具有夹紧结构的多路热交换器 【技术领域】
本发明涉及一种热交换器，尤其涉及板-散热片型热交换器，例如内燃机上用于冷却发动机冷却液的热交换器。
背景技术
在过去，发动机冷却液的热交换器，例如散热器，具有多个相互平行并隔开的扁管，在扁管之间设有散热片，形成芯部。位于芯部每一侧的扁管各个端部的总管或集管上设有开口，扁管相对的端部从开口中穿进。这种结构的缺点在于扁管和集管的接头很难制造，且容易泄漏。
D.M.Donaldson的美国专利第3,265126号中提出了一种可以克服这些难题的方法。在此专利中，集管具有一连续的纵向开口，管子具有特殊形状的端部，能安装在此连续开口中，因而简化了装配，并减少了泄漏问题。然而，Donaldson结构的一个缺点是各种零件的形状过于复杂，使得其加工费用很高。
【发明内容】
本发明涉及一种通用型的热交换器，只需相对简单和费用低廉的加工就可以制造出不同型式的热交换器，即使热交换器具有不同的尺寸和形状也是如此。
根据本发明的一个方面提供了一种包括多个堆叠的成对板地热交换器，成对板由配对的板形成，其具有中间平面部分和凸起的周边部分。配对板的周边部分连接在一起，在板间形成了一个流动通道。板具有弯曲的端部凸缘，各个凸缘在每一成对板的每一端部处错开。凸缘具有从位于相连的周边部分的根部区域延伸出的侧边部分。端部凸缘具有横向末端部分，在背对背堆叠的成对板上连接在一起，从而将成对板隔开，并在成对板之间形成横向流动通道。两个相对的U形通道包围了成对板的各个端部凸缘。通道具有和板端部凸缘相隔开的后壁，以及和凸缘侧边部分相连接并覆盖了根部区域的侧壁。U形通道具有开口端。端部板将U形通道的开口端封闭，从而形成了集管。另外，集管上形成了在成对板间流动的液体的入口和出口。
根据本发明的另一方面提供了一种制造热交换器的方法，包括以下步骤：提供一个具有中间平面部分和凸起的周边部分的长条板材。板材被切成预定的长度。板的长度上形成有弯曲的端部凸缘，其在离开周边部分的方向上延伸。板在长度方向上设置成了成对板，其弯曲的端部凸缘错开，而周边部分相接触。成对板堆叠在一起，使得端部凸缘相接合而隔开了成对板。用U形通道包围板的弯曲端部凸缘，通道具有开口端。封闭通道的开口端，形成了集管，在集管处设有入口和出口。将板和集管连接在一起，形成了一个密封的热交换器。
【附图说明】
现在将结合附图通过示例来介绍本发明的优选实施例，其中：
图1是根据本发明热交换器的一个优选实施例的左上透视图；
图2是图1所示热交换器的下角沿箭头2方向的左下透视图；
图3是沿图1中箭头3方向的放大透视图，显示了处于装配状态的图1所示热交换器的一部分；
图4是沿图3中线4-4的平面图；
图5是图4中圆5内区域的局部放大视图；
图6是与图4相似的显示了一个集管的一个隔片的平面图，；
图7是和图4和图6相似的显示了本发明另一优选实施例的平面图；
图8是图6沿线8-8的垂直剖视图，显示了可以用在本发明集管中的各种隔片；
图9是与图4相似的显示了本发明另一个优选实施例的平面图；
图10是与图4和9相似的显示了图9所示实施例的改进型式的平面图；
图11是与图4相似的显示了凸缘延伸部分的改进型式的平面图；
图12是沿图11线12-12的垂直剖面图；
图13是与图12相似的显示了凸缘延伸部分的改进型式的平面图；
图14是与图2相似的显示了用于将成对板锁在一起的改进型式的左下透视图；
图15是根据本发明热交换器的另一优选实施例的左上透视图；
图16是显示了图15所示热交换器左下角的沿图15线16-16的放大垂直剖面图；和
图17是与图2相似的显示了端部托架的另一优选实施例的左下透视图。
【具体实施方式】
首先参考图1，标号10表示了根据本发明热交换器的一个优选实施例。热交换器10是一个内燃机上用于冷却冷却液的散热器，例如在车辆中能很普遍地看到的那种。热交换器10具有一个安装在适当连接件14上的注口盖12，连接件14上具有一满溢出口或减压出口16。热交换器10具有一个由多个隔开的成对板20形成的芯部18，在成对板之间设有散热片22。散热片22是在热交换器中使用的普通波纹散热片，在散热片中具有横向波纹或散热孔24，以提高传热(见图3和8)。在本发明中可以采用任何形式的散热片，或者如需要的话可以不用散热片。
