CN110274505A - 用于换热器的波纹片复合结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于热交换器的波纹片复合结构，其包括至少两个互连的波纹片，其中所述波纹片各自具有翅片，所述翅片在波纹片的横向方向上成排布置并且可以沿纵向方向供从中流动通过，其中翅片具有侧翼，侧翼从波纹片的上侧横向于横向方向延伸到波纹片的下侧，并且通过连接区段相互连接，其中波纹片的翅片分割部对应于波纹片的周期长度，小于翅片宽度的两倍，翅片宽度对应于连接区段的宽度。为了提供简单的生产，建议至少两个波纹片彼此粘附，使得连接区段具有外部支承表面，即，波纹片的支承表面用作粘合表面，粘合剂被应用于粘合表面以粘合波纹片。

Description

用于换热器的波纹片复合结构
技术领域
本发明涉及一种用于热交换器的波纹片复合结构，该复合结构包括根据权利要求1的前序部分的至少两个互连的波纹片。本发明还涉及一种包括至少一个这种波纹片复合结构的热交换器以及一种制造这种波纹片复合结构的方法。
背景技术
通常，这种波纹片具有翅片，所述翅片在波纹片的横向方向上成排布置并且可以在纵向方向上供从中流动通过，其中翅片具有侧翼，所述侧翼从波纹片的上侧横向于横向方向延伸到波纹片的下侧，它们通过连接区段相互连接。如果需要传热能力，其不能仅通过波纹片产生，则这种波纹片相互连接以形成波纹片粘合。为此目的，使用接触片，所述接触片放置在待连接的两个波纹片之间。即使通过这种方式可以获得稳定的波纹片复合结构，也会影响相互连接的波纹片之间的热传递。
发明内容
本发明的目的是提供一种波纹片复合结构的改进的或至少替换实施例，其特别是提供两个互连的波纹片的改进的热传递。
根据本发明，该目的通过独立权利要求来解决。有利的进一步发展是从属权利要求的主题。
本发明基于在两个波纹片之间提供尽可能大的接触表面的大体思路。通过这种方式可以实现波纹片之间以及因此从加热元件到波纹片以及从波纹片到流过波纹片的流体之间的特别好的热传递。根据本发明，因此规定，波纹片的翅片分割部(其对应于波纹片的周期长度)小于翅片宽度的两倍，翅片宽度对应于连接区段的宽度。根据本发明进一步规定，至少两个波纹片彼此粘合，其中连接区段具有外部支承表面，外部支承表面用作粘合表面并且粘合剂被施加到该外部支承表面以粘合波纹片。以这种方式实现的是，连接区段以及因此在波纹片的上侧和波纹片的下侧上延伸的支承表面覆盖上侧和下侧的大部分表面区域，使得波纹片具有到所连接的波纹片的大的粘合表面和热传递表面。这在波纹片之间提供了强粘合复合结构，其中在连接的波纹片之间同时获得良好的导热性。此外，通过这种方式也可以实现与波纹片复合结构连接的散热器或热源的增加的热传递。
在说明书和所附权利要求中，连接区段的宽度是在连接区段的外部尺寸上测量的，也就是说，侧翼的壁厚被包括在连接区段的宽度中。
在说明书和所附权利要求中，波纹片的周期长度被理解为波纹片的横向方向上的距离，之后波纹片的成形自身重复。
有利的解决方案是使波纹片的翅片分割部小于翅片宽度的四分之三。特别优选地，波纹片的翅片分割部等于翅片宽度。因此可以在互连的波纹片之间形成特别大的粘合表面和传热表面。
特别有利的选择是使连接区段以弯曲的方式延伸，其中连接区段在中心区域中具有比在边缘区域中更大的半径，在边缘区域中连接区段过渡到侧翼。因此，大部分连接区段实际上可以用作支承表面，使得连接的波纹片之间的传热表面特别大。
当边缘区域中的半径小于0.5mm时是有利的。因此，特别大部分的连接区段实际上可以用作支承表面，使得连接的波纹片之间的传热表面特别大。
有利的解决方案使得相邻的侧翼彼此倾斜地布置。以这种方式可以实现波纹片的连接区段特别紧密地相互挨靠，使得最大可能的表面区域形成为在波纹片的上侧和下侧上的加热元件的接触表面。
