CN103988041A - 具有堆叠板的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有堆叠板的热交换器(1)，包括箱(5)，多个堆叠板(4、12、14)位于所述箱内部，所述多个堆叠板意图允许在与所述板(4、12、14)接触地流动的第一流体和第二流体(C、G)之间进行热交换，所述板(4、12、14)包括意图经受可导致机械应力的热变化的区域，称为应力区域(70)。根据本发明，所述交换器(1)包括加强件(71)，所述加强件与所示应力区域(70)和箱(5)接触。

Description

具有堆叠板的热交换器

技术领域

本发明涉及堆叠板热交换器。

本发明应用于任何类型的热交换器，尤其是用于机动车辆的热交换器，例如意图安装在车辆的发动机舱中的交换器，诸如增压空气冷却器(CAC)或发动机排气再循环冷却器，也称为EGR交换器(或EGRC)。

背景技术

在该领域中，已知包括热交换芯束的热交换器，所述芯束包括一系列板，所述板一个在另一个顶部上平行堆叠。堆叠板形成热交换表面，在其之间要被冷却的流体和冷却流体在交替的层中通过流体流通回路循环，可以设置间隔件，来改善要被冷却的流体和冷却流体之间的热交换。堆叠板因此构造为限定两个不同的回路：要被冷却的流体的回路和冷却流体的回路。

在这些交换器中，板设置有刺穿的压制凹部，其允许冷却流体垂直于板的平面循环，从而所述冷却液体可从一个冷却液体循环层行进到另一冷却液体循环层，而不与位于它们之间的用于要被冷却的流体的循环层连通。

在限定冷却流体回路的这些压制凹部处，特定机械应力产生，尤其是在热冲击测试期间。发生的是，在这些凹部处进入和离开交换器的冷却液体的温度在非常短的时间段上显著变化，导致交换器中不均匀热膨胀的现象。因此存在在两个相邻板的压制凹部处的连接部的爆裂的风险，且这可导致冷却液体在交换器中泄露。

该组问题在板必须抵抗外部腐蚀现象(在EGR气体的情况下)和/或内部腐蚀现象(在冷却液体回路的情况下)时更加敏感，上述两种情况需要使用具有次等机械特性的特殊材料。

用于减轻该问题的一个已知方案是增加板的厚度，但这对成本和包装具有不利影响。

发明内容

本发明寻求改善该情形。

为此，其提出一种包括箱的堆叠板热交换器，在所述箱内部有多个堆叠板，所述多个堆叠板意图允许在与所述板接触地流动的第一流体和第二流体之间进行热交换，所述板包括意图经受易于产生机械应力的热变化的区域，称为应力区域。

根据本发明，所述交换器包括加强件，其与所示应力区域和箱接触。

因此，加强件加强应力区域，由此限制了在该点处可能发生的破裂的风险。

根据本发明的一个方面，板成对地布置，每一对板限定用于第一流体的循环层，每个板包括称为压制区域的区域，其设置有压制凹部，用于第一流体从用于第一流体的一个循环层行进至另一层，所述应力区域对应于所述压制区域。加强件因此允许板的压制凹部所在的区域被加强。凹部例如被以和板延伸所在的平面成的直角刺穿。

根据本发明的另一方面，所述交换器包括热交换区域和称为旁通区域的区域，所述热交换区域意图在第一和第二流体之间进行热交换，所述旁通区域能够允许第二流体绕过热交换区域，所述旁通区域对应于所述应力区域，所述加强件允许第二流体在整个交换区域上自由地循环。因此，加强件仅覆盖应力区域，即，平坦区域或甚至压制区域，而不延伸到热交换器中，以加强应力区域而不中断第二流体进入到交换区域。

根据一个实施例，板在应力区域处包括弯折边缘，所述弯折边缘在与板延伸所在的平面垂直的平面中延伸，使得加强件和应力区域之间的接触至少经由弯折边缘。弯折边缘因此允许加强件和板之间的接触为平坦对平坦的(flat to flat)。它们改进了加强件在板上的机械保持，这尤其是通过钎焊获得。

根据另一实施例，所述箱包括两个侧壁、下壁和/或上壁，所述侧壁面向板的周边边缘，所述下壁和上壁位于所述多个堆叠板的顶部和底部处。更具体地，箱可例如包括四个壁，称为上壁、右侧壁、下壁和左侧壁，所述壁连结在一起以形成内部空间，所述多个板位于该内部空间中。

