阅读说明：本技术 热交换器 (Heat exchanger ) 是由 斯科特·爱德华·肯特 科特·罗斯·米特尔菲尔德特 于 2019-07-25 设计创作，主要内容包括：一种热交换器(1),包括第一歧管(2)和第二歧管(3),歧管之间经由至少一个管子(4)通过在歧管(2、3)和管(4)之间的至少一个钎焊接头流体连接。钎焊接头由钎焊材料组成。第一歧管(2)和第二歧管(3)由熔点高于钎焊材料的非钎焊材料制成。非钎焊材料在硬焊期间不会熔化。歧管(2、3)中的至少一个具有至少两个非钎焊材料层。(A heat exchanger (1) comprising a first manifold (2) and a second manifold (3), the manifolds being fluidly connected to each other via at least one tube (4) by at least one brazed joint between the manifolds (2, 3) and the tube (4). The braze joint is composed of a braze material. The first manifold (2) and the second manifold (3) are made of a non-brazing material having a higher melting point than the brazing material. The non-brazing material does not melt during brazing. At least one of the manifolds (2, 3) has at least two layers of non-brazing material.)

热交换器

技术领域

本发明涉及一种应用于住宅、商业、运输和汽车市场的热交换器。

背景技术

诸如加热器和散热器之类的热交换器使用折叠管已经多年，使用焊接管也是常见的。折叠管定义为一种部分或完全由条带状材料形成的管，并且通常经过滚轧并在焊接之后形成能够容纳该管旨在所用于的特定类型的热交换器的工作液的形状。这种通常滚轧成形的管能够由一个或多个单独的导热材料条带形成。将导热材料成型使得管体具有至少一个内部通道或形成的端口以供流体流通。由于导热材料的折叠，产生了至少一个在管体的纵向方向上延伸的外部接缝。由于材料条带成型时产生的半径，使得该接缝能够具有三角形或Δ形横截面。折叠管用于其他热交换器(包括油冷却器、冷凝器和蒸发器)是最近才兴起的。在冷凝器中使用折叠管之前，主要使用的是挤压管。对于蒸发器，平板或挤压管是最常见的管技术。

不管热交换器类型如何，使用挤压管或焊接管或折叠管的热交换器通常包括彼此间隔开并通过至少一个管子流体连接的第一歧管和第二歧管。通过该管从第一歧管流到第二歧管的第一流体与管的内表面热接触，同时如环境空气的第二流体与管的外表面热接触。通常，这样的热交换器与多个管(折叠的和/或挤压的和/或焊接的)组装在一起，其中两个相邻的管通过诸如波纹肋片的延伸的表面来跨越以增加用于热传递的可用表面。只要两种流体具有不同的温度，就能够通过管实现从较热流体到较冷流体的热传递。

这样的热交换器通常分两步制造。在第一步骤中，热交换器的部件，即至少歧管、连接管和肋片组装形成整体结构。在第二步骤中，通过钎焊将部件连接在一起。钎焊过程要求填料或钎焊材料的熔点低于热交换器的相邻部件。

管结构的类型影响哪些部件采用钎焊材料和哪些部件不用钎焊材料。为了能够确保热交换器牢固且成本高效地制造，钎焊材料通常与基础材料一体地滚轧形成管材料，并且最常滚轧在作为滚轧板产品的部件上，尽管存在外部材料是钎焊材料的共挤压歧管。当将钎焊材料施加在滚轧板上时，通常称它为“钎焊包层”。合适的钎焊材料必须具有特别设计的熔化温度，以在低于主要或母体材料的特定温度下熔化，这样一旦硬焊过程完成，钎焊材料熔化并流动形成冶金结合，从而能够保持部件的结构。

