熱交換器中水箱用擋板的製作方法

2023-09-17 14:44:30 1

專利名稱：熱交換器中水箱用擋板的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱交換器，具體涉及熱交換器中所用擋板。
近年來，越來越普遍地採用所謂「順流式」熱交換器。有代表性的一種結構示明在1987年8月25日授予Saperstein等人的證書號為4688311的美國專利中。
上述這種熱交換器獲得廣泛應用，包括用於空調和製冷系統中的冷凝器和蒸發器，用於用來冷卻潤滑油或工作液的潤滑油冷卻器中，特別是用於車輛中。事實上，先有技術中已指出甚至能將順流式熱交換器用作散熱器來冷卻發動機的冷卻劑。
當前的順流式熱交換器一般是用鋁材製成，使用兩個分開的管式水箱。水箱之間延伸著一批扁平的管，它們與水箱內部形成流體通連。在這些扁平管之間則有蛇形葉片。
傳統上，鋁被選用作上述熱交換器的材料，結果實現了一種緊湊而重量輕的熱交換器，這種熱交換器特別是在扁平管內流體通道的液力直徑0.070英寸時，能以極其良好的效率工作。
在許多應用中，總是希望熱交換器中所含的流體不止一次地通過熱交換器，即通過此熱交換器設置 的冷卻空氣通道。為了實現這一目的，慣例是將一或多塊擋板設在一或兩個水箱之中，以得到所希望的多次通過形式。
一般，上述擋板是一些設置於水箱內槽縫中的板形插件。當所用材料是鋁材時，為了使這些槽縫以及擋板的接觸點相對於水箱的內部密封，需依賴於釺焊合金的流動來密封任何空隙。在水箱中應用槽縫常會降低其強度，在某些情形下，由於在釺焊過程中對熱交換器要加熱，而因在水箱中的流體壓力下就會形成顯著數量的出現漏洩的水箱。
在另一些情形下則是把罩狀的擋板沿軸向插裝到水箱內所需位置處，然後在此位置釺焊。雖然這樣的擋板通常是完全不會有漏洩的問題，但這種安裝方法本身卻不能用於內部橫剖面可變的水箱中。
在1986年10月7日授予Sapers tein等人的證書號為4615 385的美國專利中，公開了一種用於前述類型熱交換器的優越的水箱。為了改進最終形成的熱交換器的強度，每個水箱是由一種大致呈圓柱形的管所構成，這種管的一側上形成有一列管槽。各管槽之間形成有一個拱頂，這種拱頂呈復曲線形。由於在相鄰管槽之間採用了拱頂，就能在最終形成的熱交換器中的上述管與水箱的連接處使應力顯著減少，由此製成了一種結實得多的熱交換器。
但是，由於採用了這種拱頂，水箱的橫剖面在形成各拱頂處就較大而在形成各槽縫處就較小。結果使得至今都未能提供具有可沿軸向插入其中的擋板的水箱。
本發明的目標便是去解決一或多個上述的問題的。
本發明的主要目的在於給出一種新穎的和改進了的方法，以提供具有一塊內部擋板的水箱。確切地說，本發明的一個目的在於提供一種將一塊擋板安裝到管式水箱內的新穎的和改進了的方法。
本發明的另一個目的在於提供這樣一種熱交換器，其中的水箱內設有依據本發明的工藝或方法提供的擋板。
本發明的再一個目的在於提供一種新穎的能用來實施本發明的擋板預製件。
用來將擋板安裝到熱交換器管式水箱中的方法的一種典型實施例包括下述步驟(a)提供一種其凹側周邊小於水箱內周邊的擋板，(b)將此擋板定位於水箱內要求安放到的位置上；以及(c)給此擋板施加一壓力而將此擋板壓成平面形式。
在上述各步驟之下，此擋板便在水箱內沿周邊伸展開而同水箱的內側配合，而在這種配合處例如(但不一定要)可以用釺焊固定和密封住。
在這種方法的一個實施例中，擋板呈凹-凸形，具有大致圓形的周邊，還包括一個大致在中央的凸形拱頂，此拱頂則在周邊上為一種沿徑向朝外的裙部環繞。
在本發明的一個最佳實施例中，水箱與擋板都採用鋁材，而擋板的兩側則鍍有黃銅。
在本發明的某一實施例中，執行步驟(b)時是把水箱裝到一根心棒上，同時使此心棒抵靠一止擋件，然後將擋板置放到水箱內且與此心棒鄰接。
