专利名称：堆叠管式热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及热交换器，并且尤其涉及包括堆叠的间隔开的管和/ 或板对的热交换器，所述管和/或板对限定了用于第一和第二流体的流 动通道。
背景技术：
热交换器通常由堆叠的或成束的间隔开的扁平管所构成，其中管 的内部限定了用于第一 流体的流动通道并且其中相邻管之间的空间限 定了用于第二流体的流动通道。扁平管可包括在其边缘处接合起来的
平板对。
堆叠或捆束中管的端部通常由穿孔的集箱或管板所保持并且板之 间的空间可至少部分地由壳体所包围。这种类型的废气热交换器的例
子在美国专利No. 6,293,337 ( Strahle等)和美国专利No. 6,269,870 (Banzhaf等)中示出。
还已知构造包括成束的间隔开的扁平管的热交换器，其中消除了 对于穿孔集箱的需要。具有这种构造的热交换器的例子在美国专利No. 6,321,835 ( Damsohn等)中描述。在这个专利中，热交换器管的端部 相对于管的中心部分在宽度和高度上扩展。管端彼此之间直接密封或 者密封至壳体，从而消除对穿孔集箱的需要。
但是仍然需要提供构造简化、可靠的的堆叠管式热交换器并改进 和简化其制造工艺。
发明内容
在一个方面中，本发明提供了一种用于在第一流体和第二流体之 间进行热传递的热交换器，该热交换器包括(a)包括堆叠的管的芯 部，每个管具有顶壁、底壁、连接顶壁和底壁的侧壁、由顶壁、底壁 和侧壁所包围的中空内部以及用于第一流体的进口和出口 ，其中每个
管具有沿着纵轴间隔开的一对端部和定位在端部之间的中心部分，芯 部中相邻管的端部沿着其顶壁和底壁密封到彼此上，其中所述端部在
高度上大于管的中心部分以使得芯部中相邻管的中心部分彼此间间隔
开；(b)多个第一流体流动通道，每个都包括一个管的中空内部并且 从第一流体进口纵向延伸至第一流体出口； (c)多个第二流体流动通 道，每个都包括相邻的成对的管的中心部分之间的空间，每个第二流 体流动通道具有一对纵向间隔开的端部和一对横向间隔开的侧部，每 个第二流体流动通道沿着其端部由相邻的成对的管的端部所密封；和
(d)覆盖第二流体流动通道横向间隔开的侧部的一对侧板，该侧板接 合堆叠中的管的侧壁并且在管的端部中密封至管的侧壁，其中第二流
体进口歧管设在一个侧板中并且第二流体出口歧管设在一个侧板中， 每个歧管与每个第二流体流动通道相通。
在另一个方面中，本发明提供了一种用于制造根据本发明的热交 换器的方法。该方法包括(a)堆叠管以形成芯部；(b)将U形侧 板附接至芯部的相对两侧，且每个侧板的一个纵向延伸的边缘接合芯 部中最上管的顶壁，每个側板的另一个边缘接合芯部中最下管的底壁， 其中侧板的边缘摩擦地接合最上和最下管以将管在芯部中保持在位； 和(c)在足以将相邻管的端部密封在一起的温度下加热具有附接侧板 的芯部一段时间，以将侧板纵向延伸的边缘密封至芯部中的最上和最 下管，以及将侧板在管的端部中密封至管的侧壁以及将管密封到彼此 和侧板上。
现在将参照附图仅以举例的方式描述本发明，在附图中 图l是根据本发明第一优选实施例的热交换器的透视图； 图2是图1所示热交换器的分解透视图； 图3是沿着图1中线3-3、的横截面； 图4A是图3中区域B的特写；
图4B是图3中区域B的特写，根据第一优选实施例的一个变型； 图4C是图3中区域B的特写，根据第一优选实施例的另一个变
型；
图5是图l所示热交换器的正视图，其中端盖移走；
图6是构成图l所示热交换器的一个管的正视图7是用于根据本发明的热交换器中的一个可选管构造的正视
图8是根据本发明第二优选实施例的热交换器的透视图9是图8所示热交换器的分解透视图IO是根据本发明第三优选实施例的热交换器的透视图11是图IO所示热交换器的分解透视图12是根据本发明第四优选实施例的热交换器的透视图13是图5中区域C的特写；
图14是根据本发明第五优选实施例的热交换器的一部分的特写； 图15是根据本发明第六优选实施例的热交换器的一个板对的透 视图16是根据本发明第七优选实施例的热交换器的分解透视图17是图16所示热交换器的透视具体实施例方式
根据本发明的热交换器适用于车辆的废气冷却器，其中热的废气 由液体冷却剂所冷却，以例如冷却或者防止催化转换器中催化剂的过 热和/和提供补充的舱室加热。然而，将能理解到，这里所述的热交换 器也能应用于除了废气冷却之外的很多不同用途。例如，根据本发明 的热交换器能用于基于重整器的燃料处理器。