对于挤压管，在歧管柱体由单个部件制成的情况下，钎焊包层与集管或歧管的基础材料一体地滚轧。在钎焊过程中，歧管的钎焊包层熔化并在歧管和挤压管之间产生钎焊接头。

对于折叠管，钎焊材料通常与基础材料一体地滚轧形成，作为折叠管的滾轧形成的条带材料板的其中一层。钎焊材料也能够出现在歧管或集管上，但这样做会带来折叠管被腐蚀的风险。

尽管炉内温度分布基本均匀，但折叠管比更重的歧管更快地达到最终温度。这至少暂时地产生沿着热交换器的温度梯度。在此期间，对应的折叠管的中间达到最高温度。由于该温度梯度和相应管体间隙的毛细作用，液体钎焊材料沿着相应管体间隙从歧管向相应折叠管的中间流动。当液态钎焊材料流过折叠管的接缝表面时，它部分地溶解该表面，导致沿折叠管在纵向(沟槽)以及横向(底切)方向上的腐蚀。因此，折叠管的结构强度在这种腐蚀处附近降低。这能够导致对沿着折叠管的内部通道或开口流动的流体的耐压性降低。另外，在这种侵蚀附近的折叠管的化学组成和加强结构发生变化，可能使热交换器更容易腐蚀。

发明内容

本申请目的用于指定一种具备改进的耐腐蚀性和改进的结构强度的热交换器。

通过使用包含至少两个非钎焊材料层的歧管来实现此目标。

根据本发明的一个方面，热交换器包括第一歧管和第二歧管，它们通过至少一个管子相互流体连接。该管子能够是折叠管、焊接管或挤压管。折叠管能够使用多层滚轧板制造，其中至少外层是钎焊包层材料。多层板能够包括至少一层初始材料或“芯”材料。管轮廓可以通过使用至少一个多层复合材料条带通过滚轧成形来形成，其中，芯材料具有比钎焊包层更高的熔点。芯材料可以是铝或铝合金。钎焊包层可以是铝-硅合金，其与铝芯相比具有更低的熔点。根据制造工艺的要求，通过选取铝硅合金中的硅含量可以调整钎焊包层的熔点和液相线。

另一方面，管轮廓具有至少一个通道或开口以便流体在第一和第二歧管之间流动。管轮廓构成为包括形成基本上沿折叠管长度方向延伸的腹板或肋的若干内部折叠。内部腹板或肋限定流体流动的若干通道。这些内部腹板或肋增加了管和流经管的流体之间的表面，从而改善了热传递。另外，内部腹板或肋增加了管的结构强度。

根据本发明的另一方面，第一歧管和第二歧管由熔点高于钎焊材料的非钎焊材料形成，因此非钎焊材料在钎焊期间不熔化。术语“非钎焊材料”包含了歧管能够由单一的非钎焊材料、几种非钎焊材料的组合物、一种非钎焊合金或几种非钎焊合金的组合物形成。因为至少一个歧管具有至少两个非钎焊材料层，其中某一个层能够作为牺牲层，所以在改善歧管的耐腐蚀性的同时歧管乃至整个热交换器的结构强度都得到改善。

在钎焊过程中，在歧管和管子之间产生至少一个由钎焊材料构成的钎焊接头。如果使用折叠管，相应折叠管的钎焊包层熔化并形成纵向的封闭相应折叠管接缝间隙的钎焊接缝。在化学上，折叠管包覆层和管材料的外表面相互作用形成牺牲腐蚀层。

在本发明解决方案的有利改进中，具有至少两个非钎焊材料层的歧管能够具有内部非钎焊材料层和外部非钎焊材料层，其中外部非钎焊材料层与内部非钎焊材料层相比更具有阳极性并且比内部非钎焊材料层更易腐蚀。由于外部非钎焊材料层更容易腐蚀，该层对内部非钎焊材料层来说是牺牲层。外部非钎焊材料层通过促使腐蚀在牺牲外层上横向漫延而不是穿透芯材料来保护内部非钎焊材料层(芯材料)。在一段时间内，腐蚀只会影响外部非钎焊层。因此改善了歧管的耐腐蚀性。

