CN101663554A - 热交换器的构造 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的热交换器。该热交换器包括一对集管和在集管之间延伸且与集管流体连接的多个管子。改进包括用于且部分限定所述集管中的每一个的管状结构。该管状结构由一对主体元件限定，并且具有由主体元件的交叠部分限定的相对的纵向接缝。主体元件中的一个与主体元件中的另一个交叠以限定接缝中的一个，并且被主体元件中的另一个交叠以限定接缝中的另一个。

Description

热交换器的构造

技术领域

本发明涉及热交换器领域。

背景技术

热交换器在现有技术中是公知的，并且通常包括：一对集管，在该对集管之间延伸有多个管子；以及多个散热片，这些散热片交织于所述管子之间。在图1中部分概念性地示出了现有技术的示例性热交换器。通常，管子是挤压元件，其被装配到形成于集管中的孔口中并且通过钎剂钎焊密封在孔口上。管子可以是多端口的铝制挤压件，其具有沿管子纵向方向限定的多个分离的流体通道。这些管子也可以是具有单个纵向内部通道的缝焊管或挤压管。在后一种情况下，为了改善传热特性，已知要将拉制金属网或类似物的细长湍流增强器推动或拉动穿过管子。集管常常由管状部件形成，在所述管状部件中限定有孔口，并且所述管状部件由一对槽形或沟道元件和一对盖子限定，其中所述盖子封闭管状部件的端部。该槽形元件和盖子常常被钎焊或焊接在一起。槽形元件常常具有不同的尺寸，从而槽形元件中的一个的纵向周缘装配在另一个的纵向周缘内，如图2所示。这使得钎焊操作过程中的固定变得容易。沟道元件可以是自我固定的(即可以相互卡扣装配)，或者可以使用外部夹具。

发明内容

一种改进的热交换器构成本发明的一个方面，所述类型的热交换器包括一对集管，以及在集管之间延伸且与集管流体连接的多个管子。改进包括：用于且部分限定所述集管中的每一个的管状结构，该管状结构由一对主体元件限定，并且具有由主体元件的交叠部分限定的相对的纵向接缝。主体元件中的一个与主体元件中的另一个交叠以限定所述接缝中的一个，并且被该主体元件中的另一个交叠以限定所述接缝中的另一个。

根据本发明的另一方面，主体元件中的一个可以具有用于每个管子的孔口；并且每个管子可以以单平接的方式与主体元件中的另一个面接。

根据本发明的另一方面，主体元件可以是具有纵向边缘部分的拱形轮廓的沟道，所述边缘部分限定交叠部分；以及沿着主体元件中的另一个的纵向边缘部分相互间隔开的方向测量，各管子的外部宽度可以基本上等于所述纵向边缘部分间隔开的距离。

选自包括用于汽车空调的冷凝器和蒸发器以及汽车油冷却器和散热器的组的改进的热交换器构成本发明的另一方面。这种热交换器包括一对集管，以及在集管之间延伸且与集管流体连接的多个管子。改进包括：盖板，以及与盖板相互装配且钎焊到盖板上以限定各个管子的底盘。

根据本发明的另一方面，管状结构可以被提供并且部分限定所述一对集管中的每一个；并且管子可以被钎焊到集管上。

根据本发明的另一方面，管状结构可以由钎焊到一起的具有拱形轮廓的一对主体元件限定。

根据本发明的另一方面，在每个管子中可以设置湍流增强器，所述湍流增强器包括一对共面的底部凸缘，所述底部凸缘的尺寸形成为使湍流增强器定位于管子的中央。

一种改进的湍流增强器构成本发明的另一方面，该类型的湍流增强器用在由钎焊在一起的配合部分形成的管子中。改进包括：一对共面凸缘，其尺寸形成为在使用中使湍流增强器定位在管子的中央。

