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CN1768244A - 换热器 - Google Patents

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CN1768244A
CN1768244A CN200480009155.6A CN200480009155A CN1768244A CN 1768244 A CN1768244 A CN 1768244A CN 200480009155 A CN200480009155 A CN 200480009155A CN 1768244 A CN1768244 A CN 1768244A
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cover plate
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乌韦·弗尔斯特
库尔特·莫尔特
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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Abstract

本发明涉及一种换热器，特别是一种采用二氧化碳作为制冷剂的气体冷却器。该换热器包括至少一个由底板和盖板两部份构成的集流箱。所述集流箱包括扁管和至少两个横截面基本为圆形的纵向导管。在扁管的端部处，底板具有用来容纳扁管的开口。该底板、盖板和扁管焊接在一起。

Description

换热器
技术领域
本发明特别涉及一种如权利要求1前序部份所述的换热器。
背景技术
以R134a作为制冷剂的空调换热器由一个换热器网构成，这一网络由扁管和波形翅片组成，在网络的两侧安装有截面优选为圆形的集流管，如DE-A4238853中所公开的一样。这样的结构拥有足够的强度以满足冷凝器中所产生的压力。新型制冷剂(如二氧化碳)会产生高压，而传统的换热器结构无法承受这样的压力。在WO 98/51983中，提出了使用一种将壁厚加大的挤压成型的集流管，集流管由4个并排布置的、具有圆形截面的流道构成。制造这样一个挤压成型的集流管所需的模具就使成本变得很高。DE-A 19906289中公开了另一种可以承受内部高压的集流管，它由2到3个挤压或者冲压部件组成，并具有2个截面为圆形的纵向导管。只要已公开的集流管由挤压部件组成，相对高昂的模具费用始终是它的缺点；只要已公开的集流管由冲压部件构成，其成型是有缺陷的，这就是说无法与预计的、由内部高压所造成的负荷相配合。
US-A 5,172,761公开了一种传统冷凝器集流箱的另外一种结构。该冷凝器包括扁管，而扁管插入到一个基本为平坦的、但也带有其它形状的管板上的槽形开口中。该管板与一个基本为平坦的、但也带有其它形状的盖板相互连接。底板和盖板构成若干通过横隔板分隔的腔室，制冷剂在腔室中流动或转向。尽管底板和盖板在管子所处的区域通过向内的冲压相互钎焊在一起，但这种形状的集流箱不适合承受诸如在二氧化碳制冷剂循环中所产生的高压。
发明内容
本发明的任务就是对上述那种换热器的集流箱构造方式进行改进，使得它的制造变得更简便，更经济，以及更好地满足内部高压的要求。
这一任务的解决方案已经在权利要求1的特征部分中给出。集流箱由2个冲压或弯曲而成的板坯构成，这就是说不用考虑一个切削的加工过程，这样就可以减少制造成本。此外，通过板材的冲压过程，达到一个冷作硬化作用，这一过程可以提高集流箱的内部耐压强度。通过冲压过程，在盖板与底板上形成了带有接触面以及横向导管的纵向间壁，接触面分别位于扁管或底板开口之间。在将盖板与底板接合时，接触面相互平贴放置，从而在纵向间壁区域形成多个焊接面。底板与盖板一方面在边缘区域另一方面又在间壁区域相互钎焊在一起，而钎焊的接触面在间壁区域形成了耐集流箱内部压力的“连杆”(Zuganker)的焊接点。这样就制成了一种更耐压、更经济的集流容器。
纵向导管的正面可以通过塞子，盖板或者隔板进行封闭并在必要时将其钎焊，或者在导管上装上制冷剂接口。通过将盖板和底板相互钎焊连接，使盖板和/或底板产生相应的变形，从而可以将纵向导管在正面封闭。伸入到底板或集流箱中的管端，在纵向间壁区域内与呈弧形的横向导管搭接，使得制冷剂可以在扁管的整个横截面区域流入或者流出。
