專利名稱：制造熱交換器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換器的制造方法，具體而言，涉及一種在管件與端板的接頭處使用護孔環(huán)的機動車熱交換器的制造方法。
發(fā)明的
背景技術(shù)：
熱交換器，尤其是用于機動車上的熱交換器可以是液體與空氣的熱交換器，(例如用于發(fā)動機致冷劑的散熱器，空調(diào)冷凝器和蒸發(fā)器及油冷卻器)，也可以是空氣與空氣的熱交換器(例如增壓空氣冷卻器)。液體與空氣及空氣與空氣的熱交換器一般包括一入口容器或入口導(dǎo)管，一出口容器或出口導(dǎo)管，和在容納被冷卻流體的容器或?qū)Ч苤g延伸的管道。端板通常設(shè)置于容器上，用于與管道機械連接及流體連接。連接到管道上的散熱片在管道內(nèi)的液體或氣體與外部環(huán)境的大氣之間傳遞熱量。通常情況下，還包括一機械框架或結(jié)構(gòu)，從而為散熱部件提供結(jié)構(gòu)強度而且還形成用于將散熱裝置固定于汽車或其它所用機器上的裝置。
如

圖1和2所示，常用的熱交換器的芯體即在本說明書中為散熱器的芯體20由多個垂直排列并平行隔開的管道22組成，在管道之間設(shè)置有散熱片。這些散熱片可以是設(shè)置于圖1所示的組合芯體中的平面型24或螺旋型26。任何一種散熱片都可以包括散熱孔(未示出)，以增加熱傳遞。散熱片一般由鋁、黃銅、銅或其它導(dǎo)熱金屬或合金的條帶制成。平面型散熱片24一般是由金屬薄板制成的，金屬薄板上圍繞一孔形成有一套環(huán)。管道22可被插入到帶套環(huán)的開口內(nèi)并將多個散熱片疊加在一起，其目的是在芯體內(nèi)形成散熱片組。螺旋型散熱片可以S形花紋延伸，其中條帶在相鄰的管道之間設(shè)置有多個交替的褶曲。褶曲的底部一般通過釬焊或錫焊固定于管道上。底部之間的條帶部分在管道之間延伸。在S形的散熱片中，其花紋與正弦波相似，但在S形散熱片30中其花紋為鋸齒形。管道22的端部超出芯體20的散熱片組延伸，以連接到端板和容器上。
端板28a和28b分別位于芯體20的頂部和底部，而且端板上還設(shè)置有孔，以容納并密封管道22的上端和下端。上部容器和下部容器34a和34b通常被分別焊接或錫焊到端板28a和28b上，而且還包括用于熱交換器的一個入口36和一個出口38。側(cè)面的支撐板32或其它結(jié)構(gòu)可被用于在芯體的兩側(cè)固定容器和端板，而且能夠使完整的熱交換器固定于汽車或機械框架上。
所采用的管道可以是圓形或橢圓形的，或者可以是具有圓形端部的橢圓形?，F(xiàn)有技術(shù)中，焊接管道與端板之接頭的方法已經(jīng)被公開，例如美國專利5,407,004，在本文中參考引用。
使用時，源于內(nèi)部的熱液體或熱空氣的熱量使管道的長度由于熱膨脹而擴張并增加。由于容器或?qū)Ч芡ㄟ^框架或結(jié)構(gòu)相對固定，因此管道長度的增加將會在容器和相連接的端板上，尤其是在管道與端板之間的接頭處產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力。另外，熱交換器內(nèi)熱液體或熱空氣的壓力將會使容器或?qū)Ч芗岸税遄冃?，并在管道與端板的接頭上產(chǎn)生額外的壓力。由熱膨脹和內(nèi)部壓力產(chǎn)生的應(yīng)力疊加可能使熱交換器產(chǎn)生早期損壞。在管道與端板的接頭處產(chǎn)生的斷裂是最常見的損壞方式。為避免熱交換器由于熱膨脹和內(nèi)部壓力而損壞，已經(jīng)采取了很多辦法。大部分方法都屬于一種或兩種類型1)提高易損區(qū)域強度的方法；和2)在易損區(qū)域產(chǎn)生彈性變形的方法。形成彈性變形的方法已引起設(shè)計人員的興趣，因為與任何必須提供更多的材料以實現(xiàn)強度提高的方法相比，這些方法能夠提供一種解決熱膨脹和內(nèi)部壓力的更經(jīng)濟的方法。
汽車發(fā)動機的冷卻散熱器有時也在管道與端板之間設(shè)置彈性接頭。本發(fā)明的受讓人采用圖3所示的特殊彈性設(shè)計的端板制造機車散熱器已經(jīng)三十(30)多年了。金屬端板28可通過螺栓固定被連接到容器(未示出)上，而且端板上還設(shè)置有特大型的孔或開口，以容納從散熱器中心部分延伸的橢圓形黃銅管道22。平板式的散熱片24設(shè)置有圍繞管道裝配的套環(huán)25。在端板上的開口內(nèi)設(shè)置有橢圓形的黃銅套筒44。這些套筒通過模壓制成的硅橡膠40連接到端板上。接著，套筒被錫焊到穿過套筒延伸的中心管道上，以在管道與端板之間形成一個無泄漏的彈性接頭。盡管在機車的一般運行條件下，這種方法已經(jīng)是一種非常有效的設(shè)計，但其制造成本卻很高。