用于构造热交换器的方法构成本发明的另一方面。该类型的热交换器包括：一对集管，以及在集管之间延伸且与集管流体连接的多个管子。该方法包括以下步骤：为每个集管提供一对主体元件，所述主体元件中的每一个均由钎接包层材料形成；以及将主体元件钎焊到一起以使得集管分别具有由主体元件的交叠部分限定的相对的纵向接缝，其中主体元件中的一个与主体元件中的另一个交叠以限定接缝中的一个，并且被主体元件中的另一个交叠以限定接缝中的另一个。

根据本发明的另一方面：可以为每个管子提供由钎接包层材料形成的管状组件；主体元件中的一个可以具有形成于其内的用于各个管子的孔口，并且用于各个管子的管状组件可以被装配到所形成的用于各个管子的孔口中；以及主体元件和管状组件可以被钎焊到一起以形成所述热交换器。

根据本发明的另一方面，各个管状组件可以以单平接的方式与主体元件中的另一个面接。

根据本发明的另一方面，主体元件可以是具有纵向边缘部分的拱形轮廓的沟道，所述边缘部分限定交叠部分；并且在热交换器中，沿着主体元件中的另一个的纵向边缘部分彼此间隔开的方向测量，各管子的外部宽度可以基本上等于所述纵向边缘部分间隔开的距离。

本发明公开了一种构造热交换器的方法，所述热交换器选自包括用于汽车空调的冷凝器和蒸发器以及汽车油冷却器和散热器的组。这种热交换器包括：一对集管；以及在集管之间延伸且与集管流体连接的多个管子。该方法包括以下步骤：为每个集管提供由钎接包层材料形成的管状结构，该管状结构具有形成于其内的用于各个管子的孔口；为每个管子提供均由钎接包层材料形成的盖板和底盘，并且将底盘装配入盖板中以形成管状组件；将用于各个管子的管状组件装配入所形成的用于所述各个管子的孔口中；以及将管状结构、盖板和底盘钎焊到一起。

根据本发明的另一方面，可以为每个管状结构提供一对主体元件，所述主体元件分别由钎接包层材料形成，主体元件中的一个限定用于所述各个管状结构的孔口；以及主体元件可以被装配到一起以形成所述管状结构，并且在管状结构、盖板和底盘被钎焊到一起时相互钎焊到对方上。

根据本发明的另一方面，可以给各个管子提供湍流增强器，并且将湍流增强器装配到设置用于所述各个管子的盖板中以形成管子子组件，设置用于所述各个管子的底盘被放入所述管子子组件中以形成管状组件。

根据本发明的另一方面，各湍流增强器可以设有一对共面凸缘，其尺寸形成为使所述各个湍流增强器定位在它被设置用于的管子的中央。

根据本发明的另一方面：底盘和盖板中的每一个可以包括主体板和从主体板延伸的一对***凸缘；并且在组装底盘和盖板之前，可以将湍流增强器***在盖板中，同时使凸缘抵靠盖板的主体板放置。

一种改进的热交换器构成本发明的另一方面。这种热交换器包括一对集管，以及在集管之间延伸且与集管流体连接的多个管子。改进包括：盖板，以及与盖板相互装配且钎焊到盖板上从而限定各个管子的底盘。在每个管子中设置有湍流增强器，所述湍流增强器包括一对共面的底部凸缘，所述底部凸缘的尺寸形成为使湍流增强器位于管子的中央。

根据本发明的又一方面，管状结构可以被设置用于和部分限定所述一对集管中的每一个，所述管状结构由钎焊到一起的一对主体元件限定。

本发明允许以相对低的成本构造具有相对高性能和耐用性的热交换器。本发明的其它优点、特征和特性，以及操作方法和该结构的相关元件的功能，和部件的结合及制造的经济性将通过参考附图理解下面的详细说明和所附权利要求而更加明显，所述附图将在下面进行简要描述。

