热交换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热交换器以及热交换器的制造及组装方法，尤其涉及用于电机汽车的具有机械性地组装的封头(header)的空气流动热交换器。
【背景技术】
[0002]典型地，汽车通常设有引擎冷却系统，上述引擎冷却系统包括被称作散热器的热交换器。当引擎工作时，热从引擎向通过引擎流动的制冷剂传递。接着制冷剂通过一系列管道从引擎向热交换器流动。在热交换器中，热从制冷剂向经由热交换器的外侧部流动的温度更低的空气传递。这种过程自身连续循环反复，来对引擎进行冷却。
[0003]而且，热交换器还使用在用于涡轮增压器及超级增压器(supercharger)内的中间冷却器(intercoolers)和用于对电动车辆内的电力供给部进行辅助冷却的空气调节系统中。
[0004]典型的热交换器包括配置于通常被称作基体(matrix)的热交换部分的一端部的由通常被称作封头的两个腔室支撑的一系列管。基体包括从输入口及排出口向封头的一方向来在多个封头之间移送液体冷却剂的一系列平行的管。管之间的空气流动有助于冷却介质内的热的消散(dissipate)。为了提尚基体的表面积，并提尚基体的散热能力，通常在上述管跨设(spanned) —系列翘片(fins)，上述翘片在上述管之间以横贯管的长度的方向平行或锯齿形排列的方式延伸。
[0005]虽然封头可以部分或全部由聚合物材料形成，但由金属材料制造热交换器的基体，例如由铝合金制造热交换器的基体。并且，封头通常还具备由金属材料构成的底板，上述底板与上述管的端部连接。封头的侧壁可由金属材料制造，但由于费用问题，目前往往由塑料材料制造，上述侧壁通过如在金属材料内的起皱(crimps)来固定于上述金属底板，此时，上述金属底板与上述封头的侧壁之间的密封，由向上述底板与上述侧壁之间的接合部的周围延伸的柔软(compliant)并可压缩的密封垫或0型环来实现。
[0006]用于制造如上所述的热交换器的公知的方法有两种。其中之一为为了将基体和接合(joined)于上述基体的各个封头的金属部分一同焊接而使用可控气氛钎焊(controlled atmosphere brazing，CAB)。在这种说明中，将上述可控气氛钎焊工序或焊接工序称作“加热及熔合工序”。
[0007]用于制造如上所述的热交换器的公知的另一方法为通过采用基体与多个封头的机械性组装(MA)来避免相邻的多个金属构件之间的焊接或钎焊。在这种说明中，“机械性的接合部”和“机械性地相接合”等用语是为了指明借助不另行地一同连接的分离的接触(in-contact)构件来机械性地使相邻的多个构件一同被维持的任意的不被焊接或不被钎焊的多个接合部而使用。
[0008]在可控气氛钎焊工序中，相紧固的多个金属管在多个金属管之间留有空间，此时设置于多个管之间的间隙的通常以锯齿形配置的多个金属翘片位于上述空间内。在很多可控气氛钎焊热交换器中，多个管分别包括单一的封闭型通道，或代替性地，为了形成双重封闭型通道而借助沿着长度方向延伸的划分壁来分离的并行(side-by-side)的单一的通道对。管通常具有细长型(elongate)的横截面形状，实际具有矩形横截面形状，而且包括实际扁平的两个相向的相对长的多个侧部(sides)或多个面，以及两个相向的曲线形的短侧部或端部。接着，翘片焊接在长侧部，并且实际上，翘片并不以超出短侧部的界限的方式延伸。各个管的端部向金属封头底板内的开口的内部延伸。相邻的金属构件之间的间隙维持在小于约0.15mm，从而为了在构件之间形成钎焊接合部，当组装体通过钎焊炉(furnace)通过时，其间隙借助钎料相连并被密封。为了提供高导热度，优选地，上述多个金属构件均为铝合金。
[0009]在机械性组装工序中，翘片、管及封头并不全部借助金属接合部来相结合，而是借助摩擦连接或机械性连接来一同被维持。翘片以相对于多个管呈直角的方式连续延伸，来代替以沿着与多个管相同的方向延伸的方式被折叠或起皱(corrugated)，从而多个翘片具有用于使各个管通过的多个开口。在这种排列中，多个翘片以平行并密集方式隔开，而且通常延伸至基体的相向的前方及后方的多个表面。管具有圆形横截面，而且初期直径小于插入上述多个管的翘片的多个开口的直径。为了提供高导热度，优选地，多个金属构件均为铝合金。被称作“弹头(bullet)”的工具(tool)沿着各个管的内部长度被向下加压。弹头的直径大于管的初期内部直径，从而各个管以对翘片的开口加压的方式膨胀。这个借助机械性的结合部将翘片固定于管。各个封头的底板具有用于管的端部的开口。这种开口具有用于介于管的金属与底板之间的塑料密封件或橡胶密封件的充分的间隙。例如，周知的有，通过为了使多个管的端部机械性地膨胀并以此压缩(compress)密封部而使用向多个管的端部内被压入的圆锥形工具，来紧密(tight)密封的很多公知的方法。
