CN101042283A - 换热器 - Google Patents

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Abstract

描述了一种换热器。所述换热器包括管头箱板，所述管头箱板包括多个开口和多个管，所述管的每一个具有插入到所述管头箱板中的多个开口之一中的端部。每个所述多个管具有通常矩形的横截面和纵向轴。所述多个管中的至少一些管的端部通过各加强部分所增强。每个所述加强部分包括两个加强元件，所述加强元件彼此相对定位，邻接所述管的内表面，每个所述加强元件包括后部部分和两个从所述后部部分延伸的侧部分；和至少一个连接部件，所述至少一个连接部件连接所述加强元件的侧部分。因为其加强部分的缘故，所述换热器在使用中具有改进的抗热疲劳。所述加强部分的设计意味着所述加强部分制造简单并易于安装在所述换热器中。

Description

换热器
技术领域
本申请涉及一种换热器，特别是涉及进气冷却器(Charge AirCooler；CAC)。
背景技术
换热器是已知的，在所述换热器中，流体换热介质流经多个管。所述管典型地具有矩形的横截面并在管头箱板(header plate)中安装有端部部分。在使用中，在所述管的端部部分中热应力导致疲劳失效，所述管被安装在所述管头箱板中。这减小了换热器的寿命和可靠性。
为了克服该问题，已经提出加强所述管的端部，特别是朝向换热器的边沿的管，所述管对热应力更敏感。在一种已知的方法中，如图1中所示，两个单独的加强件插入管4的上部部分中。然后加强件在生产期间钎焊在适当的位置。但是，难于将加强件牢固地定位，这样所述加强件邻接所述管4的内表面并在正确的深度处。
用于换热器管的加强件也在EP-A-1562015中进行了讨论。所述EP-A-1562015公开了插入件的使用，所述插入件包括两个通过连接部分接合的实心插入部分。所述插入部分弯曲出所述连接部分的平面，以限定冷却剂可以流经其中的空间。但是，由于所述插入部分是实心的，所述加强件必须具有对应于所述管的内部宽度的宽度。如果需要不同的管尺寸，就必须改变所述材料的厚度，所述加强件从所述材料形成，这增加了制造的加工成本。此外，使用实心材料限制了用于流体流的管的可获得的区域。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种换热器的改进的结构。
因此，本发明提供了一种加强部分，所述加强部分包括两个加强元件，所述加强元件通常是U形的，具有后部部分和从所述后部部分延伸的侧部分。至少一个连接部件连接所述加强元件的侧部分。
这样的加强部分可以很容易地插入到换热器的管中，所述加强元件的U形提供了对流体流的更小的阻碍。
根据本发明的一方面，提供了一种换热器，包括：
管头箱板，所述管头箱板包括多个开口；
多个管，所述多个管的每一个具有插入到所述管头箱板中的多个开口中的一个中的端部部分，每个所述多个管具有通常矩形的横截面和纵向轴，其中所述多个管中的至少一些管的端部通过各加强部分所增强，其中各加强部分包括：
两个加强元件，所述加强元件彼此相对定位，邻接所述管的内表面，每个所述加强元件包括后部部分和两个从所述后部部分延伸的侧部分；和
至少一个连接部件，所述至少一个连接部件连接所述加强元件的侧部分。
所述加强元件的结构允许流体在所述侧部分之间流动，比EP-A-1562015的插入件给予了更小的流体流限制。此外，加强部分可以从单块的金属通过挤压成形来形成。所述加强部分可以通过改变挤压成形工艺而被调整到不同的管尺寸，不需要使用EP-A-1562015中所需要的不同的金属宽度。此外，换热器比EP-A-1562015中的换热器更适合于作为中间冷却器。中间冷却器的管高比散热器的高度高并不可能使用EP-A-1562015的插入件加强两个拐角和管端，这与本发明的换热器不同。
