CN103983128A - 位于壳内的热交换器装置 - Google Patents

Abstract

一种位于壳内的热交换器装置，所述壳例如是内燃机的进给管，所述热交换器装置具有至少一个堆叠和具有媒质连接的端板，所述堆叠包含导管和散热片，并且其中所述堆叠被插入所述壳内并被固定于该壳内。包含媒质连接和/或至少一个有轮廓的轨道的连接块被置于所述端板上。所述壳具有至少一个横截面扩展的壁围和/或至少一个集成在所述壳壁中的插槽，其中所述连接块位于横截面扩展部，和/或所述插槽的横截面与所述轨道的横截面近似地相匹配。

Description

位于壳内的热交换器装置

相关申请的交叉引用

本申请要求德国专利申请号为102013002478.1、申请日为2013年2月13日的申请和德国专利申请号为102013002523.0、申请日为2013年2月13日的申请的优先权，因此这些申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种位于壳内的热交换器装置。

背景技术

本发明涉及一种位于壳内的热交换器装置，所述壳例如是内燃机的进给管，其中热交换器包括至少一个由导管和散热片组成的堆叠和具有流体通道的端板，并且其中所述堆叠被插入所述壳内并被固定于其中。

例如，EP 1 785 609 A1和EP 1 830 048 A1公开了此种热交换器装置。此种热交换器装置包含间接的增压空气冷却器，增压空气（或者增压空气和将被引回至内燃机的排放气体流的混合物）通过此间接的增压空气冷却器被液态冷却剂冷却。在这些参考文件中，堆叠具有端板，所述端板从所述堆叠的轮廓的周边和上部突出，并且所述堆叠被从上部插入到壳内的开口中。通过螺钉连接或类似的方法在所述壳的开口边缘处和所述端板的突出边缘处进行固定。

WO 2012/085008 A1涉及一种壳内热交换器装置并且包括具有导管和散热片的堆叠；许多其它公开文件也类似，但是是将端板替换为导管板，在所述导管板的开口处设置有导管末端。

发明内容

本发明的目的是提供一种可选择的装置，此装置可更好地适用于具有高机械负载的特定应用。

一些实施例彻底省略了端板上的在整个周边方向中突出的固定边缘。对于端板的厚度和表面范围来说，与前述介绍中提到的在先技术相比较，所述端板可被设计得更小和更轻，这也是因为上述端板仅需要吸收更小的力（因为力被更好地分散了）。

一些实施例还提供了位于端板上的突出边缘，上述突出边缘也可被设计得更小并且因此而仅有局部的边缘，也就是，非呈环的边缘。

根据本发明，可实现壳内热交换器的固定和力的更佳分散；在本发明中，被置于堆叠的端板上的、用于冷却剂的连接块位于壳的壁围内，所述壳的壁围以与所述连接块的横截面相匹配的方式形成。至少一个壁围提供了所述壳的横截面扩展部。所述连接块被容纳在壳空间内，所述壳空间由所述壁围构建。所述连接块扩展了所述端板中的流体孔径。因此，所述连接块也具有流体孔径。

在壳内固定热交换器的其它方法以及力的更佳分散可由有轮廓的轨道等提供，所述有轮廓的轨道等被置于堆叠上（或堆叠周围）并被紧固，上述轨道可被推入另外的插槽中，所述插槽形成于壳壁上并且所述插槽的横截面与轨道的横截面近似地相匹配。也可以框架的方式设置所述轨道，此框架位于所述堆叠的外围。

推入方向与所述堆叠的纵向方向近似地横切并且等同于液体流的方向，所述液体流在该装置的工作状态下流经所述堆叠的散热片。液体冷却剂随后流经所述堆叠的导管。

通过位于所述插槽内的轨道而进一步增加本装置的稳定性。如果所述壳为在适当压力下可变形的塑料壳，那么这样一种设计对抑制变形尤其重要。

根据本发明一些实施例，至少一个有轮廓的轨道位于所述堆叠的端板上，并且位于集成于壳壁的插槽内，其中所述插槽的横截面与轨道的横截面近似地相匹配以便提供特别稳定的结构。这种结构对震动和其它机械负载具有更好的效果，此外，这种结构还适用于避免所述堆叠和所述壳壁之间的旁路。