另一种有利的解决方案是，在波纹片的纵向方向上一个接一个地布置鳃形件。由波纹片形成的流动通道之间的流体交换可以以这种方式在纵向方向上在侧翼的整个长度上实现。因此可以实现流过波纹片的流体流动的特别好的均匀化，由此流体和波纹片之间的热传递特别好。
另一种特别有利的解决方案是，相邻的鳃形件通过狭缝彼此分开，并且通过旋转腹板而形成，腹板由此形成。这是一种用于形成鳃形件的可以易于生产的选项。因此，鳃形件倾斜于流体的流动方向，流体流过波纹片，并且突出超过波纹片的侧翼的壁厚，使得鳃形件可以从流体流中虹吸流体并且将其供应到相邻的流动通道，使得波纹片和流体之间的热交换可以特别好。
有利的替代方案提供了鳃形件的腹板的旋转方向变化，特别是对于波纹片的一半中的腹板的旋转方向，基于纵向方向，与波纹片的另一半中的腹板的旋转方向相反。通过这种方式可以在相邻的流动通道之间通过波纹片实现特别有利的流体交换，由此波纹片和流过波纹片的流体之间的热交换进而得到改善。
另一个有利的替代方案是使腹板围绕10°和40°之间，优选地在15°和35°之间，特别优选地在20°和30°之间的鳃形件角旋转。以这种方式可以特别容易地虹吸流体。在说明书和所附权利要求中，鳃形件角应理解为腹板与波纹片的侧翼或纵向方向的角度。
有利的选择是使翅片高度大于翅片宽度的两倍，其中翅片高度由波纹片的上侧与下侧的距离限定。这导致波纹片的特别有利的几何形状。
本发明进一步基于提供包括至少一个根据以上描述的波纹片复合结构和热源和/或散热器的热交换器的总体思路，其中热源和/或散热器布置在波纹片复合结构的这种波纹片的下侧或上侧上。通过这种方式，热量可以从热源和/或散热器传递到流体，流体流过波纹片复合结构，反之亦然。
另一个有利的选择是，热交换器具有至少两个波纹片接合部，并且热源和/或散热器分别布置在两个波纹片接合部之间。通过这种方式可以在热源和/或散热器与波纹片之间特别好地引导热量，使得热源和/或散热器与流过波纹片的流体之间的热传递可以以特别有利的方式产生。
另一个特别有利的选择是，热源和/或散热器通过管道，特别是椭圆形管道或扁平管道形成，流体流过该管道。因此，例如来自流过管道的冷却剂或加热剂的热量可以传递到流过波纹片的流体，反之亦然。
有利的解决方案是通过电加热元件形成热源和/或散热器。借助于电能产生的热量可以以这种方式传递到流过波纹片的流体。
本发明进一步基于根据以上描述制造波纹片复合结构的大体思路。根据本发明，提供了将粘合剂施加到波纹片的至少一个的至少一个支承表面上，并且使至少两个波纹片抵靠彼此放置，其中施加有粘合剂的支承表面抵靠另一个波纹片的支承表面放置，以在波纹片之间建立粘合剂结合。粘合是一种将对象彼此连接的经济高效的方法。与焊接连接相比，需要显著更低的温度，因此一方面可以节省能量。另一方面，温度敏感物体因此也可以连接到波纹片复合结构。通过增加轴承表面的表面积，尽管有粘合剂结合，但仍可获得良好的热传递，从而可以最佳地利用波纹片复合结构的优点。
有利的解决方案是，至少两个波纹片通过辊子在循环过程中预成型，并且波纹片在后处理步骤中适应于最终形状。借助于辊子在循环过程中的生产是特别有利的，但是波纹片的所需形状不能仅通过借助于辊子的成形来实现，因此需要对波纹片进行后处理。特别是连接区段的形成和所需尺寸的修剪。
另一个有利的解决方案是，响应于波纹片的预成型，在侧翼中形成鳃形件，并且响应于预成型使连接区段具有较小的半径，该半径在后处理步骤中扩大。波纹片的最重要的特征是以这种方式通过预成型形成的。随后的后处理步骤仅用于适应相应的加热元件。特别地，可以适应电加热元件的弯曲或弯折表面。
特别有利的解决方案是，响应于后处理步骤，使侧翼的最终角度相对于彼此和连接区段进行调节。以这种方式可以特别容易地获得所需的波纹片的形状。