优选地，所述两个加强元件的至少一个的后部部分包括平行于所述管的纵向轴的槽。实际上，所述管将在其内表面上沿着其长度行进的内焊缝(internal weld)。所述槽允许加强部分在没有抓住或者损坏所述内焊缝的情况下而可以插入到所述换热器中，从而允许很容易插入和避免对所述焊缝的损坏的可能性。
优选地，所述两个加强元件的侧部分沿着平行于纵向轴的方向成锥形，这样它们从基部部件延伸的距离越小，从所述管的端部的距离越大。通过让所述侧部分锥化，所述加强元件可以最小化对内散热片(fin)的任何损坏，所述内散热片可以形成在所述管中。如果侧部分没有锥化，就必须移除一部分内散热片，所述加强部分被插入到所述内散热片的一部分，这增加了制造的复杂性。
优选地，所述至少一个连接部件连接所述侧部分的上部部分，并从所述侧部分偏移，这样连接部件邻接所述管的端表面。在那样的情况下，所述连接部件也可以用于将加强部分确定地坐落在所述管的端部处的正确的位置中，保证了其被插入到正确的深度。更为优选地，所述连接部件平行于所述管的内表面，保证了其不限制通过所述管的流，并且也允许在相邻的管之间的更小的空间。
优选地，所述加强部分包括单个连接部件，所述连接部件连接每个加强元件的一个侧部分。如果只出现一个连接部件，加强元件可以很容易地通过挤压成形来形成。
可选地，具有两个连接部件，用于将两个加强元件的两个侧部分连接到各个相对的侧部分。如果使用两个连接部件，加强元件的刚度可以得到改进。
如果具有两个连接部件，所述加强部分还包括支架部件，所述支架部件在两个连接部件之间延伸。所述刚度通过所述支架部件进一步改进。
优选地，所述至少一个连接部件包括可变形部分，从而允许改变加强元件之间的距离。所述可变形部分可以弹性可变形或者塑性可变形。这保证了后部部分相对于所述管的内表面牢固地安置。另外一个优点是其允许制造公差降低同时仍然保证加强元件的后部部分与所述内表面具有良好的接触。
优选地，所述可变形部分通过连接部件的中心部分所形成，所述中心部分具有围绕平行于所述管的纵向轴线的轴的圆弧的形式。如果可变形部分具有该形式，其具有另外的优点是，改进了所述加强部分围绕垂直于所述管的纵向轴的轴线的扭转刚度。
在一个实施例中，所述加强元件包括四个加强元件，所述四个加强元件中的两个被彼此相对地定位，邻接所述第一管的内表面，所述四个加强元件的另外两个彼此相对地定位，邻接与所述第一管相邻的第二管的内表面，每个加强元件包括后部部分和从所述后部部分延伸的两个侧部分；以及其中具有一个连接部件，所述连接部件连接所有的四个加强元件。这允许单个部分加强所述两个相邻管的端部，改进了组装的容易性。
优选地，所述加强元件的侧部分比所述管的宽度分开更大的距离。然后，所述侧部分确定地(positively)邻接所述管的壁，并将作用相对于所述管头箱板中的开口的边沿推动所述壁。
优选地，所述加强元件和所述至少一个连接部件限定大体上平面的上边沿。这使得更容易插入所述加强部分。
附图说明
下面将参照附图通过示例的方式来说明本发明的实施例，其中：
图1是显示了现有技术的管加强件；
图2是显示了根据本发明的换热器中所使用的管加强件的第一实施例；
图3描述了换热器的一部分，图2的管加强件处于将被插入到管中的位置；
图4描述了图3的换热器的一部分，管加强件被插入；
图5描述了换热器的横截面，根据第一实施例的管加强件被安装；
图6描述了根据本发明、用于换热器的管加强件的第二实施例；
图7描述了根据本发明、用于换热器的管加强件的第三实施例；
图8描述了根据本发明、用于换热器的管加强件的第四实施例；
图9是显示了用于容纳焊缝的槽的加强元件的横截面。
在整个说明书和附图中，相同的参考数字指示相同的部分。
具体实施方式