在一些实施例中，轨道以如下方式被集成入所述壳的壳壁内：所述壳壁的内侧大体保持平坦并且所述壳壁的外侧具有弧度。这可使得平坦的内侧和平坦的端板之间大体上光滑接触。

轨道的整个长度被置于所述插槽内，所述插槽也具有相应的长度。

特别地，如果具体应用需要使用位于超常尺寸的壳内的热交换器装置，或者替换多个更小的热交换器装置并因此打算节约成本，那么需要更加关注设计的稳定性。通过本发明可以很好地实现该方面内容。

以下在示例性实施例中描述本发明，所述示例性实施例如附图所示。以下描述包括本发明的更重要的细节。

附图说明

图1是根据本发明一些实施例的热交换器装置的立体图。

图2是图1的一部分的分解图。

图3示出了进给管中的热交换器。

图4示出了图3的放大细节。

图5是根据本发明某些方面的热交换器的立体图。

图6是图5所示实施例的一部分的侧视图。

图7是图6所示实施例的一部分的俯视图。

图8是图6至图7所示实施例的一部分的立体图。

图9是根据本发明某些方面的热交换器的分解立体图。

图10是图9所示实施例的一部分的侧视图。

图11是沿图10的A-A线的横截面视图。

图12是根据本发明某些方面的热交换器的立体图。

图13是图12所示实施例的一部分的立体图。

图14是根据本发明一些实施例的热交换器的一部分的立体图。

图15是根据本发明一些实施例的热交换器的立体图。

图16是图15的热交换器的一部分的立体图。

图17是根据本发明一些实施例的热交换器的一部分的侧视图。

图18是图17所示热交换器的一部分的立体图。

图19是图17至图18的位于壳内的热交换器的横截面图。

具体实施方式

在示例性实施例中，示出和描述了位于内燃机的进给管10内的热交换器装置，所述进给管10构成了壳10，其中热交换器是间接的增压空气冷却器和/或排放气体循环冷却器。因此下文中，凡是提到进给管的地方均可用“壳”来进行置换，并且还可以进行反向置换。

然而，实际上本发明不受限于此具体应用。本发明可被用于很多其它应用，特别是那些实现了气体和液体间热交换的应用，例如，用于供暖的热交换器、用于空调的热交换器等。

然而，本发明也不欲被限制至此，这是因为例如利用液体冷却剂进行工作的油冷却器也构成了可想到的应用，其中，就横截面尺寸而言，本领域的技术人员可对导管（和/或堆叠的散热片）进行适当地改变。

组成热交换器的堆叠1包括扁平管2和散热片3（例如波形散热片），所述扁平管2和散热片3以交替的方式被放置。所示的每个扁平管2由两块不成形的且相连的板组成。然而，例如，所绘的扁平管2也是最高程度适宜使用的（图11）。

两个平行管道，即一个流入管道20和一个流出管道21，垂直地延伸贯穿堆叠1。两个管道20,21（图2）由位于扁平管2宽面内的两个开口形成，上述两个开口在所述堆叠1内彼此间呈流线型连通。上述提到的开口可具有领状边界25（例如图5和17）。扁平管2宽面内的领状边界25以密封方式与相邻扁平管2宽面内的另一领状边界25相连，以此类推。在堆叠1中，多个已连接的领状边界25跨越了多个扁平管2之间的中间空间的顶点（所述中间空间中充满了波形散热片3），并且所述多个已连接的领状边界25确保了被压缩的增压空气LL和液体冷却剂之间的间隔，所述被压缩的增压空气LL将被冷却并且流经波形散热片3，所述液体冷却剂经过流入管道20和多个已连接的领状边界25流入扁平管2内，并且所述液体冷却剂可以相同方式经过流出管道21流出。扁平管2具有流间隔24，所述流间隔24位于导管20和21之间，并且沿扁平导管2（图11）的纵向流动，在所述扁平导管2的另一端处终止，因此，在示例性实施例中，所述流以U形方式流经所有的扁平管2，如图3所示。

