熱交換器的制造方法和熱交換器的制造方法
【專利摘要】包括多個鋁制薄板(8)的熱交換器的制造方法是，通過在端部將至少部分邊緣(16)處理成允許對所述板(8)的邊緣(16)進行連接的厚度，以在每對所述板之間提供通道，然后通過焊接將用于在通道中往復傳輸流體的歧管固定至邊緣(16)的已處理部分。因此，得到比先前已知的熱交換器在制造方面更加靈活且更便宜的熱交換器。
【專利說明】熱交換器的制造方法和熱交換器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種諸如板翅式熱交換器(在其中一種流體被另一種流體冷卻)的熱交換器的制造方法。例如用于內燃機的散熱器，其中通過散熱器的周圍空氣冷卻冷卻劑(例如水和乙二醇的混合物)。
【背景技術】
[0002]—種已知熱交換器是汽車中的散熱器，其中，熱源(即諸如水的熱發(fā)動機冷卻液)將熱量傳遞至流經散熱器的空氣。金屬熱交換器具有良好的傳熱效率、大的傳熱面積，并且能夠承受:聞壓。
[0003]一種專用熱交換器是板翅式熱交換器，其特別適合于低溫運行的系統。如今，板翅式熱交換器可優(yōu)選地用于冷卻發(fā)動機。然而，當板翅式熱交換器的路徑十分狹窄并因此難以保持熱交換流體的通路暢通時，板翅式熱交換器存在壓力損失和/或阻塞的問題。
[0004]如圖1所示的已知的板翅式熱交換器，包括至少一個熱交換器芯部3，至少一個具有至少一個進口 4的進口歧管I和至少一個具有至少一個出口 5的出口歧管2。熱交換器芯部包括一排例如通過釬焊或者錫焊而裝配并連接在一起的交替地熱交換器元件6和空氣散熱翅片7。每個熱交換器元件6是具有至少一個內部通道的元件，所述至少一個內部通道能夠將流體從通道的至少一個進口 4a傳輸至通道的至少一個出口 5a，其中的流體與圍繞熱交換器元件的另外的流體以及鄰近于熱交換器元件的空氣散熱翅片7交換熱量。熱交換器元件通常由管或者管板8構成，該管或者管板由管條(tube bar)隔開并且通過例如釬焊或者錫焊的適當的連接技術進行連接。熱交換器芯部3和歧管1、2通過例如焊接的適當的連接技術進行連接。進口歧管I被連接至用于將例如防凍的流體供給至熱交換器元件6的進口管，且出口歧管2被連接至用于將流體從熱交換器元件6傳輸至例如熱發(fā)動機的熱源并經由進口管返回熱交換器的出口管。熱交換器和熱源之間的流體流通以重復循環(huán)的方式進行。兩種已知類型的板翅式熱交換器是具有管型或“杯”型熱交換器元件的“杯”原理熱交換器和板條式熱交換器。
[0005]文獻EP0943884描述了一種具有對板(pairs of plates)的熱交換器,該對板包括在其兩端處的通孔和在通孔之間延伸的通道。為了給對板之間的外散熱翅片留有空間，必須在每個對板之間插入頭部形成件。首先該頭部形成件設有扁平部分，其適于與板的通孔邊緣上相應的扁平部分重疊，其次所述頭部形成件設有凹部，其適于適配到在通道部分端部處的凸面。進口歧管和出口歧管首先由在熱交換器的縱向延伸的頭部形成件組成，其次由通孔周圍的區(qū)域組成。需要四種不同類型的頭部形成件；在上端面處或在下端面處具有僅一個凹部的頭部形成件位于歧管的兩端，并且任何一個頭部形成件都可具有套接連通孔(socket communication bore);沿歧管的頭部形成件在上端面處和下端面處均具有凹部，并且任何一個頭部形成件都可具有套接連通孔。兩個鄰近的結合在一起的頭部形成件的孔能夠將環(huán)形管套焊接至該孔。其缺點是必須對不同類型的頭部形成件保持堆疊并按照用于特定應用的正確順序對其進行組裝，并且僅有一種頭部形成件能夠連接至具有特定尺寸的套接管。
[0006]從申請?zhí)枮?0/330，467的美國專利申請中可知包括多個成排設置的管型熱交換器元件的熱交換器，其中多個具有杯狀部的元件/管組合成堆疊。杯狀部限定被分別連接至進口管和出口管的進口歧管和出口歧管。進口管和出口管的連接通過用具有一體化歧管部分的兩個專用管替換兩個通用管來實現，所述一體化歧管部分特別地適合在歧管與進口管或者出口管之間提供連接。歧管部分設有膠邊部(burr portions)，其用于連接相鄰通用管的杯狀部。為了避免泄露，膠邊部和杯狀部必須十分精確地相互匹配并且對其仔細地進行裝配。
