堆疊式熱交換器及其製造方法
2023-06-03 01:13:26
專利名稱：堆疊式熱交換器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種堆疊式熱交換器及其製造方法，該堆疊式熱交換器交替地堆疊有管子和散熱片，尤其適用作車輛空調系統的蒸發器。
背景技術：
交替地堆疊有管子和散熱片的所謂堆疊式熱交換器是眾所周知的(例如，JP-A-2000-105023)。圖7至11描述了這種傳統堆疊式熱交換器的例子。熱交換器本體100具有熱交換器內層103，該熱交換器內層交替地堆疊有管子101和散熱片102，且沿堆疊方向在熱交換器內層103的兩個端部位置處設有側板104和105。每個管子101中有內部散熱片(未示出)，且在其中形成有液體通道。在管子101的兩個縱向端部處都設有箱體106和107。注入管108連接到箱體106的一個縱向端部以用於將熱交換介質(例如，致冷劑)注入箱體106，且排出管109連接到箱體106的另一個縱向端部以用於將熱交換介質排出箱體106。這些管108和109由法蘭110支撐。在這個例子中，如圖9所示，注入管108沿著管子101和散熱片102的堆疊方向延伸。
用於構成熱交換器本體100的各個部件由鋁(包括鋁和鋁合金)製成，且堆疊式熱交換器通過焊接這些部件而製成。更具體地，如圖10所示，熱交換器本體100被臨時裝配，注入管108通過焊接材料117插入箱體106的注入管連接部分114，且排出管109通過焊接材料118插入箱體106的排出管連接部分115。接著，如圖8所示，裝配的堆疊式熱交換器通過使用緊固夾具111a和111b以及側部夾具112和113而固定，且裝配和固定的堆疊式熱交換器的各個構件當其在爐中時都被焊接以在液體密封的狀態下將它們彼此連接。這些緊固夾具111a和111b，以及側部夾具112和113通常由不鏽鋼製成。
在爐中焊接時，上述裝配的堆疊式熱交換器在大約600C溫度處被加熱。此時，雖然箱體106的注入管連接部分114和排出管連接部分115之間的距離(節距)由於加熱熱膨脹而增大，但是熱交換器內層103的熱膨脹量卻取決於不鏽鋼緊固夾具111a和111b的熱膨脹係數。例如，在上述節距在室溫時是260mm的情況下，相對於對應的上述節距的長度而言，不鏽鋼緊固夾具111a和111b的熱膨脹是大約2.2mm，則節距將會變成大約262.2mm。隨後，當焊接的熱交換器被冷卻至室溫時，根據鋁的熱收縮係數，在連接部分114和115之間的節距收縮大約3.5mm，則節距變成大約258.7mm。因此，與焊接之前的長度260mm相比，節距變小約1.3mm。另一方面，因為管106和107不受緊固夾具111a和111b的影響，所以它們在加熱後和冷卻後期間的尺寸不發生改變。因此，由於在加熱時和冷卻時的尺寸的尺寸差異的影響，會在連接部分114和115產生沿著堆疊方向的應力。因此，如圖11所示，連接部分114和115可能會產生變形，且在液體密封的狀態下的焊接過程中可能會產生問題。在圖11中，箭頭B表示焊接後的收縮方向。為了解決這個問題，雖然已經考慮了一種方法，其中只有熱交換器本體100在爐中被預先焊接，隨後，注入管部分和排出管部分116通過將管108和109插入法蘭110而裝配，且被裝配的部分116通過釺焊而連接和固定到熱交換器本體100，但是這種方法導致增加了裝配步驟。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種堆疊式熱交換器及其製造方法，其確保能將熱交換器本體和注入管及排出管當其在爐中時焊接，且其能減少用於裝配的步驟的數量。
