热交换器中水箱用挡板的制作方法

专利名称：热交换器中水箱用挡板的制作方法
技术领域：
本发明涉及热交换器，具体涉及热交换器中所用挡板。
近年来，越来越普遍地采用所谓“顺流式”热交换器。有代表性的一种结构示明在1987年8月25日授予Saperstein等人的证书号为4688311的美国专利中。
上述这种热交换器获得广泛应用，包括用于空调和制冷系统中的冷凝器和蒸发器，用于用来冷却润滑油或工作液的润滑油冷却器中，特别是用于车辆中。事实上，先有技术中已指出甚至能将顺流式热交换器用作散热器来冷却发动机的冷却剂。
当前的顺流式热交换器一般是用铝材制成，使用两个分开的管式水箱。水箱之间延伸着一批扁平的管，它们与水箱内部形成流体通连。在这些扁平管之间则有蛇形叶片。
传统上，铝被选用作上述热交换器的材料，结果实现了一种紧凑而重量轻的热交换器，这种热交换器特别是在扁平管内流体通道的液力直径0.070英寸时，能以极其良好的效率工作。
在许多应用中，总是希望热交换器中所含的流体不止一次地通过热交换器，即通过此热交换器设置 的冷却空气通道。为了实现这一目的，惯例是将一或多块挡板设在一或两个水箱之中，以得到所希望的多次通过形式。
一般，上述挡板是一些设置于水箱内槽缝中的板形插件。当所用材料是铝材时，为了使这些槽缝以及挡板的接触点相对于水箱的内部密封，需依赖于钎焊合金的流动来密封任何空隙。在水箱中应用槽缝常会降低其强度，在某些情形下，由于在钎焊过程中对热交换器要加热，而因在水箱中的流体压力下就会形成显著数量的出现漏泄的水箱。
在另一些情形下则是把罩状的挡板沿轴向插装到水箱内所需位置处，然后在此位置钎焊。虽然这样的挡板通常是完全不会有漏泄的问题，但这种安装方法本身却不能用于内部横剖面可变的水箱中。
在1986年10月7日授予Sapers tein等人的证书号为4615 385的美国专利中，公开了一种用于前述类型热交换器的优越的水箱。为了改进最终形成的热交换器的强度，每个水箱是由一种大致呈圆柱形的管所构成，这种管的一侧上形成有一列管槽。各管槽之间形成有一个拱顶，这种拱顶呈复曲线形。由于在相邻管槽之间采用了拱顶，就能在最终形成的热交换器中的上述管与水箱的连接处使应力显著减少，由此制成了一种结实得多的热交换器。
但是，由于采用了这种拱顶，水箱的横剖面在形成各拱顶处就较大而在形成各槽缝处就较小。结果使得至今都未能提供具有可沿轴向插入其中的挡板的水箱。
本发明的目标便是去解决一或多个上述的问题的。
本发明的主要目的在于给出一种新颖的和改进了的方法，以提供具有一块内部挡板的水箱。确切地说，本发明的一个目的在于提供一种将一块挡板安装到管式水箱内的新颖的和改进了的方法。
本发明的另一个目的在于提供这样一种热交换器，其中的水箱内设有依据本发明的工艺或方法提供的挡板。
本发明的再一个目的在于提供一种新颖的能用来实施本发明的挡板预制件。
用来将挡板安装到热交换器管式水箱中的方法的一种典型实施例包括下述步骤(a)提供一种其凹侧周边小于水箱内周边的挡板，(b)将此挡板定位于水箱内要求安放到的位置上；以及(c)给此挡板施加一压力而将此挡板压成平面形式。
在上述各步骤之下，此挡板便在水箱内沿周边伸展开而同水箱的内侧配合，而在这种配合处例如(但不一定要)可以用钎焊固定和密封住。
在这种方法的一个实施例中，挡板呈凹-凸形，具有大致圆形的周边，还包括一个大致在中央的凸形拱顶，此拱顶则在周边上为一种沿径向朝外的裙部环绕。
在本发明的一个最佳实施例中，水箱与挡板都采用铝材，而挡板的两侧则镀有黄铜。
在本发明的某一实施例中，执行步骤(b)时是把水箱装到一根心棒上，同时使此心棒抵靠一止挡件，然后将挡板置放到水箱内且与此心棒邻接。
在本发明的某个实施例中，执行步骤(c)时是在执行步骤(b)后将第二根心棒置放到水箱内，然后将此第二根心棒移向挡板并朝向前面提到第一根心棒运动。