在二十世紀(jì)70年代，機動車的散熱器是用圓形的鋁管、鋁板散熱片、鋁制端板和塑料容器制造而成的。模壓成形的橡膠薄片在端板上的每個管孔上都設(shè)置彈性的護孔環(huán)，而且還設(shè)置有用于將端板密封到塑料容器上的墊圈，該墊圈通過端板上的卷曲薄片連接到端板上。管道插入到端板孔上的橡膠護孔環(huán)內(nèi)將會擠壓橡膠的護孔環(huán)，從而使管道與端板形成彈性密封的連接。但是，要將所有芯管同時插入到端板孔內(nèi)需要相當(dāng)大的力。由于在裝配過程中芯體和端板的損壞問題及以所需的護孔環(huán)壓縮量完成芯管與端板的配合所需的小公差，使得這種設(shè)計方案僅限于較小的裝置。
其它類型的散熱器還將橡膠護孔環(huán)應(yīng)用于管道與端板的接頭上。這些散熱器圍繞單個帶散熱片的管件進(jìn)行設(shè)計，其中所述管件具有圓形的端部和橢圓形的橫截面，而且沿其大部分長度設(shè)置有散熱片。如前一設(shè)計方案所述，管道與端板的密封是通過在管道與端板之間護孔環(huán)的壓縮來實現(xiàn)的。但在這個可選設(shè)計中，管道被單獨裝配到端板上，從而避免了大的裝配力。這樣就允許大型的散熱器結(jié)構(gòu)應(yīng)用于重型建筑設(shè)備上。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用具有圓形端部的管件將使這種設(shè)計方案局限于具有相當(dāng)寬管間隔的芯體上，與大部分芯體的設(shè)計方案相比，這種設(shè)計導(dǎo)致較差的熱力性能。
美國專利4,756,361和5,205,354描述了一種使用在整個長度上具有圓形橫截面的管件散熱器。這種設(shè)計如圖4所示，管道22通過套環(huán)開口25被壓入平板散熱片24中。管端通過設(shè)置于端板28之開口內(nèi)的硅橡膠護孔環(huán)42延伸。該護孔環(huán)包括一中央圓周槽及分別在端板頂部和底部延伸的頂部和底部凸緣46a，46b。由于采用環(huán)形的管件，因此與大部分散熱器的設(shè)計方案相比，這種設(shè)計方案還是存在熱力性能差的問題，而且必須以小公差實現(xiàn)管件與端板開口之間護孔環(huán)所需的壓縮量，以密封接頭。美國專利5,052,475和5,226,235公開了用環(huán)形的護孔環(huán)分別將環(huán)形管件密封到錫焊容器和焊接容器上的方法。英國專利29,777公開了使用圓形的管件和管板與端板一體鑄造成形的方法，但是當(dāng)完成鑄造之后，還要在管板上鉆出管孔，或者通過其它方法形成管孔。
目前，使用釬焊鋁芯的空氣對空氣的熱交換器已在工業(yè)上批量生產(chǎn)，其中鋁芯內(nèi)包括有橢圓形的管道。具有特大橢圓形開口的鋁制端板被焊接到鑄造而成的鋁制導(dǎo)管上。(完全通過鑄造制成的容器/端板的組合已不再使用)。橢圓形的硅橡膠護孔環(huán)，或者與上述專利類似的部件被插入到焊接容器之端板上的開口內(nèi)。這樣，涉及容器/端板組合成應(yīng)用護孔環(huán)的熱交換器的釬焊、焊接和機械加工給制造工藝增加了處理和其它成本。
發(fā)明概述由于現(xiàn)有技術(shù)中存在著問題和缺陷，因此本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的熱交換器，這種熱交換器在管件與端板的接頭上使用護孔環(huán)，而且能夠在不用焊接或釬焊的前提下很容易地被制造出來。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種裝配熱交換器的改進(jìn)方法，這種方法在容器的管件與端板的接頭上使用護孔環(huán)，而且容器上還一體地設(shè)置有以最少的機加工制成的端板。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種制造用于熱交換器的端板和容器部件的改進(jìn)的方法。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚，上述目的及其它目的可通過本發(fā)明得以實現(xiàn)，本發(fā)明提供了一種熱交換器，包括鑄造而成的組合式端板和容器，這種組合式的結(jié)構(gòu)包括一個端板部分及與端板部分成一體的容器部分。鑄造而成的端板與容器的組件在組件的端板部分上設(shè)置有至少一個最初鑄造而成的開口，在組件的容器部分上設(shè)置有至少一個最初鑄造而成的開口，這些開口被用作冷卻劑進(jìn)出鑄造端板和容器組件的通道。一管件被安裝于端板部分的開口內(nèi)并通過該開口延伸，密封裝置使管件相對端板部分密封，以防止圍繞管件的泄漏。
