CN100472169C - 热传导器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热交换器，它具有多条管道和至少一个集流箱(20)。其中集流箱至少包括一个管板(30)，管板上有多条插口(70)，所述插口由侧壁(91-94)环绕。

Description

热传导器
技术领域
本发明涉及一种热传导器，尤指汽车增压空气冷却器。
前景技术
为了提高内燃机的工作效率，比如可将为燃烧输送的空气，在其进入内燃机燃烧室之前，通过涡轮增压机进行压缩。然而，空气的压缩同时会使其升温，这不利于整个燃烧过程的进行。例如可能会引起过早点火或者氮氧化物排放量的增加。为了避免供给过热空气给燃烧带来的不利后果，在涡轮增压机之后接装一设计成增压空气冷却器的热传导器，可在燃烧前将压缩空气冷却至允许的温度。
例如，DE 197 57 034 A1中描述了一种增压空气冷却器。在该热传导器的设计中，热空气首先被导入热传导器的第一条总管道中，分流送入多个扁管后，汇入另一总管道。各条扁管紧挨着并排安装，各扁管上其横截面的长边的一侧相互平行，并形成了一条流动通道，用于冷却的空气导入并穿过该通道。流动通道中各扁管之间安装有肋状散热片，散热片促使扁管和冷却空气流之间产生有效的热交换。冷却空气流横向穿过后，各条扁管汇合连接另一总管道，该管道将经过冷却后流入的压缩空气输送供给发动机燃烧。
热传导器，尤其是该类增压空气冷却器，通常将其各管道插入管板的开口中并且进行焊封，使其不透水。每次加载压缩空气时，由于快速的压力变化，该类焊接连接承受很高的机械负荷。尤其是扁管的窄边无法满足不断提高的强度要求，从而可能造成这类管-板-连接的不密封，特别是其朝向管板边缘的部位。
一种加强管-板-连接强度的简单方法是，使用增加壁厚的管道和/或管板，或者使用材料厚度较厚的外部和/或内部肋状散热片。这两种情况下，机械稳定性的提高相当明显，但是必需的材料成本及其重量的增长非常高。
其它解决方法建议通过在增压空气箱内使用拉杆(Zugankern)来减小管-板-连接的机械负荷。这些拉杆加固增压空气箱，同时减轻了管-板-连接的负荷，然而随同这种方法而来的是材料消耗的增加以及由于增压空气冷却器引起的压力损失的增大。
发明内容
本发明旨在提供一种热传导器，尤其是增压空气冷却器，减小其管-板-连接所承受的机械负荷，无需增加材料的花费。
该目的通过如下的热传导器实现。
本发明的热传导器配有多条管道，这些管道内部被一种介质流过，同时外部被另一种介质包围，从而使热量能够从第一种介质传导至第二种介质，反之亦然。至少，一个和管道相连的集流箱，包括至少一块管板，其中管板基本呈平直并且设计有多个管道插口，各条管道可插入插口中和集流箱形成贯通的连接。
本发明的基本思想是，将管板插口周围的部位设计成凹陷或者凸起的几何形状，从而使每个插口分别安装在凹陷部位的“底部”或者凸起部位的“顶端”。由此构成的管道插口被多块侧壁——即凹陷及凸起部位的板壁——环绕包围。这样的几何形状，特别是侧壁的弧形，与平直的管板设计相比，在多个方向上提高了管板的抗弯强度，从而减少了由于集流箱压力负荷所产生的变形情况，同时减轻了管道和管板连接的机械负荷。凹陷和凸起部位的宽度最好能使每两个相邻插口之间的侧壁通过形成加固凸缘毗邻相接。
根据本发明对于热传导器的结构设计，能提高热传导器的机械强度及其使用寿命，而不必增加材料消耗或者零部件数。
本发明各种优良的实施形式由从属权利要求实现。
根据本发明一较佳的结构设计，侧壁分别大于插口的周长并拥有基本上恒定不变的宽度。这样基本上在所有方向上提高了管道管板的抗弯强度。
本发明一较优的实施例中，管子为布置成至少一列的扁平管，按照管的横断面形成长方形的插口，插口的侧壁相互连接形成狭长的凸缘。
各侧壁分别带有一个曲率半径较为恒定的圆角或者多个曲率半径不同的圆角。这样使得位于各插口之间凸缘的形状能极好地接近半圆形横截面，从而具有极高的抗弯强度。
根据另一实施例，各侧壁上的一个或者多个部位设计为平直的，这样侧壁以及插口之间的凸缘具有磨成小平面的形状。这样能够确保生产过程中较低的制造公差。