端板4位于堆叠1的顶部。在端板4上，端板4的一端（该端近似地对应于扁平管2的一端）有被铜焊在该端板上的连接块5，因此整个堆叠1优选地构成铜焊接结构。在示例性实施例中，连接块5精确地位于所述导管20,21的上方。形成于连接块5中的流体孔径或媒质连接管道流体连通到端板4中的流体孔径以及热交换器的导管20,21。以扁平管2的宽面中的流线形开口的方式形成热交换器的导管20,21（参见上文）。示例性实施例中的连接块5横向延伸跨过堆叠1的整个宽度。

所示的进给管10是塑料进给管，在示例性实施例中，此进给管10包括三部分10.1，10.2，10.3（图1）。所述进给管10以注塑模具产品的形式制造。第一部分10.1具有用于导入热空气或加压气体LL的连接件14和进给管段，所述进给管段形成了热交换器堆叠1的直接的壳10。第一部分10.1可被认为是主要部分。在示例性实施例中，空气连接件14被横向地放置。空气连接件14的横截面扩展至四个进给管面，其中所述空气连接件的形状从近似圆形融合成近似矩形。

本示例性实施例中提供了具有两个部分的构造，此构造具有4个排出口，此4个排出口位于用于冷却空气的进给管10的排出侧，所述排出侧朝向内燃机（未示出）。每个排出口被分配给内燃机的一个汽缸。第二部分10.2具有便于与第一部分10.1相连的连接法兰，例如以气焊的方式相连，此气焊过程发生在堆叠已被安装到主要部分之后。第三部分10.3构成了完整的进给管10并且同样地以气焊的方式被连接至所述第二部分10.2。

如图1非常清晰地示出，进给管10（或壳）的主要部分10.1具有壁围11，此壁围11显著地扩展了进给管10的横截面。被扩展的横截面具有使得连接块5可精确地置于其中的尺寸；在示例性实施例中，此被扩展的横截面与进给管10的拐角区域相邻。横截面扩展部11（或所述壁围）扩展进入到进给管10一个宽度，此宽度近似地与堆叠1的宽度相匹配以便能完全地放置连接块5，其中所述连接块5位于所述进给管内的端板4上。

连接开口22,23位于横截面扩展部壁围11内（见图3），所述连接开口22,23近似地与连接块5中的流体孔径相匹配。

为了固定，其它开口也位于连接块5中和壁围11中。在横截面扩展部区域内，连接块5的上侧和进给管10内侧之间可以具有密封50。为了固定，例如，螺丝通过开口可以被导入到连接块5中。此处进给管10的内侧被固定按压到密封50上。此外，塑料进给管中的热交换器装置的高稳定度由与轨道6和插槽7的相互作用而实现，这将在下文中进行描述。

如图2进一步所示，端板4在连接块5的一侧具有跨越堆叠1的一个突出长度40，所述突出长度40与连接块5的边缘片一起接合到进给管壁内形成的通道13。突出长度40也可选择性地被省略。在一些实施例中，仅为满足连接块5的需要而设有突出长度。通道13被置为与所述壁围11直接相邻并与壁围11相似。在本示例性实施例中，通道13与壁围11一起形成了横截面扩展部（如在进给管10的拐角区域中示出的），并且通道13明显地扩大了所述横截面扩展部。

在未示出的实施例中，具有横截面扩展部的壁围11距离拐角区域一个恰当的距离。

在端板4的与连接块5相对的另一端，端板4具有跨越堆叠1的另一个突出长度40，所述另一个突出长度40接合到相对的进给壁中形成的另一通道12（图2和3）。

如图所示，两个通道12,13形成为与所述壁围11的形状类似。所述壁围11被置于进给管10（或该进给管的主要部分10.1）的纵向壁内，并且通道12,13位于主要部分10.1的相对的横向壁中。

另一端板4可位于与上述端板4相对的位置-即位于所述堆叠的下侧，该另一端板4可以被设计为比上述端板4明显地更薄弱，这是因为该另一端板本身并不必用于力的吸收和力的分布。相应地，该另一端板也可被省略。