在本发明的一个实施例中，步骤(b)之前有一个在挡板的所需定位到的位置处确定水箱内侧尺寸的步骤。
上述定尺寸的步骤是这样地进行的将一根可展开的心轴定位于水箱内所希望的位置处，然后将此心轴在水箱内展开到所需位置。
在本发明的一个最佳实施例中，上述可展开的心轴是一种有裂口的心轴，而展开此可展开的心轴的步骤是通过将一楔形件加入到此有裂口的心轴内来执行的。
在本发明的一个实施例中，提供了这样一种热交换器，它包括一个其中有挡板的水箱，而这一挡板则是依据上述工艺过程制造的。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用来制造有挡板的管式水箱的热交换器的挡板预制件。这种挡板预制件包括一种具有凸侧和相对凹侧的金属片。此金属片是圆形的，在它的一侧上具有直径较此金属片直径小的半球形拱顶，此金属片还有一个从拱顶底延伸到金属片周边的沿径向朝外的裙部。
这种裙部最好是取截头锥形。
在一最佳实施例中，上述裙部的最小底边合并到拱顶底边中，同时此裙部还沿轴向从拱顶伸延出去。
上述金属片是由铝片形成并在两侧镀铜。
本发明还提出了一种制造具有内部挡板的热交换器水箱的方法，包括以下步骤(a)提供一种大致呈圆柱形的管式水箱，在它的一侧有一列管用接纳槽，这些管用槽由取复曲线型的拱顶分开，此水箱的横剖面在拱顶处较大而在管用槽处较小；(b)提供一种凹形挡板，它具有呈大致圆形的周边，此挡板具有一个小到足以置纳于水箱内的直径并于上述较大横剖面处大致沿横向定位，同时大于上述较小横剖面经度的直径；(c)将此挡板在水箱内定位到所需的一个拱顶处；(d)使挡板相对于水箱大致取横向；以及(e)在所需的一个拱顶处使挡板压扁成一般平面构型。
在执行步骤(e)时，最好是在挡板的相对侧上使前述有裂口的心轴作相互相对的移动。
在执行步骤(b)时，最好提供一种由片状材料构成的挡板，它有一个为大致沿径向朝外的裙部所环绕的拱顶。
在此实施例中，拱顶大致呈半球形而裙部则最好是一般的截头锥形。
本发明的其它目的与优点当可从下面结合附图所作的描述中获得理解。


图1是依据本发明制得的热交换器，具体地说一种冷凝器的部分分解图，此冷凝器可以包括带有一依照本发明制备的内部挡板的水箱。
图2是其中安装有按照本发明制成的挡板的水箱的放大的局部剖面图；图3是用于本发明中的挡板预制件的侧视图；图4是上述挡板预制件的平面图；图5是包括有本发明的内部挡板的水箱的热交换器制造方法的框图；图6是本发明的方法中供选择的一个步骤在执行过程中的剖面图；图7与图6类似，但所示是在实施本发明中的另一个步骤；而图8是用来执行图7中所示步骤的心棒的横剖图。
下面结合一种热交换器(内行的人当知其是冷凝器)，由附图来阐明本发明的一个典型的实施例。但应清楚地认识到，本发明的适用范围不止是冷凝器，而是可以用于任何采用管式水箱的热交换器，包括(但不限于)蒸发器与润滑油冷却器。
参看图1，从中看到可以采用本发明结果的一种顺流式冷凝器包括两个大致平行分开的水箱10与12。水箱10与12最好由大致圆柱形的管制成。在它们的相对侧面上设有一列大致平行的槽或孔口14，用来接纳扁平的冷凝管20的相应端部16与18。管式水箱10与12最好是焊合的，因而包括一焊缝，例如在水箱12中示明于19处。
槽14是在水箱10与12的相对侧面上模冲出的。槽14自然是细长的而以其纵向横切水箱10与12的展长方向。
在槽14之间，于22所示的区域中，每个水箱10与12最好设有一个大致呈球形的拱顶来改进抗压特性，这已在上述普遍转让的证书号为4615 385的美国专利中有过较全面的说明。