在本發明的某個實施例中，執行步驟(c)時是在執行步驟(b)後將第二根心棒置放到水箱內，然後將此第二根心棒移向擋板並朝向前面提到第一根心棒運動。
在本發明的一個實施例中，步驟(b)之前有一個在擋板的所需定位到的位置處確定水箱內側尺寸的步驟。
上述定尺寸的步驟是這樣地進行的將一根可展開的心軸定位於水箱內所希望的位置處，然後將此心軸在水箱內展開到所需位置。
在本發明的一個最佳實施例中，上述可展開的心軸是一種有裂口的心軸，而展開此可展開的心軸的步驟是通過將一楔形件加入到此有裂口的心軸內來執行的。
在本發明的一個實施例中，提供了這樣一種熱交換器，它包括一個其中有擋板的水箱，而這一擋板則是依據上述工藝過程製造的。
根據本發明的另一個方面，提供了一種用來製造有擋板的管式水箱的熱交換器的擋板預製件。這種擋板預製件包括一種具有凸側和相對凹側的金屬片。此金屬片是圓形的，在它的一側上具有直徑較此金屬片直徑小的半球形拱頂，此金屬片還有一個從拱頂底延伸到金屬片周邊的沿徑向朝外的裙部。
這種裙部最好是取截頭錐形。
在一最佳實施例中，上述裙部的最小底邊合併到拱頂底邊中，同時此裙部還沿軸向從拱頂伸延出去。
上述金屬片是由鋁片形成並在兩側鍍銅。
本發明還提出了一種製造具有內部擋板的熱交換器水箱的方法，包括以下步驟(a)提供一種大致呈圓柱形的管式水箱，在它的一側有一列管用接納槽，這些管用槽由取復曲線型的拱頂分開，此水箱的橫剖面在拱頂處較大而在管用槽處較小；(b)提供一種凹形擋板，它具有呈大致圓形的周邊，此擋板具有一個小到足以置納於水箱內的直徑並於上述較大橫剖面處大致沿橫向定位，同時大於上述較小橫剖面經度的直徑；(c)將此擋板在水箱內定位到所需的一個拱頂處；(d)使擋板相對於水箱大致取橫向；以及(e)在所需的一個拱頂處使擋板壓扁成一般平面構型。
在執行步驟(e)時，最好是在擋板的相對側上使前述有裂口的心軸作相互相對的移動。
在執行步驟(b)時，最好提供一種由片狀材料構成的擋板，它有一個為大致沿徑向朝外的裙部所環繞的拱頂。
在此實施例中，拱頂大致呈半球形而裙部則最好是一般的截頭錐形。
本發明的其它目的與優點當可從下面結合附圖所作的描述中獲得理解。


圖1是依據本發明製得的熱交換器，具體地說一種冷凝器的部分分解圖，此冷凝器可以包括帶有一依照本發明製備的內部擋板的水箱。
圖2是其中安裝有按照本發明製成的擋板的水箱的放大的局部剖面圖；圖3是用於本發明中的擋板預製件的側視圖；圖4是上述擋板預製件的平面圖；圖5是包括有本發明的內部擋板的水箱的熱交換器製造方法的框圖；圖6是本發明的方法中供選擇的一個步驟在執行過程中的剖面圖；圖7與圖6類似，但所示是在實施本發明中的另一個步驟；而圖8是用來執行圖7中所示步驟的心棒的橫剖圖。
下面結合一種熱交換器(內行的人當知其是冷凝器)，由附圖來闡明本發明的一個典型的實施例。但應清楚地認識到，本發明的適用範圍不止是冷凝器，而是可以用於任何採用管式水箱的熱交換器，包括(但不限於)蒸發器與潤滑油冷卻器。
參看圖1，從中看到可以採用本發明結果的一種順流式冷凝器包括兩個大致平行分開的水箱10與12。水箱10與12最好由大致圓柱形的管制成。在它們的相對側面上設有一列大致平行的槽或孔口14，用來接納扁平的冷凝管20的相應端部16與18。管式水箱10與12最好是焊合的，因而包括一焊縫，例如在水箱12中示明於19處。
槽14是在水箱10與12的相對側面上模衝出的。槽14自然是細長的而以其縱向橫切水箱10與12的展長方向。
在槽14之間，於22所示的區域中，每個水箱10與12最好設有一個大致呈球形的拱頂來改進抗壓特性，這已在上述普遍轉讓的證書號為4615 385的美國專利中有過較全面的說明。
