CN2740989Y

CN2740989Y - 热交换器

Info

Publication number: CN2740989Y
Application number: CN 200420092374
Authority: CN
Inventors: 张守都; 冯宗会; 文向战; 宋世健
Original assignee: Zhejiang Yinlun Machinery Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Yinlun Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2014-09-14

Abstract

本实用新型涉及一种热交换器，所述的外壳内设有若干根传热管，所述传热管的两端分别嵌插在两侧端板上开设的通孔内，所述端板的形状与所述外壳的形状相匹配，所述外壳的两端设有顶盖，其特征在于所述外壳的端面与所述端板的内侧板面对接，所述顶盖端部的内周面与所述外壳端部的外周面以及所述端板的外周面相配合。本实用新型的热交换器，由于外壳的端面与所述端板的内侧板面进行对接，使得部件之间容易定位，因而可将外壳、传热管、端板及顶盖等部件组装在一起后进行整体钎焊，使传热管上不存在残余应力。所以，保证了产品的钎焊强度、良好耐久性与质量稳定性。

Description

热交换器

技术领域

本实用新型涉及一种热交换器，尤指发动机废气再循环(EGR)气体冷却装置所用的热交换器。

背景技术

通常使用的热交换器，例如柴油机等使用的多管式废气再循环(EGR)的气体冷却装置，这种多管式的热交换器，如图1(a)、1(b)所示，在外壳11内设有数根传热管12，与支承该传热管12的端板13构成热交换区。外壳11的两端有用于导入排出被冷却的排放气体的顶盖14。外壳11端部的内表面与端板13的外周面对接，外壳11的外周面与顶盖14端部的内周面对接。在外壳11的端部附近，有冷却排放气体的冷却液出口管15及入口管16。这种结构，各部件之间的轴向定位较困难，通常先将外壳11、传热管12和端板13先联接好，再与顶盖联接定位。

这种热交换器，如图1(b)所示，热交换区的联接是通过焊接(W)或者钎焊(B)进行的。此外，如图1(C)所示，通过焊接将焊有法兰17的顶盖14与外壳11进行联接，或者如图1(d)所示，把焊在外壳11端部的法兰17与顶盖18用螺钉19紧固接合在一起。冷却液出口管11和入口管16是采用钎焊或焊接进行接合的。

由于上述热交换器安装在车辆的发动机舱内，要求该装置结构小型紧凑，因此顶盖的固定适合用焊接或者钎焊。在这种场合，当外壳11与顶盖14焊接在一起时，预先钎焊好的热交换部11、12、13中的外壳11则由于焊接产生的热量而膨胀(这时传热管12受热的影响小，膨胀轻微)。在这种状态下部件被固定，如果此时温度下降，外壳11收缩将导致外壳11与传热管12在轴向方向上的长度发生变形，其结果是，使传热管12产生残余应力，导致耐久性下降。为此，在顶盖18焊接以后存在着去除残余应力的问题。此外，已经钎焊的热交换部11、12、13与顶盖14钎焊过程中产生的热量使热交换部的焊料再次融解，于是便会产生质量不稳定的问题。

另一方面，在选定上述热交换器的接合部所使用的钎焊料时，必须考虑到排放气体的腐蚀问题，采用不受酸影响的钎焊料，在这种场合，镍基钎料几乎不受酸的影响因而非常合适。但与此同时，如图2所示，当上述镍基钎焊料应用于母材为不锈钢组织21的焊接时，通过对钎焊部的截面观察，就能发现，钎焊料中区域硬化形成极脆的脆化相24，同时在不锈钢组织21的界面形成极富韧性的镍α相23。为此，在这种场合，不锈钢组织21的表面形成镍基钎焊料向母材扩散的扩散相22。