在本发明的另一个有利方面，包含至少两个非钎焊层的歧管具有内部非钎焊材料层和外部非钎焊材料层，其中外部非钎焊材料层具有比内部非钎焊材料层相等或更高的强度。因此在改善了歧管的强度同时也改善了耐压性。外部非钎焊材料层在电化学上也可能没有足够的不同来做牺牲层，但相比内部非钎焊材料层仍然提供了强度改善。

在本发明的解决方案的有利改进中，包含至少两个非钎焊材料层的歧管是通过滚轧和焊接而制成。包含至少两个非钎焊材料层的歧管能够通过滚轧多层复合板形成。歧管能够用多层复合板一体成型。在执行滚轧成形工艺后，能够利用焊接来获得歧管的防渗透构造。为至少两个非钎焊材料层的使用提供了一种生产定制歧管的途径。受滚轧成形工艺影响，歧管在给定壁厚的情况下提供了足够的强度。另外，硬度太高以挤压材料的高强度合金能够被使用到。因此，高强度的滚轧成形的合金会提供不可能挤压的硬度。

根据本发明的其他方面，包含至少两个非钎焊材料层的歧管能够通过共挤压形成，然后进行拉伸。歧管能够一体成型。外部非钎焊材料层能够被挤压在内部非钎焊材料层上。如果不能获得滚轧成形工具，该解决方案是有利的，因为不需要购买这种工具从而避免初始投资。歧管能够单拉伸或双拉伸，提供更高的强度。

根据本发明的又一方面，热交换器包括第一歧管和第二歧管，它们通过至少一个管子流体连接。这种管子能够是折叠管、焊接管或挤压管。能够使用至少外层是钎焊包层材料的多层滚轧材料制造折叠管。多层板能够包括至少一层初始材料或“芯”材料。管轮廓能够通过使用至少一个多层复合材料条带通过滚轧成形来产生，其中，芯材料具有比钎焊包层更高的熔点。芯材料可以是铝或铝合金。钎焊包层可以是具有比铝芯更低熔点的铝-硅合金。根据制造工艺的要求，通过选取铝硅合金中的硅含量可以调整钎焊包层的熔点和液相线。

管轮廓可以具有至少一个通道或开口，用于流体在第一歧管和第二歧管之间流动。管轮廓的成型使得管轮廓包含形成基本上沿折叠管的长度延伸的腹板或肋的若干内部折叠。内部腹板或肋能够限定能够流过流体的多个通道。这些内部腹板或肋增加了管和流经管的流体之间的表面，改善了热传递。另外，内部腹板或肋增加了管的结构强度。

第一歧管和第二歧管由具有比钎焊材料更高熔点的非钎焊材料形成，因此非钎焊材料在钎焊期间不熔化。所述用语非钎焊材料意指歧管能够由单一的非钎焊材料、几种非钎焊材料的组合物、非钎焊合金或几种非钎焊合金的组合物形成。

至少一个歧管由单个非钎焊材料条带通过滚轧和焊接形成。该歧管可由单层滚轧板一体成型。在执行滚轧成形工艺后，能够使用焊接流程来获得歧管的防渗透构造。单非钎焊材料条的使用提供了一种制造热交换器的简单且成本有效的方法。

虽然单层片材不具有额外牺牲材料层的优点，但是与单挤压材料相比，对滚轧成形条带的合金选择具有更少的限制。控制滚轧带材的颗粒形状和改变滚轧带材的化学性能的能力(这对于挤压来说是实用的)使得由滚轧带材整体形成的非钎焊包层歧管成为具有高强度和良好耐腐蚀性的有利解决方案。这可能不是最高强度选项或最高耐腐蚀选项，但它仍然比任何现有解决方案都要好得多。