本发明的其他重要特征和优点由从属权利要求、附图以及借助于附图的相应附图说明得出。
不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和仍将在下面说明的特征不仅可以以相应的指定组合使用，而且可以以其他组合或单独使用。
附图说明
在附图中示出了本发明的优选示例性实施例，并且将在下面的描述中更详细地解释本发明的优选示例性实施例，其中相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
在每种情况下示意：
图1示出了根据本发明的波纹片复合结构的波纹片的剖视图，
图2示出了图1的波纹片的透视图，
图3示出了图2中的区域A的详细图示，
图4示出了沿图1中波纹片的截面B-B的剖视图，
图5示出了根据本发明的波纹片复合结构的剖视图，
图6示出了根据本发明的热交换器的剖视图，该热交换器包括根据本发明的波纹片复合结构，
图7示出了在后处理步骤之前和之后在波纹片上的纵向侧视图，
图8示出了沿波纹片的第二实施例的纵向的侧视图，以及
图9示出了波纹片的第三实施例的纵向侧视图。
具体实施方式
图1中所示的波纹片10用于热交换器12的波纹片复合结构11。特别是对于热交换器12，其从热源和/或散热器13，例如从加热元件14，尤其是电加热元件14，传递热量至流体16，流体16流过波纹片10。这种热交换器12尤其需要加热节能型车辆的内部，其中驱动器的废热不足以加热乘客舱。这种节能型车辆例如是混合动力车辆，特别是包括增程器的插电式混合动力车辆、电动车辆或包括特别有效的内燃机(诸如，例如柴油发动机)的车辆。
波纹片10具有翅片18，翅片18可以在纵向方向20上供从中流动通过，特别是由流体16通过。翅片18在横向方向22上成排布置。横向方向22特别是垂直于纵向方向20。
翅片18具有上侧24和下侧26，在所述上侧24和下侧26上分别形成有支承表面28，加热元件14可以应用于所述支承表面28以将热量从加热元件14传递到波纹片10。
波纹片10具有多个侧翼30，其从上侧24延伸到下侧26。然后侧翼30与流体16接触，流体16流过波纹片10。流动通道32形成在侧翼30之间，通过所述流动通道32，流体16可以流过波纹片10。
侧翼30分别与至少一个另外的侧翼30连接，大部分未布置在边缘上的侧翼分别连接到两个另外的侧翼30，其中侧翼30在一侧上(上侧24或下侧26)连接到另一侧翼30，并且在另一侧上连接到另一侧翼30。以这种方式，多个侧翼30以一排互连。
侧翼30通过连接区段34相互连接。连接区段34从侧翼30延伸到相邻的另一侧翼30，该相邻的另一侧翼30连接到一个侧翼30。连接区段34因此在上侧24或在下侧26上延伸并且由此形成支承表面28，可以抵靠支承表面28施加另外的波纹片10或加热元件14。经由连接区段24，热量可以从加热元件14传递到侧翼30，侧翼30又可以向流体16放热。连接区段34还限制流动通道32，使得流动通道32具有基本上三角形的横截面。
连接区段34具有在波纹片10的横向方向22上测量的宽度36。连接区段34的宽度36通过外部尺寸限定。因此，侧翼30的壁厚38是连接区段34的宽度36的一部分。连接区段34的宽度36也称为翅片宽度36。
连接区段34以弯曲的方式延伸。在中心区域35中，连接区段34由此具有中心半径并且在边缘区域37中具有边缘半径，在边缘区域37中连接区段34过渡到侧翼30中。中心半径明显大于边缘半径，因此支承表面28形成在中心区域35中。
连接区段34的中心半径优选地在2mm至无穷大的范围内。因此，连接区段34也可以在中心区域中笔直地延伸。然而，中心区域中的最终半径仅在安装状态下，即，在安装状态下的张紧的影响下产生。例如，连接区段34的中心区域35通过另外的波纹片10或被施加到波纹片10上的热源和/或散热器13来适配，使得连接区段34平靠在另一个波纹片10的连接区段34上或者平靠在热源和/或散热器13上。
