專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可有效應(yīng)用于冷卻被導(dǎo)入內(nèi)燃機之前以支持燃燒的空氣(進(jìn)氣)的中間冷卻器的熱交換器。
背景技術(shù)：
用于在導(dǎo)入內(nèi)燃機前冷卻由增壓器加壓的進(jìn)氣的傳統(tǒng)熱交換器，具有帶有多個管并用作熱交換部分的芯部；以及與芯部中所述多個管連通的上水箱或總箱。
圖8顯示了上述上水箱結(jié)構(gòu)實例的斷面視圖。管922被銅焊到其上的芯板911與箱體912相互連接形成了上水箱910及其中的腔910a。支撐桿912a設(shè)置在箱體912兩側(cè)的兩個側(cè)壁912b之間，并通過例如焊接以穿透腔910a的方式結(jié)合到其上，以支撐箱體912兩側(cè)的兩個側(cè)壁912b。
最近散熱規(guī)定要求提高進(jìn)氣壓力。如果上水箱910沒有支撐桿912a，則進(jìn)氣壓力可能會使箱體912變形而向外膨脹，也會使芯板911變形而增大其邊緣911b之間的距離。這種變形會在芯板911與管922的連接處911a產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而在該連接處產(chǎn)生諸如裂紋的缺陷。支撐桿912a用于防止上述缺陷。
然而，為了安裝支撐桿912a，上述傳統(tǒng)的熱交換器需要對箱體912進(jìn)行鉆孔并將支撐桿912a以保證氣密的方式焊接到箱體912。上述熱交換器的結(jié)構(gòu)使得制造工序復(fù)雜，而增加了熱交換器的制造設(shè)施和制造工序。
本發(fā)明的發(fā)明人專注于減小芯板和管連接處產(chǎn)生的應(yīng)力，而發(fā)明了一種能夠不使用支撐桿而僅通過限制芯板的變形而減小連接處應(yīng)力的熱交換器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種不使用熱交換器箱體的膨脹限制器而能減小熱交換器芯板與管的連接處應(yīng)力的熱交換器。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的熱交換器包括多個管、上水箱和支撐件。
流體流經(jīng)所述多個管。
該上水箱帶有芯板和箱體，該上水箱被設(shè)置在所述多個管的縱向端部，與所述多個管的內(nèi)部空間連通。該芯板具有近似弧形的橫斷面，該芯板的兩側(cè)邊緣(fringes)被固定到箱體，而中間部分將多個管的縱向端部固定在其上，并相對于兩側(cè)邊緣朝向多個管凸起。該箱體和芯板形成每個上水箱的內(nèi)部空間。
支撐件保持兩側(cè)邊緣之間的距離。
通過研究形成本發(fā)明一部分的下述詳細(xì)描述、所附權(quán)利要求以及附圖，可以領(lǐng)會到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點以及相關(guān)部件的功能和操作方法。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的中間冷卻器即熱交換器的前視圖；圖2是沿圖1中的直線II-II的斷面視圖；圖3A是第一實施例中水箱的示意展開視圖；圖3B是第一實施例中水箱的示意透視圖；圖4為顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的中間冷卻器主要部分的橫斷面視圖；圖5是第二實施例中筒的示意側(cè)視圖；圖6是另一實施例中板的示意展開視圖；圖7A是另一實施例中筒形成過程的示意側(cè)視圖；圖7B是其它實施例中筒形成過程的示意側(cè)視圖；圖8是傳統(tǒng)中間冷卻器中主要部分的橫斷面視圖。
具體實施例方式
(第一實施例)在本發(fā)明的第一實施例中，根據(jù)本發(fā)明的熱交換器被應(yīng)用于圖1和2所示的所有中間冷卻器100。該中間冷卻器100用于冷卻在導(dǎo)入內(nèi)燃機前由增壓器加壓的進(jìn)氣。圖1顯示了將在下面描述的中間冷卻器100的芯部120的一部分。
