CN100513979C - 包括凸缘的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热交换器，例如用于机动车的热交换器，该热交换器具有管束(2)以及插入管束的管子之间以促进热交换的隔片。该管束由两个端部隔片(70，71)限定。该交换器还具有两个端板以及至少一个凸缘(50，51)，管束的末端穿过所述端板，该凸缘位于端部隔片中的一个上。有利的是，凸缘具有至少一个膨胀区域(80)以补偿侧板的纵向膨胀，并且凸缘在膨胀区域中的横截面基本上为U形。

Description

包括凸缘的热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，尤其是一种用来装配在机动车上的热交换器。

背景技术

传统的热交换器具有被两根端管限定的管束。还可以在管束的管子之间设置隔片以改进热交换。端部隔片可以设置在每根端管的外表面上。

交换器还具有两个端板，管束的末端穿过该端板。此外，侧板通常直接设置在端管中一个的端部隔片上。

于是，热交换器的侧板形成端板之间的定距片以保持端板之间的恒定间隔，并且有利于交换器的制造。它们还被用来支撑和保持连接到热交换器上的附件，例如电机-风扇单元。

每个侧板通常都具有以两个纵向凸缘为边界的中间连接板，该凸缘沿着侧板延伸。中间连接板通常为矩形并且是平的。每个纵向凸缘都从由中间连接板限定的平面伸出。因而侧板的横界面基本上为U形。该纵向凸缘通常用来加固和加强相关侧板。

当交换器在运行中时，管内冷却剂流量的变化会带来温差，这种温差会使交换器的中心热膨胀。这将会导致管子中产生机械应力。这种应力会使管子破裂。

而且，传统的热交换器管往往制成相对较细以限制交换器的生产成本。因而这些管子愈加不能抵抗热冲击，从而导致上面提到的破裂风险的增加。

为了限制这种破裂的风险，优选地每个侧板的端部都与侧板的中心部分机械分离，以阻止由热膨胀产生的应力传递给管子。为此，一种已知的方法是在对交换器进行铜焊以后，在侧板中心部分形成横向缺口。例如，该缺口可以通过锯切的方式形成。这种方案提高了管子对热冲击的抵抗力，但是还存在着缺点，即会产生降低交换器和机器洁净程度的碎屑以及会降低交换器抵抗振动和/或压力变换的能力。

在其它已有的实施例中，一种已知的方式是在侧板中产生薄弱区域以使其可以局部膨胀，从而限制应力传递给管子。

例如，专利FR2183375提出在将侧板连接到端板的固定腿中或者直接在侧板中设置七弦琴状的横向弯曲部分。

专利申请EP1195573提出在每个侧板上设置开口，并且使开口的部分边缘位于侧板边缘的附近。此外，还设置有弯曲部分，该弯曲部分从前述部分开口边缘横向延伸至位于其附近的侧板边缘。

专利US6328098提出在中间连接板和/或凸缘中产生弯曲部分形式的断裂区域。

对于具有深度相对较大的凸缘的侧板，尤其是大约8mm，这些方案提高了管子抵抗热冲击的能力。然而，在侧板凸缘相对较浅时，这些方案就不适用了。

发明内容

本发明目的在于改进这种状况。

为此，本发明提出一种热交换器，例如用于机动车的热交换器，该热交换器具有管束以及插入该管束的管子之间以促进热交换的隔片。该管束由两个端部隔片限定。该交换器还具有端板以及至少一个侧板，所述端板设计用来使管束的末端穿过所述端板，该侧板位于端部隔片中的一个上。有利的是，侧板具有至少一个膨胀区域以补偿侧板的纵向膨胀，并且侧板在膨胀区域的横截面基本上为U形。

根据本发明的电路元件的可选补充特征或替代特征陈列于下：

-侧板具有基本上为平的中间连接板，该中间连接板以两个纵向凸缘为界，膨胀区域包括形成于中间连接板中的开口以及两个指向侧板内侧的侧弯曲部分，该侧弯曲部分位于侧板纵轴的任一侧，并且每个侧弯曲部分在凸缘的一部分上以及将凸缘连接到中间连接板的区域的相应部分上延伸。