附图说明

图1是根据现有技术的热交换器的部分概念性的透视图；

图2是图1的结构的顶视图；

图3是根据本发明的示例性实施例的热交换器的局部透视图；

图4是图3的结构的盖子部分的透视图；

图5是图3的结构的一部分的截面图；

图5A是图5的一部分的简化图；

图6是与图5相似的、图1的结构的视图；

图6A是图6的一部分的简化图；

图7是图3的结构的管子的一部分的截面图；

图8是图3的结构的管子的另一部分的截面图；

图9是图3的结构的管子的截面图；

图10是图9的圈中区域10的放大视图；以及

图11是与图2相似的、根据本发明另一示例性实施例的以堆叠关系设置的一对热交换器的视图。

具体实施方式

一种改进的热交换器20构成本发明的一个方面，并且在图3中以部分透视图的方式示出。非常确定的是，应该理解到：所示热交换器20只是示例性实施例，而不应被解释成以任何方式限制本发明的范围。

将看到交换器20为普通类型的，其包括：一对集管22(只示出一个)；多个管子24，这些管子在集管22之间延伸并且与集管22流体连接；以及多个散热片26，这些散热片交织于管子24之间。另外将看到所示交换器20为双道类型，进口插口28和出口插口30被设置在同一歧管或集管22的两端，集管22被中间板(以假想图示出且用参考数字32标出)分割以避免入口28和出口30之间的直接流动。

改进之处在于集管22和管子24的构造的各种特征、以及它们之间的相互连接，这些将在下面详细描述。

参见图3和5，集管22中的每个都包括一对主体元件34、36和一对盖子38。主体元件34、36是轧制成形或模压的拱形轮廓的沟道或槽，其具有纵向边缘部分40，并且由1.0mm厚的钎焊包层铝形成。所述主体元件中的一个主体元件34具有多个冲压或以其它方式形成于其内的孔口136，该孔口136用于接收管子24，这将在下面全面讨论。所述主体元件中的另一个主体元件36具有从其上延伸的插口28、30，并且设有位于其端部的槽口42和中间狭槽44。盖子38是由3.0mm的无包层铝片材料形成的平面元件。在组装时，这对主体元件34、36限定管状结构46，管状结构46的端部48被相应的盖子38封闭。盖子38上的接头50与槽口42对齐。另外的“盖子”具有与中间狭槽44对齐的接头50，并且限定该冷凝器20中的中间板32。为形成集管22，主体元件34、36和盖子38被组装到一起，并且被暴露在钎焊炉(未示出)中的钎焊条件下。盖子38“控制”接缝，从而尺寸问题被盖子控制，这从可制造性的角度来看是有利的。

所示的完成的集管22的特点是存在相对的纵向接缝52、54，这些接缝由主体元件34、36的交叠部分40限定。更具体地，主体元件34、36中的一个与主体元件34、36中的另一个交叠以限定所述接缝中的一个接缝52，并且被所述主体元件中的另一个交叠以限定所述接缝中的另一个接缝54，如图5所示。在所示实施例中，所述部分40相互交叠的距离约为3.0mm，以在接缝52、54中提供良好的密封。与传统的“交叠和交叠”结构(例如图2)相比，主体元件34、36的这种“交叠和欠连接”结构的是具有优点的，优点在于：通过如此改进几何结构，可以在材料数量基本上相同的情况下使管子具有更大的横截面积。

这可以从图5的结构与图6的结构的对比中明显看出，其中图5示出了图3的集管和一部分管子的截面，图6示出了根据传统的交叠和交叠结构制成的、具有相似尺寸的热交换器的类似结构，该结构的截面积仅为图5的84％，如图5A、6A所指出的那样。图5的更大面积当然有利地减少了压降。

“交叠和欠连接”结构的另一优点涉及图11所示的多个热交换器20可以堆叠在一起的简洁、有效的方式，其中，在歧管内部只间隔三个材料厚度，而相比之下与传统的“交叠和交叠”相关的为四个材料厚度。这有利于所堆叠的热交换器的整体宽度，这在汽车应用中是有利的，因为车辆的发动机舱或气箱中的可用空间有限。