[0007]專利號為4，258，785的美國專利描述了包括設有凸起泡狀部的對板的杯型熱交換器，這些凸起泡狀部組合以形成上水箱部分。為了將用于連接進口管或者出口管的配件插入成排的對板中，通過去掉泡狀部來對鄰近的板進行改進，并且鄰近的板與附加盤型件結合使用。每個配件包括具有限定凸緣的開口的泡狀件，該凸緣延伸至鄰近的附加盤型件的開口中。由于必須將附加盤型件插入配件和板之間，并且配件的泡狀件必須與附加盤型件精確地配合，而且僅一種類型的配件能夠連接至特定尺寸的進口管或者出口管，因此該裝配特別麻煩。
[0008]如上所述，利用“杯”原理的熱交換器具有設計限制，且還需要包括具有較低泄露風險的較簡單的結構的熱交換器。利用“杯”原理的熱交換器的另一個缺點是杯件的高度還限定了空氣散熱翅片的高度。由于用于提供杯件的工具決定杯件的高度，因此在空氣散熱翅片和結構可能性的選擇方面，杯原理是不靈活的。再一個缺點是由杯件的設計造成的在進口歧管和出口歧管內的內部壓降。
[0009]由于更廣泛范圍的結構可能性，板條式熱交換器提供了更高的靈活度。板條式熱交換器由板、條和空氣散熱翅片組成，并且也被稱為“板條”熱交換器。當裝配板條式熱交換器時，僅對熱交換器芯部進行裝配。裝配過程和釬焊過程后，必須將歧管固定在熱交換器芯部上。在歧管中，必須將全部進口和出口與排水、用于排氣的連接、旁路和各種傳感器等整合在一起。盡管歧管可以由例如鑄造或者沖壓的擠壓型材組成，但是因為在釬焊過程后對歧管進行附接，所以允許將設計專注于內部壓降并提供廣泛范圍的結構可能性。通常地，通過焊接將歧管固定至熱交換器芯部。為了將兩個部件焊接在一起而不焊穿，關于兩部件獲得具有足夠厚度的材料是極為重要的。
[0010]由于不需要專用工具，因此板條式熱交換器在對空氣散熱翅片高度和內部管高度的選擇方面，提供了更靈活的方案。然而，熱交換器芯部的裝配需要大量部件，這導致了用于最終熱交換器的較高的生產成本。
[0011]申請?zhí)枮?011/0012303的美國專利申請描述了包括一疊薄金屬壁型中空薄板的熱交換器。薄板的端部是具有120度角的三角形，并且以在外部歧管連接殼體內制成的120度弧狀物的形式利用焊珠焊接到狹槽的邊緣和端部處。對歧管的連接是相當復雜和費力的。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明的目的是提供一種比先前已知的熱交換器更易于制造的更簡單的熱交換器。[0013]通過將板的至少部分邊緣處理成允許對所述板的邊緣進行焊接和連接的厚度以在每對所述板之間提供通道來實現本目的，這之后，通過焊接，將用于在通道間往復傳輸流體的歧管固定至邊緣的已處理部分。因此，能夠將僅利用少量部件的由“杯”原理制造的熱交換器芯部與由諸如板條式熱交換器的熱交換器中得知的歧管原理結合。這樣，將板條式熱交換器中靈活性的益處、單獨歧管中較低的壓降和“杯”原理中較少的部件所有這些優(yōu)點加起來成為制造板翅式熱交換器的更簡單便宜的新方法。
[0014]根據本發(fā)明的方法的特征還在于金屬板由鋁構成。
[0015]在根據本發(fā)明的具體實施例中，對板進行按壓以優(yōu)選地在預定模式中提供預定的流體流，以便為流經通道之間的空間的周圍空氣提供高效的熱傳遞。
[0016]在根據本發(fā)明的另一個實施例中，將板的邊緣處理成具有厚度，該厚度足以將熱交換器元件連接至端板，所述端板具有一排大體上與熱交換器元件的進口和出口相同尺寸的孔。
[0017]最后根據本發(fā)明，還可以將板的邊緣處理成具有厚度，該厚度足以將熱交換器元件連接至進口歧管和出口歧管，所述進口歧管和出口歧管具有一排與熱交換器元件的進口和出口相同尺寸的孔。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1示出了具有進口歧管和出口歧管的已知的板翅式熱交換器；
