熱交換器及製造這種熱交換器的方法

2023-05-27 15:06:41

專利名稱：熱交換器及製造這種熱交換器的方法
技術領域：
本發明涉及一種熱交換器和製造這種熱交換器的方法，其中管內部配置有內部散熱片。
背景技術：
通常，內部散熱片能夠設置在熱交換器的管內，例如參照JP2003-28586A。在熱交換器的製造中，具有實質D形橫斷面的一對金屬板彼此面對以結合，而內部散熱片位於其間。其後，通過塗於兩塊金屬板的表面的釺焊材料糊，利用釺焊，實現兩塊金屬板的連接和內部散熱片到兩塊金屬板的連接。因此，形成其中內部散熱片連接到其內部表面的管。
在這種情況下，考慮內部散熱片在管中的排列特性，金屬板(金屬板部件)被組合以構成管。然而，由於金屬板變形等，在釺焊中釺焊材料的流動不會令人滿意地在金屬板之間存在相對較大間隙的位置處，所以容易出現接縫缺陷。因此，可能引起流體從熱交換器洩漏。

發明內容
考慮到上述缺點，本發明的目的在於提供一種熱交換器及其製造方法，以改進熱交換器的管的連接可靠性，同時保持內部散熱片在管中的設置特性。
根據本發明的一個方面，熱交換器包括至少一根管和至少一塊內部散熱片。管由板部件構成，並在其中確定了具有實質橢圓形橫斷面的流體通路。內部散熱片被設置在管中並利用釺焊被連接到其上。管具有單個接縫，通過它，板部件被整體連接。接縫沿管的縱向方向連續並位於管的主軸方向端處。
這樣，在形成接縫前，內部散熱片能夠從該主軸方向端的一側被插入管中。此外，由於管配置能夠定位於一個主軸方向端處的單個接縫，管的連接可靠性得以提高。
根據本發明的另一方面，提供了一種製造熱交換器的方法。該熱交換器具有由板部件構成並在其中配置有內部散熱片的至少一根管。該方法包括彎曲板部件以形成其中確定具有實質橢圓形橫斷面的流體通路的管體的形成過程；用於整體連接管體以形成管的第一連接過程；在形成過程前，將內部散熱片設置在將形成由管體確定的流體通路的位置的布置過程；和通過釺焊，用於將內部散熱片整體連接到管的內部表面的第二連接過程。在形成過程中，板部件的兩個邊緣部分沿管體的縱向方向彼此接觸，並被定位在管體的主軸方向端處。在第一連接過程中，板部件的兩個邊緣部分被彼此連接。
這樣，就能夠製造上述熱交換器。更確切地說，在形成接縫前，內部散熱片能夠從該主軸方向端的一側被插入管中。此外，管能夠被形成以具有位於一個主軸方向端處的單個接縫。因此，能夠提高管的連接可靠性。


參照附圖，通過下述描述，本發明的上述以及其它目的、特性以及優點將會更加清楚。其中附圖有圖1是顯示根據本發明第一實施方式的熱交換器的整體結構的示意主視圖；圖2是沿圖1中的直線II-II的垂直剖視圖；圖3是顯示根據第一實施方式的板部件內的內部散熱片的布置過程的剖視圖；圖4是顯示根據第一實施方式的管體的形成過程的剖視圖；圖5是圖4的局部放大剖視圖；圖6是圖2的局部放大剖視圖，以顯示根據第一實施方式的管體的連接過程和內部散熱片的連接過程；圖7是顯示根據本發明第二實施方式的熱交換器的管體的形成過程的局部剖視圖；和圖8是顯示根據第二實施方式的管體的連接過程的局部剖視圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖描述優選實施方式。
(第一實施方式)本發明的第一種實施方式將參照圖1至圖6進行描述。參照圖1，熱交換器100(例如，中間冷卻器)配置有芯部件120；和一對上水箱(headertanks)110，它們分別安裝在芯部件120的(後面描述的管122的縱向方向的)兩端。每個上水箱110具有中空結構，並包括例如由銅合金或相類似物製成且通過焊接或釺焊而整體連接的芯板111和箱部112。
一個上水箱110(例如在圖1的右側)配置有與該一個上水箱110的內部連通的入口接頭113。另一個上水箱110(例如在圖1的左側)配置有與該另一個上水箱110的內部連通的出口接頭114。例如，入口接頭113能夠與增壓器(未示出)的排出側連接；而出口接頭114能夠與發動機(未示出)的吸力側連接。