最好，至少有一个平直部位和其相对应的插口形成的是钝角。这意味着，插口自身设计补充提高了管板的抗弯强度，因为插口指向与凹陷或者凸起部位相同的方向，并且位于凹陷部位的“底部”及凸起部位的“顶端”。
侧壁平直部位与插口(沿管道延伸方向)构成的夹角建议处于30°和60°之间，特别是45°左右为最佳。这样的话，侧壁的宽度能够大致和侧壁的高度相等，从而使得管板具有抵抗变形的极高稳定性。
根据本发明一优良的结构设计，插口从至少一个集流箱向外凸出。这种设计可具有如下好处，即侧壁上与管板一边毗接的部位，能自然过渡到管板该侧竖起的一边，从而进一步提高了管板的强度。
在本发明进一步的优化设计中，热传导器被设计为增压空气冷却器，特别用于汽车。增压空气冷却器配备两个集流箱，其中一个用于分流增压空气，另一个用于收集增压空气。每一个集流箱最好恰好配有一管板，该管板带有一排管道开口。同时也推荐使用一排扁管，各扁管之间配有尤其是通过焊接连接的波形散热片，因为这样扩大了导热面积。作为冷却介质最好使用空气，同时也可考虑其他的冷却介质，例如水或者冷却剂。
根据本发明一优化实施形式，管板的生产过程中，将通过变形加工使一块平直金属板的一块或者多块边缘竖起，并且在金属板上加工完成相互邻接的凹陷部位。凹陷部位分别包括一大体上平直的底面和一块环绕包围底面并与其邻接的侧壁。随后，借助拉削法(Durchziehverfahren)穿透凹陷部位的底面，形成插口。如果要将管道从凹陷部位的一侧插入管板内，特别推荐冲制导入斜面，以便于管道插入插口内。
从制造技术角度上来说，结构设计上配有一列或者多列相同侧壁和/或插口的管板较好。
附图说明
下面将依据各实施例并结合附图详细说明本发明。其中：
图1管板的侧视图；
图2已插入管道的管板侧面视图；
图3各管道插入后的管板纵向剖面图；
图4插入管道的部分管板纵向剖面图，以及
图5插入管道的部分管板纵向剖面图。
具体实施方式
图1所示为热传导器10从某一视角观察的部分示意图。用于分流第一种介质的集流箱20由管板30和图中未示的箱盖组成，两者在共同的接触面50上相互焊接在一起。此处箱盖插入管板30内。同时可考虑将箱盖盖在管板30上，或者在另一位置固定于管板30上。在其它未示的实施例中，管板和箱盖通过焊接、粘合或者形状配合相互连接在一起，或者设计成单部件或者一体件结构，即例如由经变形加工的平板构成。
管板30上有管道开口60，其边缘70经变形加工成所谓的插口，该插口从集流箱向外凸出。管道开口60内可插入大致上呈矩形的扁管，并且可以和管板30焊封或者焊接在一起。图中没有画出波纹散热片，散热片于两侧和同样没有在图中画出的扁管连接，并与其焊接，这样加强了管道内流经的介质和外部包围管道和散热片的介质的热传导，反之亦然。总得来说，热传导器10包括一整列间隔排列的扁管和波形散热片，从而形成了管道-散热片-芯体。
当集流箱20受压加载某一介质时，集流箱20可能会变成这样的形状，即其横截面形状接近一圆形。为了抵抗这样的变形，插口70具有一个环绕一周的侧壁90，该侧壁以钝角和插口相连接。侧壁环绕包围插口70的宽度，基本上恒定不变。这样不仅在管板纵向上，通过侧壁部位91，92，于插口70的正面位置实现了管板30的均匀加固，同时也在管板的横向上，通过侧壁部位93，94于插口70的长边位置，实现了管板30的均匀加固。
由此减小了管板30在集流箱20受到压力负荷时产生的变形。管板30变形的减小同时减轻了管道以及管-板-连接的机械负荷。对于这类压力条件下的变形，该设计尤其能减轻所受负荷最强的扁管正面的机械负荷。
在图2所示热传导器110的侧面视图中可以看到，管道120如此深地插入管道开口160，使得管道120的上部边缘121超出管板130。这样确保充分利用朝向管道120且不可见的插口170的内表面，将其作为管-板-连接的贴合面。该设计有利于密封的焊接。为了避免第一介质由于泄露入热传导器造成不必要的过高的压降，管道120超出管板130的高度应控制得尽量小。因此，管道开口160的位置处于管板130上大致平直的中间区域131。
插口170具有一个环绕一周的侧壁190，侧壁端面191，192一方面以钝角过渡到插口170内，另一方面，同样以钝角过渡到管板130上竖起的边缘132内。箱盖连接面150—边缘132—侧壁部位191/192—插口170，这四个部位由此形成的管板130的S形横截面进一步减少了管道120以及管-板-连接的负荷。