[0019]圖2示出了已知的板條式熱交換器的熱交換器芯部；
[0020]圖3示出了已知的板條式熱交換器的熱交換器芯部的結構；
[0021]圖4示出了根據本發(fā)明的熱交換器芯部的實施例；
[0022]圖5示出了根據本發(fā)明的熱交換器的熱交換器芯部的結構；
[0023]圖6示出了用于根據本發(fā)明的尚未對邊緣進行允許焊接的處理的熱交換器元件的管板；
[0024]圖7示出了用于根據本發(fā)明的尚未對邊緣進行允許焊接的處理的熱交換器元件的管板的側面；
[0025]圖8示出了用于根據本發(fā)明的已經對邊緣在拐角處進行允許在拐角處焊接的處理的熱交換器元件的管板；
[0026]圖9示出了形成根據本發(fā)明的熱交換器元件的兩個管板；
[0027]圖10示出了管板的可選實施例，其中將板切割成更寬的寬度以沿處理后的整個板獲得恒定的寬度；
[0028]圖11示出了管板的可選實施例，其中在板端部處，對少量材料進行切除以允許從內側對板進行處理；
[0029]圖12示出了本發(fā)明的可選實施例，其使用固體金屬板來代替一排端部擋片以在熱交換器元件之間產生間距；以及
[0030]圖13示出了本發(fā)明的可選實施例，其使用歧管代替一排端部擋片以在熱交換器元件之間產生間距。
【具體實施方式】[0031]如圖1所示的已知的熱交換器是板翅式熱交換器，其具有發(fā)生傳熱遞的熱交換器芯部3、焊接至熱交換器芯部3的進口歧管I和出口歧管2。熱源通過熱交換器從進口接管4流至出口接管5，同時熱源將熱量傳遞至流經熱交換器的空氣17。歧管1、2可以是鑄造元件，其包括接管或者具有焊接至歧管的接管的擠壓型材。在此示例中，進口接管4設置在進口歧管I的端部處。在許多情況下，僅有一個進口接管4和增設進口用于例如溫度傳感器或者壓力傳感器。在此示例中，出口接管5設置在出口歧管2的端部處。
[0032]圖2中的熱交換器芯部3是包括一排熱交換器兀件6和一排空氣散熱翅片7的板條式熱交換器芯部3的示例。熱源通過熱交換器元件6中的通道或者腔體，從每個熱交換器元件6的進口 4a流向該熱交換器元件6的出口 5a，同時熱源將熱量傳遞至空氣散熱翅片7且空氣17流經熱交換器芯部3的空氣散熱翅片7。熱交換器芯部的高度可以變化。根據對結構的選擇，熱交換器寬度EB和厚度ET也可以階梯式地變化。在熱交換器芯部的示例中，其尺寸是EH = 2200mm、EB = 500mm和ET = 94mm。根據所使用的熱交換器芯部3的應用，空氣散熱翅片7可以具有多種不同形式(形狀和尺寸)。熱交換器芯部3沿進口和出口的每一側都具有邊緣18，該邊緣18允許將歧管焊接至熱交換器芯部。
[0033]圖3是包括一排熱交換器元件6的板條式熱交換器芯部的詳細示圖，每個熱交換器元件6是由管板8和管條9組成的?？諝馍岢崞?和端部擋片11將相鄰的熱交換器元件分離。導流片10放置在管板8之間以增加熱源的紊流和熱傳遞，同時熱源通過熱交換器元件從進口 4a流向出口。根據所使用的熱交換器的應用，空氣散熱翅片7可以具有多種不同形式(形狀和尺寸)。一旦歧管例如通過焊接而安裝，則為了避免任何泄露，端部擋片11具有與空氣散熱翅片相同的高度且設有與空氣散熱翅片有關的適當的間距，并且在熱交換器元件之間形成固體表面。每排空氣散熱翅片之間的距離DEL也可以變化。一個示例是DEL= 15_。為了在將歧管連接至熱交換器芯部時使管條9適于焊接，則管條9應該具有足夠的尺寸。在板條式熱交換器芯部的每個拐角處設有拐角擋片12，以確保與側板13的平滑度和加固熱交換器芯部。通過例如釬焊、錫焊和粘接等適當的連接技術對熱交換器芯部中的部件進行連接。
[0034]圖4不出了根據本發(fā)明的包括一排熱交換器兀件6和空氣散熱翅片7的熱交換器芯部3的實施例。熱源通過熱交換器元件6中的通道從每個熱交換器元件6中的進口 4a流向該熱交換器元件6中的出口 5a，同時熱源將熱量傳遞至空氣散熱翅片7且空氣7流經并通過熱交換器芯部3中的空氣散熱翅片7。根據所設有的熱交換器的應用，空氣散熱翅片7可以不同形式(形狀和尺寸)形成。熱交換器芯部具有沿進口和出口的每一側的邊緣18，該邊緣18允許將歧管焊接至熱交換器芯部。