在本發(fā)明的另一方面，鑄造端板和容器的組件在組件的端板部分上設(shè)置有多個最初鑄造的開口，以用作冷卻劑進(jìn)出鑄造端板和容器組件的通道。管件被安裝于端板部分的開口內(nèi)并通過這些開口延伸，密封裝置使管件相對端板部分密封，以防止圍繞管件的泄漏。
密封裝置最好包括一彈性的護孔環(huán)，而且端板部分的開口、管件的截面及護孔環(huán)都是橢圓形的。組合式鑄造端板和容器最好包括一長度大于寬度的矩形端板部分和一排沿其長度方向延伸的多個橢圓形端板開口，橢圓形端板開口的大直徑沿端板部分的寬度方向延伸。
本發(fā)明的又一方面在于提供一種制造熱交換器的方法，其包括以下步驟a)提供一個端板部分與容器部分成一體的組合式鑄造端板和容器，鑄造端板和容器的組件在其端板部分上包括至少一個最初鑄造而成的開口，而且在其容器部分上包括至少一個最初鑄造而成的開口，以用于冷卻劑進(jìn)出鑄造端板和容器組件的通道；b)在熱交換器的芯體內(nèi)形成一個管件，用于插入到端板的開口內(nèi)；c)將管件密封到端板部分的開口上。
或者，上述方法的步驟(a)也可包括提供一個端板部分與容器部分成一體的組合式鑄造端板和容器，鑄造端板和容器的組件在其端板部分上包括多個最初鑄造而成的開口，以用于冷卻劑進(jìn)出鑄造端板和容器組件的通道；上述方法中的步驟(c)可包括c1)提供一個彈性護孔環(huán)，該彈性環(huán)包括一用于在端板開口內(nèi)延伸的主體部分；c2)將護孔環(huán)插入到端板的開口內(nèi)；
c3)將管件插入到端板部分的開口內(nèi)并且穿過護孔環(huán)的主體部分。
該方法還可包括在步驟(c)之前完成端板部分的鑄造孔的步驟。
本發(fā)明的另一方面在于提供一種制造熱交換器的方法，其包括以下步驟a)分別對應(yīng)于所需組合式端板和容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)部模具部分和外部模具部分，這種組合式的結(jié)構(gòu)包括與容器部分成一體的端板部分，端板部分和容器部分各包括至少一個開口，以用作冷卻劑的通道；b)通過端板和容器部分上的開口連接內(nèi)部模具部分和外部模具部分，以在外部模具部分內(nèi)支承內(nèi)部模具部分，并且對應(yīng)于組合式端板與容器的結(jié)構(gòu)在其間形成一空間；c)用熔融的金屬充填上述的空間并固化熔融的金屬，以形成一個端板部分與容器部分成一體的組合式鑄造端板和容器，這種鑄造的端板與容器組件在端板部分上設(shè)置有至少一個開口，在容器部分上設(shè)置有至少一個開口，以用作冷卻劑進(jìn)出鑄造端板與容器組件的通道；d)從外部模具部分上取下鑄造的端板和容器組件；e)從鑄造的端板與容器上取下內(nèi)部模具部分。
這種方法也可包括以下步驟a)分別對應(yīng)于所需組合式端板和容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)部模具部分和外部模具部分，這種組合式的結(jié)構(gòu)包括與容器部分成一體的端板部分，端板部分上設(shè)置有多個開口，以用作冷卻劑的通道；b)通過端板部分上的開口連接內(nèi)部模具部分和外部模具部分，以將內(nèi)部模具部分支承在外部模具部分內(nèi)，并且對應(yīng)于組合式端板與容器的結(jié)構(gòu)在其間形成一空間；c)用熔融的金屬充填上述的空間并固化熔融的金屬，以形成一個端板部分與容器部分成一體的組合式鑄造端板和容器，這種鑄造的端板與容器組件在端板部分上設(shè)置有多個開口，以用作冷卻劑進(jìn)出鑄造端板與容器組件的通道；d)從外部模具部分上取下鑄造的端板和容器組件；e)從鑄造的端板與容器上取下內(nèi)部模具部分。