-侧弯曲部分基本上关于侧板纵轴彼此对称。

-膨胀区域中开口的长度基本上等于侧弯曲部分的长度。

-每个侧弯曲部分的尖端在侧板纵轴上基本上位于膨胀区域的中心。

-侧板具有单个膨胀区域，并且膨胀区域中心与端板中一个之间的距离基本上在75mm到300mm的范围内。

-侧板具有两个膨胀区域，每个膨胀区域都位于端板的附近。

-膨胀区域中的开口大致为矩形。

-膨胀区域中的开口大致为X形。

-开口大致为M形，该M的腿部沿着与侧板纵轴相同的方向。

-M的腿部指向侧板的中心。

-M的腿部指向相邻的端板。

-M的腿部连接分支部的宽度与侧板长度之间的比值基本上在0.05到0.25的范围内。

-M的中心尖端上边缘与M每个侧尖端下边缘之间的距离基本上在-5mm到+5mm的范围内。

-中心尖端下边缘与每个侧尖端上边缘之间的距离基本上大于或等于M腿部连接分支部的宽度，并且基本上小于或等于膨胀区域的长度。

-每个侧弯曲部分包括在侧弯曲部分尖端处位于其内壁上的缺口，该缺口的方向基本上与中间连接板平面垂直。

-每个缺口都具有大致为V形的横截面，V的尖端指向侧板的外侧。

-膨胀区域长度与侧板宽度之间的比值基本上在0.5到1.5的范围内。

-每个侧向弯曲部分的深度与侧板宽度之间的比值基本上在0.05到0.3的范围内。

附图说明

通过下面的详细描述和附图，本发明的其它特征和优点将变得更加明了。其中：

图1是传统热交换器的透视图；

图2A示出了根据本发明第一实施例的侧板一部分的俯视图；

图2B是根据本发明第二实施例的侧板一部分的透视图；

图3示出了根据本发明第二实施例的侧板的一部分；

图4A是根据本发明第二实施例的热交换器的透视图；

图4B是图4A热交换器变形实施例的透视图；

图5是根据本发明第二实施例的侧板一部分的俯视图；

图6是一个俯视图，示出了根据本发明第二实施例的连接到端部隔片的侧板一部分；以及

图7是根据本发明另一实施例的侧板一部分的俯视图。

具体实施方式

图1示出了热交换器1，尤其是用于机动车的热交换器。该热交换器1具有彼此平行并且位于两个端板4之间的一束管子2。每个端板4都具有穿过其中的管束一端。每个端板4都由集管箱3覆盖。

波纹隔片7形式的散热片装配在管子2之间。热交换可以在管中流动的冷却剂流体和穿过隔片7的空气之间产生。除了作为散热片的功能以外，隔片7还有可能保持管子之间的间隔，以及在加压的冷却剂流体流经管子时限制它们的变形。

管束被两根端管20和21限定，该端管分别形成管束的顶端管和底端管。词语“顶管”和“底管”是参照图1交换器的位置来使用的。在图1的位置上，管2、20和21基本上是水平的。在变形例中，热交换器可以设置成管2、20和21朝向垂直方向，在这种情况下，端管是侧管。

余下的描述是参照图1所示的位置通过非限制性的例子来进行的。根据该位置，为了简明的缘故，端管20和21可以分别称作“顶管”和“底管”。

如图1所示，端部隔片70设置在顶管的外表面上，而端部隔片71设置在底管21的外表面上。在余下的描述中，这些端部隔片70和71可分别称作“顶部隔片”和“底部隔片”。

热交换器还具有至少一个侧板，该侧板设置在端部隔片中的一个上。因而，参照图1，热交换器具有位于顶部隔片70上的侧板50和位于底部隔片71上的侧板51。该侧板50和51用来保持端板之间的恒定距离并有利于交换器的制造。

顶管20、隔片70、端板4以及侧板50之间通常通过铜焊来连接。

在运行中，冷却剂流体通过集管箱3中的一个进入，然后通过管束中的管子流出。冷却剂流体的高温使热量朝着管壁传递并到达隔片。穿过隔片的空气可以冷却管中流动的冷却剂流体。

于是管子在冷却剂流体高温的作用下趋于沿纵向膨胀，从而在管子被固定到端板的区域产生较高的应力。

与管子的纵向膨胀相反，通过使用侧板50和51，就有可能保持端板之间的间隔。然而每个侧板的温度不会以与相应端管相同的速度升高，因为侧板没有与冷却剂流体直接热接触。每个侧板50或51实际上在其整个长度上与相应的端部隔片70或71接触，从而使相应端管20或21内施加的压力通过端部隔片传递给侧板。因而侧板进行有差异的膨胀，这种差异膨胀会导致交换器某些部分的变形。

为了限制差异膨胀，有用的手段是将侧板的端部与其中心部分机械分离。

为此，交换器1在每个侧板50和51上具有膨胀区域，该膨胀区域在以下分别用附图标记80和81表示的。这些区域在图1中以阴影线区域示意性地示出。

图2A示出了根据本发明第一实施例的顶部侧板50一部分的俯视图。在余下的描述中，本发明将参照顶部侧板50来进行描述。然而，这些描述也可以以同样的方式应用于底部侧板51。