第一个优选的热交换器IO在图1至5中示出。热交换器10包括 芯部11 (图2、 3和5)，芯部11包括堆叠的端部开口的管12，每个 管12具有顶壁14、相对的底壁16和一对相对的侧壁18、 20。管12 均具有一对沿着纵轴A间隔开的端部22、 24以及定位在端部22、 24 之间的中心部分26。相邻管12的中心部分26间隔开而相邻管12的 端部22、 24沿着其顶壁14和底壁16密封到彼此上。
在热交换器10中，管12在横向平面上看时具有矩形横截面，并
且顶壁14和底壁16为基本上平状且彼此平行，侧壁18、 20为基本上 平状且彼此平行。然而，将能理解到，管12可以为其它适合的形状， 优选地具有基本上平状的顶壁14和底壁16。例如，管12的横截面可 成形为细长的六边形或者细长的椭圆形，其中侧壁18、 20是多面的或 者倒圆的。然而，优选地，管12具有细长的矩形横截面形状，如附图 所示，以便简化如下所述的热交换器的其它部件的形状。
热交换器10中的管12具有恒定的宽度并且具有在竖直方向上扩 展的端部22、 24以4吏得端部22、 24具有比管12的中心部分26要大 的高度。这允许管12的中心部分26间隔开而相邻管12的端部22、 24可直接密封密封到彼此上而无需穿孔的集箱或者管板。将理解到， 管的宽度在其长度方向上并不是必须要恒定。
热交换器10包括用于在可以为液态或气态的第一流体和第二流 体之间热交换的流体流动通道。多个第一流体流动通道30由管12的 中空内部所限定。每个第一流体流动通道30从一个开口端部34纵向 延伸至管12的另一开口端部36。在热交换器10包括废气冷却器的情 况下，第一流体优选地为热的发动机废气。
多个第二流体流动通道38由相邻管12的中心部分26之间的空间 所限定。每个第二流体流动通道38具有一对纵向间隔开的端部40和 一对横向间隔开的侧部42。如图3所示，第二流体流动通道38沿着 其端部40由相邻管12的密封端部22、 24所密封，流动通道在所述端 部之间形成。
热交换器IO还包括覆盖芯部11的顶部、底部和侧部的壳体44。 壳体44是端部开口的，具有矩形的横向横截面并且包括一对侧板46、 48和一对端板50、 52。如附图所示，壳体44可包括预成形的矩形外 壳，其由形成为矩形形状的拉制管所制成，或者由冲压和折叠为矩形 形状并通过焊接和钎焊沿着接缝接合的金属板所制成。尽管壳体44在 附图中示出为具有矩形形状，但是将理解到，其也可具有任何其它适 合的形状，这取决于芯部ll的形状。
壳体44的侧板46、 48基本上包围第二流体流动通道38的侧部 42并且优选地可与管12的侧壁18、 20相接合，从而基本上防止管侧 壁18、 20和侧板46、 48之间的旁路流。在该优选的热交换器10中， 侧板46设有形成于升高的进口歧管56中的进口 54。歧管56包括延 伸基本上侧板46整个高度的侧板46的升高部分以允许进口 54和每个 第二流体流动通道38之间的流体相通。另一侧板48设有与上述进口 54和歧管56基本上相同的出口 58和出口歧管60。尽管热交换器10 具有进口 54和出口 58以及形成于壳体44的相对侧板46、 48中的相 关歧管56、 60，但是替代地它们可设在同一侧板46或48中。而且， 在开口 54、 58设在相对的侧板46、 48中的情况下，将理解到它们并 不是必须要彼此偏移。而是，开口54、 58可定位成彼此间直接相对， 如同下面所更详细描述的。
端板50、 52在侧板46、 48之间延伸并与之相连接。如图3所示， 另外的第二流体流动通道62形成于顶部端板50和芯部11的最上管 12的顶壁14之间，并且另外的流体流动通道64形成于底部端板52 和芯部11的最下管12的底壁16之间。这些通道62、 64也通过歧管 56、 60与进口 54和出口 58相通。
现在参照图3和4，将能看到，壳体44纵向间隔开的端部密封至 芯部11中的管12的端部，从而密封第二流体流动通道38、 62、 64的 端部。具体地，如图3所示，将能看到，顶部端板50的端部与最上管 12的端部22、 24重叠并与之密封地接合并且底部端板52的端部与最 下管12的端部22、 24重叠并与之密封地接合。类似地，如图5所示， 壳体44的侧板46、 48至少沿着管12的端部22、 24在芯部11的整个 高度上密封地接合管12的侧壁18、 20。