內(nèi)部模具部分最好通過端板部分上的開口和/或通過容器部分上的開口從鑄造的端板與容器上取下。將模具部分取下之后，該方法可包括將熱交換器芯體上的管件插入到鑄造的端板與容器上的開口內(nèi)并將管件固定于所述開口內(nèi)。
附圖的簡要說明本發(fā)明的特征具體如所附的權(quán)利要求書所述。附圖僅為了便于說明，而不必按照一定比例繪制。結(jié)合附圖，參照具體的說明，將會在結(jié)構(gòu)和方法上更好地理解本發(fā)明，其中附圖圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常用的一種熱交換器芯體及端板部件的前視圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中常用的一種組裝好的散熱器的立體視圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中使用模壓成形的硅橡膠的管件與端板接頭的剖視圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)中使用護孔環(huán)的管件與端板接頭的剖視圖；圖5為本發(fā)明優(yōu)選的一體鑄造成形的端板與容器的立體視圖；圖6為圖5一體鑄造成形的端板與容器的局部剖開的前視圖；圖7為圖6一體鑄造成形的端板與容器的端板部分沿剖面線7-7的剖視圖；圖8為圖5一體鑄造成形的端板與容器仍在鑄造模具中的后部剖視圖；圖9為圖5一體鑄造成形的端板與容器仍在鑄造模具中的側(cè)面剖視圖；圖10為圖5一體鑄造成形的端板與容器仍在鑄造模具中的頂部剖視圖；圖11為用于本發(fā)明熱交換器中的優(yōu)選護孔環(huán)的側(cè)視圖；
圖12為圖11護孔環(huán)的頂部視圖；圖13為本發(fā)明一體鑄造成形的端板與容器的端板部分在插入護孔環(huán)前的底視圖，其中所述端板部分上設(shè)置有用于橢圓形管件的開口；圖14為在本發(fā)明一體鑄造成形的端板和容器的管件與端板部分接頭處護孔環(huán)另一實施例的剖視圖；圖15為在本發(fā)明一體鑄造成形的端板和容器的管件與端板部分接頭處護孔環(huán)又一實施例的剖視圖；圖16為局部剖開的立面圖，圖中示出了與接頭中采用護孔環(huán)的芯體內(nèi)管件及散熱片配合的本發(fā)明一體鑄造成形的端板與容器的端板部分；圖17為設(shè)置有本發(fā)明之優(yōu)選護孔環(huán)的一體鑄造成形的容器和端板部件的部件分解圖；圖18為根據(jù)本發(fā)明制成并裝配好的增壓空氣冷卻器的立體視圖。
本發(fā)明主要涉及一種空氣與空氣的熱交換器，這種熱交換器可被用作增壓空氣冷卻器或中間冷卻器，這些冷卻器可用于渦輪增壓或增壓式發(fā)動機。但是，其還可被用于其它類型的熱交換器上，例如在本發(fā)明的背景技術(shù)部分所述的那些熱交換器，象散熱器、油冷卻器等。本發(fā)明提供一種具有一體鑄造的組合式端板和容器的熱交換器，這種組合式結(jié)構(gòu)在端板部分上設(shè)置有孔，而且還設(shè)置有管件與端板部分的彈性接頭，以使由于管件的熱膨脹和容器內(nèi)的內(nèi)部壓力之合成而產(chǎn)生的管件與端板上的應(yīng)力最小。盡管可使用其它形狀和截面的管件，但最好使用橢圓形管件來封閉管件之間的空隙，以實現(xiàn)芯體最佳的熱傳遞性能。
根據(jù)本發(fā)明，熱交換器采用端板部分與容器部分成一體的組合式鑄造端板和容器。如圖5-7所示，組合式端板和容器100具有一中空的容器部分106，該容器部分內(nèi)設(shè)置有一入口或出口102，用于與汽車或要被冷卻的流體進(jìn)出熱交換器部件的通道相連接。封閉容器100之端部的是一個一體的矩形端板部分28，該端板28上設(shè)置有多個開口52，用于容納彈性的護孔環(huán)，而且熱交換器芯體部件上的管道裝配在這些護孔環(huán)內(nèi)。
端板部分的開口52最好為橢圓形的，而且單行排列，以容納相應(yīng)形狀的橢圓形護孔環(huán)和管件。也可以使用多排管件。在本說明書中，術(shù)語“橢圓形”是指具有整體平滑彎曲周邊的任何非圓形軸向(即垂直于管件的軸線)剖面，例如橢圓形或具有倒角的矩形，或其它的扁圓(obround)或卵形。由于具有橢圓形的剖面形狀，因此這種管件和開口沿一個方向上的直徑要大于沿另一(通常為垂直)方向上的直徑，在本文中分別稱之為“大直徑”和“小直徑”。盡管橢圓形管件及橢圓形端板開口和護孔環(huán)為最佳的，但也可使用其它形狀的管件、開口和護孔環(huán)結(jié)構(gòu)，例如環(huán)形或矩形。