侧板50的整个横截面大致为U形。特别地，它具有基本上为平的中间连接板500，该连接板以两个纵向凸缘501和502为边界。这些凸缘与中间连接板500的平面大致垂直，并且位于侧板50的边缘。因此每个纵向凸缘501和502从由中间连接板500限定的平面伸出。在已知的方式中，纵向凸缘具有加强和加固侧板50的功能。

根据本发明的一个特征，侧板50具有膨胀区域80，该膨胀区域适于补偿可能沿纵向发生在侧板中的任何热膨胀，并且侧板在该膨胀区域也具有U形的横截面。在图2A中，膨胀区域以虚线中的矩形区域80表示。

形成膨胀区域80目的在于减少侧板在张力作用下的硬度，因而也可以补偿纵向热膨胀。它的形状还应该使侧板的弯曲硬度足以提供可接受的抗振性。

为此，膨胀区域80具有形成于中间连接板中的开口800以及两个侧弯曲部分871和872。每个侧弯曲部分871或872指向侧板内侧。特别地，侧弯曲部分871或872指向彼此。侧弯曲部分可以关于侧板的纵轴Δ彼此对称。开口800有利于侧弯曲部分的形成，并且该侧弯曲部分有可能对侧板的膨胀进行补偿。

每个侧弯曲部分871或872沿着凸缘501或502位于膨胀区域的部分延伸，并且还沿着将凸缘501连接到中间连接板500的区域的相应部分延伸。因而，凸缘501和502在膨胀区域80连接到中间连接板500。例如，该连接区域可以基本上为两面角形。每个侧弯曲部分871或872还可以沿着中间连接板500的相应部分延伸。特别地，每个弯曲部分871或872的尖端在侧板的纵轴Δ上基本上位于膨胀区域80的中心。

侧弯曲部分871和872可以通过沿着穿过膨胀区域中心的竖直弯曲线使侧板朝着侧板内侧变形来产生。在这种情况下，术语“竖直”表示与中间连接板500的平面垂直的方向。为了清楚的缘故，在这里参照图1交换器的位置来使用该术语。

变形部分871和872使侧板的U形横截面保留在膨胀区域。侧板U形部分的尺寸沿纵轴Δ朝着膨胀区域的中心逐渐减少。这种U形有助于加强侧板的硬度并因而有助于加强其抗振性。

根据本发明的一个方面，如图2A所示，开口800的长度与侧弯曲部分871和872的长度基本上可以等于膨胀区域的长度L1。

根据本发明的另一个方面，膨胀区域80的长度L1与侧板宽度Lj之间的比值可以基本上在0.5到1.5的范围内。

此外，每个侧弯曲部分871和872的深度L5与侧板宽度Lj之间的比值优选基本上在0.05到0.3的范围内。

开口800使得沿着侧板纵轴Δ削弱侧板成为可能。因而，该侧板适于在由纵向膨胀引起的相对较弱应力的作用下断裂。

在膨胀区域80中，凸缘以及将凸缘连接到中间连接板区域的侧弯曲部分871和872进一步促进了侧板的纵向削弱。它们还有可能在与中间连接板500平面垂直的平面中保持侧板令人满意的弯曲硬度。这种硬度对于侧板的抗振性来说是必要的。

该方案特别适于设置有较浅凸缘的侧板，尤其是那些高出中间连接板1到3mm的凸缘。这是因为，在侧板设置有较浅凸缘的情况下，由于切除凸缘操作的复杂度和程度，因此考虑通过切除凸缘来促进侧板的削弱是很困难的。而且，在这种侧板中，由于凸缘的浅度，通过在凸缘的表面形成开口来削弱它们也是很困难的。