热交换器10优选地还包括一对端部接头68，其在第一优选实施 例中彼此相同。接头68形成第一流体的进口和出口并且在管12的端 部34、 36处与第一流体流动通道30流体相通。每个端部接头68具有 纵向延伸的凸缘70,其为大致方形或矩形形状。凸缘70安装在堆叠 管12的端部22、 24上并密封到其上，或者如下更详细的描述，可与 壳体44的端部重叠。
存在很多种装配热交换器10的方法。根据一种方法，包括芯部 11的管12被钎焊起来并且芯部11随后作为一个单元滑入预成形的壳 体44,且壁46、 48、 50和52与管12的端部22、 24重叠。端部接头 68然后滑过芯部11的端部，且在凸缘70和壳体44之间提供小的间 隙72,如图4A的特写中示出。在接头68、壳体44和芯部11同时钎 焊或焊接起来时，提供间隙72是有利的。间隙72在钎焊或焊接期间 被填充金属所填充，并且填充金属通过毛细流动而被拉入管12、壳体 44和端部接头68之间的间隙，从而确保无泄漏的密封。可选地，接 头68的凸缘70可重叠壳体44的端部，如图4B的特写中示出。
在其它装配方法中，壳体44可由绕着芯部ll缠绕、在张力下保 持并且然后通过焊接、机械紧固件或铆接紧固起来的金属板所形成。 在这种类型的装配方法中，端部接头68能在壳体44之前或之后应用 至芯部。例如，端部接头68可首先应用到未钎焊的芯部ll的端部上， 从而端部接头68的凸缘70和管12之间的摩擦接合足以在钎焊期间将 芯部保持在一起。这减少或者消除了需要额外固定设备来防止管12在 钎焊之前偏移它们在管堆中的相对位置。于是，端部接头68在热交换 器的装配期间提供了"自固定，，并且简化了制造工艺。接头68和芯部 11然后钎焊在一起。壳体44随后包裹在芯部11的周围并且可与端部 接头68的凸缘70重叠(如图4C的特写中示出)或者如图4A所示与 接头间隔开。壳体44然后焊接至凸缘70以及下面的管12。
如图3所示，管12的中心部分26优选地在其顶壁14和底壁16 中一个或两个中设有直立的凸起77。在所有但非最上和最下的管12 中，凸起77的上表面79接合顶壁14或底壁16或者相邻管12的凸起 77。最上管12的顶壁14中的凸起77优选地接合壳体44的端壁50并 且最下管的底壁16中的凸起77优选地接合壳体44的端壁52。将能 理解到，凸起77通过在顶壁14和底壁16之间提供支撑有助于保持相 邻管12的中心部分26之间的空间，从而增强热交换器10的强度。
在第一优选实施例中，凸起77呈具有截头圆锥形的间隔开的凹痕 的形式，凸起的上表面79是平状的。优选地，顶壁14和底壁16都设
有以相同模式布置的凸起77以使得相邻管12的凸起77的上表面79 如图3所示彼此接合。将能理解到，管12除了凹痕77之外或者在凹 痕77之外还可设有凸起77。例如，管能设有设在其顶壁14和/或底壁 16中的间隔开的倾斜的肋。
热交换器10优选地还包括设在第一流体流动通道30的一个或多 个中的湍流增强嵌件，优选地设在所有的第一流体流动通道30中。如 图5所示，湍流增强嵌件包括多个波紋翅片80，每个翅片都包括多个 纵向延伸的翅片壁82,翅片壁82的高度基本上等于第一流体流动通 道30在管12的中心部分26中的高度。翅片壁82通过在热交换器中 与相应管12的顶壁14和底壁16热交换地接触的顶壁83和84相连接。 为了最大化翅片80和管12之间的接触，翅片80的顶壁83和底壁84 优选地是平状的，不过并非必须如此。
为了简化制造工艺和降低成本，优选地每个管12由一对板构成， 这对板在第一优选实施例中标识为上板88和下板90 (图5和6)。每 个板具有一对纵向延伸的侧部，板88、 90沿着该侧部密封起来。在第 一优选实施例中，板88、 90为大致U形，且上板88具有一对通过基 本上平状中间部分96接合起来的相同侧部90，下板卯具有一对通过 基本上平状中间部分98接合起来的相同侧部94。中间部分96、 98和 相应侧部92、 94之间的角度为大约90度。
为了在板88、卯之间提供良好的密封接触，板88、卯的侧部92、 94优选地为嵌套关系。这在图5和6中示出，由此能看出上板88的 较短侧部92完全嵌套在下板卯的相对长的侧部94内(即之间)，从 而为侧部92、 94之间的钎焊连接提供良好的接触。从图5的端视图中 还能看出，下板90的侧部94足够长以向上延伸到管12在其端部22、 24中的顶壁14，并且优选地与上面相邻的管12的底壁16接触。如图 5和13所示，这最小化了形成于相邻管12的侧壁18、 20之间的间隙 100的尺寸，从而确保在管12的侧壁和侧板44之间形成良好密封的 钎焊连接。