端板部分28最好為矩形結(jié)構(gòu)，其長度1大于寬度w。開口52被對直，以使橢圓形的較大尺寸在端板部分28的寬度方向上被示出，并大體穿過整個寬度w延伸。這樣，各個開口52就可沿端板部分28的長度1單排并列對齊。
優(yōu)選實施例的一體的端板和容器及鑄造模具之后部、側(cè)面及頂部剖視圖分別如圖8、9和10所示。模具108包括一外模具部分112和一內(nèi)模具或殼狀型芯部分110，其中外模具部分112的內(nèi)表面與一體的端板與容器100的外表面相一致，內(nèi)模具部分110的外表面與一體的端板與容器100的內(nèi)表面相一致。外模具部分112和殼狀型芯部分110最好由沙或沙與樹脂的組合物制成，沙或沙與樹脂的組合物被壓緊并成形，以分別在其內(nèi)表面和外表面上形成近似的結(jié)構(gòu)。在形成模具108的過程中，殼狀型芯110最好通過將樹脂與沙的混合物澆注到具有一體的端板與容器100之內(nèi)表面結(jié)構(gòu)的模具(殼狀型芯盒)內(nèi)而成形。接著，對模具加熱，以使樹脂和沙的混合物在表面上凝固，從而在樹脂和沙的混合物凝固之前，中止加熱之后，形成一剛性的殼體。
接下來，將殼狀的型芯從殼狀的型芯盒中取出，并通過一開口將未凝固的沙與樹脂從內(nèi)部中除去，只留下中空的殼狀型芯。制成殼狀型芯110之后，其被放置于模具112(最好由兩部分組成，以與一體的端板和容器100的外表面相一致)內(nèi)，從而在其間形成一個與一體的端板與容器的組件100相一致的空間。
根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)殼狀型芯110可通過沙或沙與樹脂的混合物在區(qū)域116和部分118被壓緊成形的部分被連接并支撐在外模具部分112上，區(qū)域116與容器部分的入口/出口102相一致，而部分118與端板部分的開口52相一致。殼狀型芯110和外部模具112在入口/出口(模具部分116)及至少一個端板部分的開口(模具部分118)處被連接。澆口部分114形成于外部模具112上，以將熔融的金屬輸送給模具的各個不同部分。
當(dāng)內(nèi)模具部分和外模具部分之間的空間內(nèi)充入熔融的金屬，例如熔融的鋁之后，就可對材料進(jìn)行冷卻和固化，并圍繞最終成形的一體鑄造的端板和容器組件100除去內(nèi)模具部分和外模具部分。除去模具的操作一般包括通過搖動或震動打碎沙和/或沙/樹脂的混合物。由于殼狀型芯材料110位于最終成形的鑄造端板和容器組件內(nèi)，因此型芯的各個部分可根據(jù)需要通過入口/出口102和/或端板部分的開口52被除去。
在將最終成形的一體鑄造的端板/容器組件取出后，可根據(jù)需要進(jìn)行其它的機加工或精加工。例如，如果入口/出口102和/或端板部分的開口52需要保證更小的公差，那么就可通過機加工對這些開口進(jìn)行修整?；蛘?，保留這些開口鑄造成形后的狀態(tài)，以用于熱交換器的最后組裝。而且，其它的開口，包括端板部分的其它開口52也可被加工成鑄件。
盡管可根據(jù)需要采用其它的密封裝置，例如焊接、錫焊和粘接等，但護孔環(huán)最好為管件與端板部分之開口的密封裝置。處于不受應(yīng)力或處于未變形狀態(tài)下的本發(fā)明之優(yōu)選護孔環(huán)如圖11和12所示。護孔環(huán)50最好由硅橡膠或其它彈性的柔性聚合物或其它能夠?qū)峤粨Q器的其它部件形成良好密封的材料制成，這種材料通常為金屬或合金。護孔環(huán)50包括一主體部分，該主體上設(shè)置有一開口，用于容納熱交換器芯體上的管件。一徑向向外延伸的凸緣58設(shè)置于主體部分的第一上端上，一徑向向里延伸的凸緣60設(shè)置于護孔環(huán)的第二下端上。應(yīng)該理解本文中的相對方向僅在附圖中作為參考使用，護孔環(huán)和其它部件可被用于圖中未示出的任意位置上。向外的凸緣58包括一向下延伸的傾斜部分62，該部分62還向里朝向護孔環(huán)50的外壁部分54延伸，而且從外壁部分54直線延伸到護孔環(huán)的下端。內(nèi)壁56從護孔環(huán)的上端向下直線延伸，直到其到達(dá)徑向向里凸出的凸緣60。從圖11的側(cè)視圖中可看到，上部凸緣和下部凸緣58、60都具有圓形的倒角。但是，其它形狀或結(jié)構(gòu)的凸緣也可被使用。而且，護孔環(huán)50的主體部分還可以是錐形的。
