CN109306922B - 铝板及具有铝板的冷却器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种铝板和一种EGR冷却器，EGR冷却器可包括使从废气侧再循环至进气侧的废气冷却的冷却器，冷却器可包括形成有内部空间的壳体，以预定间隔设置在壳体内部的管，以及设置在管内部且其一侧与管的内表面相接触的销，其中冷却剂在壳体和管之间流动，并且废气在管内部流动，并且其中管或销可为铝合金且包含预定比例的Mg和Ti。

Description

铝板及具有铝板的冷却器

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月28日提交的韩国专利申请第10-2017-0095910号的优先权，出于所有目的将其全部内容并入本文以供参考。

技术领域

本发明涉及一种废气再循环(EGR)冷却器，并且，更具体地，本发明涉及一种EGR以及在其中使用的铝板，EGR将废气从废气管线再循环至进气管线以减少废气中产生的氮氧化物和颗粒材料，并使再循环的废气冷却。

背景技术

近来，随着包括全球变暖在内的环境问题的出现，关于汽车尾气的规定越来越严格，并且对车辆废气的排放量采取了严格的标准。

近来，在EURO-6标准下，在用于车辆的柴油发动机的情况下，所产生的NO_x的量需要降低到80mg/km的水平，并且在这方面，车辆相关公司已采用了包括EGR、LNT和SCR在内的新技术。

废气再循环(EGR)装置包括使废气再循环并使再循环的废气与压缩空气混合的高压废气再循环(HP-EGR)装置、和在柴油颗粒过滤器(DPF)的后端部使废气再循环并且在涡轮增压器的前端部将再循环的废气与空气混合的低压废气再循环(LP-EGR)装置。

在当前情况下，为了使再循环的废气冷却，将EGR冷却器设置在废气再循环管线中，并且EGR冷却器包含对高温状态和冷凝水具有高抗腐蚀性的不锈钢材料。

然而，包含不锈钢材料的EGR冷却器重，传热效率低，并且成型性差，因此部件昂贵。因此，已经对具有高传热效率、具有优异的成型性、并且包含铝、并且其部件相对便宜的EGR冷却器进行了研究。

典型地，将基于纯铝(A1XXX)的A1100和基于铝-锰(A3XXX)的A3003用在热交换器的销和管中，该热交换器构造为冷却器并且再循环废气的温度大约为550℃。

此外，包括Cl^-、SO₄ ^2-和NO₃ ^-在内的腐蚀性离子作为冷凝水的组分存在，其中基于铝的销或管可能在高温环境和腐蚀环境中损坏。就目前而言，对具有高强度和高耐腐蚀性的铝板进行研究。

本发明背景技术部分中公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不应视为对该信息形成本领域技术人员已知的现有技术的承认和任何形式的暗示。

发明内容

本发明的各个方面意在提供一种铝板以及包括其的EGR冷却器，该铝板在以下环境中保持强度并具有高耐腐蚀性，该环境中包括Cl^-、SO₄ ^2-和NO₃ ^-在内的腐蚀性离子作为冷凝水组分存在，并且再循环废气的温度大约为550℃。

根据本发明的示例性实施方式，一种冷却器可包括形成有内部空间的壳体、以预定间隔设置在壳体内部的管、以及设置在管内部并且一侧与管的内表面接触的销。管或销可为铝合金并且包含预定比例的至少一种选自Mg、Cr和Ti的材料。

管或销可包括形成在外侧表面层的包覆层，和设置在包覆层内侧的芯层，并且芯层可包含预定比例的Mg、Cr和Ti。

芯层可包含Cu、Si、Fe、Zn、Mg、Cr、Mn、Ti和Al。

芯层可包含0.43-0.57wt％的Cu、至多0.15wt％的Si、0.36-0.48wt％的Fe、至多0.50wt％的Zn、0.20-0.32wt％的Mg、至多0.05wt％的Cr、0.90-1.10wt％的Mn、0.13-0.20wt％的Ti和余量的Al。

根据本发明示例性实施方式的铝板可为铝合金，并且可包含预定比例的至少一种选自Mg、Cr和Ti的材料。

铝板可包括形成在外侧表面层的包覆层，和设置在包覆层内侧的芯层，其中芯层可包含预定比例Mg、Cr和Ti。

芯层可包含Cu、Si、Fe、Zn、Mg、Cr、Mn、Ti和Al。

芯层可包含0.43-0.57wt％的Cu、至多0.15wt％的Si、0.36-0.48wt％的Fe、至多0.50wt％的Zn、0.20-0.32wt％的Mg、至多0.05wt％的Cr、0.90-1.10wt％的Mn、0.13-0.20wt％的Ti和余量的Al。