在上述钎焊中，如果进行钎焊的部材之间的间隙小，则上述的镍α相23相互进行结合，形成具有良好韧性的界面。可是，随着被钎焊的部材间的间隙的增加，上述脆化相24的比例增大，产生钎焊强度、可靠性下降的问题。此外，由于受到脆化相的影响，这种钎焊强度的拉伸载荷F1下降。而剪切载荷F2则由于α相23形成凹凸状，起到骨格材质的作用，脆化相24得到增强，从而能够保证适当的强度。

发明内容

本实用新型要解决的是现有技术存在的上述不足，提供一种新型的热交换器结构，旨在改进钎焊工艺，提高钎焊强度，使产品质量稳定可靠。

为了解决以上的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：热交换器，所述的外壳内设有若干根传热管，所述传热管的两端分别嵌插在两侧端板上开设的通孔内，所述端板的形状与所述外壳的形状相匹配，所述外壳的两端设有顶盖，其特征在于所述外壳的端面与所述端板的内侧板面对接，所述顶盖端部的内周面与所述外壳端部的外周面以及所述端板的外周面相配合。

本实用新型的热交换器，由于外壳的端面与所述端板的内侧板面进行对接，使得部件之间容易定位，因而可将外壳、传热管、端板及顶盖等部件组装在一起后进行整体钎焊，使传热管上不存在残余应力。所以，保证了产品的钎焊强度、良好耐久性、与质量稳定性。

作为本实用新型进一步改进，所述的传热管在与所述端板的配合部位形成扩径，传热管容易***贯通，与此同时，能够使端板孔部与传热管之间的装配间隙保持在最小状态，能够较好实现钎焊。此外，扩大从通孔部位凸出的传热管的端部形成扩径部，并保证扩径部与端板配合，因此，端板与外壳保持良好的匹配结构，使接合间隙保持良好状态，与此同时，在钎焊时热交换器零部件均有效地被临时固定，便于钎焊能在良好状态下进行。

根据本实用新型，在顶盖端部的内周部的后部有垂直轴心方向的阶梯部，将端板的外侧面与其对接，能够使顶盖与端板及端板与外壳之间的各接合部保持最小间隙，获得良好钎焊的效果。也可以在端板的外侧面与顶盖的阶梯部位形成一个间隙，当端板的尺寸存在误差时，通过调整间隙安装顶盖，由此保持设计规定的尺寸，使钎焊能够良好而牢固地进行。

根据本实用新型，所述的外壳端部的外周面有一段缩径，使交换器的结构更为紧凑，也有利于与顶盖端部形成更好的配合。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为现有技术的结构示意图，其中(a)图为主视图，(b)为进行焊接的局部剖视图，(c)为安装顶盖的局部剖视图，(d)为分别表示由螺栓紧固的局部剖视图。

图2为钎焊区的组织结构的说明图。

图3为本实用新型的结构示意图，其中(a)是主视图，(b)是侧视图，(c)则表示局部剖视图。

图4为本实用新型图3实施例中各部件结构方式的示意图，其中(a)图表示局部分解图，表示(b)局部剖视图。

图5为本实用新型外壳采用缩径实施方式的结构示意图，其中(a)图表示局部分解图，表示(b)局部剖视图。

图6为与本实用新型端板的外表面与顶盖的阶梯部位具有间隙实施方式的结构示意图。

具体实施方式

附图中

1-外壳；2-传热管；3-端板；4-顶盖；11-端面部；

21-扩径部；22-扩径部；31--孔；32-外周面；33-内侧面；

34-外侧面；46-内周部；47-阶梯部。

图1、2为现有的热交换器及其钎焊区的组织结构图，其缺陷此前已经描述过了，在此不再累述。

参照图3、4，此实施例是本实用新型应用于柴油机中废气再循环气体冷却的热交换器。整个热交换器是长尺寸形状，包括：冷却水通过的外壳1，外壳1内配置数根废气通过的传热管2，嵌插了传热管2各端部的端板3，安装在外壳1的左右端部与传热管2连通的顶盖4。这种废气再循环气体冷却装置使来自排气***的废气从顶盖4通过传热管2，通过流经外壳1的冷却水把废气冷却到适当温度，因而与吸入燃烧室的混合气一起进行再循环。