護孔環(huán)50具有與端板28上橢圓形開口52的形狀相一致的結(jié)構(gòu)，開口52被加工成具有能夠容納端板芯體上的管件22的尺寸(見圖13)。在裝配過程中，最好將護孔環(huán)50插入到端板開口52內(nèi)。接下來，將熱交換器的管體插入護孔環(huán)內(nèi)。由于上部凸緣58是護孔環(huán)從主體徑向向外延伸的唯一部分，因此有利于將管體從端板的一側(cè)插入。護孔環(huán)最好從端板部分上的“空氣”側(cè)插入，即端板部分暴露于熱交換器外部的周圍大氣環(huán)境下的一側(cè)。具有向里凸出的端部的護孔環(huán)之下端被首先插入端板部分的開口內(nèi)，完成插入工序后，其下端從端板的“流體”側(cè)伸出，即從暴露于熱交換器內(nèi)之空氣或液體側(cè)伸出。當(dāng)完全插入后，向外的凸緣58仍保持在端板開口52的外部，而且最好與端板部分的空氣側(cè)表面接觸。
在圖13中，可看到，端板28的寬度w只是略大于端板開口52的大直徑(而且只是略大于以虛線示出并插入到端板開口內(nèi)的管體22的大直徑)。這樣就使端板的撓曲最小化，而且使端板部分的強度最大。此外，端板部分最好設(shè)置有相對平直或平面狀的中央部分，該部分內(nèi)容納著用于管體端部的開口。
向里的凸緣60之內(nèi)徑最好小于管端的外徑，從而在管體插入之后，護孔環(huán)50之下端的外壁被徑向向外推出。由于護孔環(huán)材料的彈性，管體在下部拉伸護孔環(huán)，并使其壁撓曲，以在向里的凸緣60與管體的端部之外表面形成良好的密封接觸，并其圍繞管體形成緊密的密封。(見圖14和15，如下所述。)此外，向里凸緣60的膨脹將使護孔環(huán)的外壁部分54向外凸出或向外推出，外壁部分54鎖定在端板部分的開口52之邊緣上并與其邊緣形成密封，從而防止護孔環(huán)滑出端板部分的開口。護孔環(huán)對管體及端板的密封還可通過容器/端板組件內(nèi)內(nèi)部壓力的作用而得到進(jìn)一步增強，該組件的內(nèi)部壓力用于迫使凸緣60以O(shè)形密封件的形式徑向向里與管體及端板部分形成緊密密封。護孔環(huán)上端凸緣58的內(nèi)部表面還可被向里推動，以接觸管體的外表面，從而形成防止泄漏的密封。另外，向外的凸緣58之下部的外邊緣也可以密封端板部分的開口52，以形成附加密封。
還可采用護孔環(huán)設(shè)計方案的變形，例如圖14和15所示的技術(shù)方案。如圖14所示，在右側(cè)，無管體插入的無應(yīng)力護孔環(huán)72包括一外表面84，該外表面在終止于向里的凸緣80之前靠近下端向里彎曲。而且，當(dāng)護孔環(huán)被首先插入，但不是尺寸過大而使護孔環(huán)變形時，外壁84滑動裝配在端板部分的開口內(nèi)。上部向外的凸緣76也是矩形的橫截面，如圖所示。但是，對于另一種護孔環(huán)72的結(jié)構(gòu)而言，存在相同的工作原理。管體22從端板部分28的空氣(上)側(cè)沿箭頭75所示的方向穿過護孔環(huán)的主體部分被插入，以使下部向里的凸緣80密封管件22，從而使護孔環(huán)的外體部分向外拉伸，以鎖緊并密封端板部分的開口。
圖15示出了本發(fā)明護孔環(huán)的另一可替換實施例74。該實施例與上述的護孔環(huán)50的主要區(qū)別在于下部向里的凸緣82還包括一向外延伸的部分，以當(dāng)管件22沿方向75穿過護孔環(huán)的主體被插入時，增強護孔環(huán)在端板部分28之開口邊緣上的鎖緊能力。本發(fā)明的效果不變，就是說，在管件與端板部分之間的護孔環(huán)不受擠壓而形成的密封允許在管件與端板孔的位置上存在更大的公差。
總之，使用本發(fā)明護孔環(huán)結(jié)構(gòu)的熱交換器組件可通過將護孔環(huán)插入端板部分而開始，其中端板部分在上述的在前步驟中與容器一體鑄成。護孔環(huán)最好是從端板部分的空氣側(cè)插入到端板部分的開口內(nèi)之后，接著將用于熱交換器的管件從插入護孔環(huán)的同一側(cè)插入。這些管件可以單個即每次一個地被插入，或者由于護孔環(huán)的結(jié)構(gòu)而僅需要較小的裝配力，所以最好使管件作為整個芯體組件的一個部件同時被插入。