热交换器10具有一对位于成对板20各个端部的集管26，28。在集管26，28上安装有入口和出口连接套或连接件30，32，以便冷却液流入和流出热交换器10，这一点将在下文中进一步介绍。在集管26，28上还安装有一可选的温度传感器34，用于检测热交换器10内的冷却液温度。
集管26，28的上端由顶板36封闭，顶板36上有用于安装注口盖连接件14的位置，以及用于将热交换器10安装在所需位置上的托架38。集管26，28的下端由底板40所封闭，底板40上具有用于将热交换器10安装在所需位置上的另一个安装托架42的位置。如果需要的话，注口盖12可以安装或连接在集管26，28之一的壁上，而不是顶板36上，如图15所示。
再参考图3和8，成对板20由上、下配对板44，46形成。每一板44，46都具有中间平面部分48和凸起的周边部分50，52，这样，当板44，46面对面地放置在一起时，周边部分50，52相互连接而中间平面部分48相互隔开，从而在板间形成了一个流动通道54(见图8)。
从图3和8中可以清楚地看出，板44，46具有弯曲的端部凸缘56，58。每一成对板20每一端的各个端部凸缘56，58从凸起周边部分50，52仍然相连接的根部区域60中错开，直到形成横向末端部分或凸缘延伸部分62。弯曲的端部凸缘58也具有从根部区域60延伸到横向末端部分62的侧边部分64。应注意的是横向末端部分或凸缘延伸部分62和背对背堆叠的成对板20连接在一起。这就将成对板20隔开，并在放置散热片22的成对板之间形成了横向流动通道66。
集管26，28是由相对的U形通道形成，其具有与板弯曲端部凸缘56，58相隔开的后壁68，以及和凸缘侧边部分64连接的侧壁70，72。通道的侧壁70，72实际上覆盖了周边凸缘50，52仍然连在一起的根部区域60，由于弯曲端部凸缘56，58的侧边部分64和侧壁70，72的内壁相连接，因此就具备了防止液体渗透的密封性，于是集管26，28内的流体只能在成对板20中通过流动通道54流动。
U形通道或集管26，28由切成所需长度的折弯或成型铝板或挤压铝材形成，因此其具有开口端74。集管26，28开口端74的上部由顶板36封闭，开口端74下部由底板40封闭。从图2和8中可清楚地看出，底板40也具有一弯曲的端部凸缘76，其紧密地安装在U形通道或集管26，28内，并与相邻的下配对板46上的凸缘延伸部分62相接合。底板40实际上是一个倒U形件，具有一带有末端凸出件80的侧向裙部78。凸出件80围绕在集管26，28上，可以在装配时帮助固定热交换器10。如果需要的话，顶板36也可具有和底板40相同的结构。
可以理解，U形集管26，28也可具有其它的截面形状，如梯形或半球形。在本发明中，术语“U形”包括了可以包围弯曲端部凸缘56，58的所有截面形状。
再参考图3到5可以看出，凸起的周边部分50，52具有指形件82，指形件82与凸缘侧边部分64间隔开，形成了一个用于容纳U形通道的侧壁70，72的狭缝84。在图5中可以清楚地看出，狭缝84有些向内倾斜，可以使U形通道的侧壁70，72和侧边部分64紧密接合。这就提供了一个紧配合，因此在热交换器10的装配过程中，集管26，28实际上是被夹住并固定在适当位置上。如果需要的话，在装配时指形件82可以90度地扭曲，有助于将侧壁70，72锁定在侧边部分64上。狭缝84比插入到槽中的侧壁70，72的长度稍深或稍长，其目的将在下文中具体介绍。