外壳1是圆柱筒体，是具有规定厚度且截面为圆形的长尺寸形状，与外壳1的柱体方向垂直的端面部11被平滑加工。冷却水的出水管7安装在外壳1上方端部的附近。而冷却水的进水管8安装在外壳1下方端部的附近。

在此实施例中的传热管2是圆管，传热管2与外壳1材质相同，采用不易生锈的金属材料是非常合适的。特别在是EGR(废气再循环)气体冷却装置中要求良好的耐久性，如图3(a)所示，在长尺寸形状的实体部材间钎焊后，为使轴向的伸长率相一致，传热管不应存在残余应力。因此，应使外壳1与传热管2采用相同材料，以使线膨胀系数相等。利用此实施例的传热管2与外壳1均采用不锈钢，材质相同排除了热膨胀的影响。

端板3是具有规定厚度的圆形板，在板面上，有传热管贯通的孔31。这种端板3的外周部32形状与外壳1的端部外周面13的形状相同。顶盖4有直径大的筒形端部41，通过直径逐步缩小的球面部44而形成排出废气的排气孔42，在排气孔42的径向有中空圆盘形状的法兰43。顶盖4通过法兰43上的螺纹孔45用螺栓紧固连接，使热交换器与排气再循环***连接在一起。考虑到耐蚀性与热膨胀等，端板3及顶盖4均使用不锈钢。

在筒形端部41中，包括：与外壳1配合的内周部46，在内周部46侧端并与其垂直的阶梯部47，在外壳1轴心方向规定好宽度的环面部48。阶梯部47与端板3的外侧面34搭接。筒形端部41的内周部46为了与外壳1的端部外周面13及端板3的外周部32进行配合而加工而成的。而且，在此实施例中，如图2所示，采用外壳1的端面部11与端板3的内侧面33搭接的形式，用顶盖4的筒形端部41与其进行配合。

具体来讲，在传热管2的端部***端板3的孔31时，传热管2也就配置在外壳1内，又将外壳1另一端凸出的传热管2的另一端部与另外的端板3进行配合，使端板3的内侧面33与外壳1的端面部11对接。这时，外壳1的端部外周面13与端板3的外周部32的外径形状是一致的，接着，让顶盖4筒状端部41的内周部46与端板3的外周部32及外壳1的端部外周面13进行装配。

于是，如图4(b)所示，在外壳1与端板3对接(接合部C)的状态下，顶盖4的内周部46与端板3的外周部32(接合部B)及外壳1的端部外周面13(接合部A)在配合状态下进行连接。此外，端板3的外侧面34与顶盖4的阶梯部47对接(接合部D)。对于外壳1的另一端采用同样方式装配顶盖。于是，就获得零部件临时固定的热交换器。在这种状态下对其进行真空钎焊，但是应当使用合适的钎料。在此采用含镍一铬一硅(Ni-Cr-Si)而几乎不含硼(B)、磷(P)的钎料。

于是，在顶盖4的内周部46与端板3的外周部32及外壳1的端部外周面13的接合部，要形成对钎焊的间隙、接合面积及载荷等最适合的状态，以确保钎焊强度。与此同时，外壳1与端板3的内侧面33及顶盖4的阶梯部47与端板3的外侧面34的各接合部也应如此。钎焊的部位包括上述接合部A～D及传热管2与端板3的孔31之间接合部，钎焊是整体进行的。

采用如下方式，在连接部位(接合部A～D)特别是接合部A、B形成合适的钎焊间隙，确保钎焊强度，同时，对传热管2、端板3、外壳1及顶盖4进行整体式钎焊，以防止残余应力的产生。此外，设置在外壳1的冷却水的出水管7及进水管8也同时进行钎焊。在这种场合，几乎不含硼(B)、磷(P)的镍基钎料是很适合于钎焊的，此钎料对废气再循环气体中的酸有很好的耐腐蚀性能。