如圖1所示，中間冷卻器100具有芯部120；和位于芯部120左側(cè)和右側(cè)的一對上水箱110。芯部120具有橫向設(shè)置在上水箱110之間且交替重疊的外部散熱片121和管122。一對側(cè)板124作為加強件被設(shè)置在最上面和最下面外散熱片121的外側(cè)。芯部120中的上述部件被相互銅焊在一起形成一個單元。
上水箱110被設(shè)置在垂直于上水箱110布置的管122的兩端，以便上水箱110的內(nèi)部與管122內(nèi)部連通。每根管122的兩個端部都被插入并銅焊到形成在上水箱110的芯板111中的孔(未示出)。
該管122通過將一對槽形板相互咬入(snapping)以便使其開口彼此更接近并對其進(jìn)行銅焊而制成扁平形狀。內(nèi)散熱片(未示出)被銅焊在管122中，而外散熱片121被銅焊在管122的外表面上。外散熱片121和內(nèi)散熱片由具有所需高導(dǎo)熱系數(shù)的銅制成，而管122和側(cè)板由具有所需強度和導(dǎo)熱系數(shù)的銅合金制成。
每個上水箱110均由芯板111、箱體112和底部部分(未示出)制成，芯板111由3mm厚的銅合金制成。芯板111和箱體112被銅焊或焊接在一起而形成其中的內(nèi)部空間。上水箱110的具體結(jié)構(gòu)將在后面進(jìn)行描述。
圖1中右手側(cè)上水箱110用于將進(jìn)氣分布和供應(yīng)到各自的管122，而圖1中左手側(cè)上水箱110用于收集流出管122的進(jìn)氣。該右手側(cè)上水箱具有與其內(nèi)部連通的入口連接器113，而該右手側(cè)上水箱具有與其內(nèi)部連通的出口連接器114。該入口連接器113被連接到增壓器(未示出)的排出口；而該出口連接器114被連接到內(nèi)燃機(未示出)的進(jìn)氣口。
隨著遠(yuǎn)離入口/出口連接器113，114，上水箱110的內(nèi)部空間110a的橫斷面面積沿其縱向方向逐漸減小，以便均衡各個管122內(nèi)的空氣流。
支架130被固定在中間冷卻器100外側(cè)的每個上水箱110上，用于將中間冷卻器100固定到車輛的結(jié)構(gòu)件上。
通過咬合、通過裝配夾具或通過固定，芯部120的各個部件與芯板111被組裝在一起，然后利用期望部分上的銅焊糊包層(blazing pasteclad)銅焊成一個整體。接下來，將箱體112焊接到芯板111上而制成中間冷卻100。
本發(fā)明的特征在于上水箱100的結(jié)構(gòu)。以下將參照圖2、3A和3B描述其具體結(jié)構(gòu)。圖3A和3B顯示了上水箱110的箱體112的形成過程。
如圖2所示，上水箱110由芯板111和箱體112組裝，而其中具有內(nèi)部空間110a。芯板111具有近似弧形的橫斷面，其中部111a相對于兩側(cè)邊緣(fringes)111b(中部111a介于其中)朝向管122的縱向中部凸起。箱體112具有近似U形橫斷面。支撐112a的兩側(cè)被固定到芯板111的邊緣111b上。
包括支撐112a的箱體112由如圖3A所示的板材200形成。板材200具有用于形成箱體112的主體部分201以及一對支撐部分202，所述一對支撐部分201中間為主體部分201而用于形成支撐112a。每個支撐部分202具有以預(yù)定間隔設(shè)置的多個矩形凹口203。用于形成支撐112a的部分位于凹口203之間。
凹口203可以通過沖壓板材200形成，也可以從被沖壓成近似梯形的板材切去對應(yīng)于凹口203的部分形成。如圖3A所示，主體部分201具有其寬度從右向左減小的近似梯形或不等邊四邊形的形狀，以便形成具有如上所述隨著遠(yuǎn)離入口/出口連接器113，114其橫斷面面積沿縱向方向逐漸減小的內(nèi)部空間110a的上水箱110。
圖3A中所示板材200被彎曲以形成近似U形的箱體112。然后，一對從U形主體部分201延伸出的支撐112a通過焊接等方式被相互對接在一起。圖3B描述了箱體112和支撐112a的輪廓，其中每個部件的厚度和具體形狀并未示出。
通過將整體形成有支撐112a的箱體112固定到芯板111的邊緣111b上組裝上水箱110。在此處，支撐112a被連接到芯板111的邊緣111b，以便保持一對邊緣111b之間的間隔。
上述熱交換器100的配置和制造方法用于減小芯板111的變形(即一對邊緣111b之間的間隔的增加或減小)，即使當(dāng)較大的進(jìn)氣壓作用于上水箱110的內(nèi)部空間110a時。因此，也可以減小芯板111和管122的連接部分(中間部分)111a處產(chǎn)生的應(yīng)力。