為了實現上述的目的和其它目的，根據本發明的堆疊式熱交換器包含熱交換器本體，該熱交換本體具有沿堆疊方向交替地堆疊有管子和散熱片的熱交換器內層以及設在管子兩個縱向端部的箱體；注入管，其連接到設在箱體的其中之一的一個縱向端部處的注入管連接部分，以用於將熱交換介質(例如，致冷劑)注入箱體的其中之一；排出管，其連接到在設在箱體的其中之一的另一縱向端部處的排出管連接部分，以用於將熱交換介質排出所述箱體的其中之一；以及法蘭，其支撐注入管和排出管。堆疊式熱交換器的特徵在於，注入管或排出管或兩者，沿堆疊方向至少被分成二個管，且當在爐中與熱交換本體一起焊接時，在一個拆分管的端部沿堆疊方向可移動地(例如有一定間隙)插入另一拆分管的端部的情況下，拆分管彼此焊接。
在這種結構中，因為注入管或/和排出管在熱交換器內層沿堆疊方向被拆分，且在焊接時，在一個拆分管的端部可移動地沿拆分方向(即，沿管的延伸方向)插入到另一拆分管的端部的情況下，拆分管被焊接，即使熱交換器本體熱膨脹和收縮，且在注入管連接部分和排出管連接部分之間的節距在焊接前後過程中變化，該變化也會被拆分管的兩個端部之間的插入量的變化所吸收。因此，因為施加到注入管連接部分和排出管連接部分的應力能被減少或者避免，而同時能防止這些部分產生變形，所以注入管和排出管以及熱交換器本體確實當其在爐中時能以適當的形式進行焊接。
如果在上述管拆分的結構中，在一個拆分管的端部和另一拆分管的端部之間設有環形焊接材料，則更能確保拆分管被焊接。
在用於製造根據本發明的堆疊式熱交換器的方法中，該堆疊式熱交換器包含熱交換器本體，該熱交換器本體具有沿堆疊方向交替地堆疊有管子和散熱片的熱交換器內層以及設在管子的兩個縱向端部的箱體；注入管，其連接到設在箱體的其中之一的一個縱向端部處的注入管連接部分，以用於將熱交換介質注入箱體的其中之一；排出管，其連接到設在箱體的其中之一的另一縱向端部處的排出管連接部分，以用於將熱交換介質排出箱體的其中之一；以及法蘭，其支撐注入管和排出管。且該方法包括步驟將注入管或所述排出管或兩者沿堆疊方向拆分成至少兩個管，將一個拆分管的一個端部沿堆疊方向可移動地插入到另一拆分管的端部，以及當在爐中與熱交換本體一起焊接時，將一個拆分管的一個端部焊接到另一拆分管的端部。
在這種方法中，因為注入管或/和排出管沿熱交換器內層的堆疊方向拆分，且在焊接時，在一個拆分管端部沿拆分方向(即，沿管子延伸方向)可移動地插入另一拆分管端部(例如，具有某一間隙)的情況下，拆分管被焊接，即使熱交換器本體被熱膨脹和收縮，且注入管連接部分和排出管連接部分之間的節距在焊接前後過程中改變，該變化也會被拆分管的兩個端部之間的插入量的變化所吸收。因此，因為施加到注入管連接部分和排出管連接部分的應力能被減少或者避免，而同時能防止這些部分產生變形，所以注入管和排出管以及熱交換器本體確實當其在爐中時能以適當的形式進行焊接。
如果在所述的上述結構中的一個拆分管的端部和另一拆分管的另一端部之間的插入時或插入前提供了環形焊接材料，那麼更能保證拆分管被焊接。
在堆疊式熱交換器和用於製造根據本發明的堆疊式熱交換器的方法中，因為施加到注入管排出管連接部分的應力能被減少或者避免，由此防止了這些部分發生變形，從而注入管和排出管以及熱交換器本體確實當其在爐中時能以適當的形式焊接。因此，能夠減少用於裝配的步驟的數量，且能夠以低成本來製造性能優良的熱交換器。
根據下面本發明的優選實施例的詳細描述並參考附圖，本發明的其它目的、特徵以及優點對於本領域人員將是顯而易見的。
為了更為完全地理解本發明、由此滿足的需要以及其中的目的、特徵和優點，現在將結合附圖對下面的說明書進行參考說明圖1是根據本發明的實施例的堆疊式熱交換器的前視圖。
圖2是圖1中所示的熱交換器的平面視圖。
圖3是在管拆分結構中的管連接部分的局部截面視圖，示出了圖1中所示的熱交換器的焊接步驟。
圖4是在圖1中所示的熱交換器的分解平面視圖。
圖5是在圖1中所示的熱交換器的前視圖，示出了在焊接之前通過緊固夾具而固定的狀態。
圖6是在圖1中所示的熱交換器的前視圖，示出了在焊接之後通過緊固夾具而固定的狀態。
圖7是傳統堆疊式熱交換器的前視圖。
圖8是在圖7中所示的熱交換器的前視圖，示出了在焊接時通過緊固夾具而固定的狀態。
圖9是在圖7中所示的熱交換器的平面視圖。
圖10是在圖7中所示的熱交換器的分解平面圖。