根据本发明用在换热器中的管加强件5的第一实施例在图2中描述。所述加强件包括两个加强元件6。每个加强元件包括后部部分8和从所述后部部分8延伸的两个侧部分10。连接部件12接合两个侧部分10，以定位所述两个加强元件6，用于插入到管中。侧部分10有锥度，这样它们具有通常三角形的形状，侧部分10从与连接部件12相邻的后部部分8最远地延伸。后部部分8的后侧端部、侧部分10和连接部件12在一个平面上对齐。后部部分8的前侧端设置远端8a。远端8a稍微比侧部分10突出的更长。远端8a比侧部分10之间稍微形成的更窄，并向内卷起以允许更容易插入所述管加强件。
可变形部分14设置在连接部件12中。在该实施例中，可变形部分是弧形的形式。所述弧围绕平行于管的纵向轴线的轴所形成，加强件插入到所述管中(参看图3)。在该实施例中的连接部件12也从连接部件连接的侧部分10的平面向外偏移。
图3显示了换热器16的一部分，管加强件5将插入到所述换热器16的一部分。在该实施例中，换热器16是进气冷却器(CAC)。换热器包括管头箱板18，几个开口形成到所述管头箱板18中，以容纳所述管20，换热介质可以流经所述管20。管头箱板18提供了所述集水箱的壁的一部分，流体通过所述集水箱分配到所述管20或者从所述管20收集。从图3中可见，管20沿着横截面通常是矩形的，具有两个长侧和两个短侧，并具有插入到所述管头箱板18中的端部部分。所述管优选地具有安置在它们之间的褶皱(或者波纹)的散热片(图5中的21)，从而，改进传热。
加强件5的尺寸能够插入到所述管20的端部中，这样所述加强元件的后部部分8和侧部分10邻接所述管的内表面。可变形部分14允许加强元件的后部部分8之间的距离稍微大于沿着所述管20的长侧的内尺寸。所述侧部分10也优选地稍微比沿着管20的短侧的内尺寸更宽分开。连接部件12被形成为薄、窄的条带，并只放在侧部分10的后端之间。可变形部分14从所述连接部件12的直部分向内偏移。
加强件5不需要插入到换热器16的每一个管20中。但是，对于加强件5，优选地，将被插入到安置在外侧区域的管或者最外侧的管，因为这些管最容易收到热应力。在该实施例中，加强件5插入到最外的两个管中。
图4描述了安装了加强件5的换热器16。当插入到所述管中时，所述可变形部分14变形以允许两个加强元件朝向彼此移动。这保证了后部部分8之间的良好接触，且实现了管的短的内表面。同样，当插入所述加强件时，侧部分10稍微向内变形。这保证了侧部分和长侧之间的良好接触。另外的益处是管本身将稍微向外变形，这样其外表面更稳固地坐落在管头箱板18中的开口内。
可变形部分14的弓形形式的另外的益处在于，其作用来增加加强件围绕平行于连接部件12的轴线(垂直于管的轴线)的扭转刚度。
在CAC中，管20优选地包括内散热片(未示出)。侧部分的三角形形状使得管加强件可以与内散热片以最小的干涉(或者过盈)插入。
加强件的插入通过使用连接部件来协助。加强元件保持正确距离分开，且加强元件6和连接部件12的边沿限定了单个板，从而让加强件很容易被用户夹持。连接部件12的偏移意味着当加强件完全插入时，连接部件12邻接所述管的端部边沿。这保证了加强件插入到正确的深度。图5描述了插入到管20中的加强件的横截面，且可以看到连接部件12(与管的顶部边沿相接合)的偏移。图5也显示了连接部件12与管20的长侧的内部平行。这避免了连接部件12与通过所述管的流体流干涉，并且也需要与所述管相邻的最小空间来容纳所述连接部件12。
加强件5可以通过几种工艺来制造。但是，优选地由板材金属使用挤压成形。这是简单和便宜的工艺，所述工艺可以形成所述加强件的所有的特征。
在换热器的构造期间，在所述加强件5已经安装到管头箱板中之后，加强件5插入到所述管的端部中。然后，所述加强件和管钎焊。
根据本发明、用于换热器的加强件25的第二实施例在图6中进行了说明。该实施例与第一实施例除了下述之外是相同的。在该实施例中，提供了连接每一个侧部分的两个连接部件22。第一实施例的可变形部分用中心支架部件24替换，所述中心支架部件在两个连接部件24之间延伸。所述支架部件作用来增加所述加强件的刚度。