水箱10的一端為一個釺焊或焊合到其上的罩24封閉。在本發明的這一最佳實施例中，各個部件都是由鋁材形成且全都是釺焊到一起，因此，在通常情形下，所採用的釺焊方式與用來將罩24緊固到水箱10上的方式相同。類似地，將例如連接件26這樣的連接件纖焊到其它的部件上，而可以將一根管28連接到連接件26上以給此冷凝器限定出一個出口。
水箱12的下端為一個罩30封閉，罩30最好與罩24相似，釺焊在適當位置上，同時在水箱12的上端設有一個焊合或釺焊就位的連接件32。通常此連接件32可以用作一入口，但流向可能在某些情形下相反。
有一批管20在水箱10與12間延伸且在其間形成流體連通。這批管在幾何結構上以及在水力學原理上也都是相互平行的。在兩個相鄰的管20之間設有蛇形葉片34，當然，必要時也可採用板狀葉片。在水箱10與12之間延伸著上側通道36和下側通道38來加固整個系統。通道36與38的各端包括一個向外翻轉的凸緣39，它們適用來與相鄰的水箱10或12結合。
如圖1所示，每根管20都是扁平的，管內有波浪形的隔件或插入有細長的構件。這種插件以橫剖面圖較全面地公開於前面提到的證書號為4688311的美國專利中。但應認識到可同樣地採用多通道的擠壓成形管。
根據以上的描述，內行人當可認識到這已經說明了一種單通道的順流式熱交換器。但如以前所述，在某些情形下最好還是要有多通道的形式。這時，要將一或多個擋板置於管式水箱10與12的一個或另一個或它們兩個之中。
再來參看圖2，其中示明了水箱10，但應認識到這裡所闡明的同樣適用於水箱12。
具體地說，管用槽20如圖所示是用來接納管14的端部16的。各扁平管14之間的拱頂22也在圖中表明，但應認識到，在沿平行於水箱10展長方向截取的剖面上看，拱頂22是呈彎曲形式的。
應知由於水箱10大致呈圓柱形，這批拱頂20在通過它們中的任何一個沿橫切水箱10的方向所截取的剖面都會具有弧形的外觀。這樣，拱頂22是由復曲線形成並如圖2所示，結果使得水箱在各拱頂22處具有較大的橫剖面42，而在各管用槽20處具有較小的橫剖面44。
由於管用槽20和拱頂22隻是位於各水箱的一側，故可知至少有一部分水箱將在超過180的弧長上保持一種在內部的圓柱狀形式。
在所需的拱頂22中之一的中心處將一擋板46設在所要求的位置上，且按橫切水箱10的展長方向定向。在組裝熱交換器時，用釺焊使水箱就位。
如圖2所示，擋板46大致呈平齊形狀，但通常在其一側上有一個小而淺的凹座以及一個與此淺的凹座48相對的淺的隆起區50。在多數情形下，在鄰接拱頂52處，此擋板46會有一個輕微的角度偏轉。
擋板46是由例如圖3與4中所示的預製件形成。這種預製件基本上是一個圓片件60，且在其一側上有一個半球形的拱頂62。拱頂62的底邊64與截頭錐形裙部66的最小底邊合併。這樣的布置使得預製件的圓片件60在其左側如圖3所示呈凸形而在右側則呈凹形，亦即凸-凹狀。
片件60可取一塊兩側鍍銅的圓形鋁片，把它向下壓到一個球狀支承體上，後者的直徑等於半球形拱頂62的內表面68的直徑。
如圖3所示，此圓片件的高度用「H」表示，而直徑以「D」表示。一般，「D」對「H」之比應為2∶1或更大。
下表中示明的參數可用來形成用於熱交換器水箱標準鋁管中的擋板。可用來製造擋板的一種材料是No.12的0.062″厚兩邊鍍4343號銅的鋁片。下面所有尺寸除非另有說明都是以英寸給出。
水箱尺寸擋板直徑(D)球部形成直徑拱頂高度(H)1 0.6880.526 0.250 0.2222 0.8750.750 0.312 0.2903 25mm 0.875 0.375 0.31841.251.125 0.500 0.325現在來參看圖5，其中示明製造熱交換器的方法中的步驟。第一步是形成帶有管用槽與拱頂的水箱，示明於框70中。這一步相當於按照前述美國專利4615385號所公開的內容來製造水箱10與12。