圖11是在圖7中所示的熱交換器的放大的平面示意圖，示出了焊接後的收縮狀態。
具體實施例方式
圖1至圖6描述了根據本發明的一個實施例的堆疊式熱交換器及其製造方法。堆疊式熱交換器1包含熱交換器本體1a和注入/排出管部分18。熱交換器本體1a具有沿堆疊方向交替地堆疊有管子2和散熱片3的熱交換器內層4，以及設在管子2的兩個縱向端部的箱體7和8。每個管子2中有內部散熱片(未顯示)，以及在管子2形成的液體路徑(未顯示)。側板5和6沿堆疊方向設在熱交換器內層部4的兩個端部。注入管連接部分12設在箱體7的縱向端部上，且注入管9連接到注入管連接部分12以用於將熱交換介質(例如，致冷劑)注入箱體7。排出管部分13設在箱體7的另一縱向端部上，且排出管10連接到排出管連接部分13以用於將熱交換介質從箱體7排出。注入管9和排出管10由法蘭11支撐。如圖1和2所示，注入管9沿熱交換器內層4的管子2和散熱片3的堆疊方向延伸。
在該實施例中，注入管9沿其延伸方向(即，堆疊方向)被拆分為兩個管14和15。更具體地，注入管9由連接到箱體7的注入管連接部分12的管14和連接到法蘭的管15而構成，且注入管9由法蘭11支撐。如圖3和4所示，管15的端部17插入管14的端部16，且在這種狀態下，端部16的內表面和端部17的外表面彼此焊接，由此在液體密封狀態下將管14和管15連接。
下面將說明用於製造這種堆疊式熱交換器1的方法。
首先，臨時裝配構成熱交換器本體1a的各個部件，再臨時裝配構成注入/排出管18的各個部件，然後，將構成注入管9的一部分的管14和排出管10插入法蘭11。下一步，將管15的端部17插入管14的端部16。如圖3(a)所示，管15的端部17的外徑要略微小於管14的端部16的內徑；且如圖3(b)所示，管15的端部17插入管14的端部16，留有一定間隙，也就是說，沿著管子的延伸方向(管2和散熱片3的堆疊方向)可以相對移動。此外，在這個實施例中，環狀焊接材料19在這個管子連接部分處插入管14和管15之間。
下一步，如圖4所示，注入/排出管部分18被連接到熱交換器的本體1a。即，構成注入管9的一部分的管14通過焊接材料24而插入到箱體7的注入管連接部分12，且排出管10通過焊接材料25而插入排出管連接部分13。在該情形下，熱交換器本體1a由夾具固定，如圖5所示。夾具包括側面夾具20、21及緊固夾具22、23，側邊夾具與側板5、6接觸，且緊固夾具朝向側板5、6的方向對側面夾具20、21進行擠壓，而將整個熱交換器本體1a固定。在該實施例中，每個緊固夾具22和23都形成為U形，如圖5所示。此外，夾具20、21、22、23都由不鏽鋼材料製成。
當注入/排出管18連接到熱交換器本體1a且熱交換器本體1a由各個夾具固定之後，熱交換器本體就要在爐中進行焊接。此時，當在爐中與熱交換器本體1a一起焊接時，構成注入管19的拆分管14和15彼此焊接。在焊接時，要焊接的各個部件要在爐中大約600℃處加熱，然後，再冷卻到室溫。
在焊接中，既然構成熱交換器本體1a的各個部件都由鋁製成，那麼熱交換器本體1a的尺寸在焊接前後會由於熱脹冷縮而發生變化。因此，在焊接前，注入管連接部分12和排出管連接部分13之間的節距沿堆疊方向發生變化。例如，如圖5和6所示，焊接前沿堆疊方向的注入管連接部分12和排出管連接部分13之間的節距L1減少為節距L2(L1＞L2)。其中，儘管鋁的熱膨脹係數大於不鏽鋼，但如上所述，由於熱交換器本體1a被緊固夾具22、23固定，因此鋁製熱交換器本體1a由於受熱而在堆疊方向引起的熱膨脹取決於不鏽鋼夾具22、23的熱膨脹係數。
但是，在該實施例中，由於注入管9沿堆疊式熱交換器1的堆疊方向進行拆分，且拆分管15的端部17插入到拆分管14的端部16中，具有一定的間隙，且沿堆疊方向可以相互移動，所以上述節距的變化可以通過改變拆分管14和15中的插入量所吸收，如圖3(b)和圖3(c)所示。在圖3(b)和圖3(c)中，A示出了焊接前後插入量的變化。因此，因為施加到注入管連接部分12和排出管連接部分13的應力能被減少或者避免，所以注入管9和排出管10以及熱交換器本體1a確實當其在爐中時以所期望的和適當的形式進行焊接。此外，在該實施例中，在拆分管14和15的連接部分插入環形焊接材料19，則更能確保拆分管14和15的端部16和17被焊接。