有利地，加强件与箱的一个侧壁接触，所述壁位于应力区域附近。其尤其是位于应力区域附近的箱的左侧壁。附近这里是指0至30mm的距离。

根据一个实施例，加强件与上壁和/或下壁接触。加强件可还与箱的左侧壁、上壁和下壁接触，以增加其提供给应力区域的刚性。

有利地，加强件从所述加强件的上边缘至下边缘连续，使得其与所有所述板接触。

根据本发明的一个方面，箱的上壁包括第一容置部，其容纳所述加强件。箱的上壁特别地容纳加强件的上边缘。有利地，箱的与所述加强件接触的侧壁包括第二容置部，其容纳所述加强件。除了改善加强件在箱上的机械保持，该第一容置部和/或该第二容置部允许加强件在其紧固至箱(例如通过钎焊)之前预定位在箱上。

根据本发明的另一方面，加强件的上端和/或下端包括第一凸缘，在与箱的上和下壁延伸所在的平面垂直的平面中延伸，使得加强件和上壁之间和/或加强件和下壁之间的接触是平坦对平坦的。有利地，加强件的侧向端部包括第二凸缘，该第二凸缘在一平面中延伸，所述平面平行于与所述加强件接触的箱的侧壁延伸所在的平面，使得加强件和箱的与所述就加强件接触的壁之间的接触是平坦对平坦的。因此，第一和/或第二凸缘经由箱的与所述加强件接触的壁，其上壁和/或其下壁，通过增加要被焊接在一起的箱和加强件的表面积而改善了加强件在箱上的机械保持。

根据一个实施例，加强件的顶部包括突出部，所述突出部支撑与所述加强件接触的箱的侧壁的上部部分。

根据另一实施例，加强件包括至少一个夹子，所述夹子夹到箱上。夹子例如夹到左侧壁、上壁和/或下壁。它们因此使得加强件预定位在箱上更加容易，同时改善了加强件在箱上的机械保持。

根据本发明的一个方面，加强件是与箱分隔开的部件。

根据本发明的另一方面，加强件是形成为箱的一体部分的部件。加强件例如与箱的左侧壁、上壁和/或下壁形成为一件。

本发明还涉及用于机动车辆发动机的进气模块，该发动机包括上述交换器。

附图说明

为了使上述解释的特征更容易描述，已经附上附图，附图示意性地且仅通过非限制性示例描绘本发明的热交换器的堆叠板的实际实施例。在这些图中：

图1是示出根据本发明的热交换器的分解透视图；

图2是相关板和箱的侧向部分的透视图；

图3是相关板和箱的下部或上部部分的透视图，其中未示出加强件；

图4是类似于图2的示图，示出了实施例的替换形式；

图5是交换器的侧向边缘的透视图；和

图6是交换器的侧向边缘的一部分的透视图，其示出图5的替换形式。

具体实施方式

如图1所示，本发明涉及热交换器1，其允许第一流体(尤其是液体冷却剂C)和第二流体(将称为要被冷却的流体G，例如气体)之间的热交换。其可以是增压空气冷却器，在其内部，意图供应内燃发动机(例如机动车辆发动机)的压缩空气流被液体冷却剂冷却，该液体冷却剂特别是水和乙二醇的混合物。

交换器1包括热交换芯束2，芯束2包括堆叠板4，所述堆叠意图允许在与板4接触地循环地要被冷却的流体G和液体冷却剂C之间进行热交换。板4在它们之间限定用于要被冷却的流体G和液体冷却剂C的交替回路6、8。芯束2具有平行六面体的总体形状，且具有用于要被冷却的流体G的入口面10和相对的出口面(未示出)。在堆叠的另一侧，其结束于称为顶部板的板12和称为底部板的板14中。

交换器1包括箱5，芯束2位于该箱5中。其在板4之间将要被冷却的流体G从芯束2的入口面10引导至出口面。这里其包括四个壁，称为顶部壁23、右侧壁19、底部壁22和左侧壁18，它们连结在一起以形成内部空间，多个板4位于该内部空间中。左侧壁18与板4、12、14的第一周边边缘16接触，右侧壁19与板4、12、14的第二周边边缘16'接触，位于堆叠板的顶部处的顶部壁23与顶部板12接触，位于堆叠板的基部处的底部壁22与底部板14接触。顶部壁23可设置有孔24、26，所述孔允许液体冷却剂C进入和离开芯束2。