具有轮廓的轨道6被固定于堆叠1，所述轨道6位于堆叠1的端板4的顶端或底端，所述轨道6近似地跨越堆叠1的整个长度L并位于插槽7内，所述插槽7形成于进给管10内并且其横截面与轨道6的横截面近似地相匹配。在本示例性实施例中，轨道6的长度L近似地与堆叠1的宽度相匹配。容易地，所述长度可为更短或更长。多个轨道6可被分别地铜焊于堆叠1上并且定向为沿着堆叠1的纵向或横向。例如，所示的横截面为I形或L形。在本示例性实施例中，I形轮廓的两肢长度不相等。更长的一肢位于端板4上。

图1至4示出了仅单轨6。

图5至8示出了双轨6，其中一条轨在上端板4上，另一条轨在下端板4上，并且与相邻进给管壁内的插槽7相对应。轨道6近似地横跨堆叠1的整个长度L并位于插槽7内。

在具有I形轮廓的轨道的实施例中，轨道6被置于使堆叠进入到进给管10的推入方向，即在本示例性实施例中堆叠1的横向移动方向。与之相反，在根据图17至19的示例性实施例中，L形轮廓的轨道可被置于堆叠1的纵向方向，即与所述推入方向相横切。

可由有轮廓的轨道6和无轮廓的轨道构成四边形框架60，所述框架60被推入到铜焊的堆叠1的整个周界中而无需特殊的固定（图9-13）。在这些例子中，轨道也可由不同材料组成，材料可来自塑料。其它耐热材料的使用也是可想到的。

图12至14示出了具有两个框架60的示例性实施例，所述框架60具有特别的高稳定性。

插槽7已被设计为集成到壁中，尤其是以下面这种方式：当轨道6位于插槽7内时，堆叠1（或堆叠1的端板4）与壳壁之间没有空隙（能够减小力的旁路可能流过空隙），该情况在图3至5中被清晰地示出。插槽7已经以下面这种方式被集成：进给管壁在内侧中保持平整，这是为了避免旁路。用于插槽7的必要的空间因此得到朝向外侧的、壁的对应孤度70（例如图2,3和5）。

应用所述轨道6（从而超越其它已知解决方式）的另一个优势在于：不必改变堆叠1的标准构件（例如散热片3和导管2），这就简化了堆叠1的生产。还可从图11中看到上文讨论的扁平导管2内的流间隔24。

在所述的位于主要部分内的堆叠安装完成之后进行将主要部分连接法兰连接到第二部分连接法兰的热气焊连接（此热气焊连接已通过实例进行了讨论）。

本发明的各种特征和优势将在权利要求中进行阐述。

Claims (26)

1.热交换器装置，包括：

壳，所述壳具有至少一个横截面扩展的壁围；

至少一个堆叠，所述堆叠位于所述壳内，所述堆叠具有导管和散热片；

端板，所述端板与所述堆叠相连并且具有流体通路；以及

连接块，所述连接块位于所述端板上并且流体连通到所述流体通路，

其中，所述连接块容纳于所述壁围内。

2.根据权利要求1所述的热交换器装置，其中所述壁围包括连接开口，所述连接开口与所述连接块中的流体开口近似匹配。

3.根据权利要求2所述的热交换器装置，其中所述连接块和所述壁围限定了用于固定的其它开口。

4.根据权利要求1所述的热交换器装置，所述热交换器装置还包括：位于所述堆叠上的有轮廓的轨道，其中所述壳包括限定了插槽的壳壁，每个轨道近似地延伸跨越过所述堆叠的整个长度，其中所述轨道被插入到所述插槽内，并且其中所述插槽的横截面大体上与所述轨道的横截面相匹配。