水箱10的一端为一个钎焊或焊合到其上的罩24封闭。在本发明的这一最佳实施例中，各个部件都是由铝材形成且全都是钎焊到一起，因此，在通常情形下，所采用的钎焊方式与用来将罩24紧固到水箱10上的方式相同。类似地，将例如连接件26这样的连接件纤焊到其它的部件上，而可以将一根管28连接到连接件26上以给此冷凝器限定出一个出口。
水箱12的下端为一个罩30封闭，罩30最好与罩24相似，钎焊在适当位置上，同时在水箱12的上端设有一个焊合或钎焊就位的连接件32。通常此连接件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与12间延伸且在其间形成流体连通。这批管在几何结构上以及在水力学原理上也都是相互平行的。在两个相邻的管20之间设有蛇形叶片34，当然，必要时也可采用板状叶片。在水箱10与12之间延伸着上侧通道36和下侧通道38来加固整个系统。通道36与38的各端包括一个向外翻转的凸缘39，它们适用来与相邻的水箱10或12结合。
如图1所示，每根管20都是扁平的，管内有波浪形的隔件或插入有细长的构件。这种插件以横剖面图较全面地公开于前面提到的证书号为4688311的美国专利中。但应认识到可同样地采用多通道的挤压成形管。
根据以上的描述，内行人当可认识到这已经说明了一种单通道的顺流式热交换器。但如以前所述，在某些情形下最好还是要有多通道的形式。这时，要将一或多个挡板置于管式水箱10与12的一个或另一个或它们两个之中。
再来参看图2，其中示明了水箱10，但应认识到这里所阐明的同样适用于水箱12。
具体地说，管用槽20如图所示是用来接纳管14的端部16的。各扁平管14之间的拱顶22也在图中表明，但应认识到，在沿平行于水箱10展长方向截取的剖面上看，拱顶22是呈弯曲形式的。
应知由于水箱10大致呈圆柱形，这批拱顶20在通过它们中的任何一个沿横切水箱10的方向所截取的剖面都会具有弧形的外观。这样，拱顶22是由复曲线形成并如图2所示，结果使得水箱在各拱顶22处具有较大的横剖面42，而在各管用槽20处具有较小的横剖面44。
由于管用槽20和拱顶22只是位于各水箱的一侧，故可知至少有一部分水箱将在超过180的弧长上保持一种在内部的圆柱状形式。
在所需的拱顶22中之一的中心处将一挡板46设在所要求的位置上，且按横切水箱10的展长方向定向。在组装热交换器时，用钎焊使水箱就位。
如图2所示，挡板46大致呈平齐形状，但通常在其一侧上有一个小而浅的凹座以及一个与此浅的凹座48相对的浅的隆起区50。在多数情形下，在邻接拱顶52处，此挡板46会有一个轻微的角度偏转。
挡板46是由例如图3与4中所示的预制件形成。这种预制件基本上是一个圆片件60，且在其一侧上有一个半球形的拱顶62。拱顶62的底边64与截头锥形裙部66的最小底边合并。这样的布置使得预制件的圆片件60在其左侧如图3所示呈凸形而在右侧则呈凹形，亦即凸-凹状。
片件60可取一块两侧镀铜的圆形铝片，把它向下压到一个球状支承体上，后者的直径等于半球形拱顶62的内表面68的直径。
如图3所示，此圆片件的高度用“H”表示，而直径以“D”表示。一般，“D”对“H”之比应为2∶1或更大。
下表中示明的参数可用来形成用于热交换器水箱标准铝管中的挡板。可用来制造挡板的一种材料是No.12的0.062″厚两边镀4343号铜的铝片。下面所有尺寸除非另有说明都是以英寸给出。
水箱尺寸挡板直径(D)球部形成直径拱顶高度(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现在来参看图5，其中示明制造热交换器的方法中的步骤。第一步是形成带有管用槽与拱顶的水箱，示明于框70中。这一步相当于按照前述美国专利4615385号所公开的内容来制造水箱10与12。