在图6所示的管12中，波紋翅片80还用作隔片以维持板88、 90 之间期望的嵌套程度以及第 一 流体流动通道30的高度。
将理解到，用于根据本发明的热交换器的管的构造可从图1至6 所示地变化。图7示出了热交换器管102的一种可选构造，其除了下 面描述的构造细节外，优选地与管12相同。管102包括一对相同的U 形板104，其具有一对通过中间部分110接合起来的侧部106、 108。 侧部106、 108的长度不同，侧部106比侧部108高。当将两个板104 以如图6所示的嵌套接合关系弄在一起时，较高的侧部106处于较短 侧部108的外面。和管12中一样，优选地设置波紋翅片80以用于湍 流和维持板104之间的间隔。
现在参照图8和9描述根据本发明第二个优选的热交换器120。 热交换器120包括与上述热交换器10的相同的芯部11和端部接头68。 热交换器120与热交换器10的不同之处在于其不包括壳体44，而是 利用一对侧板122、 124来密封第二流体流动通道38的侧部。侧板122 设有进口 126和进口歧管128,并且侧板124设有出口 130和出口歧 管132,它们优选地与上述热交换器10的进口、出口以及歧管相同。 将能理解到，进口 126和出口 130以及相关歧管128、 132替代地可并 排地设在板122或124之一中。在进口 126和出口 130设在相对的侧 板122、 123中的情况下，它们不必彼此偏移，而是可以如下更详细描 述的那样彼此直接相对。
至少在管12的端部22、 24中，每个侧板122、 124沿着芯部11 的一侧密封至管12的侧壁18、 20。侧板122、 124优选地为U形，具 有密封至芯部11中最上和最下管12的中心部分26的倾斜凸缘，从而 密封第二流体流动通道38的侧部。凸缘优选地在未达到管12的端部 22、 24的地方终止。如图8和9所示，侧板122设有凸缘134、 136 并且侧板124设有凸缘138、 140。板122的一个凸缘134密封至最上 管12的顶壁14，并且尽管附图中未示出，另一凸缘136密封至最下 管12的底壁16。类似地，另一板124的凸缘138、 140分别密封至最 上和最下管12。
优选地，在热交换器10的装配期间，板122、 124的倾斜凸缘摩
擦地接合最上和最下管12，从而减少或避免需要额外的固定设备来防 止管12在钎焊之前偏移其在芯部11中的相对位置。于是，侧板122、 124在热交换器的装配期间提供了 "自固定"并且简化了制造工艺。
图10和11示出了根据本发明的第三个优选的热交换器150。热 交换器150包括芯部，该芯部包括堆叠的管152，这些管152与管12 类似之处在于每个管都具有顶壁154、相对的底壁156和一对侧壁 158、 160。管152均具有一对纵向间隔开的端部162、 164以及定位在 端部162、 164之间的中心部分166。管的端部162、 164具有比中心 部分要大的竖直高度，且在中心部分166和端部162、 164之间设有升 高的台肩167。于是，相邻管152的中心部分166间隔开并且相邻管 152的端部162、 164沿着其顶壁154和底壁156密封到彼此上。
管152和管12之间最显著的不同在于，管152不是端部开口的。
相反，管152的侧壁158、 160构成密封管152的周边的连续周边壁的
一部分。而且，在所有但最上和最下管除外的管152中，端部162设
有延伸穿过顶壁154和底壁156的对齐开口 168并且相对的端部164
设有延伸穿过顶壁154和底壁156的对齐开口 170。在图11中，最上
管标识为152、并最下管标识为152"。在最上管152、中，端部162"^殳有
与对齐开口 168相通的连接凸缘172并且相对的端部164仅在其底壁
156中设有开口 170。顶壁154中没有开口 170;其或者完全没有或者
被堵塞。类似地，最下管152"的端部164设有连接凸缘172，并且尽
管附图中看不到，相对的端部162仅在其顶壁154中设有开口。底壁
156中没有开口 168;其或者完全没有或者被堵塞。因此，优选地可包
括热废气的第一流体通过一个连接凸缘172进入热交换器150、流过
