CN100363703C - 热传导器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热传导器，特别是废气热传导器，它包括一排管束，废气在管束内流动，而冷却液则在管束外流过。该管束被焊在与外壳连在一起的管板上。在废气热传导器运行过程中，由于温度变化对管和外壳的影响不同，以及管和外壳的膨胀不同，从而导致出现热应力。为了避免出现上述的热应力，本发明在外壳上布置沟槽，这些沟槽在朝外的一面被一个波纹管密封。
Description
技术领域
本发明涉及一种热传导器，特别涉及一种废气热传导器，它有一个由第一种介质——如废气流经的流体管道，该管道由一根管子或多根管子——如管束构成，及一个由第二种介质——如冷却液流经的流体管道——例如外壳，在这种情况下，管束的末端与管板焊接在一起，而管板则与外壳焊接在一起。
背景技术
德国专利A 199 07 163曾公开过此类废气热传导器。在这种被公开的结构形式中，管束的术端被装入到管板上的相应开口中并与管板焊接在一起。在一个外壳内安排有一个管束和两个管板，在这种情况下，沿着管板周边将其与外壳焊接在一起。这样，管子通过管板与外壳紧紧地连接在一起，但是这在一定条件下会产生热应力。管的内部有热废气流过，管的外面则有冷却液流过，同时冷却液还沿着外壳内壁流动。特别是当这种废气热传导器的管子更长时，如在载货汽车中，管和外壳的膨胀不同，会导致应力过大，从而会产生诸如管-管板连接断裂的问题。
发明内容
本发明的目的是改进上面所提及的那种废气热传导器，减少或避免由于膨胀不同而导致的热应力，从而使热传导器达到汽车中零件的通常寿命。
这一目的将通过如下技术方案实现。
在一种热传导器上特别是一种废气热传导器上，有一个由第一种介质——如废气流经的流体管道，该管道由一根管子或多根管子如管束构成，及一个由第二种介质——如冷却液流经的流体管道——如外壳，在这种情况下，管束的末端与管板焊接相连，而管板则与外壳焊接相连。外壳在靠近管板一端处的横截面变大，在横截面变大的过渡区上设有膨胀元件。
较佳的是，在外壳上安装密封件，如金属波纹管，它覆盖膨胀元件并将其密封。
此外，将膨胀元件和密封件合为一体也是一种很好的形式。
再者，还可以将膨胀元件制作成围绕一周的凸缘。
另外一种具有优点的形式是，在外壳上安装密封件——如金属波纹管，或其它由塑料或弹性体制成的密封件，它覆盖膨胀元件并将其密封。
也可以将膨胀元件和密封件合为一体，做成例如围绕一周的凸缘，它同时具有密封和膨胀功能。
具有优点的是，外壳上的沟槽形成膨胀元件：下列形式也是合适的：外壳或外壳的一部分上有作为膨胀元件的沟槽，其走向沿着外壳的周长方向并与管子的轴向垂直：每个沟槽各自只占据了外壳周长的一部分，并且在轴向上相互错开，并且错开的沟槽在周长方向上部分形成并行。
在一个实施例中，外壳上有至少一组沟槽，每组至少有两个沟槽。在这里，具有优点的结构是，从热传导器的轴向上看，至少一组的沟槽恒于外壳的中间部位。
从热传导器的轴向上看，至少一组的沟槽被布置在外壳的末端或靠近末端的地方，也是具有优点的结构。
在另一个具有优点的实施例中有两组沟槽。具有优点的结构是，将两组沟槽布置在外壳的两个末端或靠近术端的地方。合适的是，两组沟槽有至少两个或更多的沟槽，如三、四、五、六个沟槽或更多。
一个符合本发明的合适的形式是，在外壳上或一组沟槽中有四个沟槽，其中每两个沟槽位于一个横断面上，这样共有两个横断面；在一个横断面上的两个沟槽的各自长度不超过横断面周长的一半，同时，一个横断面上没有沟槽的部分与另一个横断面上有沟槽的部分相对。
在另一个本发明的实施例中，每组沟槽中有两个沟槽，它们之间相距-段距离，并且在其长度范围内，它们会在一个局部形成并行，并在相互之间留下一个狭窄的连接片。
在本发明的另一个实施例中，每组沟槽中有三个沟槽，它们之间相隔一段距离，并且在其长度范围内，它们会在一个局部形成并行，并在相互之间留下两个狭窄的连接片。
另外合适的是，在有一组沟槽的情况下，沿外壳的周长方向则形成至少两个或更多的连接片，如三个、四个或更多。