儘管在上述實施例中，注入管9被拆分為管14和管15，但是排出管10或者注入管9和10兩者都可以用相似的方式進行拆分。此外，在上述實施例中，管(注入管9)被分為兩段拆分管，要被拆分的管還可以被拆分為三個或者更多的管。
本發明可以應用於任一堆疊式熱交換器，該熱交換器交替地堆疊有管子和散熱片，且注入管或/和排出管沿堆疊方向延伸，本發明的結構和方法尤其適用於用在車輛空調系統中的堆疊式熱交換器。
雖然已經結合最佳實施例對本發明進行了描述，但本領域技術人員應該理解的是，只要不偏離本發明的範圍，可以對上述最佳實施例進行變化和修改。對本領域技術人員而言，從本發明的說明書描述或者從其中公開的實施例中，其它實施例也是顯而易見的。意圖在於，說明書和描述的實施例只看作示例性的，而本發明真正的範圍由下面的權利要求進行說明。
權利要求
1.一種堆疊式熱交換器，包括熱交換器本體，所述熱交換器本體具有沿堆疊方向交替地堆疊有管子和散熱片的熱交換器內層以及設在所述管子的兩個縱向端部的箱體；注入管，其連接在所述箱體的其中之一的一個縱向端部的注入管連接部分上，以用於將熱交換介質注入所述箱體的其中之一；排出管，其連接在所述箱體的其中之一的另一縱向端部的排出管連接部分上，以用於將所述熱交換介質排出所述箱體的其中之一；以及法蘭，用於支撐所述注入管和排出管，其特徵在於，所述注入管或者排出管或者兩者沿堆疊方向至少被拆分為兩個管，且當在爐中與熱交換器主體一起焊接時，在一個拆分管的端部沿堆疊方向可移動地插入另一拆分管的端部的情況下，拆分管被彼此焊接。
2.根據權利要求1所述的熱交換器，其特徵在於，所述拆分管通過設在所述一個拆分管端部和另一拆分管端部之間的環狀焊接材料而彼此焊接。
3.一種用於製造堆疊式熱交換器的方法，所述堆疊式熱交換器包括熱交換器本體，所述熱交換器本體具有沿堆疊方向交替地堆疊有管子和散熱片的熱交換器內層和設在所述管子兩個縱向端部的箱體；注入管，所述注入管連接在所述箱體的其中之一的一個縱向端部的注入管連接部分上，以用於將熱交換介質注入所述箱體的其中之一；排出管，其連接在設於所述箱體的其中之一的另一縱向端部的排出管連接部分上，以用於將上述熱交換介質排出所述箱體的其中之一；以及法蘭，其用於支撐所述注入管和排出管，其特徵在於，所述方法包括如下步驟將所述注入管或者排出管或者兩者沿所述堆疊方向至少拆分為兩個管；將一個拆分管的端部沿所述堆疊方向可移動地插入另一拆分管的端部；以及當在爐中與所述熱交換器主體一起焊接時，將一個拆分管的所述端部焊接至另一拆分管的所述端部。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述拆分管通過設在一個拆分管的所述端部和另一拆分管的所述端部之間的環形焊接材料而彼此焊接。
全文摘要
一種堆疊式熱交換器(1)，包括熱交換器本體(1a)，該熱交換本體具有沿堆疊方向交替地堆疊有管子(2)和散熱片(3)的內層(4)及箱體(7，8)；連接到箱體(7)的注入管(9)和排出管(10)；以及法蘭(11)，其用於支撐注入管和排入管(9，10)，該注入管或/和排出管(9，10)沿上述堆疊方向至少被拆分為兩個管(14，15)，且在一個拆分管(15)的端部(17)可移動地插入另一拆分管(14)的端部(16)的情況下，當與熱交換器主體(1a)一起在爐中焊接時，拆分管(14，15)彼此焊接。注入管和排出管能夠適當地焊接到熱交換器本體，從而能簡化用於製造的裝配。
文檔編號F28F3/08GK1884952SQ20061009593
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月23日 優先權日2005年6月23日
發明者千葉朋廣, 文健吾 申請人:三電有限公司