图6显示了连接在一个凸缘延伸部分62上的隔片86，其在U形通道的后壁68和侧壁70，72之间延伸，从而将集管26隔成上、下两腔。隔片86可放置在如图1虚线88所示的位置，将集管26分隔成和入口30相连的下腔90，以及和出口32相连的上腔92。以这种方式，入口30流入的流体将穿过隔片86下方的成对板20，进入集管28并向上流动，再穿过隔片86上方的成对板，最后从出口32中流出。隔片86可以位于入口30和出口32之间的任何成对板处，以平衡热交换器10内的冷却。
图8显示了可用于热交换器10的各种形式的隔片。通常来说在热交换器10中只有一个隔片，因此图8只是示意性的显示。然而，如果需要将热交换器10分隔成几个分开的热交换器或区域，使每一区域都具有一个入口和出口，那么可以用任何数量的隔片将热交换器10分隔成几个热交换器。另外，如果需要的话，可以在集管26，28上选择性地使用隔片，使冷却液可以在一曲折的路径上流过热交换器。
在图8中，隔片86，93，94和95的内端分成两股，以便和配对的凸缘延伸部分62相接合。这些分开的端部96在装配热交换器10时还能帮助固定凸缘延伸部分62。隔片86，94和97还具有弹性壁部分98，可用作弹簧，保证它和U形通道后壁68的良好密封，并且在用例如钎接连接在一起时，可以调节热交换器零件的任何运动。
图7显示了另一个优选实施例，其中板的凸起周边部分50，52具有横向槽口100，而没有如图6实施例所示的狭缝84。槽口100向内延伸，并邻接于侧边部分64和弯曲端部凸缘58开始分叉的根部区域60。通道侧壁70，72上设有一向内的周边凸缘102，可与槽口100相接合。槽口100比周边凸缘102更深，侧壁70，72具有弹性，因此周边凸缘102就紧压在槽口100中，使得U形通道夹在芯组件上并与组件锁在一起。
图7所示板44，46还具有纵向向内放置的配对的筋104，可以增强成对板的强度，使得中间平面部分48在钎接并形成热交换器10时不会倾斜。如果需要的话，图2到6所示实施例中也可以采用纵向筋104。也可以设置多个筋104。另外，中心部分48上可以不采用筋104，而是设置向内延伸并与成对板配对接合的凹坑(未示出)。另一种可能的方法是在成对板20的板间设置用于增强流动的湍流增强器或湍流器(同样未示出)。
再参考图9，图中显示了本发明的另一个优选实施例。周边部分50，52上设有向内颈缩部分106，而没有图6实施例所示的槽84。向内颈缩部分106向内延伸到侧边部分64和弯曲端部凸缘58开始错开的根部区域60处。因此，通道侧壁70，72就与成对板20的板间的流动通道形成了密封。
图10和图9相似，但显示了具有向外的周边凸缘108的侧壁70，72。凸缘108上设有一表面，在装配和钎接过程中，夹具可以放置在此表面上，向内推压集管使其和热交换器10的零件固定在一起。
在图9和10所示实施例中，对本发明来说，集管26，28仍然视为被“夹住”。这是因为集管侧壁70，72具有弹性，和侧边部分64摩擦接合，从而将集管固定在适当位置上，至少在初始装配本发明热交换器的零件时是如此。
图11和12显示了一个适用于上述任何实施例的改进型式。在图11和12的实施例中，横向末端边缘部分或凸缘延伸部分62上设有切口或槽口110。凸缘延伸部分62具有不同的宽度，可以调节流经集管26，28的液体流动，槽口110可以用来进一步精确调节集管内的流动形式。从图12中可以清楚地看出，凸缘延伸部分62是曲形的，这样如果槽口110在热交换器10装配时没有校直，曲形的凸缘延伸部分可以保证它们之间的良好密封。
图13和图12相似，但显示了凸缘延伸部分62的另一个改进型式，即它是向内延伸的，而不是如上述实施例中向外延伸。而且，此形状可以用于上述任何实施例。指向内部的凸缘62可以最大限度地不阻碍集管26，28内的流动。
图14和图2相似，但显示了底板40的一个改进型式，其不再设有图2所示的末端凸出件80。虽然在装配过程中没有末端凸出件80帮助将热交换器零件固定在一起，但集管后壁68上设有舌片112，舌片112是弯曲的，可以和底板40的弯曲端部凸缘76相接合。在将热交换器装起来进行钎接时，舌片112可以帮助将成对板20固定在一起。如果需要的话，舌片112可以加长到延伸在集管后壁68的整个宽度上。如需要可以在同一热交换器中一起使用舌片112和图2实施例所示末端凸出件80。