本发明的其他重要特征和优点从所附权利要求、附图以及参考附图的相关描述中得出。

在不脱离本发明的范围的情况下，上面提到的和下面描述的任何特征不仅可以以各自所述的组合使用，而且可以以不同的组合或单独使用。

附图中示出了本发明的优选示例性实施例，并且在下面的描述中更详细地解释了本发明的优选示例性实施例，其中相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。

附图说明

在附图中，

图1显示了根据本发明的热交换器。

图2示出了根据本发明的具有两个非钎焊材料层的歧管的横截面。

图3示出了根据本发明的钎焊之前的折叠管的横截面。

除非明确提出，否则附图是不一定按比例绘制的示意图。所包括的附图仅用于说明目的并不意图限制本发明的范围。

具体实施方式

根据图1，本发明的热交换器1具有第一歧管2和第二歧管3，第一歧管2和第二歧管3间隔开并通过至少一个管子4流体连接。热交换器1包括多个间隔开的管子4。相邻的管子4分别通过肋片装置9与波纹肋片相连，以增加用于传热的可用表面。

热交换器1可以流体连接到车辆的流体回路，该车辆流体回路在图中未示出。流体回路能够具有至少一个电驱动输送单元用于驱动流体回路内的第一流体。流体回路可以是车辆的HVAC(加热、通风和空调)系统的一部分。

第一歧管2具有入口10，第二歧管3具有出口11。第一流体能够通过入口10流入热交换器1并且通过出口11离开热交换器1。

从第一歧管2通过管子4流到第二歧管3的第一流体与管子4的内表面热接触，第二流体(例如环境空气)与管子4的外表面热接触。另外，第二流体与肋片装置9接触。只要两种流体具有不同的温度，就能够通过管子4和肋片装置9实现从较热到较冷流体的热传递。

将第一歧管2、第二歧管3和管子4组装以使第一歧管2和第二歧管3通过管子4流体连接。该组件经过钎焊或炉钎焊使歧管2、歧管3和管子4之间产生钎焊接头。这提供了一种经济高效并且模块化的热交换器生产。

图2示出了根据本发明、具有两个非钎焊材料层的歧管2的横截面。歧管2的管状横截面内部是非钎焊材料层7，外部是非钎焊材料层8。外部非钎焊材料层8能够具有比内部非钎焊材料层7更高的强度。另外，外部非钎焊材料层8能够比内部非钎焊层7更具阳极性。在一段时间内，腐蚀仅会影响外部非钎焊层8。所以能够改善歧管2的耐腐蚀性和结构强度。歧管2为满足技术要求能够包含具有不同性质的若干非钎焊材料层。图2中所示的歧管2能够通过滚轧成型或共挤压来制造。

图3示出了根据本发明在钎焊之前的管子4的横截面。在这个例子中，管子4是折叠管4a。折叠管4a包括管轮廓5和钎焊材料12。第一歧管2、第二歧管3和管轮廓5由熔点高于钎焊材料12的非钎焊材料形成。

管轮廓5通过滚轧导热材料条带形成。使导热材料成形以使得管轮廓5为第一歧管2和第二歧管3之间的第一流体的流动提供两个通道6。由于导热材料的折叠，产生至少一个在管轮廓5的纵向方向上延伸的间隙13。该间隙13可具有三角形或Δ形横截面。钎焊材料12基本上能够沿折叠管4a的长度方向延伸，并且包围管轮廓5。在钎焊过程中，相应折叠管4a的钎焊材料12熔化并形成封闭相应折叠管4a的间隙13的纵向接缝。另外，钎焊材料12在第一歧管2和第二歧管3与相应的折叠管4之间产生钎焊接头。由于液态钎焊材料均匀地填充间隙13，因此避免了液态钎焊材料沿管轮廓5纵向方向的间隙13的流动。因而抑制了相应折叠管4a的腐蚀。

虽然以上描述构成了本发明的优选实施例，但是应该理解，在不脱离所附权利要求的适当范围和合理含义的情况下，本发明易于修改、变化和改变。