入口接頭113是一個導入口，經過它，流體(例如空氣)被導入上水箱110。出口接頭114是一個排出口，經過它，流體被排出上水箱110。
每個上水箱110從其一個縱向方向端(接頭113或114被設置處)向其另一縱向方向端逐漸變小。更確切地說，上水箱110的內部空間的橫斷面面積從其一端向另一端變小，從而流體均勻流經芯部件120的多個管122。
此外，例如，上水箱110分別配置有至少一個支架130，其設置在上水箱110的外側(即，芯部件120的相對側)，用於將中間冷卻器100附於汽車。
芯部件120包括用於散熱的多個散熱片121和多個扁平管122。散熱片121和管122被交替地堆疊(層積)。更確切地說，每個管122被夾在相鄰的散熱片121之間。作為加強件的兩側板124被分別安裝(例如通過釺焊)在被設置在散熱片121的堆疊方向的最外側處的兩個散熱片121的更外側處。在這種情況下，散熱片121(管122)的堆疊方向與散熱片121(管122)的縱向方向垂直。
上水箱110被分別附於管122的兩個縱向方向端，並沿與管122的縱向方向交叉的方向(即，其縱向方向)延伸。管122的兩端被分別插入在兩個上水箱110的芯板111處形成的穿孔(未示出)且通過釺焊等與芯板111成整體。
圖2顯示了管122的厚度方向剖視圖。在圖2中，上下方向指示管122的厚度方向，而左右方向指示管122的寬度方向。
如圖2所示，扁平管122包括一對平面部分122a；第一彎曲部分122b；和第二彎曲部分122c；以在其中確定具有實質橢圓形狀的厚度方向斷面的流體通路。兩個平面部分122a被設置相互平行並沿管122的縱向方向延伸。兩個彎曲部分122b和122c向外凸起，且分別設置在管122的兩個寬度方向端處。管122的寬度方向對應於管122的實質橢圓形狀斷面的主軸方向。
管122由具有第一邊緣部分122d和第二邊緣部分122e的板部件122B形成，第一邊緣部分122d和第二邊緣部分122e被設置在管122的第一彎曲部分122b處並相互重疊以利用釺焊等整體連接。邊緣部分122d和122e沿板部件122B(管122)的縱向方向延伸。
在這種情況下，第一邊緣部分122d和第二邊緣部分122e相互重疊處的第一彎曲部分122b，被設置在流經包括管122的芯部件120的外部流體(例如空氣)的上遊側(例如，圖1的紙的背面側)。
管122其中配置有內部散熱片123，其通過釺焊等被連接到管122的內部表面。另一方面，例如，熱輻射散熱片121利用釺焊被結合到管122的外部表面。
熱輻射散熱片121和內部散熱片123由具有充分熱傳導性的銅或相類似物製成。管122(由板部件122B形成)和側面板124由具有充分熱傳導性和強度符合要求的銅合金或相類似物製成。管122也能夠由銅製成。
芯部件120的部件和上水箱110的芯板111被臨時裝配，然後通過經預先施加到芯部件120的部件和芯板111的優選位置的類似糊或類似箔的釺焊材料，利用釺焊整體連接。隨後，水箱部分112被連接到芯板111。這樣，中間冷卻器100被構造。
中間冷卻器100的管122被設置得沿其縱向方向相對較長。例如，管122的寬度(沿圖2中的左右方向)可以約為60mm。管122的長度(沿圖1中的左右方向)可以為800mm左右。管122的厚度(沿圖2中的上下方向)可以約為6mm。
以下，將描述管122和內部散熱片123的形成及其連接。
參照顯示內部散熱片123在板部件122B中布置過程(設置過程)的圖3，作為相對於板部件122B分離的部件的內部散熱片123位於具有實質V形斷面的板部件122B中。內部散熱片123例如具有實質波浪形。內部散熱片123的厚度小於板部件122B的厚度。因此，板部件122B中的總表面面積可以被擴大，而能夠限制重量增加和阻力(抑制其中流體流動)增加。
