CN104641198B - 具有加强的集管器的热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热交换器，其包括热交换本体(2)、至少一个盖(4)和连接盖(4)到热交换本体(2)的集管器(3)，热交换本体(2)由至少一个密封板(6)限定，集管器(3)包括由盖(4)的固定边缘(13)围绕的底板(20)，其特征在于，固定边缘(21)通过双壁(22)形成，其一个端部(23)至少部分地固定到密封板(6)。
Description
技术领域
本发明的技术领域是热交换器领域，所述热交换器配置为执行第一流体与第二流体之间的热交换，且更特别地意图安装在机动车辆中。这样的热交换器例如是增压空气(charge air)冷却器或排气冷却器，特别是再循环排气冷却器。
背景技术
机动车辆可按照惯例配备有与涡轮增压器组合的内燃发动机。涡轮增压器升高这些进气气体的温度，由此损害了发动机燃烧室的合适的填充。为此原因，已知的是通过添加热交换器来补充该配置，所述热交换器的功能为在进气气体进入这些燃烧室之前冷却该进气气体，由此使得可以增大进气气体的密度。
这样的热交换器可包括多个管，进气气体流动通过所述管，围绕这些管的空间就其本身而言被冷却流体流过。在该交换器的入口处或出口处，进气气体被通导通过固定到集管的盖，集管配置为以密封方式接收每个管的端部，进气气体通过所述端部进入。
新的增压技术正在出现。由此，已知的是将内燃发动机与两个或三个涡轮增压器结合。该结合伴随有进气气体的温度和压力的增大。增压交换器所承受的机械应力变得特别大，因为进气气体的压力可达到4巴。当前已知的热交换器由此不适用于抵抗这样的压力或温度水平，且泄露可能出现，特别是在将盖连接到集管的结合部处。
文件FR2742531A1公开了用于加强集管的外周边缘的解决方案。尽管其改进了状况，但考虑到液体流体围绕管流动而不是在管内流动，这样的解决方案不适用于内燃发动机的进气气体或排气与液体冷却流体之间的热交换，如所述文件中提及的。由此，相对于液体流体的密封的管理是不同的。
而且，所述文件提出的加强解决方案局部地限于集管的外周边缘。然而，压力和温度的增大带来变形和膨胀现象，现有技术解决方案不能以令人满意的方式抵抗所述变形和膨胀现象。
发明内容
由此，本发明的目的是解决上述缺陷，主要通过加强集管的外周边缘以便提供吸收热交换本体的部件上的力的器件，特别是界定冷却流体流过的导管的一个或多个封板上的力的器件。
由此，本发明的主题是一种热交换器，包括热交换本体、至少一个盖和连接盖到热交换本体的集管，所述热交换本体由至少一个封板界定，所述集管包括由用于固定盖的边缘围绕的基板，其特征在于，所述固定边缘通过双倍厚度壁形成，其一个端部至少部分地固定到封板。双倍厚度壁的端部到封板的固定由此确保机械力的吸收，这显著地有助于增大固定边缘相对于由流体温度或压力所产生的应力的机械强度，所述流体能够流过根据本发明的交换器。
根据本发明的一个方面，热交换本体包括多个管和多个导管，所述多个管固定到集管，特别地通过它们的端部固定，且能够通导第一流体；所述多个导管能够通导第二流体，所述导管形成在管之间且通过至少所述封板界定。
根据本发明的第一特征，双倍厚度壁的厚度至少是基板的厚度的两倍大。这样的布置确保针对压力的足够的力吸收，根据本发明的热交换器承受所述压力。
根据本发明的第二特征，双倍厚度壁通过第一壁和铜焊到第一壁的第二壁形成。根据第一替换形式，第一和第二壁由同一金属板制造，且通过折叠部连接在一起。根据第二替换形式，第二壁与第一壁分开且随后在铜焊步骤之前附接到第一壁。