在水箱形成後，可以有選擇地如框71所示設置一伸展式心軸，同時如框72所示伸展開此心軸來確定此水箱的尺寸。框71與72所示的步驟是供選擇的，取決於在形成水箱中保持公差的能力。框71與72所示步驟的完成方式示明於圖6中。從此圖可以看到，有一心軸位於一停止面82上。形成的一個水箱例如水箱10則位於心軸80的上方。
心軸80的上端有一個示明於84處的裂口，此心軸是由有相當彈性的材料製成。在裂開的心軸80的一支88上形成有一個大致圓形的撐圈86，而在此裂開的心軸的另一支92上形成有一相似的撐圈90，這些卷邊名義上具有與水箱內徑相等的半徑，但當這兩個卷邊合在一起時，儘管出現有一個較小的橫剖面段44(圖2)，它們也能迅速地通入水箱10內。
心軸80的長度與停止面82的關係要使得撐圈86與90位於擋板最終將定位到的所選擇的拱頂22的中心處。將一楔形件94從水箱10的相對端插入裂開的心軸80的兩支88與92之間，迫使撐圈86與90同拱頂22與水箱10壁部的相對部分結合。所選擇的拱頂22內部的尺寸要取決於楔形件94在心軸80內的插入程度，而這一插入程度又要選擇成能在插停的位置處獲得所需要的橫剖面形狀，而這種橫剖面形狀則由於上述定尺寸作業的結果，從一個水箱10到一個水箱都是均勻的。
自然應該認識到，要是在水箱10的製造中能保持公差，那就不需要進行圖5中框70與72所示的步驟。這時可直接執行此方法中的由框100所表示的，將水箱10放置到一抵靠停止面103的固定心軸或心棒102之上。如圖7所示，此固定心軸有一個上表面104，它位於相對停止面103所選擇的拱頂22的中點下方0.031英寸(製備預製件所用片料厚度的一半)處。這一距離是相對於用來製造上述預製件60的鋁片厚度0.062英寸來選擇的。
預製件60可以沿側向引導到水箱10內，然後轉到此水箱10長向的橫切方向，最後落定到上表面104上，而以拱頂62處於最上面。
上述步驟示明在圖5的框102中，各個部件的最終定位清楚地給出於圖7中。
然後將上述擋板朝一平面構型壓迫而展開此擋板。具體地說是使預製件60壓平，而這是通過使一可動的心棒或心軸110在水箱10內向下運動與拱頂62相結合，施加壓力來實現的。完成這一步驟後，預製件60便將作為圖2所示的擋板46出現。
為便於進行上述加壓過程，心棒和/或心軸102、110取一般圓柱體構型，外形與水箱10或12的內周邊構型逼近。對心軸的一個表面同樣設定為一平面112(圖8)，由此允許在與管用槽20相鄰接的相對較小的橫剖面處留有餘隙。
將此擋板展開的步驟如圖5中框114所示，執行完這一步驟後如框116所示從心軸上卸下水箱10。
然後將水箱10移至一檢測段，確定擋板是否已適當就位。此步驟示明於框118處，這只需將一光源置於水箱10的一端同時將一感光裝置設於相對一端即可。
假定在框118所示的步驟中已探測到擋板118的存在，則如步驟120即框120所示，將一識別標誌設於水箱之上，以便於下一步檢查。在對水箱作出標誌後，將釺焊焊藥(例如所謂Nocolok釺焊過程中所用的氟鋁酸鉀焊劑)引入到原先為拱頂側面的擋板46的側面上。這一步驟示明於框122中。
然後將各部件按圖1大致所示的構型組配起，並用適當的周知的固定器件使其保持就位。此步驟由框124表明。然後將此固定器件放入一釺焊爐內，按框126所示將各部件釺焊到一起。
再將這一最終所得的組合件進行檢驗、包裝與裝運。
從上述可知，本發明的方法不涉及到由於在水箱上開槽而減弱其強度的問題，也免除了因這項成形作業而帶來的費用問題。避免了因通過槽縫引入擋板而有的漏洩問題，還可以通過沿軸向插入擋板而能獲得更好的密封，而且即使是這種在一最佳實施例中的水箱，是取以拱頂位於管槽之間因而具有不規則內部形狀的類型時，也是如此。自然，本方法在有需要時也可用於具有完善的圓柱形內部而沒有拱頂的情形。
權利要求