在這種狀態中(參照圖3)，弧形第二彎曲部分122c形成在板部件122B處以連接兩個平面板部122a，而第一邊緣部分122d與第二邊緣部分122e分離。第一邊緣部分122d能夠被形成以具有實質弧形，而第二邊緣部分122e能夠被形成實質″L″形。第一邊緣部分122d和第二邊緣部分122e被彼此間隔以形成其間的開口，內部散熱片123穿過它被插入實質V-形板部件122B中。
此外，在這種情況下，類似糊的銅焊材料被塗到板部件122B的內部表面，從而形成糊層125(釺焊材料糊層)。可選地，類似箔的釺焊材料(即，釺焊片)也能夠設置用於板部件122B的內部表面。
在這種情況下，被塗到板部件122B的類似糊的釺焊材料例如包括佔89％重量的Sn-P-Ni-Cu合金(作為釺焊材料成份)，佔10％重量的脂肪族烴(aliphatic hydrocarbon)和脂環烴(alicyclic hydrocarbon)(包括粘合劑(binder)和溶劑的有機成份)，和佔1％重的聚異丁烯。
根據該實施方式，如上所述，管122具有沿其縱向方向相對較長的長扁平形狀。因為經第一和第二邊緣部分122d和122e之間的開口，內部散熱片123被插入具有V形橫斷面的板部件122B(構造管122)中，與內部散熱片被插入形成具有扁平圓柱形的管中的情況相比，糊層125的破裂(斷口)能夠得到實質上的抑制。
當基底材料(即，將被連接的材料)為銅時，很難將釺焊材料覆蓋到銅焊材料的表面(與基底材料為鋁合金的情況相比)，這樣由於接觸等，釺焊材料容易從基底材料剝離。因此，在這種情況下，防止釺焊材料糊層125的斷裂是相當重要的。
圖4顯示了由板部件122B構造管體122A的形成過程。參照圖4，在內部散熱片123被插入具有V形橫斷面的板部件122B中後，第二邊緣部分122e向第一邊緣部分122d旋轉以與第一邊緣部分122d交迭。在這種情況下，第二邊緣部分122e通過型鍛(swaging)等塑性變形，以能夠與第一邊緣部分122d的外部表面重合。然後，由第二邊緣部分122e和第一邊緣部分122d構造弧形彎曲部分122b。
如作為圖4的局部放大斷面視圖的圖5所示，在上述型鍛過程中，第二邊緣部分122e的末端122g被塑性變形以延長，從而具有錐形形狀。因此，可以防止在末端122g處形成高度差，從而第一彎曲部分122b的外部表面變得平滑。因此，具有簡單橢圓形外部形狀的管體122A由板部件122B形成。
此外，在上述型鍛過程中，板部件122B的兩個平面部分122a被向彼此移動(接近)以變得平行。因此，設置在板部件122B內部的波浪形內部散熱片123夾在兩個平面部分件122a之間，以便波浪形內部散熱片123的波峰部分(頂部)能夠緊密地接觸平面部分122a的內部表面。
板部件122B的兩個邊緣部分122d和122e被暫時固定在彎曲部分122b，以形成具有實質橢圓形橫斷面的管體122A。彎曲部分122b被設置在管體122A的一個主軸方向端處。在形成管體122A後，釺焊材料層被設置在平面部分122a的外部表面處。熱輻射散熱片121、側板124和芯板111被暫時組裝以被相互固定。
在這種情況下，由於管體122A具有簡單的橢圓形，並且芯板111的穿孔(未示出)也被形成具有簡單的橢圓形，管122A的縱向方向端能夠無大的間隙(縫隙)地與芯板111結合。
其中內部冷卻片123被設置的管體122A的部件被暫時裝配和相互固定以構成組件。此後，組件被置於爐中以在等於或低於約680℃的溫度被加熱。
惰性氣體和諸如氫氣的還原成份在爐中循環，而流經組件的內部。因此，部件處的氧化物被去除(減少)，而利用還原成份可以防止部件的氧化。作為選擇，當僅針對防止氧化時，不包括還原成份的惰性氣體也可以在爐中提供。
當被提供等於或超過600℃的加熱溫度時，釺焊材料糊層125將熔化。參照圖2，熔化釺焊材料流到管體122A的不同部件之間的附近部分。這樣，管體122A的第一邊緣部分122d和第二邊緣部分122e通過釺焊被整體連接，從而形成管122。在這種情況下，內部散熱片123被連接到管122的內部表面，而熱輻射散熱片121通過釺焊被連接到管122的外部表面。