[0035]圖5示出了根據本發(fā)明的熱交換器芯部的細節(jié)。熱交換器芯部包括由側板13加固的一排熱交換器兀件6。熱源通過熱交換器兀件6從進口 4a流向在熱交換器芯部的另一端處的出口。在側板13和鄰近的熱交換器元件之間以及在每組鄰近的熱交換器元件之間設有空氣散熱翅片7和端部擋片11。一旦歧管例如通過焊接而安裝，則為了避免泄露，端部擋片11具有與空氣散熱翅片7相同的高度且產生與空氣散熱翅片有關的適當的間距，并且在熱交換器元件之間提供固體表面。熱交換器元件6包括兩個管板8。對每個管板的兩端進行處理，以便沿具有厚度的進口和出口的每一側，使管板連同端部擋片一起形成固體邊緣18，從而允許將歧管焊接至熱交換器芯部。通過例如釬焊、錫焊和粘接等適當的連接技術對熱交換器芯部3中的部件進行連接。
[0036]圖6示出了用于根據本發(fā)明的尚未對邊緣15的端部進行允許焊接的處理的熱交換器元件的一片管板8。通過從側面對板的拐角處的邊緣15進行處理，能夠將該板的邊緣處理成足以進行焊接的厚度。管板8的邊緣14變形為，使得當將兩個管板8互相緊挨著進行堆疊時，該管板形成封閉管，即熱交換器元件。管板8設有沖壓部10。這些沖壓部10具有與邊緣14相同的高度并且承擔對熱交換器元件的內部加固，同時通過迫使內部流體以預定的模式流動來提高熱傳遞效率。
[0037]圖7是用于根據本發(fā)明的尚未對邊緣15的端部進行允許焊接的處理的熱交換器元件的管板8的側面剖視圖。管板8設有沖壓部10。這些沖壓部10具有與邊緣14相同的高度并且承擔對熱交換器元件的內部加固，同時通過迫使流體以預定的模式流動來提高熱傳遞效率。
[0038]圖8示出了用于根據本發(fā)明的已經對邊緣16的拐角進行允許焊接的處理的熱交換器元件的管板8。當將兩個管板8相互緊挨著進行堆疊時，該管板8形成熱交換器元件。當堆疊后，沿邊緣及在邊緣16端部處的每個沖壓部10上設有接觸表面。該相互錫焊的接觸表面提供牢固并且無泄漏的熱交換器元件。沿具有允許將歧管焊接至熱交換器芯部的厚度的熱交換器芯部進口和出口每一側，邊緣的拐角連同端部擋片形成固體邊緣18。
[0039]圖9示出了形成根據本發(fā)明的熱交換器元件的兩個管板8。管板8例如可以由鋁構成。示出了對邊緣的拐角16進行允許焊接的處理后的板。其余的邊緣將被錫焊在一起。通過對兩個管板8進行相互緊挨的堆疊，形成熱交換器元件。當堆疊后，在沿邊緣及邊緣16的端部處的每個沖壓部10上設有接觸表面。與連接處理有關的接觸表面提供牢固且無泄漏的熱交換器元件。沿具有允許將歧管焊接至熱交換器芯部的厚度的熱交換器芯部進口和出口每一側，邊緣的拐角連同端部擋片形成固體邊緣18。
[0040]圖10示出了用于根據本發(fā)明的熱交換器元件的管板8的可選實施例，其中將每個熱交換器元件的板切割成拐角22處具有更寬的寬度，以使得從側面對拐角22進行允許焊接的處理后，板具有恒定的寬度。管板8的邊緣14變形為，使得當對兩個管板8進行互相緊挨的堆疊時，該管板形成封閉管，即熱交換器元件。管板8中設有沖壓部10。這些沖壓部10具有與邊緣14相同的高度并且承擔對熱交換器元件的內部加固，同時通過迫使流體以預定的模式流動來提高熱傳遞效率。
[0041]圖11示出了用于根據本發(fā)明的熱交換器元件的管板8的可選實施例，其中已將板端部的少量材料去除以使得能夠從內到外地對板的拐角21進行處理。管板8的邊緣14變形為，使得當對兩個管板8進行互相緊挨的堆疊時，該管板形成封閉管，即熱交換器元件。管板8中設有沖壓部10。這些沖壓部10具有與邊緣14相同的高度并且承擔對熱交換器元件的內部加固，同時通過迫使流體以預定的模式流動來提高熱傳遞效率。