双倍厚度壁包括至少一个角部，机械加强装置形成在所述角部处。机械加强装置避免在压力的作用下，形成在将所述角部定界的双倍厚度壁的两个部分之间的成角度倾斜的增大。
根据一个示例性实施例，机械加强装置例如是形成在第一壁的角部处的斜切部。替代地，该机械加强装置特别地是形成在第二壁的角部处的圆角。
将注意到，该加强装置还可以通过形成在一个或另一个壁上的斜切部和圆角的组合形成。这样的布置使得可以产生组合以便对抗机械应力的形式。
根据本发明的另一特征，固定边缘，特别地是第一壁，至少部分地界定用于接收盖的跟部的容纳部，该容纳部进一步通过带部界定，所述带部外周地延伸基板。
在这样的情形中，双倍厚度壁的第一壁可包括形成容纳部的基部的第一条带部、和侧向地界定容纳部的第一侧壁，第一条带部和第一侧壁通过斜切部连接。
根据本发明的进一步特征，双倍厚度壁的第二壁可包括铜焊到第一条带部的第二条带部、和铜焊到第一侧壁的第二侧壁，第二条带部和第二侧壁通过距斜切部一距离的圆角连接。在该情形中，圆角和斜切部形成机械加强装置，且该圆角和该斜切部之间的这种距离显著地有助于增大固定边缘的机械整体性。
所述多个导管通过第一封板并有利地通过第二封板闭合，每个封板固定到每个管的侧向壁。该侧向壁形成管的边缘，且在平行于封板的延伸平面的平面中延伸。
有利地，双倍厚度壁的端部包括弯曲部，所述弯曲部定位为使得双倍厚度壁的第二壁的一个面被铜焊到封板。这样的布置使得可以增大双倍厚度壁与封板之间的固定面积，特别是用于铜焊的固定面积。
另外，双倍厚度壁的一个边缘可至少固定到热交换本体的端部管的纵向壁。通过双倍厚度壁形成围绕热交换本体的带，所述壁由此被铜焊到热交换本体的第一侧，位于封板的区域中，且可铜焊到热交换本体的垂直于第一侧的第二侧。该第二侧特别地通过界定热交换本体的端部管形成。
在一个固定示例中，封板包括至少一个舌部，该舌部被折叠抵靠并铜焊到热交换本体的端部管的纵向壁。尽管封板的一个边缘铜焊到端部管的侧向壁，但这样的结构使得可以增大热交换本体的沿封板的机械强度。
将注意到，封板可包括至少一个孔，第二流体能通过所述孔进入或离开热交换本体。由此确保了第二流体到热交换器的馈送。
本发明还可涵盖用于冷却内燃发动机的进气气体或排气的系统，该系统包括热交换器，所述热交换器包括上述特征中的任一个，其中第一流体通过内燃发动机的进气气体或排气形成，而第二流体通过液体冷却流体形成。
根据本发明的第一优势在于如下可能性：以简单方式增大盖与集管之间的连接的机械强度，而没有因此增大制造成本或组装这样的交换器的难度。以此方式，设置有带有双倍厚度壁的集管的热交换器(该壁的端部固定到板，所述板界定用于第二流体流过的一个或多个导管)可承受高压力和温度。
附图说明
从阅读以下通过图解并参考附图给出的描述，本发明进一步的特征、细节和优势将更加明显，其中：
图1是根据本发明的热交换器的透视图，
图2是在图1中所示的平面A上的剖面中的、热交换器的组成热交换本体的视图，
图3是在图1中所示的平面B上的剖面中的视图，其示出了集管到热交换本体的第一侧的固定，
图4是在图1中所示的平面C上的剖面中的视图，其示出了集管到热交换本体的第二侧的固定，
图5是示出了集管和盖之间的固定的两种变形形式的视图，其以在图1中所示的平面B上的剖面示出。
具体实施方式
图1示出根据本发明的热交换器1的示例性实施例。这样的热交换器特别地是用来冷却内燃发动机的进气气体的增压空气冷却器，但其也可以是用来降低注入这种内燃发动机进气气体的排气的温度的再循环排气冷却器。