管152的内部并通过另一连接凸缘172离开热交换器150。管152的
对齐开口 168和170提供了整体形成的进口和出口歧管并且消除了如 同第一和第二实施例那样对于端部接头的需要。
类似于上述管12，管152优选地也具有矩形横截面并且顶壁154 和底壁156优选地也设有可呈截头圆锥形凹痕形式的凸起174。将能 理解到，除了凹痕174之外或者另外地，管152可设有凸起。例如，
管152能设有设在其顶壁154和/或底壁156中的间隔开的倾斜肋。如 图ll所示，最上板152、的顶壁154优选地可以没有凸起174，因为它 们在热交换器150中没有用处。最下板152、、的底壁156可以类似地没 有凸起174。
尽管图lO和ll中未示出，但是第一流体流动通道的内部优选地 可设有与上述翅片80类似的波紋翅片。
多个第二流体流动通道176由相邻管152的中心部分166之间的 空间所限定。每个第二流体流动通道176具有一对纵向间隔开的端部 178和一对横向间隔开的側部180。如图11所示，第二流体流动通道 176在其端部178处由相邻管152的密封端部162、 164所密封，这些 通道形成在所述端部之间。
热交换器150还包括一对密封第二流体流动通道176的侧部180 的侧板182、 184。每个侧板182、 184具有一对纵向间隔开的端部186 和一对凸缘188。在该优选的热交换器150中，侧板182设有第二流 体进口 190和出口 192，而侧板184(其中仅一个凸缘在图10中可见) 没有用于第二流体的进口或出口。将能理解到，第二流体进口 190和 出口 192能替代地设在相对的侧板182、 184中并且彼此之间可以偏离 或者直接相对。第二流体进口 190和出口 192还在图lO和ll中示出 为分别设有进口接头194和出口接头196。
每个侧板182、 184至少在其端部附近沿着芯部11的一侧密封至 管152的侧壁158、 160。而且，每个侧板182、 184的凸缘188密封 至堆叠中的最上管152和堆叠中的最下管152。因此，侧板182、 184 如同上述热交换器120中那样密封第二流体流动通道176的侧部180。
侧板182、 184优选地为U形，且凸缘188相对于板的侧壁198 倾斜。边缘188和板侧壁之间的角度优选地为大约90度。如同上述的 板44,板182、 184的凸缘188优选地在装配期间摩擦地接合最上管 152、和最下管152、、，从而减少或者优选地避免需要额外的固定设备来 防止管152在钎焊之前偏移其在芯部中的相对位置。替代使用侧板 182、 184,将能理解到，热交换器150能替代地设有与上述壳体44类
似或者相同的壳体。
如图11所示，每个管152优选地包括一对板上板200和下板 202。上板200包括基本上平状的中间部分204、连续的周边凸缘206, 并且下板202类似地包括中间部分208和连续的周边凸缘210。如上 参照热交换器10所述的那样，凸缘206、 210之一嵌套在另一凸缘内。
图12示出了根据本发明第四个优选实施例的热交换器250。热交 换器250是第二和第三实施例的混合，因为热交换器250的管252具 有如同热交换器IO那样端部开口的第一端部254和如同热交换器150 那样构成整体歧管的第二端部256。热交换器250的其它部件，也就 是连接凸缘172、侧板182、 184和端部接头68如上所述。
下面将参照图13和14描述本发明的又一优选的特点。图13是图 5中区域C的特写。为了在管12和壳体44的侧板46、 48之间提供密 封，必须用填充金属完全填充管12和侧板46、 48之间的所有间隙。 如图13所示，在两个管12抵靠侧板46、 48 (图13中仅示出了侧板 48)的地方有大致三角形的间隙100。如果这个间隙100太大，填充 金属将不能被毛细流动可靠地拉入该间隙。为了提供更加可靠的密封， 优选地如图14所示那样修改管12和侧板46、 48以便提供更易于填充 的较窄间隙262。首先，根据图14的修改结构，构成管12的板88、 90的形状稍微改变以具有稍微更加圆化的边缘264、 266并且下板90 的侧部94的高度稍微减小。其次，侧板46、 48(图14的特写中仅板 48可见)至少在侧板46、 48的端部附近形成有肋268。这些肋268延 伸入相邻管12之间的区域以便提供相对狭窄的间隙262。