同样具有优点的是，在有一组沟槽的情况下，且每组有两个连接片，那么连接片沿着外壳的径向方向相对排列。
此外，如果有一组沟槽且每组有两个或更多的连接片，那么连接片沿外壳的切线方向均分分布，这也是合适的方式。
还有一种具有优点的方式：在外壳的四个位置上出现部分并行的四个沟槽形成四个连接片，也就是说，每两个沟槽在一个位置上形成部分并行并因而形成一个连接片。
合适的是，在外壳的四个位置上出现部分并行的六个沟槽分别形成4×2个互相平行的连接片。
如果沟槽在其末端部分呈水滴状，也是合适的。
可以通过下列方法在外壳上做出沟槽：激光切割、水刀切割、锯、铣、腐蚀或冲压。
如果膨胀元件和/或密封件采用以下材料：金属、钢、弹性体、硅，将是具有优点的。
合适的是，膨胀元件和/或密封件与一个外壳零件或两个外壳零件相连，或与它们成为一体。
如果膨胀元件和/或密封件与外壳通过焊接、钎焊、借助夹紧件或粘接方式连接在一起，按照本发明是合适的。
如果在这样一种废气热传导器上，废气管和外壳之间的热膨胀不同，那么通过与管子的纵向相垂直的沟槽，外壳将能以与管子相同的方式膨胀。这是由于外壳在沟槽之间的区域发生弹性变形，准确地说，是在两个相互错开的沟槽之间。为了防止围绕管子流动的制冷剂从外壳上的沟槽泄漏到外面，在外壳的沟槽区域装有金属波纹管，它既能够实现必要的密封，还同时能补偿外壳的膨胀。通过这一措施，将避免热应力的出现，从而防止在热传导器较长时，零件受损或破坏。
附图说明
图1为一个废气热传导器部分的透视图；
图2为一个废气热传导器部分的俯视图；
图3为图2所示的废气热传导器部分的侧视图；
图4为一个带有金属波纹管的废气热传导器视图；
图5为热传导器的截面；
图6a至6c为沟槽和连接片的布置视图；
图7为热传导器的局部视图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例具体描述如下：
图1中为一个热传导器，特别是废气热传导器1的部分的透视图，它有一个外壳，外壳包括一个截面大约为矩形的区域2，以及与区域2相连并截面变大的正面区3截面也可以为其它的几何形状，如圆形、多边形、八边形等。在正面4上可以看到管板5上有矩形的开口，这是用来接纳未在图中显示的流体通道。按照前面提到的DE-A 199 07 163的说明，废气管的末端与管板焊接在一起，而管板的周边则与外壳的正面区3焊接在一起。在外壳的正面区3上，开口7作为冷却液的进口，冷却液通过图中未示的外壳内部的环形管道分流，并从那里流到废气管的外侧并流经整个热传导器。最后还可以从图中看到，在外壳区域2和正面区3的过渡区上有3个走向沿着外壳的周长方向的沟槽8、9、10，其中，沟槽10与另两个沟槽8和9在轴向和周长方向上均错开。
图2为热传导器1的俯视图，从图中可以看到在外壳上有沟槽9、10。
沟槽9、10沿着外壳周长一直延伸到一个圆形或水滴形的开口11和/或12，通过这种方式就可以避免在这个区域出现缺口应力。沟槽9的另一端一直延伸到外边13，沟槽10的另一端一直延伸到外边14。
在图3中，沟槽9沿着周长方向从外边13起继续延伸，一直到圆形孔15，沟槽10从外边14起继续延伸，一直到圆形孔16。两个沟槽9、10在轴向相互错开若干毫米，例如5mm。虚线5表示外壳正面4上的管板。图1、2和3中所显示的热传导器1并不完整，沟槽9、10朝外的密封件并末在图中显示。这一以金属波纹管为结构形式的密封件将在图4中加以说明。
图4为热传导器的部分视图，它有外壳区域2和正面区3，在这个区域之间是波纹金属管20。这一波纹金属管覆盖住了在图4中未显示的、在前面图1到3中所描述的沟槽。金属波纹管需与外壳区域2、正面区3的截面匹配，并与之在边21和22处形成密封式连接。这样，冷却液就不会通过沟槽从外壳内部泄漏到外面，同时，金属波纹管还可补偿外壳区2和正面区3的膨胀。
图5为一种热传导器100的局部视图，它的外壳壁101上有4个沟槽110，111，112和113，这些沟槽在轴向上错开，这就在沟槽之间形成连接片，它们发挥膨胀或弯曲梁的作用。