关于管子24，所公开的实施例的管子24由分别在图7和8中示出的盖板56和底盘58限定。盖板56由0.4mm厚的钎焊包层铝形成，并且包括主体板60和从主体板60上延伸的一对***凸缘62。底盘58也由0.4mm厚的钎焊包层铝形成，并且包括主体板64和一对***凸缘66。

底盘58的尺寸形成为装配到盖板56内。已组装但未钎焊的底盘58和盖板56共同限定出管状组件。一旦暴露于钎焊条件下，则底盘58和盖板56相互钎焊在对方上，从而限定出管子24。

这种管子构造的优点在于：它允许在管子24和集管22之间形成无钎剂的钎焊接缝，即使是关于由相对薄的规格的材料(诸如0.20″-0.070″英寸的材料)制成的歧管，因为管子上的钎焊材料适应设置在薄壁构造中的集管上的相对较少量的钎焊材料。

在冷凝器20的组装中，用于各管子24的管状组件被装配入主体元件34中的形成用于所述各个管子24的孔口136，如图5所示，然后使整个组件在钎焊炉中经受钎焊条件，从而将底盘58钎焊在盖板56上、将主体元件34、36相互钎焊到对方上、将盖子38钎焊到主体元件34、36上、以及将管子24钎焊到集管22上。由用于形成在主体元件34内的孔口136的冲压操作而产生的扩口材料70可以保留，从而为管子24-集管22的钎焊接缝提供相对较大的搭接接缝。这还可以使管子的进入变得容易。

如上所述，主体元件中的一个主体元件34具有用于各个管子24的孔口136，所示管子-集管接缝的特点是各管状组件以单个平缝与主体元件中的另一主体元件36面接，以及进一步的特点是沿另一主体元件36的纵向边缘部分40彼此间隔开的方向测量，各管子24的外部宽度y基本上等于所述纵向边缘部分40间隔开的距离。重要的是，一切保持相等，管子-集管的这种连接方式提供了比通过传统的“交叠和交叠”结构所能获得的更大的入口尺寸，这可以从图5、6中明显看出，其中，基于普通的10mm的管子尺寸，入口直径z被显示为通过使用“欠连接和交叠”构造从8.4mm增至9.4mm，即形成主体元件的材料的厚度。

底盘58和盖板56的管子构造相对挤压管子的另一优点在于它允许容易地将湍流增强器80引入到管子中，如图9所示。为此，只需在组装底盘和盖板之前将湍流增强器80装配进入底盘58和盖板56中的一个中。

对于图9所示的湍流增强器80，值得注意的是存在一对共面凸缘82，该凸缘82从湍流增强器80的底部向外延伸。除凸缘82之外，湍流增强器80可具有任何传统的构造，例如可以是拉制金属网型或偏置散热片型。

在对所示热交换器进行组装的过程中，在组装底盘58和盖板56之前，所示湍流增强器80被***到盖板56中，其中共面凸缘82抵靠盖板的主体板60放置以形成管子子组件(未示出)。一旦湍流增强器80被如此***，则将底盘58装配入盖板56中。共面凸缘82的尺寸形成为使湍流增强器80定中心于或定位于由已组装的底盘58和盖板56限定的通道中央中，也就是使湍流增强器80的最外侧波纹与内管壁面间隔开一等于波纹之间的间距的距离，以避免不希望的旁流和死区，并且使传热最大化。有利地，湍流增强器的高度(对于偏置散热片型湍流增强器而言，也就是指波纹的幅度)使得在管子的钎焊过程中，底盘58和盖板56均被钎焊至其上。在装配好的管子中，底盘58会靠在共面凸缘82上，但是底盘58上的相对较短的凸缘66将使得在湍流增强器80、底盘58和盖板56之间获得良好钎焊接缝的可能性最大，同时在所产生的管子24的爆裂强度上获得相当的效果。

底盘和盖板的管子构造的又一优点是它允许容易地用无包层铝片来构造散热片26，其中在将各种部件钎焊到彼此之上的过程中，由底盘和盖板上的包层给散热片26和管子24的连接提供钎焊材料。