图15示出了根据本发明第六个优选实施例的热交换器的一对板 88、和90、。板88、和90、一起限定了基本上与上述热交换器10的管12 相同的热交换器管12、，除了管12、的上表面14、设有从一个端部22、 沿着管12，的中心部分26、纵向地延伸的细长直立肋270之外。肋270 具有基本上与端部22、相同的高度并且具有优选地与管12、的端部22、 构成平滑转变的一个端部272。肋270的另一端部274与管12、的另一 端部24、间隔开。类似地，管12、的下表面16、设有从端部22、纵向延伸 的细长凹陷肋276。肋276具有基本上与端部22、相同的高度，具有优 选地与管12、的端部22、构成平滑转变的一个端部278以及与另一端部 22、间隔开的相对端部280。通过让仅管12、的上表面14、或下表面16、 之一设有高度与相邻管12、之间的第二流体流动通道38的高度相等的 肋，将产生相同的效果。
在芯部11、(未示出)由堆叠的管12、构成时，相邻管12、的肋270、 276彼此间接合，从而形成防止第二流体直接横向地流过芯部的阻挡。 相反，第二流体必须在由肋270、 276形成的流动阻挡周围流动并穿过 肋270、 276的端部274、 280和相邻管12、的端部24、之间的间隙。在 这个实施例中，优选地将侧板(未示出)的第二流体进口和出口 (未 示出)定位为直接跨过芯部11、并且临近管12、的端部22、，以最大化 第二热交换器流体遵循的流程长度。位于这些位置中的进口和出口之 间的流动在图15中用箭头表示。将能理解到，肋可替代地设在管的内 部以便以类似的方式增大第 一流体的流程。
下面参照图16和17描述根据本发明第七个优选实施例的热交换 器300。热交换器300包括芯部11和一对端部接头68,它们示出为与 上述热交换器10和120的相同。热交换器300还包括一对与热交换器 120的侧板122、 124类似的侧板122、、 124、，因此用类似的附图标记 进行描述。
侧板122、、 124、密封第二流体流动通道38的侧部。侧板122、设有 进口 126、和升高的进口歧管128、并且侧板124、设有出口 130、和升高的 出口歧管132、。
热交换器300还包括一对端板302、 304，其在图16和17的优选 实施例中是平状和矩形的。端板的长度足以与芯部11的最上和最下管 12的端部22、 24重叠并密封地接合。端部302、 304优选地具有与芯 部ll基本上相等的宽度。因此，额外的第二流体流动通道形成于端部 302、 304和芯部11之间，其方式与上面参照热交换器10的端部50、 52所述的相同。
每个侧板122、、 124、以上面参照热交换器150所述的方式与芯部
11的侧部重叠并密封至其上。侧板122、、 124、优选地为U形，具有密 封至端部302、 304的倾斜凸缘，从而密封第二流体流动通道38的侧 部。凸缘优选地延伸端部302、 304的全部长度。如图16和17所示， 侧板122、设有凸缘134、、 136、并且侧板124、设有凸缘138、、 140。板 122、的一个凸缘134、密封至上端板302,另一凸缘136、密封至下端板 304。类似地，另一板124、的凸缘138、、 14(T分别密封至上端板302 和下端板304。
优选地，在热交换器300的装配期间，板122、、 124、的倾斜凸缘 134、、 136、、 138、、 140、摩擦地接合端板302、 304，从而减少或者避免 需要额外的固定设备以防止端板302、304和芯部11的管12在接合(例 如通过钎焊)之前偏移其相对位置。于是，侧板122、、 124、在热交换 器的装配期间提供了"自固定"并且简化了制造工艺。
在图17中，热交换器300示出为处于其已装配状态。如所示，端 部接头68的凸缘70可优选地以上述参照图4A的方式与侧板122、、 124、和端板302、 304间隔开。可选地，端板302、 304能以图4B所示 的方式被端部接头68重叠，在此情况下优选地使用与热交换器150中 相同的侧板122、 124，其中凸缘134、 136、 138、 140在未到达板122、 124的端部的地方终止以使得凸缘不会被接头68所重叠。可选地，端 板302、 304能以图4C所示的方式重叠接头68。