5.根据权利要求4所述的热交换器装置，其中所述插槽整体地形成于所述壳壁内，以便所述壳壁的内侧大体上保持为平面。

6.根据权利要求1所述的热交换器装置，其特征在于所述壳包括多个部分。

7.根据权利要求4所述的热交换器装置，其中所述壳限定了所述壁围和所述插槽。

8.根据权利要求4所述的热交换器装置，所述热交换器装置还包括：突出长度，所述突出长度位于所述端板上且位于与所述连接块相对的一端，其中所述突出长度作为形成于所述壳壁内的通道的一部分。

9.根据权利要求8所述的热交换器装置，所述热交换器装置还包括：第二突出长度，所述第二突出长度位于所述端板上且在所述连接块的一侧跨越所述堆叠，所述第二突出长度和所述连接块的边缘片参与了形成于壳壁内的第二通道。

10.根据权利要求9所述的热交换器装置，其中所述通道和所述第二通道以相似的方式形成至所述壁围，其中所述壁围置于所述壳的纵向壁中，所述通道和所述第二通道置于所述壳的相对的横向壁中。

11.根据权利要求9所述的热交换器装置，其中所述第二通道和所述壁围彼此相邻并且共同构成了所述壳的横截面扩展部。

12.根据权利要求9所述的热交换器装置，其中所述通道和所述第二通道以及所述壁围被置于相互隔开的位置。

13.热交换器装置，包括：

壳，所述壳具有限定了插槽的壳壁；

至少一个堆叠，所述堆叠包括导管和散热片，所述堆叠被插入所述

壳内；

端板，所述端板位于堆叠上；以及

至少一个有轮廓的轨道，所述有轮廓的轨道位于端板上，所述轨道

限定了一个长度，

其中，所述轨道的整个长度近似地被容纳在所述插槽内，

其中，所述插槽的横截面大体上与所述轨道的横截面相匹配。

14.根据权利要求13所述的热交换器装置，其中所述插槽和所述有轮廓的轨道被设计为在所述端板和所述壳壁的内侧之间大体上没有气隙。

15.根据权利要求13所述的热交换器装置，其中所述至少一个轨道包括形成于堆叠的第一侧上的第一轨道和形成于堆叠的第二侧上的与所述第一轨道相对的第二轨道，并且其中所述插槽形成于所述壳的第一侧上，第二插槽形成于所述壳的第二侧上，其中，所述壳的第一侧对应于所述堆叠的第一侧，所述壳的第二侧对应于所述堆叠的第二侧。

16.根据权利要求15所述的热交换器装置，其中所述插槽整体地形成在相对的壳壁中，以便所述壳壁的内侧保持近似平整并且所述壳壁的外侧具有弧度。

17.根据权利要求13所述的热交换器装置，所述热交换器装置还包括：在所述堆叠的外围周边延展的框架，其中所述有轮廓的轨道与所述框架一体形成。

18.根据权利要求13所述的热交换器装置，其中在所述端板上安置连接块，其中所述壳具有至少一个横截面扩展的壁围，并且其中所述连接块被容纳在所述壁围内。

19.根据权利要求18所述的热交换器装置，其中所述连接块和所述壁围限定用于固定的开口。

20.根据权利要求13所述的热交换器装置，其中所述壳包括多个部分。

21.根据权利要求18所述的热交换器装置，其中所述壳限定了所述壁围和所述插槽。

22.根据权利要求18所述的热交换器装置，其中所述端板包括跨越所述堆叠的突出长度，所述突出长度位于与所述连接块相对的一端，其中所述突出长度参与了形成在所述壳壁内的通道。

23.根据权利要求22所述的热交换器装置，其中所述端板还包括跨越所述堆叠的第二突出长度，所述第二突出长度位于所述连接块的一侧，其中所述第二突出长度和所述连接块的边缘片参与了形成在所述壳壁内的第二通道。

24.根据权利要求23所述的热交换器装置，其中所述通道和所述第二通道以相似的方式形成至所述壁围，其中所述壁围被置于所述壳的纵向壁中，所述通道和所述第二通道被置于相对的横向壁中。

25.根据权利要求23所述的热交换器装置，其中所述第二通道和所述壁围彼此相邻并且共同构成了所述壳的壁围。

26.根据权利要求23所述的热交换器装置，其中所述通道和所述壁围被置于彼此隔开的位置。