圖6顯示了管體122A的連接過程，和內部散熱片123的連接過程，它們可以同時進行。在爐中，管體122A被排列以便彎曲部分122b側位於下側處。參照圖6，由於其重量，未被用於內部散熱片123的釺焊的該釺焊材料落下積累在第一邊緣部分122d的末端122f，從而改進了角焊縫形成。因此，第一邊緣部分122d和第二邊緣部分122e之間的接縫(joint)125a的強度被提高。
根據該實施方式，在中間冷卻器100的管122處，僅第一彎曲部分122b側具有沿管122的縱向方向連續的接縫125a。在接縫125a形成前，內部散熱片123被設置在管122中。這樣，可以提高內部散熱片123的設置性能。由於僅在管122處有單個接縫125a，管122的連接可靠性可以更好。
作為對比，在管配置有分別位於其寬度方向(即，管的橢圓形橫斷面的主軸方向)的管的兩端處的兩個接縫的情況中，當另一端在釺焊中設置在下側時，在上側的一端的接縫的釺焊材料將向下落。因此，在上側的接縫處容納導致釺焊失效。
根據這一實施方式，在位於其主軸方向的管122的一端(第一彎曲部分122b定位的地方)處存在單個接縫125a。管122的一端能夠在釺焊中被安排在下側處。因此，釺焊的連接可靠性能夠得到進一步提高。
此外，板部件122B在接縫125a被構造雙層。更確切地說，第一邊緣部分122d重疊第二邊緣部分122e。這樣，增加了接縫125a的連接面積。因此，連接可靠性被提高，而接縫125定位的彎曲部分122b的強度被提高。由於具有更高強度的彎曲部分122b位於中間冷卻器100的外部流體的上遊側，甚至當外部的石頭、沙子或相類似物碰撞到管122時，管122也結實(堅固)而防止損壞。
此外，根據這一實施方式，板部件122B在接縫125a重疊，而板部件122B的外部表面在型鍛過程中變得平滑。芯板111的穿孔(未示出)被形成具有簡單的橢圓形。因此，可以提高管122與芯板111的接合精度。因此，可以抑制流體從管122和芯板111之間的接縫洩漏。
(第二種實施方式)本發明的第二種實施方式將參照圖7和圖8進行描述。在這種情況下，通過焊接，在管122的彎曲部分122b處形成接縫225。
在第二實施方式中，在執行內部散熱片123的布置過程後，執行管體122A的形成過程。這與上述第一種實施方式相同。
參照圖7，在管體122A的形成過程中，第二邊緣部分122e被旋轉向第一邊緣部分122d(即，向圖7中的右側)，以便第二邊緣部分122e接觸第一邊緣部分122d。然後，第一邊緣部分122d被暫時固定到第二邊緣部分122e，以構造弧形彎曲部分122b。在這種情況下，第二邊緣部分122e的末部122g未被延長(變形)。
然後，參照圖8，執行管體122A的連接過程。在這種情況下，在兩個邊緣部分122d和122e如圖7所示被暫時彼此固定後，通過雷射焊接等，第二邊緣部分122e的末端122g被連接到第一邊緣部分122d以形成接縫225。第一邊緣部分122d位於第二邊緣部分122e的內側處。這樣，形成了如圖8所示的管122。
在這種情況下，由於第二邊緣部分122e的末端122g在焊接中融化，因此第一彎曲部分122b的外表面在通過焊接形成的接縫225處變得光滑。這樣，管122就具有簡單橢圓外形。
通過在彎曲部分122b處焊接，在板部件122B的兩個邊緣部分122d和122e被彼此連接後，在平面部分122a的外部表面處形成釺焊材料層。熱輻射散熱片121、側板124、芯板111和管122被暫時組裝和整體固定，以構成中間冷卻器100的組件。
在這種情況下，由於管122的外部形狀為簡單橢圓形，並且芯板111配置有具有簡單橢圓形的穿孔，管122的末端能夠實質上不會有大的間隙地與芯板111接合。
中間冷卻器100的組裝以與第一實施方式同樣地設置置於爐中，而在其中被加熱以被釺焊。在具有通過焊接形成的接縫225的管122中，通過釺焊材料，利用釺焊，內部散熱片225被連接到管122的內部表面。更確切地說，執行內部散熱片123的連接過程。