波纹片10的单个翅片18的路线以第一侧翼40开始，第一侧翼40从下侧26延伸到上侧24并且过渡到上侧24上的连接区段34。
在上侧24上，连接区段34基本上平行于横向方向22一直延伸到第二侧翼42。第二侧翼42从上侧24上的连接区段34一直延伸到下侧26，其中第二侧翼42过渡到另一连接区段34。因此，波纹片的翅片通过两个侧翼30和两个连接区段34限定。
翅片距离44被定义为波纹片的下侧26上的第一侧翼40和第二侧翼42之间的距离。侧翼30彼此成角度地延伸，其中相互连接的两个侧翼30在连接区段34上彼此之间的距离大于在波纹片10的另一侧上的距离，在波纹片10的另一侧上，侧翼30彼此具有翅片距离44。根据本发明，翅片距离44小于翅片宽度36。翅片分割部46对应于两个连续翅片18的两个相同点的距离。翅片分割部46因此对应于波纹片10的周期长度。
侧翼30配备有鳃状件48，鳃状件48沿纵向方向20成排布置。鳃状件48形成穿过侧翼30的孔50，通过该孔可以在两个相邻的流动通道32之间交换流体。因此，实现了流过波纹片的流体16的良好混合，从而改善了波纹片10和流体16之间的热传递。
鳃状件48由侧翼30中的狭缝52形成，所述狭缝在纵向方向20上成排布置。在狭缝52之间形成围绕其自身轴线旋转的腹板54，使得腹板54从侧翼表面56突出并且因此从孔50通过侧翼30形成。由于鳃状件48的腹板54从侧翼表面56突出，所以鳃状件可从流动通道32虹吸流体16并且可将其引入相邻的流动通道32。
鳃状件48相对于侧翼表面56因此相对于纵向方向20倾斜鳃状件角58。鳃状件角58优选地位于15°和35°之间的范围内。
为了改善流动通道32之间的流体交换，鳃状件的腹板54旋转的旋转方向可以在波纹片10的整个长度上变化。在波纹片的一半上，鳃状件48例如沿一个方向旋转，并且在波纹片的另一半中，它们沿另一个方向旋转。
鳃状件48的鳃状件侧翼宽度60由狭缝52相对于彼此的距离和相对于纵向方向20的鳃状件角58确定。因此，鳃状件侧翼宽度60由鳃状件48在垂直于侧翼表面区域56的方向上的扩展限定。
图5中以示例性方式示出的波纹片复合结构11具有多个(例如，两个)波纹片10，它们通过粘合剂粘合互连。两个波纹片10布置在彼此之上，使得两个波纹片10的支承表面28彼此面对。在相应的支承表面28之间布置有粘合剂31，其在支承表面28之间并且因此在波纹片10之间实现物质-物质粘合。因此，这些支承表面28用作粘合表面33。
在图6中以示例性方式示出的热交换器12具有至少一个波纹片复合结构11和热源和/或散热器13。热源和/或散热器13与波纹片复合结构11的一个波纹片10的支承表面28热接触。因此，热量可以在热源和/或散热器13与波纹片复合结构11并且因此在流过波纹片10的流体16之间传递。
在替代方案中，热源和/或散热器13可以布置在两个波纹片粘合部11之间。由于热源和/或散热器13布置在两个波纹片粘合部11之间，所以热量可以以特别有效的方式从热源和/或散热器13传递到波纹片接合部11的波纹片10，并且因此传递到流体16。
热源和/或散热器13可以由管道，特别是扁平管道形成，可以引导加热流体通过该管道以加热波纹片10。在图6所示的替代方案中，热源和/或散热器13借助于加热元件14，特别是电加热元件形成，其将电能转换成热量，以加热波纹片10并且因此加热流体16。
波纹片10最初通过辊子在循环过程中制造。侧翼30和连接区段34通过辊子形成，其中连接区段34具有中心半径35，该中心半径太小，并且侧翼30仍然基本上彼此平行地延伸。因此可以从辊子上去除波纹片。响应于借助于辊子预成型波纹片10，鳃状件48也被引入侧翼30中。