作为本发明一个具有优点的改进方案，接触面在集流箱内侧为凸台而在外侧则为凹槽或者向内压入结构，而凹槽或者向内压入结构和凸台或者向外压出结构的位置相互对应。内侧凸台结构的形成保证了接触面的平整，从而使钎焊更可靠和牢固。
在本发明另一个具有优点的结构中，连接一个纵向腔室和另外一个腔室的横向导管由在内侧的凹槽和在外侧相应的凸台构成。内侧横向导管的向外压出结构保证了扁管的自由出口横截面，而由于横向导管的弧形形状，使得在内侧的管端具有良好的可钎焊性。
在本发明的一个进一步改型中，底板和盖板的纵向间壁处的壁厚近似于恒定，并且凸台和凹槽优选地沿着一个中央接合面对称，在这种情况下纵向截面上出现了一个梯形轮廓。通过这种结构，板材就具有了一个良好的纤维方向并经过了良好的机械硬化，也就是说，特别是在与作为“连杆”的扁平管之间的矩形焊接接触面相连时，集流容器具有很高的韧性和强度。
在本发明另一个有优点的结构中，底板(或者盖板)在边缘区域具有限位板条或夹板。在与整个换热器钎焊连接前，盖板和底板通过这样的压板或夹板固定。
在本发明另一个有优点的结构中，设置3个或者更多的、带有2个或者更多纵向间壁的纵向腔室，这里的纵向间壁与上述单个纵向间壁相类似。由此，符合本发明的集流器可以用于深度更大的扁管，而不用增加纵向导管的直径。这对于集流器的空间和强度来说是有利的。
其他有优势的改进将在从属权利要求中描述。
附图说明
下面结合附图对本发明的结构作进一步的描述：
图1为一个气体冷却器的局部透视图，
图2为图1所示气体冷却器的侧视图，
图3为图1所示气体冷却器的局部正视图，
图4为由图3中沿直线IV-IV所得的截面图，
图5为图4所示截面的放大图，但是没有扁管部分，
图6为由图2中沿直线VI-VI所得的截面图，
图7为集流箱底板的截面图，
图7a为图7中集流箱的仰视图，
图7b为图7中集流箱的俯视图，
图8为集流箱盖板截面图，
图8a为图8中盖板仰视图，
图8b为图8中盖板的俯视图，
图9为本发明的另一个实施例，带有一个有3根纵向导管的集流箱和，
图10为图9所示集流箱的截面图，其中没有扁管，
图11为带有扁管的集流箱横截面图，
图12为带有集流箱的集流箱横截面图。
具体实施方式
图1显示了一个作为气体冷却器1的换热器，包括集流箱2和通向集流箱中的扁管3，在扁管之间安装有图未示的波形翅片。这样的一个气体冷却器将被用于以二氧化碳为制冷介质的汽车空调的制冷剂循环中，也可以作为耐压换热器使用。
图2显示了带有集流箱2的气体冷却器1的侧视图，其中集流箱由底板4和盖板5组成。底板4和盖板5大致呈W形，并沿接合面6对称分布，底板4带有限位板条7，可以从侧面抓住并固定盖板5。底板4和盖板5形成2根纵向导管8、9，每根导管横截面都为圆形。扁管3连接到底板4，并且扁管端部3a插入纵向导管8、9中直到大约接合面6的位置。底板4和盖板5由一个图中未示的板坯切割而成并通过冲压和弯曲形成图中所示的形状，即无切削加工。将各单一部件如扁管3，底板4和盖板5接合后，再将它们整体钎焊形成气体冷却器1，这个冷却器还可以带有另外一个图中未示的集流箱。
图3显示了冷却器1的局部正视图，也就是说从扁管3窄边和底板4的连续的板条7看过去的视图。也可以用另设的夹板(图未示)代替连续的板条7，它仅仅是为后续的焊接过程起固定作用。如上所述，在扁管3之间可以安装图未示的波形翅片，周围空气沿着垂直于图形所在平面的方向掠过翅片。
图4显示了图3中沿直线IV-IV所得的截面图，也就是带有底板4的集流箱2的截面，而一个扁管3则插入底板中(没有剖面图)。在纵向导管8、9之间，形成有一个横向导管10，它构成一个小的通道。
图5显示了集流箱2的放大图，图中没有扁管3，但有在底板4中用于接纳扁管3的槽缝状开口11。如上所述，集流箱2含有一个接合面6，沿着这个接合面，除了板条7和开口11，底板4和盖板5的结构接近对称，特别是在将两根纵向导管分开的纵向间壁区域，而它则由底板4的纵向间壁区域12和盖板5的纵向间壁区域13构成，并形成了两个相互接触的接触面14、15。该相互接触的接触面14、15位于扁管3之间，并位于横向导管10和另一个与之对称的横向导管16在图中所处的平面之后。两根横向导管10、16相结合成为一个整体的通道截面。