根据本发明的热交换器1配置为执行第一流体和第二流体之间的热交换。以特别的方式，热交换器被设计为不仅通导气体流体，还运送液体流体，比如冷却流体，该冷却流体例如由已添加了乙二醇的水构成。由此，热交换器1可以是气体流体/液体流体交换器。
根据本发明的热交换器1包括热交换本体2，热交换本体2形成第一流体与第二流体之间的热交换的地点。位于该热交换本体2的每个端部处的是集管3，其被盖4覆盖。
集管3通过热交换器2的多个组成管分配第一流体，该第一流体通过盖4被通导到集管3或从集管3被通导。盖4包括至少一个开口5，第一流体通过所述开口进入或离开热交换器1。由此，集管3在一侧铜焊到热交换本体2，在另一侧被固定到盖4(或通过铜焊或通过将集管3卷接到盖4)。
热交换器2设置有至少一个封板(blanking plate)6，所述封板6帮助界定第二流体流动通过的导管，该第二流体特别是液体流体。封板6包括至少一个孔7，第二流体通过所述孔7进入或离开热交换本体2。封板6还可具有变形部，该变形部形成相对于封板6的延伸平面的突出部8。这样的突出部使得可以更容易地在热交换本体2的整个宽度上分配第二流体。在图1的特别示例中，封板6包括两个突出部8和在突出部处形成的两个孔7，第一孔能允许第二流体进入热交换本体2，而第二孔能允许第二流体离开热交换本体2。
封板6包括至少一个舌部9，舌部9抵靠管的面折叠且铜焊到该面，所述面将热交换本体2定界。根据示例性实施例，封板具有两组标记为9至11的三个舌部，每个组从封板的平行于管的一个边缘伸出。
由此，集管3借助于铜焊到封板的集管3的双厚度壁的一个端部而固定到封板6。该集管3还固定到(特别地通过铜焊)端部管的布置在热交换本体2的端部处的壁。
图2是在通过图1中所示平面A的剖面中的、热交换本体2的视图。
热交换本体2包括多个管12，所述管通过铜焊固定到集管。这些管例如由金属板制造，所述金属板本身折叠以便界定内部容积，第一流体特别是气体流体在所述内部容积内流动。将注意到，每个管12的结构是相同的，置于热交换本体2的一个和另一个端部处的两个管在下文被称为端部管12a和12b。
管12由两个平行纵向壁界定，其具有参考标记14和15，通过具有参考标记16和17的两个侧向壁连结。该结构应用至热交换本体2的所有构成管12，包括端部管12a、12b。
安装在每个管的内部容积内的是插入件13。插入件具有第一功能，该第一功能在于扰动第一流体在管12中的流动，以便最大化第一流体与界定管12的壁之间的热传递。插入件13可具有第二功能，该第二功能在于机械地加强管12。具体地，插入件的Z字形状使得可以提供纵向壁14、15的内部面与插入件13的每个波纹部的峰部之间的铜焊线。插入件由此以直线的方式在这些纵向壁的每个内部面之间延伸，由此避免管12在第一流体的压力的作用下而鼓起。
热交换本体2还包括能够通导第二流体的多个导管18。这些导管18通过在每个管之间形成的空间形成，但是它们还通过第一封板6a并通过第二封板6b界定，所述第一封板和第二封板侧向地闭合热交换本体2。第一流体由此仅通过形成管12的纵向壁14、15与第二流体分开。
每个管12之间的空间通过间隔装置9产生，间隔装置9的其中一个功能是确保在两个相邻管12之间的被限定的距离，以便形成讨论中的导管18。
该间隔装置19可执行第二功能，该第二功能在于，在导管18内的第二流体中产生湍流，以便增加第二流体与管12的纵向壁14、15之间的热交换。