本發(fā)明還致力于芯體內(nèi)螺旋散熱器的優(yōu)選應(yīng)用，如圖16所示。散熱片70由薄金屬帶制成，例如銅、鋁或具有高導(dǎo)熱性的黃銅。這些螺旋形散熱片70被彎成一系列交錯排列的褶曲，從而使這些褶曲的底部與管體22相接觸。散熱片在底部92被錫焊或釬焊到管體上，以在管件22與散熱片70之間形成良好的導(dǎo)熱性，并形成一個整體的芯體部件，在芯體部件內(nèi)，散熱片接觸鄰近的管件，而管件接觸鄰近的散熱片。在交錯排列的底部92之間的散熱片部分70將大部分熱量從管道內(nèi)的流體傳遞給熱交換器外的周圍空氣。散熱片70沿管件22延伸并終止于靠近管端48的條帶之自由端93。
為了給端板部分提供空間，為了將護孔環(huán)50鎖定在端板28內(nèi)，在熱交換器芯體的制造過程中，在將散熱片釬焊或錫焊到管道上之前，靠近管端48壓縮螺旋形散熱片70。條帶也最好被切割，從而使幾乎所有散熱片70的自由端都終止于底部所在的位置上，即緊鄰管體的外表面或與管體的外表面接觸，而不是終止于管體之間的某一位置上。裝配后，散熱片的這種壓縮或“梳毛(combing)”允許管端48延伸一個長度“1”，以將管體正確地定位于容器/端板組件內(nèi)并有助于將護孔環(huán)鎖緊在端板部分之開口內(nèi)的適當(dāng)位置上。這樣，壓縮式的散熱片70就會與護孔環(huán)50的上部凸緣58接觸并抵靠在凸緣58上，以將其固定到位。此外，由于散熱片70的自由端在底部被切割，而不是隨意切割，這樣就避免了將部分散熱片意外地導(dǎo)入護孔環(huán)和管體之間的區(qū)域內(nèi)。
如圖17所示，鑄造的容器100a具有一容器孔102a，該孔可用作容器的入口或出口，而一體的端板部分28a包括一用于管件的精加工開口52a。護孔環(huán)50可被插入加工完畢的鑄造端板/容器組件的端板開口52a內(nèi)。單個的護孔環(huán)最好通過連接板68被連接，所述連接板由相同于護孔環(huán)本身的彈性材料制成。
當(dāng)一體的容器/端板組件及護孔環(huán)裝配好后，整個熱交換器也就裝配好了。如圖18所示，熱交換器111包括芯體94，該芯體94在其上側(cè)和下側(cè)設(shè)置有結(jié)構(gòu)芯體的延伸部分96，而一體的端板/容器100b、100c分別設(shè)置有容器部分106b、106c。這種芯體的延伸部分設(shè)置有伸出的端部，該伸出的端部與兩個相對的一體化端板/容器組件100b、100c的對應(yīng)部分配合。從管道與散熱片芯體組件延伸的管件與端板部分28b、28c上的對應(yīng)護孔環(huán)開口對準(zhǔn)并部分插入到對應(yīng)的護孔環(huán)開口內(nèi)，接著整個容器/端板及護孔環(huán)組件在兩端被抵靠在芯體上。設(shè)置一個機械緊固件104b、104c，以在芯體94的兩端連接容器100b、100c。設(shè)置這種機械式緊固件，從而使容器易于從芯體上拆卸下來，進(jìn)行維修。可采用任意類型的機械緊固件，例如螺栓或搭扣式接頭。搭鎖裝置是優(yōu)選的，這種搭鎖裝置利用一個從容器伸出的傾斜凸起搭扣在芯體的延伸部分96之端部的對應(yīng)孔內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述鑄造一體式端板/容器組件的方法當(dāng)用彈性護孔環(huán)將管端固定在端板開口內(nèi)時尤其能夠產(chǎn)生良好的效果。另外，管件相對端板孔的精確定位并不是很嚴(yán)格的，因為這種結(jié)構(gòu)并非決定于管件與用于密封的端板孔內(nèi)部之間護孔環(huán)的精確壓縮。端板并非與管件及芯體與端板/容器之間接頭的機械裝配易于整個裝置的拆卸，以在損壞的情況下更換芯體。由于管件與端板的彈性接頭能夠使由熱膨脹而產(chǎn)生的管件與端板部分的應(yīng)力最小而且在結(jié)構(gòu)件與容器之間的接頭上產(chǎn)生非常低的應(yīng)力，因此可以使用機械接頭。此外，將增壓空氣冷卻器或其它熱交換器最終裝配到汽車內(nèi)的其它結(jié)構(gòu)上形成了足夠的附加機械支撐，因此不必焊接側(cè)面支架。
本發(fā)明還提供了橢圓形管件、護孔環(huán)及端板孔的使用，從而與使用圓形管件、護孔環(huán)及端板孔相比，本發(fā)明允許芯體管件之間更小的間隔。芯體內(nèi)這種更小的管間隔將提供最佳的熱傳遞性能。