1.將擋板安裝到熱交換器的管式水箱中的一種方法，此方法包括下述步驟a)提供一塊具有凹形側面且具有一個小於水箱內周的周邊的擋板；b)將此擋板設定於水箱中的所需位置上，以及c)對此擋板施加一壓力以將此擋板壓成平面形式。
2.如權利要求1所述方法，特徵在於所述擋板取凹凸形，有一個大致圓形的周邊，且包括一個在周邊上為一沿徑向朝外的裙部所環繞的大致居中的凸形拱頂。
3.如權利要求1所述方法，特徵在於所述水箱與擋板都由鋁材製成，而擋板的兩側都鍍有銅。
4.如權利要求1所述方法，特徵在於在執行上述步驟b)時是把水箱放到一心棒上，並使此心棒抵靠住一止擋件，然後將擋板放到水箱內與此心棒鄰接。
5.如權利要求4所述方法，特徵在於在執行上述步驟c)時是於執行完步驟b)後將第二根心棒放到水箱內，然後使這第二個心棒去壓頂擋板並朝向前面第一次述及的心棒運動。
6.如權利要求1所述方法，特徵在於在執行步驟b)之前要執行一個在前述所需位置上確定水箱內部尺寸的步驟。
7.如權利要求6所述方法，特徵在於，上述確定尺寸的步驟是按下述方式進行將一可展開的心軸設定於所述水箱內的所述位置上，然後伸展開此心軸進入水箱內的所需位置。
8.如權利要求7所述方法，特徵在於所述可伸展開的心軸是一種有裂口的心軸，而所述將此可伸展開心軸伸展開的步驟是通過將一楔形件壓入此有裂口的心軸內進行。
9.一種熱交換器，它包括一個水箱，此水箱中設有如權利要求1的方法所制的擋板。
10.用於具有帶擋板的管式水箱的熱交換器製造中的擋板預製件，此預製件包括一塊具有凸側面和相對凹側面的金屬片，此金屬片呈圓形並有一個大致為半球形的拱頂，此拱頂的直徑小於圓片在其一個側面上的直徑，同時有一沿徑向朝外的裙部從此拱頂底邊延伸到此金屬片的周邊。
11.如權利要求10所述的擋板預製件，特徵在於所述裙部呈一般的截頭錐形。
12.如權利要求11所述的擋板預製件，特徵在於所述裙部合併到所述拱頂的底邊中，同時所述裙部還沿軸向從此拱頂延伸出。
13.如權利要求12所述的擋板預製件，特徵在於所述圓片是由鋁片形成並在兩面上鍍銅。
14.製造一種帶有內部擋板的熱交換器水箱的方法，此方法包括下述步驟a)提供一個大致呈圓柱形的管式水箱，此水箱的一側有一列管用接納槽，它們由取復曲線構型的拱頂分開，此水箱的橫剖面在所述拱頂處較大而在所述管槽處較小；b)提供具有大致為圓形周邊的凹凸擋板，它的直徑小到足以使它納置於所述水箱內，並在上述的較大橫剖面處大致按橫向定位，同時這一擋板大於前述的較小的橫剖面；c)將此擋板在水箱內定位到所需的一個拱頂處；d)使此擋板取大致橫切水箱的方向；以及e)在所需的一個拱頂處將擋板壓扁成大致平面的構型。
15.如權利要求14所述的方法，特徵在於進行步驟e)時是使在此擋板相對側面上的心軸按相互相對的方式移動。
16.如權利要求14所述的方法，特徵在於進行步驟b)時提供了一種片狀材料的擋板，它有一個拱頂，此拱頂為一大致沿徑向朝外的裙部環繞。
17.如權利要求16所述的方法，特徵在於所述拱頂呈大致的半球形。
18.如權利要求16所述的方法，特徵在於所述裙部呈大致的截頭錐形。
19.將擋板安裝到熱交換器用管式水箱中的一種方法，此方法包括下述步驟a)提供一塊具有一個凸側面且周邊小於此水箱內周的擋板；b)將擋板設在水箱內所需位置上；以及c)對擋板施加壓力將其壓成一平面形式。
全文摘要
將一塊擋板安裝到熱交換器用管式水箱中的方法，此方法包括下述步驟a)提供一塊凹-凸形的且具有一個小於水箱內周的周邊的擋板；b)將此擋板設定到水箱中的所需位置上；以及c)對此擋板施加一壓力以將其壓成一平面形式。
文檔編號F28F9/02GK1152706SQ96110680
公開日1997年6月25日 申請日期1996年7月19日 優先權日1995年7月19日
發明者丹尼爾·J·布希, 哈爾·W·卡曾斯, 埃德·L·漢裡克斯, 唐納德·R·約翰森, 託馬斯·F·米切爾, 詹姆斯·L·韋爾曼 申請人:穆丹製造公司