根据一个执行示例，间隔装置19可通过设置在管12的纵向壁14、15中的多个变形部形成。替代地，该间隔装置19可通过在铜焊操作之前安装在每个管之间的一个或多个附接部件实施。根据一个示例性实施例，该部件可以是格栅，特别是包括用于产生湍流的波纹部。
间隔装置19还可实现第三功能，该第三功能在于吸收机械力，以便避免热交换本体2的变形。以此方式，间隔装置19可以被铜焊到两个直接相邻的管12的每个纵向壁14、15。
热交换本体2包括第一封板6a和第二封板6b，每个封板固定到每个管12的侧向壁16、17。这样的固定通过将封板铜焊到管12的侧向壁而确保。
图2清楚地示出了舌部10的存在，所述舌部10与封板6a和6b的材料为一体地形成。这些舌部被折叠抵靠端部管12a和12b的总向壁14的外部面。这些舌部通过在封板6a、6b和端部管12a、12b之间铜焊而加强机械连接，以便形成界定所述多个导管18的壳体。
图3是详细显示了盖4、集管3、和封板6之间的固定的视图。该图示示出了在图1中所示平面B中截取的剖面。
集管3包括由固定边缘21围绕的基板20。基板20设置有开口，其在该情形中具有细长形状，所述开口接收每个管12的一个端部。这些开口可设置有凸缘，该凸缘例如朝向热交换本体2或朝向盖4取向。
固定边缘21形成围绕基板21的外周带，该固定边缘优选地由基板的材料一体地形成。
根据本发明，该固定边缘21通过双倍厚度壁22形成，所述双倍厚度壁终止于至少部分地固定到一个和/或另一个封板6的一个端部23。
术语“双倍厚度”意思是固定边缘21通过设置被压抵彼此的两个壁厚而被加强。双倍厚度壁22由此通过第一壁24和第二壁25形成，所述第二壁25紧邻第一壁24，遵循第一壁24的轮廓。第二壁25通过在第一壁24和第二壁25之间的铜焊而至少部分地固定到第一壁24。
根据该图中所示的示例性实施例，第一壁24还借助折叠部36固定到第二壁。在这样的情形中，第一壁24和第二壁25由同一个金属板制成，所述金属板已经在折叠部36处折叠以便将第二壁25压抵第一壁24。由此，第二壁25被认为与第一壁24的材料一体地形成。
替代地，第二壁25可以是与第一壁24分开的部件，且在铜焊至第一壁之前被附接，以便在它们一旦已经固定在一起时(特别是通过铜焊)形成双倍厚度壁22。
为了简化制造集管3的方式，双倍厚度壁22的厚度至少是基板20的厚度的两倍大。更精确地，双倍厚度壁22的厚度严格地等于基板20的厚度的两倍。双倍厚度壁22的厚度在穿过基板20的平面中测量，而基板20的厚度沿平行于管12的纵向方向的方向测量。
根据图3和4中的示例性实施例，固定边缘21至少部分地界定用于接收盖4的跟部27的容纳部26。就其本身而言，基板20由带部28延伸，所述带部沿垂直于基板20的延伸平面的方向延伸。由此，接收盖的跟部27的容纳部26在一侧上通过带部28定界，在另一方面通过双倍厚度壁22的第一构成壁24定界。
除了接收盖4的跟部27之外，该容纳部26可接收密封件43，所述密封件43提供第一流体与根据本发明的热交换器的周围环境之间的密封。由此，该密封件43在容纳部26的区域中支承抵靠跟部27，抵靠带部28并抵靠第一壁24。
根据图3中的示例性实施例，第一壁24包括由第一侧壁30延伸的第一条带部29。第一条带部29形成容纳部26的基部，密封件43支承抵靠该基部。第一侧壁30至少部分地与容纳部26相符地延伸，特别是在其侧向延伸。第一条带部29和第一侧壁30特别地是平坦的。