上述零部件临时固定的热交换器在规定的钎焊温度下进行钎焊，钎焊料分别在接合部A、B、C及D进行渗透填充，从而形成每个接合部的联接。接合部A与接合部B，要求焊接强度具有很高的抗剪切能力，采用顶盖4的内周部46与端板3及外壳1接合方式能获得强度大的钎焊结构。此外，在上述连接过程中，当顶盖4临时固定时，两个顶盖4向中心方向挤压，通过这种方式顶盖4与端板3之间的接合部D及端板3与外壳1的接合部B的间隙能达到最小状态，这对钎焊是非常适宜的。

一般说来，含有硼、磷的钎焊料，由于硼、磷元素在母材中扩散形成合金，在排放气体的影响下，很容易受到腐蚀。在实施形态中，用不含的硼、磷的Ni-Cr-Si系的钎焊料，这种钎焊材料不受上述腐蚀环境的影响，而是有良好的适用性。此外，将作为长型部件的外壳1、传热管2等的材质进行统一，以防止同时钎焊时的各零部件的线膨胀产生的影响，如此，在钎焊结束时即使温度下降，零部件中也不会存在残余应力。而且钎焊材料本身无腐蚀性，在钎焊后不会对母材产生影响，所以能够适用于任何工作环境下，耐久性提高，使用寿命延长。

此外，由于进行钎焊的各部件采用上述接合(接合部A～D)方式，从理论上讲钎焊部的间隙为零，但是由于表面粗糙度，实际上能够确保最小间隙，因而防止上述脆化相的发生，能够确保钎焊强度。此外，通过对传热管2、端板3、外壳1及顶盖4进行整体式进行钎焊，传热管2等不会存在残余应力，所以具有优异耐久性与耐腐蚀性。

接下来，对第二实施例相关的热交换器加以说明。与上述第一实施例相同的实施形态，在此对其说明予以省略。

图5是第二种实施例相关的热交换器的说明图。截面为圆形的外壳1的端部近旁的外周面上，形成了被切削为环状的缩径部位12。对顶盖4的内周部46的环面进行切削，顶盖4的阶梯部47的表面也作切削，以提高与外壳1的匹配性。此外，在与端板3的孔31配合后，对传热管2配合部位的直径扩胀得到扩径部21，同时也得到伸出端板3的扩径部22。在该实施例中，外壳1、传热管2及端板3各零部件的配置形态与上述第一种实施形态相同。

通过加工，使端板3的外周直径与外壳1缩径部12的外周直径相同，顶盖4的内周部46与端板3的外周部32及外壳1的缩径部12进行配合。在通常情况下，用管材作为外壳1使用时，其外径尺寸存在着在不同方向上直径不等的制造误差。为此，一方面，使端板3的外周部32直径比外壳1的外径稍小，另一方面，外壳1的端部外周面13通过机械加工被切削形成与端板3的外周部32相同形状。同样，顶盖4的内周部46及阶梯部47也形成较小内径，然后通过机械加工使它与外壳1及端板3具有良好的配合性，从而保持良好的间隙。由此，顶盖4的内周部47与端板3的外周部32及外壳1的缩径部12之间的间隙得到减少，对于阶梯部48处的间隙也得到降低。特别是当使用精度等级低、廉价的有缝钢管材料作为外壳1时，缩径部12加工具有良好的效果。

此外，将传热管2***端板3的孔31时，因传热管2的直径比孔部31的直径小而容易进行***作业。所以，在这种实施状态中，在传热管2的外径与孔31的孔径之间保证小间隙，首先将传热管2***孔31，进行热交换器芯子的装配。此后，采用扩径工具，得到传热管2配合部位的扩径部21，同时得到从端板3凸出的传热管2端部的扩径部22。使其与孔31之间的间隙减少，确保适合于钎焊的间隙。在这种状态下，外壳1的两端面部11，与嵌套传热管的端板3进行对接配合，间隙被保持在最小状态。此时，热交换器芯子中零部件1、2、3的临时固定能够有效进行，从而能够保证在良好的状态下进行钎焊。