交换器1可还包括用于液体冷却剂C的出口和/或入口喷嘴28、30，它们与制造在箱5中的开口24、26连通。

交换器的各部件例如由铝或铝合金制成。它们尤其是钎焊在一起。

每个板4、12、14包括，例如，基本上平坦的底部31，被结束于平坦部34的周边边界32围绕，该平坦部允许板被钎焊在一起。用于液体冷却剂C的回路8首先通过周边边界32限定，其次通过一个或多个边界60、60'限定，所述边界60、60'例如与板的底部31一体地形成。

板4、12、14被成对组合，且通过它们的平坦部34和/或边沿60、60'组装。因此，一对板的顶部板和底部板的回路组合以构成用于液体冷却剂C的循环通道。每一对板因此限定用于第一流体C的循环层。用于要被冷却的流体的循环的回路6设置在两个相邻的板4对的两个相对的板4之间。

在所示示例中，顶部板12和底部板14与箱的顶部壁23和底部壁22组装，以限定用于液体冷却剂C的循环通道。

板4例如具有细长矩形的总体形状，该矩形具有两个长边和两个短边，每个板包括两个压制凹部38，这些凹部中的第一个具有至用于液体冷却剂C的循环的回路8的入口40，凹部中的另一个具有用于液体冷却剂C的循环的回路8的出口42。

凹部38在该情况下穿有用于冷却液体通过的孔50，所述孔垂直于板的底部31取向，且所述凹部意图接触在相邻板4的凹部38上，以分别形成用于冷却流体的入口集管(不可见)和出口集管44(不可见)。凹部38因此允许第一流体从一层行进到另一层，即，从一对板至另一对。入口集管例如经由箱的入口孔24敞开至入口喷嘴28中，和/或出口集管例如经由箱5的出口孔26敞开至出口喷嘴20中。

因此，冷却液体经由入口喷嘴28进入芯束2，且随后在板4之间借助入口集管通过用于液体冷却剂C的循环的回路8分配。其流动通过用于液体冷却剂C的循环的回路8中，从它们的入口40到它们的出口42，在那里其进入出口集管中。其随后经由出口喷嘴30离开交换器1。

凹部38沿板4、12、14的同一短边定位，该短边位于图1的左侧，即，接近板4、12、14的第一周边边缘16。两个板4对的凹部38在它们之间确定用于要被冷却的流体G的循环的回路6的高度。

交换器1因此包括热交换区域，该热交换区域有助于液体冷却剂C和要被冷却的流体G之间的热交换，且该热交换区域在板4的凹部38和第二周边边缘16'之间延伸。凹部38所在的区域，即，接近板的第一周边边缘的区域，称为被压下区域，是可以允许第二流体绕过热交换区域的区域。

入口集管箱和出口集管箱(均未示出)可装配至箱的周边，以供应和移除要被冷却的流体。

交换器可还包括副热交换器表面，例如波浪形插入件(图5中标为55)，其附连在用于要被冷却的流体G的循环的回路6中的板4之间。这些插入件中断要被冷却的流体G的流动，以改善两种流体之间的热交换。

每个板4、12、14例如包括波形部52，该波形部布置在用于液体冷却剂C的循环的回路8中。这些波形部52在构成液体冷却剂C的入口集管和出口集管44的凹部38和板4、12、14的第二周边边缘16'之间延伸。该波形部52例如从板4、12、14的底部31的材料得到，特别是通过压制板4、12、14。

用于液体冷却剂的循环的回路8(所述回路由板4、12、14限定)在数量为n的相继通路中引导液体冷却剂，在该情况下，为四个通路，其中，液体在所述回路的入口40和出口42之间循环。两个相邻通路例如由板4、12、14的边界32、60、60'分隔开。

通路沿延伸方向彼此平行地布置，在该情况下，延伸方向为板4、12、14的长边。它们可设置为一个在一个之后串联。

边界60、60'因此沿板4的长边取向，以便限定液体冷却剂C在用于液体冷却剂C的循环的每个回路8的每个通路中循环所沿的蜿蜒路径。一些边界60从板4、12、14的第一周边边缘16朝向板4、12、14的第二周边边缘16'延伸，同时留出一通道，使得流体可从边界60的一侧的通路流向另一通路。它们与从板4、12、14的第二周边边缘16'朝向板4、12、14的第一周边边缘16延伸的边界60'交替，留出一通道，使得流体可从边界60'的一侧的通路流向另一通路。