通过这种方式使得热传导器的一部分在膨胀时，热传导器的外壳借助于弯曲梁变得灵活，并保证了外壳的膨胀。
如图5所示，连接片120-123在外壳的每个面上形成两个弯曲梁。而在外壳的四个面均是同样的情况，包括那些未在图中出现的表面。
在图6a中，在外壳上有两个沟槽150、151。在这两个沟槽之间是作为弯曲梁的连接片153。在沟槽的末端是水滴状的开口155、156。在图6b中，在外壳上有三个沟槽160、161、162。在这三个沟槽之间是作为弯曲梁的两个连接片163和164。在沟槽的末端是水滴状的开口。
在图6c中，沟槽的形状基本上与图6b中的形状相同，除了沟槽在170和171处出现阶梯状。在这一区域的沟槽也可以为弯曲状。
图7中为热传导器200的局部视图，热传导器有一个可由第一种介质流经的流体管道。在废气热传导器的实施例中，流经这一流体管道的是废气。
在各流体管道201之间以及在可能的情形下围绕这些流道形成第二个流体管道，第二种介质将在第二个流体管道内流动，以冷却第一个流体管道中的介质。因此这第二个流体管道位于外壳202之内。
由于管道201的壁和外壳202的热膨胀不同，为了达到更佳的机械隔热效果，在外壳的至少一个位置上装有一个环绕外壳一周的凸缘210。当热传导器运行时，外壳上的温度通常比内部的管道低，当内部的管道受热膨胀时，通过上述布置，外壳也能开始膨胀，这样就使热传导器免遭破坏。
凸缘210可以呈一个半圆形的拱形。但它也可以是其它形状，如褶皱形或波形。凸缘也可以向内凹进去，这也就形成了凹槽。在制作凸缘时，应使其既具有膨胀性能又具有密封性能。
Claims (34)
1.热传导器，它有一个由第一种介质流经的流体管道，该管道由一根或多根管子束构成，及一个由第二种介质流经的流体管道，该管道是管束与热传导器外壳之间形成的壳体空间；其管束的末端与管板焊接在一起，而管板则与外壳焊接在一起，其特征在于，外壳在靠近管板一端处的横截面变大，在横截面变大的过渡区上设有膨胀元件。
2.根据权利要求1所述的热传导器，其特征在于，所述外壳上安装包括金属波纹管的密封件，它覆盖膨胀元件并将其密封。
3.根据权利要求1所述的热传导器，其特征在于，所述膨胀元件和密封件合为一体。
4.根据权利要求1或3所述的热传导器，其特征在于，膨胀元件形成至少一个环绕外壳一周的凸缘或多个环绕外壳一周的凸缘。
5.根据权利要求1所述的热传导器，其特征在于，膨胀元件由外壳上至少一个带有沟槽的区域形成。
6.根据权利要求1或2所述的热传导器，其特征在于，外壳或外壳的一部分上有作为膨胀元件的沟槽，其走向沿着外壳的周长方向并与管子的轴向垂直；每个沟槽各自只占据了外壳周长的一部分，并且在轴向上相互错开，并且错开的沟槽在周长方向上部分形成平行。
7.根据权利要求1或2或3所述的热传导器，其特征在于，所述膨胀元件包括至少-组沟槽，每组沟槽至少有两个沟槽。
8.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，从热传导器的轴向上看，至少一组沟槽位于外壳的中间部位。
9.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，从热传导器的轴向上看，至少一组沟槽被布置在外壳的末端或靠近末端的地方。
10.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，该热传导器设有两组沟槽。
11.根据权利要求10所述的热传导器，其特征在于，该两组沟槽布置在外壳的两个末端或靠近末端的地方。
12.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，所述每组沟槽中有四个沟槽，其中每两个沟槽位于一个横断面上，构成两个横断面；在一个横断面上的两个沟槽的各自长度小于等于横断面周长的一半，同时，一个横断面上不带沟槽的部分与另一个横断面上带有沟槽的部分相对。
13.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，每组沟槽中有两个沟槽，它们之间相距一段距离，并且在其长度范围内，它们会在一个局部形成并行，并在相互之间留下一个狭窄的连接片。