根据本发明的交换器不仅特别适于较浅的凸缘，而且有可能在侧板的整个长度上保持侧板的U形截面，因而有可能在膨胀区域80获得令以人满意的弯曲硬度。

如图2A所示，根据本发明第一实施例的开口800可以基本上为矩形，并且其宽度基本上等于侧板50的宽度Lj。

在形成侧弯曲部分871和872的变形力的作用下，开口800的纵向边缘可能稍稍向内弯曲。

根据本发明，侧板50可以包括单个膨胀区域80。在这种情况下，穿过轴Δ_M的膨胀区域80中心与端板4中一个之间的距离基本上在75mm到300mm的范围内。

在变形例中，侧板50可以包括两个膨胀区域。在这种情况下，每个膨胀区域80都设置在端板中一个的附近。

现在参照示出本发明第二个实施例的图2B和3。根据本发明的第二个实施例，开口800可以大致为M形，其腿部808和809大致沿着侧板的纵轴Δ定向。

图4A和4B示出了根据本发明第二个实施例的热交换器的透视图。在这些图中，热交换器的顶部侧板50具有两个膨胀区域80。

在这个实施例中，每个膨胀区域M的腿部可以朝向位于其附近的端板，如图4A所示。

在变形例中，每个膨胀区域80的M形的腿部可以朝向侧板的中心，如图4B所示。

图3是侧板50一部分的俯视图，示出了根据本发明第二实施例的膨胀区域80。参照该图，M形开口800具有中心尖端803和两个侧尖端805和807。

腿部808和809通过两个分支部804和806连接。这些连接分支部还限定了M的中心尖端803。根据本发明的一个方面，每个连接分支部804和806的宽度L2与侧板宽度Lj之间的比值基本上在0.05到0.25的范围内。

根据本发明的补充方面，中心尖端803上边缘与每个侧尖端805和807下边缘之间的距离L4基本上在-5mm到5mm的范围内。

此外，中心尖端803下边缘与每个侧尖端805和807上边缘之间的距离L6基本上大于或等于中心尖端803分支部的宽度L2，并且基本上小于或等于膨胀区域80的长度L1。

这些尺寸使得开口800的形状与侧板的宽度相配，并且可以在铜焊的过程中保持隔片弯曲部分压靠在管子上。

此外，定位孔801和802可以设置在每个膨胀区域80的任一侧。这些定位孔使侧板可抓持在工具中，从而防止侧板的长度在开口800的形成过程中产生任何变化。

M形开口800的宽度优选为基本上小于侧板的宽度Lj。因此，在膨胀区域80的连接板部分500中，在侧板的每个边缘与M的相应纵向边缘之间限定出周围材料带。该材料带由图3中的阴影表示。这些周围材料带使侧板50的弯曲硬度与例如侧板的宽度相适应。这些材料带优选在大约0mm到3mm的范围内。

图5是根据侧板第二实施例的变形例的侧板一部分的俯视图。在这个变形例中，在侧弯曲部分的尖端处，缺口61或62可以设置在每个侧弯曲部分871和872的内壁上。更准确地说，每个缺口在相应侧弯曲部分的内壁上沿着其弯曲线延伸。每个缺口61和62优选具有V形横截面，V的尖端指向侧板外侧。缺口61和62在纵向膨胀的情况下有利于凸缘501和502的弯曲。

膨胀区域80的开口800和侧弯曲部分871和872削弱了中间连接板500，从而补偿了侧板的纵向膨胀，并同时促进了与连接板平面垂直的平面上弯曲硬度。

此外，在铜焊的过程中，膨胀区域的侧弯曲部分871和872可以保持顶部隔片压靠在顶管上。

根据本发明的第二个实施例，在铜焊的过程中，M形开口的侧尖端805和807同样有助于保持顶部隔片70压靠在顶管上。

现在参照图6，该图是连接到隔片70的侧板50的部分视图。根据本发明的另一个方面，为了提高膨胀补偿，还有可能避免将隔片弯曲部分701焊到侧板上，该弯曲部分位于中心尖端803的上边缘和下边缘之间。设置未连接的隔片弯曲部分增加了侧板的弹性，并同时保持了令人满意的管子抵抗变换压力的能力。

还有可能避免将侧板的侧弯曲部分871和872焊到隔片上，这同样增加了膨胀中的弹性。

在铜焊过程中，被加热的端管在加热的作用下会膨胀。然后侧板会承受相对于端管有差异的膨胀。然而，根据本发明，这种差异膨胀由膨胀区域80补偿，该膨胀区域被变形从而使应力不会传递到交换器的端部。

根据本发明的侧板可以通过压型形成。在变形例中，它可以通过冲压产生。开口800可以通过在膨胀区域的侧板上进行切除来产生。

侧弯曲部分871和872可以通过使凸缘以及将凸缘连接到连接板的区域朝着侧板内侧变形来形成。

为了装配根据本发明的热交换器，首先装配管束，同时将隔片7装在管子2之间，并且将隔片70和71分别放置在端管20和21上。然后将管束中的管子接合在端板4中，接着将侧板50和51固定到端板上。然后对装配好的交换器进行铜焊。集管箱3可以在交换器焊接完成以后进行装配。在变形例中，它们可以与管束一起焊接。