图6显示了图2中沿直线VI-VI所得的截面图，也就是两个纵向间壁区域12、13。如上所述，两个纵向间壁的接触面14、15在接合面6区域相互接触。接触面14、15在底板4和盖板5中分别形成凸台或者向外压出的结构，而在盖板中的凹槽17或底板中凹槽18则分别与之相对。盖板5中的横向导管10由内侧的凹槽形成，它们与盖板中的凸台19相对；相应的是，底板外侧的凸台20也与底板4中的横向导管16相对。通过凸台和凹槽，底板和盖板的纵向间壁区域12、13产生一个梯形的曲线构型，并具有近似恒定的管壁厚度。如上所述，凸台和凹槽可以通过冲压而成，这样就可以带来一个良好的纤维方向，一个良好的机械硬化效果，而这些结构对于承受这些区域的应力是非常有好处的。
图7显示了底板4的横截面。图7a显示了底板4的仰视图，图7b显示了底板4的俯视图。在图7b中，底板的槽缝状开口11之间，可以在底板4的内侧看到接触面14，其大约为矩形结构。在图7a中，接触面14位于底板4外侧的凹槽18的对面。底板外侧的凸台用标号20表示。
图8显示了盖板5的横截面。图8a显示了盖板5的仰视图，图8b显示了盖板5的俯视图，也就是其内侧。在图8a中，凹槽17呈矩形平面，接触面15则以凸台的形状位于盖板5内侧(图8b)，并在凹槽17对面的位置。横向导管10在凸台部分15之间延伸。
接触面14(图7b)和接触面15(图8b)的大小和位置大致相同，在底板4和盖板5接合后相互接触，并在这一区域相互钎焊连接。为此，可在作为底板4和盖板5原材料的板坯两面涂上钎料(Lotplattiert)。板坯、扁管3以及必要时波形翅片的基材可采用一种铝合金或不同的铝合金。
图9显示了本发明的另一个实施例，为一个气体冷却器21，带有集流箱22和一列扁管23，扁管端部由集流箱22接纳。
图10显示了不带扁管23的集流箱22的横截面。集流箱22包含3根纵向导管24、25、26，这些导管由底板27和盖板28构成。在底板27中形成一个符合扁管23底端尺寸的槽缝29，该槽缝最好是通过冲压制成。该纵向导管24、25、26通过2个类似于前述的纵向间壁30、31构成，而纵向间壁则由底板和盖板的纵向间壁区域构成。同样的，横向导管32和33由凹槽形成。如图所示，按照本发明的集流箱可带有数量众多的纵向导管，其中每2根相邻纵向导管之间设有如本发明的由接触面构成的连杆。
图11显示了带有集流箱102(也被称为集流管)的气体冷却器100的集流管截面。集流箱由底板104和盖板105两部分组成。盖板105通过以下方式插入底板中：底板侧臂固定住盖板，从而使盖板的侧面紧贴在底板的内侧。较佳的是在底板上安置夹板135，目的是为了在钎焊前将盖板在底板中固定。为了将集流管分隔，可以在盖板与底板之间的逢隙处插入间壁134，该间壁也可以通过夹板固定。间壁最好采用呈B形并且紧贴在底板的轮廓上。底板104和盖板105可构成至少2个也可能3、4甚至更多的纵向导管，这些导管都具有圆形或者椭圆形截面。扁管103插入到底板104中，并且其端部伸入到纵向导管中直至接合面大致所在的位置。底板104和盖板105由一个图未示的板坯切割而成并通过冲压和弯曲而形成图示的形状，也就是说采用无切削加工。制造过程也可以使用另一种顺序实现，首先使板坯形变，然后冲压形成底板或者盖板。在将单个部件如扁管103、底板104和盖板105接合后，可以将它们整体钎焊形成气体冷却器1，这一冷却器还包含一个图未示的集流箱。
图12显示了本发明的另一个实施例，底板和盖板的构造都与图11中相类似，但是图12中底板和盖板的位置进行了互换。这就是说，在图12中，盖板用其侧臂在外侧固定住底板，夹板位于盖板的侧臂上。这样的好处在于，夹板可以从侧面紧贴在管103上或位于两根管子之间。
在图11和图12两种情况下，底板和盖板都具有两个大致呈半圆形的区域，它们被一个直线段连接。无论是底板或盖板，它们上的一个部件将另一个部件固定住时，部件上所带有的固定臂与中间的直线部分垂直。
利用夹板135，可以连接更多的部件，如法兰或者类似的部件。
图中标号
1，100  气体冷却器                     19   凸台，盖板
2，102  集流箱                         20   凸台，底板