虽然在此只示出和描述了本发明的两个实施例，但是将理解的是：可以对部件的尺寸和形状进行各种改变。

例如，尽管在这些示例中，歧管和管子由具有普通厚度的片材制成，但是也可以用具有变化厚度的材料制造这些歧管和管子。可以使用具有变化宽度的管子，并且在汽车领域中其通常在10mm(如图所示)至50mm的范围内。也可以使用具有不同截面的歧管，这可从图11中明显看出，其中示出了具有不同尺寸的两个歧管，并且应当理解的是：采用的具体主体元件的形状和尺寸影响到与交叠/交叠到交叠/欠连接构造的转变相关的截面积优势。

另外，尽管所示热交换器为双道型，但将容易理解到：可以类似地构造单道或多道交换器。

同样，尽管所示湍流增强器被示出用在底盘和盖板的管子中，但是它也可以用在其它地方，诸如用在由匹配板对形成的管子中、或者用在堆叠的盘结构中。

类似地，尽管在各个盖子上只被示出单个接头，但是在需要的情况下可以使用多个接头。

此外，虽然在图3中示出了散热片，但它们也可以被省略。

同样，尽管在图9的热交换器中，管子被显示为通过单个平缝与其它主体元件(即，不是设有孔口的主体元件的那个主体元件)面接，如可从图11中明显看到的那样，但是可以通过是各管子只与设有孔口的主体元件面接来制造根据本发明方面的热交换器。

另外，应理解到：可以利用所示的交叠和欠连接的结构来制造用于任何热交换器或事实上任何流体核结构的歧管。同样，可以利用任何扁平管来提供在此描述的湍流增强器。另外，所示的管子与集管的连接被预期可广泛应用于利用包层管(诸如缝焊的包层管)而非底盘和盖板的管子的热交换器和类似的核结构。另外，底盘和盖板的管子构造被预期可用于各种各样的热交换器，其包括散热器、油冷却器以及用于空调机的冷凝器和蒸发器。

最后，但非限制性的，应意识到：不必保留集管的孔口处的扩口材料，在某些应用中可以有利地将其去除。

因此，本发明应被理解成只受所附的特定解释的权利要求的限制。

Claims (19)