尽管已经参照某些优选实施例描述了本发明，但是本发明并不限 于此。相反，本发明包括其范围内落入权利要求范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种用于在第一流体和第二流体之间进行热传递的热交换器，该热交换器包括(a)包括堆叠的管的芯部，每个管具有顶壁、底壁、连接顶壁和底壁的侧壁、由顶壁、底壁和侧壁所包围的中空内部以及用于第一流体的进口和出口；其中每个管具有沿着纵轴间隔开的一对端部和定位在所述端部之间的中心部分，芯部中相邻管的端部沿着管的顶壁和底壁密封到彼此上，其中端部在高度上大于管的中心部分以使得芯部中相邻管的中心部分彼此间间隔开；(b)多个第一流体流动通道，每个都包括一个管的中空内部并且从第一流体进口纵向地延伸至第一流体出口；(c)多个第二流体流动通道，每个都包括位于相邻的成对的所述管的中心部分之间的空间，每个第二流体流动通道具有一对纵向间隔开的端部和一对横向间隔开的侧部，每个第二流体流动通道沿着其端部由所述成对的相邻管的端部所密封；和(d)覆盖第二流体流动通道横向间隔开的侧部的一对侧板，该侧板接合芯部中管的侧壁并且在管的端部中密封至管的侧壁，其中第二流体进口歧管设在一个侧板中并且第二流体出口歧管设在一个侧板中，一个歧管与一个第二流体流动通道相通。
2. 根据权利要求1的热交换器，还包括顶板，该顶板在侧板之间 延伸并且在其端部密封至芯部中最上管的顶壁，该顶板与最上管的中 心部分间隔开以形成用于第二流体的最上流动通道，最上流动通道与 第二流体进口歧管和出口歧管相通。
3. 根据权利要求1或2的热交换器，还包括底板，该底板在侧板 之间延伸并且密封至芯部中的最下管的底壁中的端部，该底板与最下 管的底壁中的中心部分间隔开以形成用于第二流体的最下流动通道， 该最下流动通道与进口歧管和出口歧管相通。
4. 根据权利要求3的热交换器，其中侧板、顶板和底板包括沿着 其顶面、底面和侧面覆盖芯部的连续壳体。
5. 根据权利要求4的热交换器，其中壳体由圆柱形管或者金属板 所形成。
6. 根据权利要求l的热交换器，其中每个侧板具有基本上平状的 侧壁，每个歧管包括侧板的直立部分，在该直立部分中，所述侧壁与 管的侧壁间隔开。
7. 根据权利要求1至6中任一项的热交换器，其中进口和出口歧管都形成于一个侧板中。
8. 根据权利要求1至6中任一项的热交换器，其中进口歧管形成 于第一个侧板中而出口歧管形成于第二个侧板中。
9. 根据权利要求1至9中任一项的热交换器，其中管的端部包括 位于顶壁和底壁两者上的直立台肩以及在所述台肩和管的端部之间延 伸的基本上平状端面，并且其中相邻的成对的管彼此接合并且沿着其 基本上平状端面密封在一起。
10. 根据权利要求1至9中任一项的热交换器，其中每个管具有 矩形的横向横截面形状，其中顶壁和底壁为基本上平状并且彼此间平 行，并且其中每个管具有基本上平状且彼此间平行的一对侧壁。
11. 根据权利要求10的热交换器，其中管的侧壁沿着芯部每一侧 为基本上平状且共面并且与一个侧板相接合。
12. 根据权利要求ll的热交换器，其中管具有恒定的宽度。
13. 根据权利要求1至12中任一项的热交换器，其中管是端部开 口的并且第一流体进口和出口形成于管的开口端部处，并且其中热交 换器还包括定位在芯部的相对端部处且与管的开口端部相通的进口和 出口接头。
14. 根据权利要求13的热交换器，其中进口和出口接头均包括与 管的端部重叠并密封到其上的纵向凸缘。
15. 根据权利要求14的热交换器，其中纵向延伸的间隙设在每个 端部接头的纵向凸缘和侧板之间。
16. 根据权利要求15的热交换器，还包括(a) 顶板，该顶板在侧板之间延伸并且在其端部密封至芯部中的 最上管的顶壁，该顶板与最上管的中心部分间隔开以形成用于第二流 体的最上流动通道，所述最上流动通道与第二流体进口歧管和出口歧 管相通；和(b) 底板，该底板在侧板之间延伸并且密封至芯部中的最下管的 底壁中的端部，该底板与最下管的底壁中的中心部分间隔开以形成用 于第二流体的最下流动通道，所述最下流动通道与进口歧管和出口歧管相通；其中每个端部接头的纵向凸缘与顶板和底板纵向间隔开。
17. 根据权利要求1的热交换器，每个管的第一流体进口和第一 流体出口中的至少一个包括在所述管的一个端部中的一对对齐开口 ， 一个开口形成于管的顶壁中并且另一个开口形成于管的底壁中，并且 其中相邻管的开口彼此间对齐以形成热交换器的进口和/或出口歧管。
18. 根据权利要求1至17中任一项的热交换器，其中管的中心部 分在其顶壁和底壁的一个或两者中设有直立凸起，每个凸起具有与同 一管或相邻管的顶壁或底壁相接合的上表面。
