油冷却器的其它类型的热交换器。
本发明的上述描述实际上只是示范性的，因此未背离本发明要旨的变化应在本发明的范围之内。这种变化不应被视为背离本发明的精神和范围。
Claims (6)
1、 一种热交换器(100)，包括：
流体流经的多个管(122)；
上水箱(110)，所述上水箱(110)具有芯板(111)和箱体(112)，所述上水箱(110)以与所述多个管(122)的内部空间连通的方式设置在所述多个管(122)的纵向端部；所述芯板(111)的横断面为近似弧形，所述芯板(111)的两侧边缘(111b)被固定到箱体(112)上，而所述芯板(111)的中间部分(111a)将所述多个管(122)的纵向端部固定在其中，并且所述芯板(111)具有凸起部分，该凸起部分相对于两侧边缘(111b)向多个管(122)凸出，且箱体(112)和芯板(111)形成每个上水箱(110)的内部空间(110a)；以及
支撑(112a)，所述支撑(112a)保持两侧边缘(111b)之间的间隔，并且直接在所述两侧边缘(111b)之间直线地延伸，其中通过将箱体(112)的两端彼此结合，使箱体(112)的两端的结合的部分设置在上水箱(110)内，而形成所述支撑(112a)。
2、 根据权利要求1中所述的热交换器，
其中：所述箱体(112)由薄板(200)形成，所述薄板(200)被冲压成如下形状：即具有用于形成箱体(112)的第一部分(201)和与第一部分(201)邻接的第二部分(202)，所述第二部分(202)的部分被切去以留下用于形成支撑(112a)的第三部分(203)。
3、 根据权利要求2中所述的热交换器(100)，
其中：所述第一部分(201)具有其宽度沿其纵向方向逐渐减小的近似梯形的形状，以便随着远离流体流入或流出上水箱(110)经过的连接器(113，114)，内部空间(110a)的横断面面积沿上水箱(110)的纵向方向逐渐减小。
4、 根据权利要求1中所述的热交换器(100)，
其中：所述箱体(112)由筒(300)形成，所述筒(300)具有根据上水箱(110)形状的形状，并具有用于形成箱体(112)的第一部分(301)和位于两侧边缘(111b)之间的第二部分(302)，而所述第二部分(302)的部分(304)被切去而留下用于形成支撑(112a)的第三部分。
5、 根据权利要求1到4中任意一项所述的热交换器(100)，
其中芯板(111)和箱体(112)由金属材料制成。
6、 根据权利要求5中所述的热交换器(100)，
其中芯板(111)和箱体(112)由铜合金制成。
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