根據第二實施方式，在中間冷卻器100的管122處，僅管122(寬度方向)的一端處的彎曲部分122b配置有沿管122的縱向方向連續的接縫225。管122的寬度方向對應於其橫斷面具有實質橢圓形的主軸方向。在形成接縫225前，內部散熱片123被設置在管122中。因此，內部散熱片123布置性能被改進。由於管122僅設有單個接縫225，管122的連接可靠性可以更好。
此外，在內部散熱片123的連接過程中，由於其重量，釺焊未使用的釺焊材料落下積累在第一邊緣部分122d的末端122f，從而形成了令人滿意的角焊縫。因此，第一邊緣部分122d和第二邊緣部分122e之間的接縫225的連接強度被提高。
更確切地說，通過在管122的彎曲部分122b處的釺焊，通過焊接形成的接縫225被加強了。這樣，提高了接縫225的可靠性。
此外，構成管體122A的板部件122B在接縫225處重疊，而板部件122B的外部表面在焊接過程中變得平滑。芯板111的穿孔被形成具有簡單的橢圓形。因此，可以提高管122與芯板111的接合精度。因此，可以限制流體從管122和芯板111之間接縫洩漏。
(其它實施方式)在第一實施方式中，當通過型鍛，板部件122B的第一邊緣部分122d被暫時固定到其第二邊緣部分122e時，第二邊緣部分122e的末端122g被塑性變形以被拉長，以便板部件122B的外表面光滑。然而，暫時固定過程和外部表面平滑過程可以分開(分別)執行。
例如，由管122在其中確定的液體通道也能具有圓角矩形形狀等。
此外，在上述實施方式中，板部件122B在設置在管122的一端處的彎曲部分122b處重疊。然而，只要可以保證彎曲部分122b的暫時固定和強度，也能夠不進行板部件122B的重疊。
在上述實施方式中，中間冷卻器100被描述作為熱交換器的一個實例。然而，根據本發明的熱交換器及其製造方法也能夠適用於例如油冷卻器的其它熱交換器。
權利要求
1.一種熱交換器(100)，包括至少一根管(122)，該管由板部件(122B)構成，並在其中確定具有實質橢圓形橫斷面的流體通路；和至少一個內部散熱片(123)，該內部散熱片被布置在管(122)中並通過釺焊或銅焊被連接到管(122)，其特徵在於管(122)具有單個接縫(125a，225)，通過該單個接縫，板部件(122B)被整體連接，接縫(125a，225)沿管(122)的縱向方向連續，且位於管(122)的主軸方向端(122b)。
2.根據權利要求1中所述的熱交換器(100)，其中板部件(122B)在主軸方向端(122b)處重疊以構成管(122)。
3.根據權利要求2中所述的熱交換器(100)，其中管(122)被布置為其主軸方向端(122b)位於外部流體的上流側處。
4.根據權利要求1-3中任意一項所述的熱交換器(100)，其中管(122)在接縫(125a，225)處整體連接，並在管(122)的主軸軸向端(122b)處具有平滑外部表面。
5.根據權利要求4中所述的熱交換器(100)，其中通過型鍛或彎曲暫時固定的板部件(122B)在接縫(125a)處通過釺焊被整體連接；且板部件(122B)被塑性變形，以便在主軸方向端(122b)處的管(122)的外部表面平滑。
6.根據權利要求4中所述的熱交換器(100)，其中板部件(122B)在接縫(225)處通過焊接被整體連接；且板部件(122B)被熔化，以便在主軸方向端(122b)處的管(122)的外部表面平滑。
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的熱交換器(100)，其中內部散熱片(123)的厚度小於管(122)的厚度。
8.根據權利要求1-7中任意一項所述的熱交換器(100)，其中內部散熱片(123)和管(122)由銅製成。