3，103  扁管                           21   气体冷却器
4，104  底板                           22   集流箱
5，105  盖板                           23   扁管
6       接合面                         24   纵向导管
7       限位板条                       25   纵向导管
8       纵向导管                       26   纵向导管
9       纵向导管                       27   底板
10      横向导管                       28   盖板
11      底板中的开口                   29   槽缝
12      纵向间壁区域，底板             30   纵向间壁
13      纵向间壁区域，盖板             134  纵向间壁
14      接触面，底板                   135  夹板
15      接触面，盖板                   16   横向导管
17      凹槽，盖板                     18   凹槽，底板

Claims (17)

1.换热器，包括至少由两部分构成的集流箱(2)和扁管(3)，所述集流箱(2)包括一个底板(4)和一个盖板(5)，形成至少2根横截面为圆形的纵向导管(8、9)，扁管(3)的管端(3a)插入底板(4)的开口(11)中，底板(4)、盖板(5)和扁管(3)相互焊接在一起，其特征在于，底板(4)和盖板(5)由一个板坯冲压而成，并至少形成一个位于正中的，包含有安置在扁管(3)区域内的横向导管(10)的纵向间壁区域(12、13)，在扁管(3)之间有接触面(14、15)，底板和盖板在接触面(14、15)区域钎焊连接。
2.按照权利要求1所述的换热器，其特征在于，底板(4)和盖板(5)的接触面(14、15)在内侧为凸台结构，而在外侧则为凹槽(18、17)结构。
3.按照权利要求1或2所述的换热器，其特征在于，该横向导管(10)在内侧为凹槽结构，在外侧的对应位置则为凸台(19，20)。
4.按照权利要求2或3所述的换热器，其特征在于，该底板(4)和盖板(5)在凸台和凹槽的区域有一个近似于恒定的壁厚。
5.按照权利要求1、2、3或4所述的换热器，其特征在于，集流箱(2)具有一个位于中心的接合面(6)，凸台和凹槽沿该接合面(6)对称分布。
6.按照权利要求1、2、3或4所述的换热器，其特征在于，集流箱(2)拥有一个位于中心的接合面(6)，凸台和凹槽沿该接合面(6)非对称分布。
7.按照权利要求2、3、4、5或6所述的换热器，其特征在于，凸台和凹槽在纵向截面上形成一个梯形。
8.按照权利要求7所述的换热器，其特征在于，接触面(14、15)的形状近似矩形平面(14、15)。
9.按照权利要求1至8只一所述的换热器，其特征在于，盖板(5)和底板(4)分别拥有一个边缘区域，在这里它们钎焊连接。
10.按照权利要求9所述的换热器，其特征在于，底板(4)的边缘区域拥有限位板条(7)和/或夹板。
11.按照权利要求10所述的换热器，其特征在于，底板的边缘区域与盖板(5)的边缘区域重叠。
12.按照权利要求9所述的换热器，其特征在于，盖板具有限位板条和/或夹板。
13.按照权利要求12所述的换热器，其特征在于，盖板的边缘区域与底板的边缘区域重叠。
14.按照以上权利要求之一所述的换热器，其特征在于，集流箱(22)具有至少3根纵向导管(24、25、26)，和至少两个带有凸台和凹槽(32、33)的纵向间壁(30、31)。
15.按照以上权利要求之一所述的换热器，其特征在于，至少2个纵向导管具有不同的横截面。
16.按照以上权利要求之一所述的换热器，其特征在于，至少2个接触面在大小或横截面上不同，特别是在宽度和/或长度上不同。
17.按照以上权利要求之一所述的换热器，其特征在于，该换热器作为气体冷却器或冷凝器而制造或使用。
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