1、一种改进的热交换器，所述热交换器包括一对集管和在所述集管之间延伸且与所述集管流体连接的多个管子，改进包括：

用于且部分限定所述集管中的每一个的管状结构，该管状结构由一对主体元件限定，并且具有由主体元件的交叠部分限定的相对的纵向接缝；

其中，所述主体元件中的一个与所述主体元件中的另一个交叠以限定所述接缝中的一个，并且被该主体元件中的另一个交叠以限定接缝中的另一个。

2、如权利要求1所述的改进的热交换器，其特征在于：

所述主体元件中的所述一个具有用于各管子的孔口；并且各管子以单个平缝与所述主体元件中的另一个面接。

3、如权利要求1所述的改进的热交换器，其中：

所述主体元件是具有纵向边缘部分的拱形轮廓的沟道，所述边缘部分限定交叠部分；以及

沿着主体元件中的另一个的纵向边缘部分彼此间隔开的方向进行测量，各管子的外部宽度基本上等于所述纵向边缘部分间隔开的距离。

4、一种选自包括用于汽车空调的冷凝器和蒸发器以及汽车油冷却器和散热器的组的热交换器，该热交换器包括一对集管和在集管之间延伸且与集管流体连接的多个管子，改进包括：

盖板，以及与盖板相互装配且钎焊到盖板上以限定各个管子的底盘。

5、如权利要求4所述的改进的热交换器，其中：

管状结构被提供用于并且部分限定所述一对集管中的每一个；以及

管子被钎焊到集管上。

6、如权利要求5所述的改进的热交换器，其中：

管状结构由钎焊到一起的具有拱形轮廓的一对主体元件限定。

7、如权利要求4所述的改进的热交换器，其特征在于：

在每个管子中设置有湍流增强器，所述湍流增强器包括一对共面的底部凸缘，所述底部凸缘的尺寸形成为使湍流增强器位于管子的中央。

8、一种用于用在由钎焊在一起的配合部分形成的管子中的改进的湍流增强器，改进包括：

一对共面的凸缘，其尺寸形成为在使用中使湍流增强器位于管子的中央。

9、一种用于构造热交换器的方法，该热交换器包括一对集管和在集管之间延伸且与集管流体连接的多个管子，该方法包括以下步骤：

为每个集管提供一对主体元件，所述主体元件中的每一个均由钎接包层材料形成；以及

将主体元件钎焊到一起，从而使得集管各具有由主体元件的交叠部分限定的相对的纵向接缝，所述主体元件中的一个与主体元件中的另一个交叠以限定接缝中的一个，并且被主体元件中的另一个交叠以限定接缝中的另一个。

10、如权利要求9所述的方法，其中：

为每个管子提供由钎接包层材料形成的管状组件；

主体元件中的一个具有形成在其内的用于各个管子的孔口，用于各个管子的管状组件被装配入所形成的用于各管子的孔口中；以及

主体元件和管状组件被钎焊到一起以形成所述热交换器。

11、如权利要求10所述的方法，其中：

各个管状组件以单个平缝与主体元件中的另一个面接。

12、如权利要求10所述的方法，其中：

主体元件是具有纵向边缘部分的拱形轮廓的沟道，所述纵向边缘部分限定交叠部分；以及

在热交换器中，沿着主体元件中的另一个的纵向边缘部分彼此间隔开的方向进行测量，各个管子的外部宽度基本上等于所述纵向边缘部分间隔开的距离。

13、一种构造热交换器的方法，所述热交换器选自包括用于汽车空调的冷凝器和蒸发器以及汽车油冷却器和散热器的组，所述热交换器包括一对集管和在集管之间延伸且与集管流体连接的多个管子，该方法包括以下步骤：

为每个集管提供由钎接包层材料形成的管状结构，该管状结构具有形成于其内的用于各管子的孔口；

为每个管子提供均由钎接包层材料形成的盖板和底盘，并且将底盘装配入盖板中以形成管状组件；

将用于各个管子的管状组件装配入所形成的用于所述各个管子的孔口；以及

将管状结构、盖板和底盘钎焊到一起。

14、如权利要求13所述的方法，其中：

为每个管状结构提供一对主体元件，所述主体元件中的每个都由钎接包层材料形成，主体元件中的一个限定用于所述各个管状结构的孔口；以及

将主体元件装配到一起以形成所述管状结构，并且在管状结构、盖板和底盘被钎焊到一起时使主体元件相互钎焊在对方上。

15、如权利要求13所述的方法，其中：

给各个管子提供湍流增强器，并且将该湍流增强器装配入设置用于所述各个管子的盖板中以形成管子子组件，用于所述各个管子的底盘被装配入所述管子子组件中以形成管状组件。

16、如权利要求15所述的方法，其中：

各个湍流增强器设有一对共面的凸缘，该凸缘的尺寸形成为使所述各个湍流增强器位于它被设置用于的管子的中央。

17、如权利要求16所述的方法，其中：

底盘和盖板中的每一个都包括主体板和从主体板延伸的一对***凸缘；在组装底盘和盖板之前，将湍流增强器***到盖板中，同时凸缘抵靠盖板的主体板放置。

18、一种改进的热交换器，该热交换器包括一对集管和在集管之间延伸且与集管流体连接的多个管子，改进包括：

盖板，以及与盖板相互装配且钎焊到盖板上以限定各个管子的底盘，

其中，在每个管子中设置有湍流增强器，所述湍流增强器包括一对共面的底部凸缘，所述底部凸缘的尺寸形成为使湍流增强器位于管子的中央。

19、如权利要求18所述的改进的热交换器，其中：

管状结构被提供用于和部分限定所述一对集管中的每一个，所述管状结构由钎焊到一起的一对主体元件限定。

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