19. 根据权利要求18的热交换器，其中相邻管的凸起彼此接合。
20. 根据权利要求1至19中任一项的热交换器，其中湍流增强嵌 件设在一个或多个第一流体流动通道中，每个湍流增强嵌件具有基本 上与将鴻流增强嵌件容纳在其中的第一流体流动通道相同的高度，并 且其中每个湍流增强嵌件具有与管的顶壁接合的上表面以及与管的底壁相接合的下表面。
21. 根据权利要求1至20中任一项的热交换器，其中每个管包括 一对板，每个板具有一对纵向延伸的侧部，并且其中所述板沿着其侧 部密封在一起并且在侧部之间彼此间隔开以形成一个所述第一流体流 动通道。
22. 根据权利要求21的热交换器，其中每个板是U形的，在纵 向延伸的側部之间具有大致平状的中间部分，并且其中板的侧部相对于中间部分是带角度的。
23. 根据权利要求22的热交换器，其中板的侧部基本上彼此间平 行并且相对于中间部分带有大约90度的角度。
24. 根据权利要求22或23的热交换器，其中每对板的侧部彼此 嵌套。
25. 根据权利要求24的热交换器，其中每个所述板对包括第一板 和第二板，第一板的侧部嵌套在第二板的侧部内并且其中第二板的侧 部具有比第一板的側部要大的高度。
26. 根据权利要求25的热交换器，其中第二板的侧部在其整个长 度上具有基本上与第一流体流动通道相同的高度。
27. 根据权利要求24的热交换器，其中每个所述板对包括第一板 和相同的第二板。
28. 根据权利要求l的热交换器，其中每个侧板为U形，包括覆 盖芯部一侧的侧壁和相对于側壁带有角度的一对纵向延伸的凸缘，一 个凸缘密封地接合芯部中最上管的顶壁而另一个凸缘密封地接合芯部中最下管的底壁。
29. 根据权利要求1至28中任一项的热交换器，其中在芯部中相 邻管的端部中，在所述相邻管的侧壁之间形成间隙，并且其中侧板具 有设有一 系列间隔开的肋的端部，所述肋延伸入并至少部分地填充所 述间隙。
30. —种用于制造热交换器的方法，该热交换器包括由堆叠的 端部开口的管构成的芯部，每个管具有顶壁、底壁、连接顶壁和底壁 的侧壁、由顶壁、底壁和侧壁所包围的中空内部以及用于第一流体的 进口和出口，其中每个管具有沿着纵轴间隔开的一对端部和定位在所述端部之间的中心部分，芯部中相邻管的端部沿着其顶壁和底壁密封 到彼此上，其中所述端部在高度上大于管的中心部分以使得芯部中相 邻管的中心部分彼此之间间隔开；多个第一流体流动通道，每个都包 括一个管的中空内部并且从管的一个开口端部纵向延伸至另一个开口 端部；多个第二流体流动通道，每个都包括相邻的成对的所述管的中心部分之间的空间，每个第二流体流动通道具有 一 对纵向间隔开的端 部和一对横向间隔开的侧部，每个第二流体流动通道沿着其端部由所述相邻的成对的管的端部所密封；以及一对U形侧板，每个侧板具有 覆盖芯部一侧的侧壁和一对纵向延伸的边缘，所述边缘分别密封至芯 部中的最上管和芯部中的最下管，侧板具有用于第二流体的进口和出 口；该方法包括(a) 堆叠所迷管以形成所述芯部；(b) 将所述U形侧板附接至芯部的相对两侧，且每个侧板的一个 纵向延伸的边缘接合芯部中最上管的顶壁，每个侧板的另 一个边缘接 合芯部中最下管的底壁，其中侧板的边缘摩擦地接合最上和最下管以 将管在所述芯部中保持就位；和(c) 在足以将相邻管的端部密封在一起的温度下加热具有附接侧 板的芯部一段时间，以将侧板纵向延伸的边缘密封至芯部中的最上和 最下管，以及将侧板在管的端部中密封至管的侧壁。
31.根据权利要求30的方法，还包括将进口和出口接头附接至芯 部相对两端的步骤，所述接头具有纵向延伸的凸缘，所述凸缘安装在 最上和最下管的端部上并沿着其相应的顶壁和底壁与之接合，之后将 端部接头接合至芯部。
全文摘要
一种无集箱的热交换器具有由堆叠的扁平管构成的芯部，扁平管为矩形横截面并且第一热交换流体经过其中。管在其端部处在高度上扩展以在相邻板对之间提供空间用于让第二热交换流体在管之间经过。管的侧面至少在管的端部中是共面的，以提供平面，芯部可沿着所述平面例如通过钎焊或焊接密封至热交换器的侧板。侧板可分离地形成或者可构成连续壳体的一部分。管优选地由具有嵌套侧壁的板对所形成。
文档编号F28D7/16GK101184972SQ200680018844
公开日2008年5月21日 申请日期2006年3月21日 优先权日2005年4月1日
发明者艾伦·K·吴(吴家明), 迈克尔·A·马丁 申请人:达纳加拿大公司