位于第一条带部29与第一侧壁30之间的是斜切部31，即相对于第一条带部29且相对于第一侧壁30倾斜的基本平坦的边缘。该斜切部31由此将第一条带部29连接到第一侧壁30，该斜切部是涉及双倍厚度壁22的机械加强的元件。
双倍厚度壁22的第二壁25包括由第二侧壁33延伸的第二条带部32。第二条带部32在平行于第一条带部29的延伸平面的平面中延伸，这两个条带部通过铜焊连接固定在一起。
第二侧壁33在平行于第一侧壁30的延伸平面的平面中延伸，且铜焊至所述第一侧壁。
第二条带部32通过圆角34连结到第二侧壁33，即具有呈圆形截面的边缘。该圆角34与斜切部31相对且配置为与该斜切部31分开，这样的布置有助于提高双倍厚度壁22的机械强度。第二条带部32和第二侧壁33例如是平坦的。
由此，双倍厚度壁22包括布置在该双倍厚度壁的角部处的机械加强装置。该机械加强装置可以仅通过斜切部31或仅通过圆角34形成。机械加强装置还可以通过该斜切部31与圆角34的组合制成，这样的组合还使得可以提高双倍厚度壁22的机械强度。
双倍厚度壁22的端部23通过第二条带部32的端部部分形成。在集管3处，封板6插置在管12的侧向壁16、17与该端部23之间。根据未示出的示例性实施例，铜焊到封板6的是第二条带部32的一个边缘。
在图3中的示例中，端部23包括弯曲部35，弯曲部35取向为使得，界定第二条带部32的一个或另一个面支承抵靠并铜焊到封板6。在本情形中，弯曲部35形成朝向热交换本体2转弯(即远离固定到讨论中的集管3的盖4)的90°角度。
在折叠部36处，双倍厚度壁22包括多个卷接凸片37，卷接凸片37通过延伸第一壁24的部分形成。在该图中，这些卷接凸片37示出为在被折叠在盖4的跟部27上之前。在最终组装位置，这些卷接凸片被压抵盖4的跟部27，以便抵靠密封件43施加压缩力。
图4是详细显示了盖4、集管3、和其中一个端部管12a或12b之间的固定的视图。该图示示出了在图1中所示平面C中截取的剖面。相对于图3的差别将被描述，且将对关于图3进行的描述进行引用，以便实施图4中所示的共用元件的结构。
在该情形中，基板20包括凸缘38，其朝向热交换本体2转弯。这些凸缘接收每个管12的一个端部，由此形成接触区域，其改进基板20与管12之间的铜焊。
在该情形中，由于凸缘的存在，带部28与端部管12a的纵向壁14分开。
第二壁25终结于固定到端部管12a的边缘39，例如通过在两个部分之间铜焊而固定。边缘39包括弯曲部35，其使得可以将第二壁25的一个面压抵端部管12a的纵向壁14的外部面。
对于图3和4中的变形形式，将注意到，热交换本体和集管可以由铝合金制造。对于其自身而言，盖4可由铝合金或合成材料(比如例如塑料材料)制造。
图5显示了热交换器的变形实施例，其在图1中以参考标记B图示的剖面观察。对于图3和4，盖4通过卷接凸片的折叠而保持在集管3中。图5中的变形形式显示了不同的组件，其中盖4通过焊接(weld)或至少铜焊(braze)固定到集管3。对于以相同方式显示的元件，将参考关于图3的描述。
根据两个替换或补充的固定变形形式(二者显示在图5中)，在该情形中，容纳部26接收盖4的跟部27，该跟部则固定到双倍厚度壁22。
第一固定替换形式在于，在跟部27和集管3的固定边缘21之间进行铜焊。首先，在带部28与跟部27的内部面之间进行铜焊(具有参考标记40)，同时在跟部27的外部面与双倍厚度壁22之间进行第二铜焊41。举例来说，该第二铜焊41在第一壁24的第一构成侧壁30与跟部27的外部面之间进行。
第二固定替换形式通过焊珠(具有参考标记42)形成，所述焊珠例如设置在盖的跟部27与折叠部36之间，所述折叠部将双倍厚度壁22的第一壁24连接至第二壁25。