根据本发明、用于换热器的加强件35的第三实施例在图7中进行了说明。该实施例与第一实施例除了下述之外是相同的。在该实施例中，单个加强件用于插入到换热器中的两个相邻的管中。四个加强元件(每个管两个)通过单个连接部件32连接。当需要加强所述两个相邻的管的端部时，该实施例改进了换热器的组装的容易性。
根据本发明、用于换热器的加强件45的第四实施例在图8中进行了说明。该实施例与第二实施例除了下述之外是相同的。所述侧部分42没有锥化，连接部件44没有从侧部分偏移，获得了通常立方体的形状。优选地，该实施例与具有内散热片的管一起使用，所述内散热片已经从所述管的端部移除到所述加强件45的所需的插入深度。那样，通过插入所述加强件45直到所述侧部分42和连接部件44邻接它们没有被剖开的散热片时，可以确定正确的插入深度。
该实施例也包括加强元件的后部部分中的槽46。换热器的管通常包括内焊缝。所述槽46允许加强件没有污垢地插入到所述槽上，同时仍然保证所述后部部分和所述槽的内表面之间的良好接触。显示槽46的横截面在图9中进行了显示。所述槽可以应用到任一实施例。
因此，本发明提供了一种换热器，在所述换热器中，加强元件可以容易地和精确地插入到所述管的端部，从而减小所述热应力效应。

Claims (14)

1.一种换热器，包括：
管头箱板，所述管头箱板包括多个开口；
多个管，所述多个管的每一个具有插入到所述管头箱板中的多个开口中的一个中的端部部分，每个所述多个管具有通常矩形的横截面和纵向轴，其中所述多个管中的至少一些管的端部部分通过各加强部分所增强，其中各加强部分包括：
两个加强元件，所述加强元件彼此相对定位，邻接所述管的内表面，每个所述加强元件包括后部部分和两个从所述后部部分延伸的侧部分；和
至少一个连接部件，所述至少一个连接部件连接所述加强元件的侧部分。
2.根据权利要求1所述的换热器，其中，所述两个加强元的至少一个的后部部分包括平行于所述管的纵向轴的槽。
3.根据权利要求1或2所述的换热器，其中，所述两个加强元件的侧部分沿着平行于纵向轴的方向成锥形，这样它们从基部部件延伸的距离越小，从所述管的端部的距离越大。
4.根据前述任一权利要求所述的换热器，其中，所述至少一个连接部件只连接所述侧部分的上部部分，并从所述侧部分偏移，这样连接部件邻接所述管的端表面。
5.根据前述任一权利要求所述的换热器，其中，所述加强部分包括单个连接部件，所述连接部件连接每个加强元件的一个侧部分。
6.根据前述任一权利要求所述的换热器，其中，具有两个连接部件，用于将两个加强元件的两个侧部分连接到各个相对的侧部分。
7.根据权利要求6所述的换热器，其中，还包括支架部件，所述支架部件在两个连接部件之间延伸。
8.根据前述任一权利要求所述的换热器，其中，所述至少一个连接部件包括可变形部分，从而允许改变加强元件之间的距离。
9.根据权利要求8所述的换热器，其中，所述可变形部分通过连接部件的中心部分所形成，所述中心部分具有围绕平行于所述管的纵向轴线的轴的弧的形式。
10.根据前述任一权利要求所述的换热器，其中，所述加强元件包括四个加强元件，所述四个加强元件中的两个被彼此相对地定位，邻接所述第一管的内表面，所述四个加强元件的另外两个彼此相对地定位，邻接与所述第一管相邻的第二管的内表面，每个加强元件包括后部部分和从所述后部部分延伸的两个侧部分；以及其中具有一个连接部件，所述连接部件连接所有的四个加强元件。
11.根据前述任一权利要求所述的换热器，其中，所述加强元件的侧部分比所述管的宽度分开更大的距离。
12.根据前述任一权利要求所述的换热器，其中，所述加强元件和所述至少一个连接部件限定大体上平面的上边沿。
13.一种换热器，大体上如参照附图的图2-9所描述。
14.一种加强部分，所述加强部分用于插入到大体上如参照附图的图2-9所描述的换热器的端部中。
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