于是，将顶盖4的内周部46与配置有传热管2的外壳1的两端缩径部12及端板3的外周部32进行配合，同时，将顶盖4的阶梯部47与端板3的外侧面部34对接。于是，如图3(b)所示，在外壳1与端板3对接(接合部C)时，顶盖4的内周部46与端板3的外周部32(接合部B)及外壳1的缩径部12(接合部A)进行配合，另一方面，端板3的外侧面部34与顶盖4的阶梯部47对接(接合部D)。然后，进行与第一种实施例相同的钎焊。

在此实施例中，与第一种实施例相同，能够获得良好的钎焊强度、耐久性及耐腐蚀性。此外，由于外壳1的缩径部12与顶盖4的内周部46，以及传热管2与端板3的装配性良好，防止了钎焊的脆化相的产生，能够得到α相为主体的韧性强固的接合。

图6表示第三种实施例相关的热交换器。在图中外壳1、传热管2及端板3的各零部件的形态及配置与上述第二种的实施例相同。在这种实施状态中，散热器顶盖4的配置是不同的，顶盖4的阶梯部47不是与端板3的外侧面部34相对接而是在两者之间形成间隙S。在通常情况下，在管路中进行连接的热交换器，其顶盖4的尺寸是设计规定的尺寸，当作为热交换器芯子的1、2、3的端板3的尺寸存在误差时，可通过调整间隙S安装顶盖4，由此保持设计规定的尺寸。

在具有上述间隙S的形态中，外壳1与顶盖4的接合部A，端板3与顶盖4的接合部B，以及外壳1与端板3的接合部C，都能够分别确保得到最佳间隙，为此，钎焊能够良好而牢固地进行，特别在是接合部A及接合部B，这些部位所必需的剪切载荷的强度能够充分确保。所以，在这种形态中，与上述实施例相同，能够确保钎焊强度，在获得良好的耐久性，耐腐蚀性的同时，也容易确保热交换器的尺寸。

此外，与上述各实施例相关的热交换装置，在其他方面，如流体温度不同的的热能交换装置，例如冷却器、加热器、冷凝器等也能够适用。

此外，本发明有关的热交换器，外壳与传热管的材质是相同的，使轴向方向上的线膨胀相同，防止钎焊时残余应力的产生，特别对长尺寸型热交换器具有显著的效果。在上述钎焊中采用几乎不含硼和磷元素的镍基钎焊料，具有良好的耐蚀性效果。

应该理解到的是：上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的实用新型创造，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1、热交换器，所述的外壳(1)内设有若干根传热管(2)，所述传热管(2)的两端分别嵌插在两侧端板(3)上开设的通孔(31)内，所述端板(3)的形状与所述外壳(1)的形状相匹配，所述外壳(1)的两端设有顶盖(4)，其特征在于所述外壳(1)的端面(11)与所述端板(3)的内侧面(33)对接，所述顶盖端部的内周部(46)与所述外壳端部的外周面以及所述端板的外周面(32)相配合。

2、如权利要求1所述的热交换器，其特征在于所述的传热管(2)在与所述端板的配合部位形成扩径(21、22)。

3、如权利要求1所述的热交换器，其特征在于所述的在顶盖筒形端部的内周部的后部有垂直轴心方向的阶梯部(47)。

4、如权利要求3所述的热交换器，其特征在于端板的外侧面部(34)与顶盖的阶梯部位(47)对接。

5、如权利要求3所述的热交换器，其特征在于端板的外侧面部(34)与顶盖的阶梯部位(47)形成一个间隙(S)。

6、如权利要求1～5任何一项所述的热交换器，其特征在于所述的外壳端部的外周面有一段缩径(12)。