根据本发明的示例性实施方式，通过改善EGR冷却器的管和销中使用的铝的材料特性，铝板在高温下和存在腐蚀性离子的环境下具有比A3003普通铝板更高的强度和改善的耐腐蚀性。

此外，使用铝板的EGR冷却器可通过铝的材料特性来减轻其重量，提高热交换效率，并且具有相对高的强度和高的耐腐蚀特性，以改善适销性和耐久性。

在本发明的示例性实施方式中，可以通过向铝板中添加镁(Mg)成分来提取MgSi以预期时效硬化效应，并且可以通过提高Si和Cu的含量来提取Al₁₂(Fe,Mn)₃Si微细弥散体和Al₂Cu以改善芯层的一般强度。

此外，可以通过添加Ti成分来提高耐腐蚀性，并且向铝合金添加Ti成分可以将腐蚀进程从局部腐蚀变为横向腐蚀，有效地限制贯穿腐蚀。

此外，Cr抑制晶界的腐蚀。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将通过并入本文的附图以及下面的具体实施方式而变得显而易见或更详细地阐述，附图和具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。

附图说明

图1是根据本发明示例性实施方式的EGR冷却器一侧的横截面图；

图2是在根据本发明示例性实施方式的EGR冷却器中使用的铝板的示意性横截面图；

图3是表示根据本发明示例性实施方式的铝板成分的表；

图4是表示根据本发明示例性实施方式的铝板特性的图；

图5是表示根据本发明示例性实施方式的铝板的腐蚀电位的表；和

图6是表示根据本发明示例性实施方式的铝板的浸渍测量结果的图片。

应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是说明性地呈现本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。本文公开的本发明的特定设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体的预期应用和使用环境来确定。

在附图中，在附图的全部几张图中，附图标记是本发明的相同或等同部分。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的各种实施方式，其实例在附图中示出并在下面进行描述。虽然本发明将结合示例性实施方式进行描述，但应当理解的是，本描述并不意在将本发明限制于那些示例性实施方式。另一方面，本发明意在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖各种替换方式、修改方式、等同方式和其它实施方式，其均包括在由权利要求限定的本发明的精神和范围内。

此外，为了使描述易于理解，附图所示的各构造的尺寸和厚度是任意显示的，但是本发明不限于此，并且为了清楚，层、膜、面板、空间等的厚度是夸大的。

为了清楚地描述本发明的示例性实施方式，将省略与描述无关的部分。

在下面的描述中，将部件的名称划分为第一、第二等是为了划分名称，因为部件的名称彼此相同，并且其顺序不受特别限制。

图1是根据本发明示例性实施方式的EGR冷却器一侧的横截面图。

参照图1，EGR冷却器132可包括壳体200、管210和销215。

在壳体200内部形成有内部空间，并且管210以预定间隔从壳体200的上部到下部设置在壳体200的内部，并且具有锯齿(zig-zag)形状的销215设置在管210的内部。

销215的上侧钎焊到管210内侧的上表面，销215的下侧钎焊到管210内侧的下表面，并且销215提高再循环的废气和冷却剂之间的传热效率。

在管210的外表面和壳体200的内表面之间形成冷却剂在其中流动的冷却剂路径205，在管210内部形成再循环废气通过的废气路径220，并且通过冷却剂通过销215和管210使再循环的废气冷却。

图2是在根据本发明示例性实施方式的EGR冷却器中使用的铝板的示意性横截面图。

参照图2，管210通常由三层形成，并且可包括在其中心处的芯层、和在芯层的两个表面上形成的包覆层。

在芯层中使用基于A3XXX的铝合金，并且在包覆层中使用基于A4XXX的铝合金。

在本发明的示例性实施方式中，可以通过向芯层中添加镁(Mg)成分来提取MgSi以预期时效硬化效应，并且可以通过提高Si和Cu的含量来提取Al₁₂(Fe,Mn)₃Si微细弥散体和Al₂Cu以改善芯层的一般强度。

此外，可以通过添加Ti成分来提高耐腐蚀性，并且向铝合金添加Ti成分可以将腐蚀进程从局部腐蚀变为横向腐蚀，有效地限制贯穿腐蚀。

此外，Cr抑制晶界的腐蚀。在此，晶界的腐蚀是晶粒间腐蚀，并且是指沿晶界产生的腐蚀。

图3是表示根据本发明示例性实施方式的铝板成分的表。

参照图3，在EGR冷却器132中使用的销215或管210的芯层可包括0.43-0.57wt％的Cu、至多0.15wt％的Si、0.36-0.48wt％的Fe、至多0.50wt％的Zn、0.20-0.32wt％的Mg、至多0.05wt％的Cr、0.90-1.10wt％的Mn、0.13-0.20wt％的Ti和余量的Al。