要被冷却的流体G沿大体垂直于液体冷却剂C的流动方向的方向循环通过用于要被冷却的流体的循环的回路6，即，从芯束2的前部面朝向其后部面。

凹部38所在的交换器区域易于经受急剧的热变化，因为进入或离开其的液体冷却剂的温度可根据热交换器的期望用途在短时间段上显著变化。这些急剧热变化可能产生交换器的其余部分经历的应力之上的应力。交换器的凹部38所在且遭受高应力的该压制区域还称为应力区域70。应力区域70因此位于板4、12、14的周边边缘16附近，即，距离其0至30mm处。

根据本发明，交换器包括加强件71，该加强件与应力区域70和箱5接触。加强件71这里采取在一平面中延伸的壁的形式，所述平面垂直于箱5的左侧壁18和右侧壁23延伸所在的平面。加强件71例如与整个应力区域70接触。其尤其是经由左侧壁18和顶部壁23和/或底部壁22与箱5接触。在该情况下，加强件71是与箱5分隔开的部件，但也可形成为箱5的一体零件，例如与左侧壁18、底部壁22和/或底部壁23。

图2中更详细地示出了本发明的加强件71。加强件71这里采用L形壁的形状。具体地，加强件的左侧侧向端部61包括凸缘72，该凸缘72在一平面中延伸，所述平面平行于箱5的左侧壁18延伸所在的平面。以该方式，加强件71和箱5的左侧壁18之间的接触是平坦对平坦的接触，这尤其是使得将加强件71和箱5钎焊在一起更加容易。

为了扩展加强件71和顶部壁之间和/或加强件71和底部壁之间的接触面积，还可在加强件71的顶端62和/或底端处设置至少一个凸缘。

图3示出本发明的另一方面，其中板4、12、14包括处于应力区域70中的弯折边缘75。弯折边缘75在板4、12、14的第一周边边缘16附近在板4、12、14的侧向端部65处开始，所述侧向端部65位于与用于要被冷却的流体的入口面相同的一侧。它们平行于压制凹部38延伸，即，在与板4、12、14的底部延伸所在的平面垂直的平面中延伸，即，与加强件延伸所在的平面平行的平面。弯折边缘75特别地开始于板4、12、14的周边边界的平坦部34的区域中。因此，加强件和应力区域70之间的接触至少经由弯折边缘75。加强件和接触区域70之间的接触的至少一部分因此是平坦对平坦的接触。

箱5的顶部壁23包括例如第一容置部76，该第一容置部容纳加强件的上端部。该第一容置部76采用凹槽的形式，该凹槽从与左侧壁接触的顶部壁23的一个端部开始，朝向芯束引导并在应力区域70上延伸。该第一容置部76允许加强件预定位在箱5上，且保持在正确位置，使得钎焊操作可被执行。同样的容置部可还设置在左侧壁上(称为第二容置部)，和/或底部壁上，且执行与第一容置部76相同的功能，即，允许加强件预定位在箱5上且保持在正确位置以使得钎焊操作能被实施的功能。

图4示出了一实施例中的加强件71，其中其包括突出部80，该突出部80位于加强件71的顶端62处且从与箱5的左侧壁18接触的加强件71的左侧侧向端部61突出。突出部80此处支撑箱5的左侧壁18的上部部分81。在所示示例中，突出部80具有弯曲部分，该弯曲部分支撑同样弯曲的左侧壁18的上部部分81。该突出部80尤其是使得可以限制要被冷却的流体进入旁通区域，即，交换器的应力区域。

图5示出一个实施例，其中，加强件71从加强件的上边缘至下边缘连续，即，从箱5的顶部壁23至底部壁22连续。加强件71因此与板4、12、14接触。其因此允许交换器1的整个应力区域被增强。

从该图可还注意到，加强件71允许要被冷却的流体在整个热交换区域上循环。加强件71因此在其左侧侧向端部61处与箱5的左侧壁18接触，且朝向芯束2的内部连续，其右侧侧向端部63停止在旁通区域和热交换区域之间的边界处，而没有突出到热交换区中，即，停止在应力区域和交换器的其余部分之间的边界处。

如图5和6中所示，加强件71可还包括夹子85。这些夹子85例如位于加强件71的左侧侧向端部61处(图5)，以夹到箱5的左侧壁上。它们尤其是位于加强件71的上端处(图6)，以夹到箱5的顶部壁23上。