在图5中所展示的两种固定替换方式的范围内，热交换本体2和盖4可由铝合金制造，由此使得更容易地回收热交换器，而不需要将其拆卸。
上述热交换器1可以并入到用于冷却内燃发动机的排气或进气气体的系统内。在这样的情形中，第一流体通过内燃发动机的进气气体或排气形成，而第二流体通过液体冷却流体形成。
Claims (12)
1.一种热交换器(1)，包括热交换本体(2)、至少一个盖(4)、和连接盖(4)到热交换本体(2)的集管(3)，所述热交换本体(2)由至少一个封板界定，所述集管(3)包括由用于固定盖(4)的固定边缘(21)围绕的基板(20)，其特征在于，所述固定边缘(21)通过双倍厚度壁(22)形成，所述双倍厚度壁(22)的一个端部(23)至少部分地固定到封板，其中所述双倍厚度壁(22)通过第一壁(24)和铜焊到第一壁(24)的第二壁(25)形成，所述固定边缘(21)至少部分地界定用于接收盖(4)的跟部(27)的容纳部(26)，该容纳部(26)在一侧上通过带部(28)界定，所述带部外周地延伸基板(20)，所述双倍厚度壁(22)的第一壁(24)包括形成所述容纳部(26)的基部的第一条带部(29)、和在另一侧界定所述容纳部(26)的第一侧壁(30)，所述双倍厚度壁(22)的端部(23)包括弯曲部(35)，所述弯曲部(35)定位为使得第二壁(25)的与所述带部(28)沿相反方向延伸的面被铜焊到封板。
2.如权利要求1所述的热交换器，其中热交换本体(2)包括固定到集管(3)且能够通导第一流体的多个管(12,12a,12b)、以及能够通导第二流体的多个导管(18)，所述导管(18)形成在管(12,12a,12b)之间且通过至少所述封板界定。
3.如权利要求1或2所述的热交换器，其中双倍厚度壁(22)的厚度至少是基板(20)的厚度的两倍大。
4.如权利要求1或2所述的热交换器，其中双倍厚度壁(22)包括至少一个角部，机械加强装置形成在所述角部处。
5.如权利要求4所述的热交换器，其中机械加强装置是形成在第一壁(24)的角部处的斜切部(31)。
6.如权利要求4所述的热交换器，其中机械加强装置是形成在第二壁(25)的角部处的圆角(34)，该圆角(34)与斜切部(31)相对地形成。
7.如权利要求1所述的热交换器，其中第一条带部(29)和第一侧壁(30)通过斜切部(31)连接。
8.如权利要求7所述的热交换器，其中双倍厚度壁(22)的第二壁(25)包括铜焊到第一条带部(29)的第二条带部(32)、和铜焊到第一侧壁(30)的第二侧壁(33)，第二条带部(32)和第二侧壁(33)通过距斜切部(31)一距离的圆角(34)连接。
9.如权利要求2所述的热交换器，其中所述多个导管(18)通过第一封板并通过第二封板闭合，每个封板被固定到每个管(12,12a,12b)的侧向壁(16、17)。
10.如权利要求1或2所述的热交换器，其中双倍厚度壁(22)的一个边缘(39)至少固定到热交换本体(2)的端部管(12a、12b)的纵向壁(14)。
11.如权利要求10所述的热交换器，其中封板包括至少一个舌部(9,10,11)，所述舌部折叠抵靠端部管(12a,12b)的纵向壁(14)并铜焊到该纵向壁(14)。
12.如权利要求1或2所述的热交换器，其中封板包括至少一个孔(7)，第二流体能通过该孔进入或离开热交换本体(2)。
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