图3所示为热传导器210另一实施例纵剖面的部分视图。管道220，221，222插入到管板230上的插口270，271，272中。为了减少在热传导器210以及管220、221、222中穿流的介质在热传导器210内的压力损失，插口270、271、272从图中未示的集流箱向外凸出，并且管子220、221、222不得高出管板230或插口270、271、272。
此处，插口270，271，272四周具有侧壁290，各侧壁上均有平直部位295。平直部位295与插口270所在边形成的角为钝角，从而进一步加强了管板230内通过侧壁290形成的凹陷部位的加固效果。此处，各侧壁290直接邻接，由此形成了凸缘299，并可在图3所示的横截面中看到。正如横截面中清晰展示的，凸缘299上没有介于两侧侧壁290之间的水平的部位。
出于优化设计的考虑，各侧壁290的宽度b和高度h的长度相近，最好是大致相等。由此侧壁290的平直部位295和插口270(竖直方向)之间的夹角大致为45°。从而形成了凸缘299上一约为90°的凸缘夹角α，由此带来的是凸缘299极高的抗形变效果。
图4展示的是图3所示热传导器一结构设计的变形。此处管道320超出插口370向外突出，但终止于管板330的上表面335之下。鉴于由此形成的管板330和管道320之间的不透水密封连接，该设计提高了制造安全性。例如，通过为焊缝375补充添加焊缝376可优化焊接连接。此处，焊缝同时用作便于管道320插入管板330的导入斜面。
与之相反，图5所示的实施例中管道420超过插口470和管板430的上表面435向外突出。因为涉及管道420长度的公差随之变大，所以这样设计进一步提高了制造的安全性。

Claims (18)

1.热传导器，配有多条管道和至少一个集流箱，其中集流箱至少包括一管板，管板上有多条可插入管道的插口，其特征在于，每条插口各有一环绕的侧壁，并且两两相邻的插口之间的侧壁通过凸缘毗邻相接；侧壁端面以钝角过渡到插口内，同时以钝角过渡到管板上竖起的边缘内。
2.根据权利要求1所述的热传导器，其特征在于，侧壁分别大于插口的周长并具有基本恒定的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的热传导器，其特征在于，管子为布置成至少一列的扁平管，所述插口按照管的横断面形成为长方形，插口的侧壁相互连接形成狭长的凸缘。
4.根据权利要求1或2所述的热传导器，其特征在于，各侧壁均带有曲率半径基本恒定的圆角。
5.根据权利要求3所述的热传导器，其特征在于，各侧壁均带有曲率半径基本恒定的圆角。
6.根据权利要求1或2所述的热传导器，其特征在于，各侧壁均带有多个不同曲率半径的圆角。
7.根据权利要求3所述的热传导器，其特征在于，各侧壁均带有多个不同曲率半径的圆角。
8.根据权利要求1或2所述的热传导器，其特征在于，各侧壁至少有一个平直部位。
9.根据权利要求8所述的热传导器，其特征在于，至少有一平直部位和与其相对应的沿管道延伸方向的插口形成一介于30°和60°之间的夹角。
10.根据权利要求1或2所述的热传导器，其特征在于，插口从所述至少一个集流箱向外凸出。
11.根据权利要求3所述的热传导器，其特征在于，插口从所述至少一个集流箱向外凸出。
12.根据权利要求4所述的热传导器，其特征在于，插口从所述至少一个集流箱向外凸出。
13.根据权利要求5所述的热传导器，其特征在于，插口从所述至少一个集流箱向外凸出。
14.根据权利要求6所述的热传导器，其特征在于，插口从所述至少一个集流箱向外凸出。
15.根据权利要求7所述的热传导器，其特征在于，插口从所述至少一个集流箱向外凸出。
16.根据权利要求8所述的热传导器，其特征在于，插口从所述至少一个集流箱向外凸出。
17.根据权利要求9所述的热传导器，其特征在于，插口从所述至少一个集流箱向外凸出。
18.用于汽车的增压空气冷却器，其特征在于所述增压空气冷却器为前述权利要求任一项中的热传导器。
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