14.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，每组沟槽中有三个沟槽，它们之间相隔一段距离，并且在其长度范围内，它们会在一个局部形成并行，并在相互之间留下两个狭窄的连接片。
15.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，在有一组沟槽的情况下，沿外壳的周长方向则形成至少两个连接片。
16.根据权利要求15所述的热传导器，其特征在于，在有一组沟槽的情况下，且每组有两个连接片，那么连接片沿着外壳的径向方向相互对立排列。
17.根据权利要求15所述的热传导器，其特征在于，如果有一组沟槽且每组有两个或更多的连接片，那么连接片沿外壳的切线方向均分分布。
18.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，在外壳的四个位置上出现部分并行的四个沟槽形成四个连接片。
19.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，在外壳的四个位置上出现部分并行的六个沟槽形成4×2个互相平行的连接片。
20.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，沟槽在其末端部分呈水滴状。
21.根据权利要求8至19中任一权利要求所述的热传导器，其特征在于，沟槽在其末端部分呈水滴状。
22.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，可以通过下列方法在外壳上做出沟槽：激光切割、水刀切割、锯、铣、腐蚀或冲压。
23.根据权利要求8至20中任一权利要求所述的热传导器，其特征在于，可以通过下列方法在外壳上做出沟槽：激光切割、水刀切割、锯、铣、腐蚀或冲压。
24.根据权利要求21所述的热传导器，其特征在于，可以通过下列方法在外壳上做出沟槽：激光切割、水刀切割、锯、铣、腐蚀或冲压。
25.根据权利要求2或3所述的热传导器，其特征在于，膨胀元件和/或密封件采用金属材料或弹性体材料。
26.根据权利要求25所述的热传导器，其特征在于，膨胀元件和/或密封件采用钢材料或硅材料。
27.根据权利要求1所述的热传导器，其特征在于，所述外壳包括一个第一壳体和一个第二壳体，该第一壳体通过所述过渡区连接第二壳体；所述膨胀元件与第一壳体相连，或与第一壳体成为一体。
28.根据权利要求1所述的热传导器，其特征在于，所述外壳包括一个第一壳体和一个第二壳体，该第一壳体通过所述过渡区连接第二壳体；所述膨胀元件与第二壳体相连，或与第二壳体成为一体。
29.根据权利要求1所述的热传导器，其特征在于，所述外壳包括一个第一壳体和一个第二壳体，该第一壳体通过所述过渡区连接第二壳体；所述膨胀元件与第一壳体、第二壳体相连，或与第一壳体、第二壳体成为一体。
30.根据权利要求2或3所述的热传导器，其特征在于，所述外壳包括一个第一壳体和一个第二壳体，该第一壳体通过所述过渡区连接第二壳体；所述密封件和膨胀元件与第一壳体相连，或与第一壳体成为一体。
31.根据权利要求2或3所述的热传导器，其特征在于，所述外壳包括一个第一壳体和一个第二壳体，该第一壳体通过所述过渡区连接第二壳体；所述密封件和膨胀元件与第二壳体相连，或与第二壳体成为一体。
32.根据权利要求2或3所述的热传导器，其特征在于，所述外壳包括一个第一壳体和一个第二壳体，该第一壳体通过所述过渡区连接第二壳体；所述密封件和膨胀元件与第一壳体、第二壳体相连，或与第一壳体、第二壳体成为一体。
33.根据权利要求2或3所述的热传导器，其特征在于，膨胀元件和/或密封件与外壳通过焊接借助夹紧件或粘接方式连接在一起。
34.根据权利要求33所述的热传导器，其特征在于，所述焊接为钎焊。
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