在水箱形成后，可以有选择地如框71所示设置一伸展式心轴，同时如框72所示伸展开此心轴来确定此水箱的尺寸。框71与72所示的步骤是供选择的，取决于在形成水箱中保持公差的能力。框71与72所示步骤的完成方式示明于图6中。从此图可以看到，有一心轴位于一停止面82上。形成的一个水箱例如水箱10则位于心轴80的上方。
心轴80的上端有一个示明于84处的裂口，此心轴是由有相当弹性的材料制成。在裂开的心轴80的一支88上形成有一个大致圆形的撑圈86，而在此裂开的心轴的另一支92上形成有一相似的撑圈90，这些卷边名义上具有与水箱内径相等的半径，但当这两个卷边合在一起时，尽管出现有一个较小的横剖面段44(图2)，它们也能迅速地通入水箱10内。
心轴80的长度与停止面82的关系要使得撑圈86与90位于挡板最终将定位到的所选择的拱顶22的中心处。将一楔形件94从水箱10的相对端插入裂开的心轴80的两支88与92之间，迫使撑圈86与90同拱顶22与水箱10壁部的相对部分结合。所选择的拱顶22内部的尺寸要取决于楔形件94在心轴80内的插入程度，而这一插入程度又要选择成能在插停的位置处获得所需要的横剖面形状，而这种横剖面形状则由于上述定尺寸作业的结果，从一个水箱10到一个水箱都是均匀的。
自然应该认识到，要是在水箱10的制造中能保持公差，那就不需要进行图5中框70与72所示的步骤。这时可直接执行此方法中的由框100所表示的，将水箱10放置到一抵靠停止面103的固定心轴或心棒102之上。如图7所示，此固定心轴有一个上表面104，它位于相对停止面103所选择的拱顶22的中点下方0.031英寸(制备预制件所用片料厚度的一半)处。这一距离是相对于用来制造上述预制件60的铝片厚度0.062英寸来选择的。
预制件60可以沿侧向引导到水箱10内，然后转到此水箱10长向的横切方向，最后落定到上表面104上，而以拱顶62处于最上面。
上述步骤示明在图5的框102中，各个部件的最终定位清楚地给出于图7中。
然后将上述挡板朝一平面构型压迫而展开此挡板。具体地说是使预制件60压平，而这是通过使一可动的心棒或心轴110在水箱10内向下运动与拱顶62相结合，施加压力来实现的。完成这一步骤后，预制件60便将作为图2所示的挡板46出现。
为便于进行上述加压过程，心棒和/或心轴102、110取一般圆柱体构型，外形与水箱10或12的内周边构型逼近。对心轴的一个表面同样设定为一平面112(图8)，由此允许在与管用槽20相邻接的相对较小的横剖面处留有余隙。
将此挡板展开的步骤如图5中框114所示，执行完这一步骤后如框116所示从心轴上卸下水箱10。
然后将水箱10移至一检测段，确定挡板是否已适当就位。此步骤示明于框118处，这只需将一光源置于水箱10的一端同时将一感光装置设于相对一端即可。
假定在框118所示的步骤中已探测到挡板118的存在，则如步骤120即框120所示，将一识别标志设于水箱之上，以便于下一步检查。在对水箱作出标志后，将钎焊焊药(例如所谓Nocolok钎焊过程中所用的氟铝酸钾焊剂)引入到原先为拱顶侧面的挡板46的侧面上。这一步骤示明于框122中。
然后将各部件按图1大致所示的构型组配起，并用适当的周知的固定器件使其保持就位。此步骤由框124表明。然后将此固定器件放入一钎焊炉内，按框126所示将各部件钎焊到一起。
再将这一最终所得的组合件进行检验、包装与装运。
从上述可知，本发明的方法不涉及到由于在水箱上开槽而减弱其强度的问题，也免除了因这项成形作业而带来的费用问题。避免了因通过槽缝引入挡板而有的漏泄问题，还可以通过沿轴向插入挡板而能获得更好的密封，而且即使是这种在一最佳实施例中的水箱，是取以拱顶位于管槽之间因而具有不规则内部形状的类型时，也是如此。自然，本方法在有需要时也可用于具有完善的圆柱形内部而没有拱顶的情形。
权利要求
1.将挡板安装到热交换器的管式水箱中的一种方法，此方法包括下述步骤a)提供一块具有凹形侧面且具有一个小于水箱内周的周边的挡板；b)将此挡板设定于水箱中的所需位置上，以及c)对此挡板施加一压力以将此挡板压成平面形式。