因此，可以看出，在不脫離本發(fā)明保護范圍的前提下，可以對上述結(jié)構(gòu)作出某些變化，因此可以有效實現(xiàn)由前述說明得出的上述目的；而且所有包含于上述說明及附圖中的內(nèi)容都只是說明性的，而不具有限制性的意味。
盡管已參照最佳實施例對本發(fā)明作出了說明和圖示，但應(yīng)該理解在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以作出許多變化，因此所附權(quán)利要求書包括所有的等同替換。
權(quán)利要求
1.一種制造熱交換器的方法，包括以下步驟a)提供一個端板部分與容器部分成一體的組合式鑄造端板和容器，所述鑄造端板和容器的組件在其端板部分上包括至少一個最初鑄造而成的開口，而且在其容器部分上包括至少一個最初鑄造而成的開口，所述開口被用作流體進(jìn)出鑄造端板和容器組件的通道；b)在熱交換器的芯體內(nèi)形成一個管件，用于插入到端板的開口內(nèi)；c)提供一個彈性的護孔環(huán)，該彈性護孔環(huán)包括一用于在端板開口內(nèi)延伸的主體部分；d)此后，將所述護孔環(huán)插入到所述端板部分的鑄造開口內(nèi)；e)將所述管件插入到所述端板部分的鑄造開口內(nèi)并穿過所述護孔環(huán)的主體部分，以使所述管件相對所述端板部分的開口密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在步驟(e)之前對端板部分的鑄造開口進(jìn)行精加工的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述鑄造端板和容器組件在其端板部分上設(shè)有多個最初鑄造而成且沿其長度延伸的開口，所述開口用作流體進(jìn)出鑄造端板和容器組件的通道；在熱交換器的芯體內(nèi)形成有管件，用于插入到端板的開口內(nèi)；還設(shè)有一個彈性的護孔環(huán)，該彈性護孔環(huán)包括一用于在端板開口內(nèi)延伸的主體部分；還包括將所述護孔環(huán)插入到所述端板部分的鑄造開口內(nèi)；以及將所述管件插入到所述端板部分的鑄造開口內(nèi)并穿過所述護孔環(huán)的主體部分，以使所述管件相對所述端板部分的開口密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括在步驟(e)之前對端板部分的鑄造開口進(jìn)行精加工的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述端板部分的開口和管件的剖面設(shè)定為橢圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述端板部分的開口、管件的剖面及所述護孔環(huán)都設(shè)定為橢圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述組合式鑄造端板和容器組件的端板部分是一個長度大于寬度的矩形，其上設(shè)置的所述至少一個的開口為多個橢圓形端板開口，并且沿端板部分的長度排成一排，所述橢圓形端板開口的大直徑沿所述端板部分的寬度方向延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造熱交換器的方法，包括以下步驟提供一個端板部分與容器部分成一體的組合式鑄造端板和容器，所述鑄造端板和容器的組件在其端板部分上包括至少一個最初鑄造而成的開口，而且在其容器部分上包括至少一個最初鑄造而成的開口，所述開口被用作流體進(jìn)出鑄造端板和容器組件的通道；在熱交換器的芯體內(nèi)形成一個管件，用于插入到端板的開口內(nèi)；提供一個彈性的護孔環(huán)，該彈性護孔環(huán)包括一用于在端板開口內(nèi)延伸的主體部分；此后，將所述護孔環(huán)插入到所述端板部分的鑄造開口內(nèi)；將所述管件插入到所述端板部分的鑄造開口內(nèi)并穿過所述護孔環(huán)的主體部分，以使所述管件相對所述端板部分的開口密封。利用該方法可以在不用焊接、釬焊的前提下很容易地制造出來。
文檔編號F28F21/08GK1515866SQ0311999
公開日2004年7月28日 申請日期1998年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月28日
發(fā)明者馬爾科·蘭伯特, 馬爾科 蘭伯特, J 科爾布, 邁克爾·J·科爾布 申請人:特蘭斯普公司