夹子85在箱具有的缺口86处夹到箱5的左侧壁18、底部壁22和/或顶部壁23上。夹子85因此进入缺口86，并具有弯折部分87，该弯折部分87接触与加强件71接触的左侧壁18的面相对的左侧壁18的面，以便夹住左侧壁18。

这些夹子85用于将加强件71机械地保持在箱5上的目的，以便尤其是优化将这两个原件钎焊在一起的过程。

Claims (15)

1.一种包括箱(5)的堆叠板热交换器(1)，在所述箱内部有多个堆叠板(4、12、14)，所述多个堆叠板意图允许在与所述板(4、12、14)接触地流动的第一流体和第二流体(C、G)之间进行热交换，所述板(1)包括意图经受易于产生机械应力的热变化的区域，称为应力区域(70)，其特征在于，所述交换器(1)包括加强件(71)，所述加强件与所述应力区域(70)和箱(5)接触。

2.如权利要求1所述的交换器(1)，其中，板(4、12、14)成对地布置，每一对板限定用于第一流体(C)的循环层，每个板(4、12、14)包括称为压制区域的区域，其设置有压制凹部(38)，用于第一流体(C)从一层行进至另一层，所述应力区域(70)对应于所述压制区域。

3.如权利要求1或2所述的交换器(1)，其中，所述交换器(1)包括热交换区域和旁通区域，所述热交换区域意图在第一流体和第二流体(C、G)之间进行热交换，所述旁通区域能够允许第二流体(G)绕过热交换区域，所述旁通区域对应于所述应力区域(70)，所述加强件允许第二流体(3)在整个交换区域上自由地循环。

4.如前述权利要求中的任一项所述的交换器(1)，其中，板在应力区域(70)处包括弯折边缘(75)，所述弯折边缘在与板(4、12、14)延伸所在的平面垂直的平面中延伸，使得加强件(71)和应力区域(70)之间的接触至少经由该弯折边缘(75)。

5.如前述权利要求中的任一项所述的交换器(1)，其中，所述箱(5)包括两个侧壁(18、19)、下壁(22)和/或上壁(33)，所述侧壁面向板的周边边缘，所述下壁和上壁位于所述多个堆叠板(4、12、14)的顶部和底部处。

6.如权利要求5所述的交换器(5)，其中，加强件(71)与箱(5)的一个侧壁(18)接触，所述壁位于应力区域附近。

7.如权利要求5或6所述的交换器(5)，其中，加强件(71)与上壁(23)和/或下壁(22)接触。

8.如权利要求5至7中的任一项所述的交换器(1)，其中，箱(5)的上壁(23)包括第一容置部(76)，该第一容置部容纳所述加强件(71)。

9.如权利要求5至8中的任一项所述的交换器(1)，其中，箱(5)的与所述加强件(71)接触的侧壁(18)包括第二容置部(71)，该第二容置部容纳所述加强件(71)。

10.如权利要求5至9中的任一项所述的交换器(1)，其中，加强件(71)的上端(62)和/或下端包括第一凸缘，该第一凸缘在与箱(5)的上壁和下壁(22、23)延伸所在的平面平行的平面中延伸，使得加强件(71)和上壁(23)之间和/或加强件(71)和下壁(22)之间的接触是平坦对平坦的。

11.如权利要求5至10中的任一项所述的交换器(1)，其中，加强件(71)的顶部包括突出部(80)，所述突出部支撑与所述加强件(71)接触的箱的侧壁的上部部分(81)。

12.如权利要求5至11中的任一项所述的交换器(1)，其中，加强件(71)的侧向端部(61)包括第二凸缘(72)，该第二凸缘在一平面中延伸，所述平面平行于箱(5)的与所述加强件(71)接触的、称为左侧壁的侧壁(18)延伸所在的平面，使得加强件(71)和箱(5)的左侧壁(18)之间的接触是平坦对平坦的。

13.如前述权利要求中的任一项所述的交换器(1)，其中，加强件(71)包括至少一个夹子(85)，所述夹子夹到箱(5)上。

14.如前述权利要求中的任一项所述的交换器(1)，其中，加强件(71)从所述加强件(71)的上边缘至下边缘连续，使得其与所有所述板(1、12、14)接触。

15.一种用于机动车辆发动机的进气模块，包括如前述权利要求中的任一项所述的交换器(1)。