[0010]与其他工序相比，各个工序分别具有特定优点和缺点。采用可控气氛钎焊工序来制造的热交换器在给定大小的热交换器中，提供高热交换容量，并在部分方式中，在机械性方面更加坚固(robust)，这是由于管扁平并延伸至热交换器的前方及后方的面，并以此保护多个翘片。而明显的缺点为钎焊工序需要经由费用高昂的钎焊炉的长长的通道。并且，在引擎及散热器冷却系统的工作过程中，散热器的管暴露于热循环(热交换器构件的升温及降温)中，这种热循环，随着相邻的管以不同的程度膨胀来诱导应力，从而因管的相邻而向管赋予轴方向负荷(loads)。以此，处于使用过程中的热交换器的热膨胀通常不均匀，而且根据制冷剂的流动模式在热交换器的特定部分内产生裂痕，从而有可能引起热交换器的泄漏及早期故障。尤其，为了将热交换器的容量最大化，管以相邻的多个管的多个面相互相向的状态，并以形成用于可使空气等制冷介质流通并流动的多个翘片的多个管之间的空间或通道的状态并行排列。因而，这种多个管的几何形状，在生成可使制冷介质通过的较大的表面积并可将热交换器中的空气流动的阻碍最小化方面优选。但是，这种类型的封头/管组合容易产生故障，这是由于应力集中于沿着封头/管的接合部，尤其集中于多个管的头部(nose)周围和多个管壁紧密弯曲的位置。
[0011]机械性组装工序不需要高昂的钎焊炉，可用于生产低廉的热交换器。由于多个管的端部和多个封头之间的多个接合部采用机械性的方式接合，因而多个压缩接合部可被设计成允许由热交换器被加热或被冷却时的不同的热膨胀而产生的多个管和多个封头之间的略微的长度方向的移动。由此，所有机械性热交换器减少或实际排除多个热交换器构件之间的热应力，以此，提高热交换器的可靠性以及延长热交换器的寿命。但是，这种热交换器在给定的大小下，热传递效率低，因此，为了提供相同的容量，机械性接合的热交换器应大于其他热交换器。因而，在以任意的给定的用途来使用时，需提供用于更大的热交换器的大空间。在多个圆形冷却翘片的前后延伸并平行的多个翘片，与在采用可控气氛钎焊工序形成的热交换器的扁平的多个管之间嵌套(nested)的锯齿形翘片相比，相当不坚固。为了将热交换容量最大化，翘片的厚度应为约0.1_，而且这种多个翘片通过手指的按压也容易变形。任何这种破损降低经由热交换器的空气等的制冷介质的流动。在汽车散热器中，经常由石子或砂砾(grit)击打散热器，来对基体的冷却率引起积累性损伤。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于，提供可解决上述多个问题中的至少一部分的热交换器以及热交换器的制造及组装方法。
[0013]根据本发明的第一实施方式，提供一种热交换器，这种热交换器包括:
[0014]基体，其由全金属连接而成，上述基体包括多个实际平行的金属管以及多个金属翅片，上述管具有热传递部分，上述热传递部分呈细长型横截面形状，并包括两个相向的长侧部及两个相向的短侧部，上述翅片位于相邻的上述管的热传递部分的相向的长侧部之间；以及
[0015]第一封头及第二封头，上述管分别在上述管的相向的端部具有第一端部部分及第二端部部分，上述第一端部部分及第二端部部分分别与上述第一封头及第二封头相接合，由此上述基体在外部介质和借助上述管而在上述封头之间移送的制冷剂之间传递热，
[0016]上述管中的至少一个借助至少一个自适应部件来在上述第一端部部分与上述第一封头机械性地相接合，上述自适应部件向上述第一端部部分的周围延伸来提供与上述第一端部部分之间的密封部以用于在上述热交换器内维持的制冷剂，并且允许由上述基体的热膨胀及热收缩引起的上述机械性地相接合的管和第一封头之间的相对移动。
[0017]上述自适应部件可由塑料材料或橡胶材料而成，优选地，具有弹性，由此可弹性变形，并且可根据从外部施加的力来膨胀及收缩。
[0018]虽然这种普通的说明为对具有机械性接合部的热交换器的说明，尤其与第一封头及管的第一端部部分相关，但需注意的是，第二封头及管的第二端部部分可选择性地具有与第一封头及管的第一端部相同的特征。
[0019]代替性地，由于机械性地接合的管的第一端部部分及第一封头的相对运动被上述管的第一端部部分与第一封头之间的自适应部件收容，因而通过在加热及熔合工序中制造的第二封头和管的金属材料之间的连接，管的第二端部部分可全部与第二封头相接合。
[0020]通常，上述自适应部件与管直接接触来对在热交换器内维持的制冷剂与管一同进行密封，而且上述自适应部件允许由上述基体的热膨胀及收缩引起的相对于上述第一封头的机械性地相接合的上述管的第一端部部分的沿着管的长度的相对移动。
[0021]通常上述翘片可在相邻的管的相向的长侧部之间延伸，上述管及翘片的排列在加热及恪合工序中被固定(fixed)，来形成全金属连接的基体。基体可具有相向的第一面及第二面，上述管的更长的侧部在第一面与第二面之间延伸，从而在热交换器的使用过程中，为了使空气等的外部介质实施热传递，使得空气等的外部介质通过基体从第一基体面向第二基体面流动。因而，热传递部分可以为在基体的相向的第一面及第二面之间延伸的实际呈矩形的横截面。
[0022]在存在封头和管之间的机械性接合部的位置被允许的相对运动，防止因基体和/或封头的不均匀的热膨胀而导致的应力被累积。并且，机械性接合允许封头和管之间的广义上的可能的接合方式，另一方面，依旧维持全金属连接的基体的优点、尤其在紧凑(compact)的形态下具有较高的热传递效率的优点以及可设计成在相邻的细长型管之间的物理损伤中部分保护翘片的优点。
[0023]例如，通过可控气氛钎焊工序、锡焊工序、钎焊工序或在