在第二个实施例中，在铜焊过程中M形开口800的侧尖端805和807保持顶部隔片70压靠在管子上。

如上参照图6所述的，有可能在M形开口的V形之间留下一个隔片弯曲部分701。还有可能避免将侧板的凸缘焊到隔片上。

根据本发明，有可能改变侧弯曲部分的形状和膨胀区域80的尺寸，以使侧弯曲部分在交换器的使用过程中断裂，从而使侧板的端部可以与中心部分完全分离。这产生的效果与现有技术中锯切穿过侧板所达到的效果相似。

显然，本发明不限于上述的实施例。它包括了本领域技术人员能想出的所有变形实施例。特别地，本发明不限于大致为矩形的开口800或大致为M形的开口。还可以设想其它的形状。特别地，如图7所示，大致为“X”形的开口800也可以应用于本发明。

Claims (20)

1.一种热交换器，该热交换器具有由管子(2)组成的管束以及插入该管束的管子之间以促进热交换的隔片，该管束由两个端部隔片(70，71)限定，该热交换器还具有两个端板以及至少一个侧板(50，51)，所述端板设计用来使所述管束的末端穿过所述端板，所述侧板位于所述端部隔片中的一个上，

其特征在于，所述侧板具有至少一个膨胀区域(80)以补偿侧板的纵向膨胀，并且侧板在该膨胀区域的横截面基本上为U形，

并且所述侧板具有基本上为平的中间连接板(500)，该中间连接板以两个纵向凸缘(501，502)为界，所述凸缘(501，502)在膨胀区域(80)连接到中间连接板(500)。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于所述热交换器用于机动车。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于膨胀区域(80)包括形成于中间连接板(500)上的开口(800)以及两个指向侧板内侧的侧弯曲部分(871，872)，所述两个侧弯曲部分分别位于侧板纵轴(Δ)的两侧，并且每个侧弯曲部分在凸缘的一部分上延伸并在将凸缘连接到中间连接板的区域的相应部分上延伸。

4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于侧弯曲部分基本上关于侧板纵轴(Δ)彼此对称。

5.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于膨胀区域(80)中的开口(800)的长度基本上等于侧弯曲部分(871，872)的长度。

6.根据权利要求4或5所述的热交换器，其特征在于每个侧弯曲部分的尖端基本上位于膨胀区域沿侧板纵轴(Δ)的中心。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的热交换器，其特征在于侧板具有单个膨胀区域(80)，并且膨胀区域的中心与端板中一个之间的距离在75mm到300mm的范围内。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的热交换器，其特征在于侧板具有两个膨胀区域，每个膨胀区域都位于端板的附近。

9.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于膨胀区域中的开口(800)大致为矩形。

10.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于膨胀区域中的开口(800)大致为X形。

11.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于膨胀区域中的开口(800)大致为M形，该M形(808，809)的腿部顺着与侧板纵轴(Δ)相同的方向。

12.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于侧板具有两个膨胀区域，每个膨胀区域都位于端板的附近，并且M形的腿部指向侧板的中心。

13.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于侧板具有两个膨胀区域，每个膨胀区域都位于端板的附近，并且M形的腿部指向相邻的端板。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的热交换器，其特征在于M形的腿部连接分支部(804，806)的宽度(L2)与侧板的长度(L1)之间的比值在0.05到0.25的范围内。

15.根据权利要求11-13中任一项所述的热交换器，其特征在于M的中心尖端(803)的上边缘与M形的每个侧尖端(805，807)的下边缘之间的距离(L4)在-5mm到5mm的范围内。

16.根据权利要求11-13中任一项所述的热交换器，其特征在于中心尖端(803)的下边缘与每个侧尖端(805，807)的上边缘之间的距离(L6)大于或等于M形的腿部连接分支部(804，806)的宽度(L2)，并且小于或等于膨胀区域(80)的长度(L1)。

17.根据权利要求1-5、9-13中任一项所述的热交换器，其特征在于每个侧弯曲部分(871，872)包括在侧弯曲部分尖端处位于其内壁上的缺口(61，62)，该缺口的方向基本上与中间连接板所在平面垂直。

18.根据权利要求17所述的热交换器，其特征在于每个缺口(61，62)都具有大致为V形的横截面，V形的尖端指向侧板的外侧。

19.根据权利要求1-5、9-13中任一项所述的热交换器，其特征在于膨胀区域的长度(L1)与侧板的宽度(Lj)之间的比值在0.5到1.5的范围内。

20.根据权利要求1-5、9-13中任一项所述的热交换器，其特征在于每个侧弯曲部分的长度(L5)与侧板的宽度(Lj)之间的比值在0.05到0.3的范围内。

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