本發(fā)明的發(fā)明人利用實驗確認(rèn)在第一實施例中的中間冷卻器100能夠耐0kPa和500kPa之間波動的循環(huán)進(jìn)氣壓超過600,000次，而不會在芯板111和管122的連接部分111a處產(chǎn)生諸如裂縫的故障狀態(tài)。
不通過保持箱體112的兩側(cè)處的兩側(cè)壁之間的間隔，而通過保持一對邊緣111b之間的間隔，支撐112a減小了芯板111的變形。因此，就不需要如圖8所示在箱體112的側(cè)壁上形成孔，而在孔之間設(shè)置支撐桿并將支撐桿焊接到側(cè)壁上以保證氣密性。
此外，支撐112a與箱體112一起整體形成，且在組裝上水箱110中，通過將芯板111和箱體112連接起來，支撐112a被固定到芯板111上。與分開制造支撐112a并將支撐112a安裝到芯板111上的傳統(tǒng)方法相比，這種結(jié)構(gòu)減少了制造工序。
此外，整體具有支撐112a的箱體112可以容易地由板材200制成。
(第二實施例)如圖4和5所示，根據(jù)第二實施例的熱交換器與第一實施例的不同之處在于箱體112和支撐112a不是由板材制成的。
第二實施例中的箱體112和支撐112a形成如圖5所示輪廓且由銅合金制成的筒或圓筒300。圓筒300通過液壓成形(hydroforming)而形成一種具有如圖4所示的橫斷面。圓筒300整體具有如圖5所示的主體部件301和支撐部分302。支撐部分302具有多個以預(yù)定間隔設(shè)置的近似矩形的開口303。通過諸如切削加工、激光束加工等方法切去支撐部分302各部分形成開口303。用于形成支撐112a的部分介與入開口303之間。
如圖4所示，通過將如上所述的與支撐112a整體形成的箱體112固定到芯板111的邊緣111b上，組裝成上水箱110。在此處，支撐112a被連接到芯板111的邊緣111b，以便保持一對邊緣111b之間的間隔。
在第二實施例中，上水箱110的箱體112形成圓筒300，因此，沿其縱向方向具有近似統(tǒng)一的直徑。
如同第一實施例中的情況，上述熱交換器100的結(jié)構(gòu)和制造方法用于減小芯板111的變形(即一對邊緣111b之間間隔的增加或減小)，即使在較大的進(jìn)氣壓作用于上水箱110的內(nèi)部空間110a時。因此，也可以減小芯板111和管122的連接部分111a(中間部分)處產(chǎn)生的應(yīng)力。
此外，支撐112a與箱體112一起整體形成，且在組裝上水箱110中，通過將芯板111和箱體112連接起來，支撐112a被固定到芯板111上。與分開制造支撐112a并將支撐112a安裝到芯板111上的傳統(tǒng)方法相比，這種結(jié)構(gòu)減少了制造工序。
此外，整體具有支撐112a的箱體112可以容易地由板材200制成。
(其它實施例)在第一實施例中，板材200具有主體部件201介于其間的一對支撐部分202。然而，上水箱110也可以由其布置不同于材料200的具有用于形成箱體112的主體部分和用于形成支撐12a的支撐部分(多個支撐部分)的板材形成。例如，如圖6所示，上水箱110可以由主體部分201的一側(cè)具有一個支撐部分202的板材200形成。板材200的支撐部分202具有以預(yù)定間隔設(shè)置的多個矩形開口203a。無需如在第一實施例中，一樣連接多個支撐112a。
第二實施例采用了通過金屬成形形成一種沿縱向方向具有近似統(tǒng)一的橫斷面并切去各自開口303部分的筒或圓筒300。然而，上水箱110也可以由不同形狀的圓筒或圓筒形成。例如，如圖7A所示，上水箱110可以采用通過金屬成形以在設(shè)置開口的位置處具有凸起部分304且切割凸起部分304以實現(xiàn)圖7B所示的開口303的筒或圓筒300。
在上述實施例中與箱體112一起整體形成的支撐112a可以與箱體112分開形成。
在上述實施例中由銅合金制成的芯板111、箱體112、支撐112a、管122等也可以由諸如鋁合金等其它金屬材料制成。然而，在高溫環(huán)境中，鋁合金強度比銅合金下降得更大，所以銅合金更適合于冷卻具有高溫和高壓的增壓空氣。
本發(fā)明在上述實施例中作為中間冷卻器100來說明，但也可以采用諸如油冷卻器的其它類型的熱交換器。