2.如权利要求1所述方法，特征在于所述挡板取凹凸形，有一个大致圆形的周边，且包括一个在周边上为一沿径向朝外的裙部所环绕的大致居中的凸形拱顶。
3.如权利要求1所述方法，特征在于所述水箱与挡板都由铝材制成，而挡板的两侧都镀有铜。
4.如权利要求1所述方法，特征在于在执行上述步骤b)时是把水箱放到一心棒上，并使此心棒抵靠住一止挡件，然后将挡板放到水箱内与此心棒邻接。
5.如权利要求4所述方法，特征在于在执行上述步骤c)时是于执行完步骤b)后将第二根心棒放到水箱内，然后使这第二个心棒去压顶挡板并朝向前面第一次述及的心棒运动。
6.如权利要求1所述方法，特征在于在执行步骤b)之前要执行一个在前述所需位置上确定水箱内部尺寸的步骤。
7.如权利要求6所述方法，特征在于，上述确定尺寸的步骤是按下述方式进行将一可展开的心轴设定于所述水箱内的所述位置上，然后伸展开此心轴进入水箱内的所需位置。
8.如权利要求7所述方法，特征在于所述可伸展开的心轴是一种有裂口的心轴，而所述将此可伸展开心轴伸展开的步骤是通过将一楔形件压入此有裂口的心轴内进行。
9.一种热交换器，它包括一个水箱，此水箱中设有如权利要求1的方法所制的挡板。
10.用于具有带挡板的管式水箱的热交换器制造中的挡板预制件，此预制件包括一块具有凸侧面和相对凹侧面的金属片，此金属片呈圆形并有一个大致为半球形的拱顶，此拱顶的直径小于圆片在其一个侧面上的直径，同时有一沿径向朝外的裙部从此拱顶底边延伸到此金属片的周边。
11.如权利要求10所述的挡板预制件，特征在于所述裙部呈一般的截头锥形。
12.如权利要求11所述的挡板预制件，特征在于所述裙部合并到所述拱顶的底边中，同时所述裙部还沿轴向从此拱顶延伸出。
13.如权利要求12所述的挡板预制件，特征在于所述圆片是由铝片形成并在两面上镀铜。
14.制造一种带有内部挡板的热交换器水箱的方法，此方法包括下述步骤a)提供一个大致呈圆柱形的管式水箱，此水箱的一侧有一列管用接纳槽，它们由取复曲线构型的拱顶分开，此水箱的横剖面在所述拱顶处较大而在所述管槽处较小；b)提供具有大致为圆形周边的凹凸挡板，它的直径小到足以使它纳置于所述水箱内，并在上述的较大横剖面处大致按横向定位，同时这一挡板大于前述的较小的横剖面；c)将此挡板在水箱内定位到所需的一个拱顶处；d)使此挡板取大致横切水箱的方向；以及e)在所需的一个拱顶处将挡板压扁成大致平面的构型。
15.如权利要求14所述的方法，特征在于进行步骤e)时是使在此挡板相对侧面上的心轴按相互相对的方式移动。
16.如权利要求14所述的方法，特征在于进行步骤b)时提供了一种片状材料的挡板，它有一个拱顶，此拱顶为一大致沿径向朝外的裙部环绕。
17.如权利要求16所述的方法，特征在于所述拱顶呈大致的半球形。
18.如权利要求16所述的方法，特征在于所述裙部呈大致的截头锥形。
19.将挡板安装到热交换器用管式水箱中的一种方法，此方法包括下述步骤a)提供一块具有一个凸侧面且周边小于此水箱内周的挡板；b)将挡板设在水箱内所需位置上；以及c)对挡板施加压力将其压成一平面形式。
全文摘要
将一块挡板安装到热交换器用管式水箱中的方法，此方法包括下述步骤a)提供一块凹-凸形的且具有一个小于水箱内周的周边的挡板；b)将此挡板设定到水箱中的所需位置上；以及c)对此挡板施加一压力以将其压成一平面形式。
文档编号F28F9/02GK1152706SQ96110680
公开日1997年6月25日 申请日期1996年7月19日 优先权日1995年7月19日
发明者丹尼尔·J·布什, 哈尔·W·卡曾斯, 埃德·L·汉里克斯, 唐纳德·R·约翰森, 托马斯·F·米切尔, 詹姆斯·L·韦尔曼 申请人:穆丹制造公司