9.一種製造根據權利要求1中所述的熱交換器(100)的方法，所述方法包括彎曲板部件(122B)以形成其中確定具有實質橢圓形橫斷面的流體通路的管體(122A)的形成過程；用於整體連接管體(122A)以形成管(122)的第一連接過程；管體(122A)在形成過程中由板部件(122B)構造；在形成過程前，將內部散熱片(123)設置在將形成由管體(122A)確定的流體通路的位置處的布置過程；和通過釺焊或銅焊，將內部散熱片(123)整體連接到管(122)的內部表面的第二連接過程，其中在形成過程中，板部件(122B)的兩個邊緣部分(122d，122e)沿管體(122A)的縱向方向彼此接觸，並定位在管體(122A)的主軸方向端(122b)處；以及在第一連接過程中，板部件(122B)的兩個邊緣部分(122d，122e)被彼此連接。
10.根據權利要求9中所述的製造熱交換器(100)的方法，其中在形成過程中，板部件(122B)的兩個邊緣部分(122d，122e)在主軸方向端(122b)處被放置以彼此重疊。
11.根據權利要求10中所述的製造熱交換器(100)的方法，其中在形成過程中，管體(122A)被形成為其主軸方向端(122b)位於外部流體的上流側處。
12.根據權利要求9-11中任意一項所述的製造熱交換器(100)的方法，其中在第一連接過程中，由板部件(122B)構造的管體(122A)通過釺焊被整體連接以形成管(122)。
13.根據權利要求12中所述的製造熱交換器(100)的方法，其中第一連接過程和第二連接過程被同時執行。
14.根據權利要求13中所述的製造熱交換器(100)的方法，其中當執行第一連接過程和第二連接過程時，管體(122A)的主軸方向端(122b)被布置在下側。
15.根據權利要求12-14中任意一項所述的製造熱交換器(100)的方法，其中在形成過程中，板部件(122B)的兩個邊緣部分(122d，122e)通過型鍛或彎曲被彼此固定；和板部件(122B)被塑性變形，以便管體(122A)的外部表面平滑。
16.根據權利要求9-11中任意一項所述的製造熱交換器(100)的方法，其中在第一連接過程中，由板部件(122B)構造的管體(122A)通過焊接被整體連接以形成管(122)。
17.根據權利要求16中所述的製造熱交換(100)的方法，其中在第一連接過程中，板部件(122B)被熔化，以便管體(122A)的外部表面光滑。
18.根據權利要求17中所述的製造熱交換器(100)的方法，其中當執行第二連接過程時，主軸方向端(122b)位於下側。
19.根據權利要求9-11、13、14、17和18中任意一項所述的製造熱交換器(100)的方法，其中內部散熱片(123)的厚度小於板部件(122B)的厚度。
20.根據權利要求9-11、13、14、17和18中任意一項所述的製造熱交換器(100)的方法，其中內部散熱片(123)和板部件(122B)由銅製成。
21.根據權利要求9-11、13和14中任意一項所述的製造熱交換器(100)的方法，其中在形成過程前，糊狀的釺焊材料被塗到形成為管體(122A)的板部件(122B)。
全文摘要
一種熱交換器(100)包括至少一根管(122)，在由管(122)在其中確定並具有實質橢圓形橫斷面的流體通路中配置有內部散熱片(123)。用於構成管(122)的板部件(122B)具有兩個邊緣部分(122d，122e)，其彼此重疊，並在設置在管(122)的主軸方向端(122b)處的單個接縫(125a)處被整體連接。內部散熱片(123)在形成接縫(125a)前被設置在管(122)中，從而改進了內部散熱片(123)的設置性能。此外，單個接縫(125a)位於管(122)的一端(122b)處，以便管(122)的連接可靠性被提高。
文檔編號F28D1/03GK1766518SQ20051011802
公開日2006年5月3日 申請日期2005年10月24日 優先權日2004年10月25日
發明者上田直樹 申請人:株式會社電裝