本發(fā)明的上述描述實際上只是示范性的，因此未背離本發(fā)明要旨的變化應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這種變化不應(yīng)被視為背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器(100)，包括流體流經(jīng)的多個管(112)；上水箱或總箱(110)，所述上水箱(110)具有芯板(111)和箱體(112)，所述上水箱(110)以與所述多個管(122)的內(nèi)部空間連通的方式設(shè)置在所述多個管(122)的縱向端部；所述芯板(111)的橫斷面為近似弧形，所述芯板(111)的兩側(cè)邊緣(111b)被固定到箱體(112)上，而所述芯板(111)的中間部分(111a)將所述多個管(112)的縱向端部固定在其中，并相對于兩側(cè)邊緣(111a)向多個管(122)凸出，且箱體(112)和芯板(111)形成每個上水箱(110)的內(nèi)部空間(110a)；以及支撐(112a)，所述支撐(112a)保持兩側(cè)邊緣(111b)之間的間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的熱交換器(100)，其中所述支撐(112a)與所述箱體(112)一起整體形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的熱交換器，其中所述箱體(112)由薄板(200)形成，所述薄板(200)被沖壓成如下形狀即具有用于形成箱體(112)的第一部分(201)和與第一部分(201)鄰接的第二部分(202)，所述第二部分(202)的部分被切去以留下用于形成支撐(112a)的第三部分(203)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的熱交換器(100)，其中所述第一部分(201)具有其寬度沿其縱向方向逐漸減小的近似梯形或不等邊四邊形的形狀，以便隨著遠(yuǎn)離流體流入或流出上水箱(110)經(jīng)過的連接器(113，114)，內(nèi)部空間(110a)的橫斷面面積沿上水箱(110)的縱向方向逐漸減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的熱交換器(100)，其中所述箱體(112)由筒或圓筒(300)形成，所述圓筒(300)具有根據(jù)上水箱(110)形狀的形狀，并具有用于形成箱體(112)的第一部分(301)和位于兩側(cè)邊緣(111b)之間的第二部分(302)，而所述第二部分(302)的部分(304)被切去而留下用于形成支撐(112a)的第三部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任意一項所述的熱交換器(100)，其中芯板(111)和箱體(112)由金屬材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的熱交換器(100)，其中芯板(111)和箱體(112)由銅合金制成。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的熱交換器(100)具有多個管(122)、上水箱(110)和支撐(112a)。流體流經(jīng)所述多個管(112)。該上水箱(110)具有芯板(111)和箱體(112)，并以與所述多個管(122)的內(nèi)部空間連通的方式被設(shè)置在所述多個管(122)的縱向端部。該芯板具有近似弧形橫斷面，其中其兩側(cè)邊緣(111b)被固定到箱體(112)上，而其中間部分(111a)在那里固定多個管(112)的縱向端部，并相對于兩側(cè)邊緣(111a)向多個管(122)凸出。該箱體(112)和芯板(111)形成了每個上水箱(110)的內(nèi)部空間(110a)。支撐(112a)保持兩側(cè)的邊緣(111b)之間的間隔。
文檔編號F02B29/04GK1661319SQ20051000837
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者山中保利, 渡邊晴彥, 上田直樹 申請人:株式會社電裝