再参考图15和16，图中显示了热交换器112的另一优选实施例，其具有上下集管28和26，而不是图1所示的安装在侧边的集管。在热交换器112中，U形通道或集管26，28在靠近其端部处设有平行的向内放置的U形筋114，116，用作底板40的弯曲端部凸缘76的定位导向。应注意的是，为了容纳相邻板的凸缘延伸部分62，筋116应比筋114短。筋和底板相接合并固定底板，保证在底板的弯曲端部凸缘76和集管26，28之间实现良好的钎接。
图15和16同样显示了一个另外的用于板凸缘延伸部分62的可选导向和增强钎接装置。一个选择是采用平行向内放置的间隔较小的短筋118，其夹在凸缘延伸部分62的周边两侧。另一个选择是采用向内设置的凸台120，其形状从集管26，28外部看是凹坑。凸台可以是U形的，如图15所示的U形凹坑122一样(图16中未示出)。在集管26，28中采用隔片时这些U形的凸台或凹坑122尤其有用。
图16也显示了优选实施例的其它一些改进型式，例如在成对板20的一块板上设有伸长的末端凸缘延伸部分124。伸长的凸缘延伸部分124在U形通道或集管的后壁和侧壁之间完全地展开，形成了一个集管26，28内的隔片。
在图16中也显示了侧边凸缘126可设置在板的弯曲端部凸缘56，58，确保在端部凸缘56，58和集管26，28的相邻壁之间形成良好的钎接连接。还显示了在凸缘延伸部分62上可增加一个横向末端弯曲凸缘128，它在钎接过程中可使凸缘延伸部分62保持伸直，并有助于在它们之间形成良好的连结。
再参考图17，图中显示了底板的一个改进型式。底板130的侧向裙部78沿弯曲端部凸缘76一体地延伸出，形成了一个和集管26，28的下壁相接合的扇形端部部分。
在一典型应用中，热交换器10的零件是由钎焊复合铝板制成(周边零件如连接件30，32，注口盖12和安装托架38，42除外)。制成芯板44，46的钎焊复合铝板一般具有0.3到1mm(0.012到0.040英寸)之间的金属厚度。底板36和40的厚度在0.6到3mm(0.024到0.120英寸)之间，隔片86，93，94，95和97的厚度在0.25到3mm(0.010到0.120英寸)之间。然而，可以理解，本发明的热交换器也可采用铝之外的其它材料，如果需要可以用塑料制成某些零件。
制造热交换器10的优选方法是成形轧制具有中间平面部分48和凸起的周边部分50，52的长条板材。板最好由钎焊复合铝板制成。然后将板材切成和热交换器10所需宽度相配的预定长度。再用例如冲压方法成形板的端部，在板端上形成弯曲端部凸缘58，和狭缝84或槽口100或颈缩部分106。然后将板布置为成对板，其弯曲端部凸缘58在离开周边部分50，52的方向上错开或延伸。这样周边部分50，52就可相接合或接触。再将成对板以任何所需的数目叠在一起。在堆叠过程中将散热片22放置在成对板之间。然后，将U形通道26，28切成和堆叠成对板的高度相配的长度。在成对板上选些位置连接任何所需的隔片，再压入U形通道，移动并使其夹紧在堆叠成对板的端部并围绕弯曲端部凸缘58。然后，放置顶板和底板36，40，将U形通道的开口端封闭。再装入其它的连接件，如入口和出口连接件30，32，注口盖连接件14或托架38，42。将整个组件放入钎接炉中，将零件钎接在一起，完成了整个热交换器。
上面介绍的是本发明的优选实施例，可以理解，可以对上述结构进行各种改进。例如，如果需要可以在成对板间使用湍流增强器。和凹坑板热交换器中的一样，板上的中间平面部分48可以设有凹坑。也可用其它形式的散热片，或者根本不用散热片。热交换器可用钎焊复合铝板以外的其它材料制成，如塑料。另外，如果需要集管可以制成其它形状。
对于本领域的技术人员来说很明显，根据本发明，在不违背本发明的精神和范围下，在实施本发明时可以进行许多修改和改进。因此，本发明的范围根据随后的权利要求所限定的范围而定。