图4是表示根据本发明的示例性实施方式的铝板特性的图。

参照图4，该图表示常规材料和开发材料的屈服强度和抗拉强度。在常规材料的情况下，屈服强度和抗拉强度分别为31MPa和90MPa，并且在开发材料的情况下，屈服强度和抗拉强度分别为134MPa和159MPa。

图5是表示根据本发明示例性实施方式的铝板的腐蚀电位的表。

参照图5，该表格表示相应材料的腐蚀电位。在包覆层中使用的A4045的腐蚀电位为-730mV，常规材料A3003的腐蚀电位为-720mV，并且纯铝A1XXX的腐蚀电位为-708mV。

此外，开发材料的腐蚀电位为-687mV。因此，与常规材料相比，开发材料具有更好的耐腐蚀性。

图6是表示根据本发明示例性实施方式的铝板的浸渍测量结果的图片。

参照图6，作为浸渍结果，板未穿透，而是以预定的深度被完全腐蚀。

根据本发明的示例性实施方式的铝材可以应用于包括管和销的铝EGR冷却器，并且可以应用于设置在管和销的包覆层内侧的芯层。

此外，在发动机中使用铝EGR冷却器，并且发动机可包括进气管线、包括涡轮机和压缩机的涡轮增压器、中间冷却器、燃烧室、排气管线、EGR管线、EGR阀、EGR冷却器和控制器。

说明书中的未说明部分是指已知的技术。

在本发明的示例性实施方式中，EGR冷却器循环的废气温度大约为550℃，并且冷凝水随着废气的温度下降而产生。冷凝水的成分包括腐蚀性离子，包括Cl^-、SO₄ ^2-和NO₃ ^-。

因此，通过改进在EGR冷却器的管和销中使用的铝的材料特性，铝板在高温和腐蚀性离子存在的环境下具有比普通铝板A3003更高的强度和改善的耐腐蚀性。

此外，使用铝板的EGR冷却器可以通过铝的材料特性来减轻其重量，提高传热效率，并且具有相对高的强度和高的耐腐蚀性以改善适销性和耐久性。

在本发明的示例性实施方式中，虽然解释了管210和销215应用于EGR冷却器，但是在本发明的另一个示例性实施方式中，它们可以应用于中间冷却器，以使由EGR冷却器旁边的涡轮增压器或机械增压器(supercharger)的压缩机过量供应的空气冷却。

此外，根据本发明的示例性实施方式的冷却器可以应用于在两种介质之间传递热量的热交换器，并且应用领域不限于此。

此外，在本发明的示例性实施方式中，EGR冷却器可以应用于发动机的低压EGR冷却器和高压EGR冷却器，并且可以选择性地应用于在至少两种车辆领域包括的介质之间传递热量的热交换器。

为便于解释和在权利要求中进行精确限定，术语“上部”、“下部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“内”、“外”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“内侧”、“外侧”、“前”、“后”、“后面”、“向前”和“向后”用于参照附图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。

已经出于示例和描述的目的给出了对本发明的特定示例性实施方式的前述描述。它们不意在将本发明限制为所公开的确切形式，而是显然根据上述教导，可能有许多修改和变化。选择和描述示例性实施方式是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域的其他技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施方式以及其各种替代方式和修改方式。本发明的范围意在由权利要求及其等同方式限定。

Claims (2)

1.一种冷却器装置，所述装置包括：

形成有内部空间的壳体；

以预定间隔设置在所述壳体内部的管；和

设置在所述管内部的销，并且所述销的第一侧与所述管的内表面接触，

其中所述管或所述销是铝合金，并且包含预定比例的至少一种选自Mg、Cr和Ti的材料，

其中所述管或所述销包括形成在外侧表面层的包覆层，和设置在所述包覆层内侧的芯层，

其中所述芯层包含0.43-0.57wt％的Cu、至多0.15wt％的Si、0.36-0.48wt％的Fe、至多0.50wt％的Zn、0.20-0.32wt％的Mg、至多0.05wt％的Cr、0.90-1.10wt％的Mn、0.13-0.20wt％的Ti和余量的Al。

2.一种冷却器装置中使用的铝板，其为铝合金，其包含预定比例的至少一种选自Mg、Cr和Ti的材料，

其中所述铝板包括：

包覆层，其形成在外侧表面层；和

设置在所述包覆层内侧的芯层，

其中所述芯层包含0.43-0.57wt％的Cu、至多0.15wt％的Si、0.36-0.48wt％的Fe、至多0.50wt％的Zn、0.20-0.32wt％的Mg、至多0.05wt％的Cr、0.90-1.10wt％的Mn、0.13-0.20wt％的Ti和余量的Al。

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