[0042]圖12示出了根據本發(fā)明的熱交換器的可選實施例。熱交換器包括具有一排由側板13加固的熱交換器元件6的熱交換器芯部。在每個側板13和鄰近的熱交換器元件之間以及在每組鄰近的熱交換器元件6之間，設有空氣散熱翅片7，而不設端部擋片。將具有與熱交換器的進口和出口相同尺寸的成排孔的固體金屬板19放置在進口端處的熱交換器元件的進口上方并且將類似板放置在出口端處的熱交換器元件的出口上方以代替多個端部擋片。圖中的所示的板19具有膠邊。然而，也可以使用不具有膠邊的板。在固體板上的成排的孔設有與空氣散熱翅片7的高度相同的間距并且提供與空氣散熱翅片有關的適當的間距。熱交換器元件6由兩個管板8組成。將每個管板的兩端處理為，使得管板連同每端的固體金屬板19 一起在連接處理后提供水密連接。沿每側的膠邊或者固體邊緣18允許將歧管焊接至熱交換器芯部。通過例如釬焊、錫焊和粘接等適當的連接技術，對包括固體端板19的熱交換器芯部3中的部件進行連接。
[0043]圖13示出了根據本發(fā)明的熱交換器的另一可選實施例。熱交換器包括具有一排由側板13加固的熱交換器元件6的熱交換器芯部。在每個側板13和鄰近的熱交換器元件之間以及在每組鄰近的熱交換器元件6之間，設有空氣散熱翅片7，而不設端部擋片。將具有與熱交換器元件的進口和出口相同尺寸的成排孔的歧管20放置在進口端處的熱交換器元件的進口上方并且將具有類似孔的歧管放置在出口端處的熱交換器元件的出口上方以代替多個端部擋片。在歧管上的成排的孔設有與空氣散熱翅片7的高度相同的間距并且提供與空氣散熱翅片有關的適當的間距。每個熱交換器元件6由兩個管板8組成。對于每個管板的兩端進行處理，以使得管板連同每端的歧管20在連接處理后提供水密連接。通過例如釬焊、錫焊和粘接等適當的連接技術，對包括歧管的熱交換器芯部3中的部件進行連接。
[0044]本發(fā)明的范圍不限于所明確公開的形式，并且對于本領域技術人員來說顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的范圍情況下可以做出變型和修改。
[0045]熱交換器元件中的管板的邊緣例如可以利用諸如旋轉、折疊和穿孔等不同的技術進行處理，并且可以沿整個邊緣而不僅在拐角處對邊緣進行處理，在端部處或者從內側而不是側面對邊緣進行處理等。
[0046]熱交換器可用于冷卻內燃機。可選地，熱交換器可用于與用于冷卻機械和/或電氣部件的風力渦輪發(fā)電機連接。
【權利要求】
1.一種包括多個薄金屬板的熱交換器的制造方法，通過在端部將所述板的至少部分邊緣進行處理而折疊成允許對焊接的所述板的邊緣進行焊接和連接的厚度，以在每對所述板之間提供通道，然后通過焊接將用于在所述通道中往復傳輸流體的歧管固定至所述板的邊緣的已處理部分。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬板是由鋁構成的。
3.根據權利要求1-2中的任一項所述的方法，其特征在于，通過將所述板輾滾成允許焊接的厚度來執(zhí)行所述處理。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，對所述板進行按壓以優(yōu)選地在預定的模式中提供預定的流體流，以便為流經所述通道之間的空間的周圍空氣提供高效的熱傳遞。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，將所述板的邊緣處理成具有厚度，該厚度足以將所述熱交換器元件連接至端板，所述端板具有一排大體上與所述熱交換器元件的進口和出口相同尺寸的孔。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，將所述板的邊緣處理成具有厚度，該厚度足以將所述熱交換器元件連接至進口歧管和出口歧管，所述進口歧管和出口歧管具有一排與所述熱交換器元件的進口和出口相同尺寸的孔。
【文檔編號】F28F1/00GK103502761SQ201280004222
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年1月24日 優(yōu)先權日:2011年2月18日
【發(fā)明者】艾倫·尼森 申請人:尼森斯公司