在进一步的后处理步骤中，波纹片10被制成最终形式，这意味着连接区段34以这样的方式形成，即，中心半径被扩大并且特别地大于边缘半径37。在后处理步骤的情况下，波纹片10也适合于热交换器12的尺寸。
为了制造波纹片复合结构11，两个波纹片10横跨支承表面28彼此粘合。支承表面28因此用作粘合表面33。为此目的，将粘合剂31施加到在其支承表面28上的一个波纹片10的上侧24或下侧26。然后将第二波纹片10的一个支承表面28施加到第一波纹片10的支承表面28上，该第一波纹片10的支承表面28设置有粘合剂31。如果需要，则可以施加接触压力以建立粘合剂粘合。
图8中所示的波纹片10的第二实施例与图1至图7所示的波纹片10的第一实施例的不同之处在于，翅片距离44为零，这意味着彼此贴靠的侧翼30在非连接侧上彼此接触。
此外，关于结构和功能，图8中所示的波纹片10的第二实施例对应于图1至图7中所示的第一实施例，在这方面参考上述进行描述。
图9中所示的波纹片10的第三实施例与图1至图7中所示的波纹片10的第一实施例的不同之处在于，翅片距离44大致对应于鳃状件侧翼宽度60。
此外，关于结构和功能，图9中所示的波纹片10的第三实施例对应于图1至图7中所示的波纹片10的第一实施例，在这方面参考上述进行描述。

Claims (13)

1.一种用于热交换器(12)的波纹片复合结构，所述复合结构包括至少两个互连的波纹片，
-其中所述波纹片各自具有翅片(18)，所述翅片(18)在所述波纹片(10)的横向方向(22)上成排布置并且在纵向方向(20)上能够供从中流动通过，
-其中所述翅片(18)具有侧翼(30)，所述侧翼(30)从所述波纹片(10)的上侧(24)横向于所述横向方向(22)延伸到所述波纹片(10)的下侧(26)，并且通过连接区段(34)相互连接，
-其中所述波纹片的翅片分割部(46)对应于所述波纹片的周期长度，小于翅片宽度(36)的两倍，所述翅片宽度(36)对应于所述连接区段(34)的宽度，
其特征在于，
-所述至少两个波纹片(10)彼此粘附，
-所述连接区段(34)具有外部支承表面(28)，
-所述波纹片(10)的支承表面(28)用作粘合表面(33)，粘合剂(13)被施加到所述粘合表面(33)以粘合所述波纹片(10)。
2.根据权利要求1所述的波纹片复合结构，
其特征在于，
所述波纹片的翅片分割部(46)小于所述翅片宽度(36)的四分之三。
3.根据权利要求1或2的波纹片复合结构，
其特征在于，
所述波纹片的翅片分割部(46)等于所述翅片宽度(36)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的波纹片复合结构，
其特征在于，
所述连接区段(34)以弯曲的方式延伸，其中所述连接区段(34)在中心区域(35)中具有比在边缘区域(37)中更大的半径，在所述边缘区域(37)处，所述连接区段(34)过渡到所述侧翼(30)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的波纹片复合结构，
其特征在于，
相邻的侧翼(30)彼此倾斜地布置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的波纹片复合结构，
其特征在于，
翅片高度大于所述翅片宽度(36)的两倍，其中所述翅片高度由所述波纹片(10)的上侧(24)到下侧(26)的距离限定。
7.一种热交换器，包括至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的波纹片复合结构，以及热源和/或散热器(13)，
其特征在于，
所述热源和/或散热器(13)布置在所述波纹片复合结构(11)的所述波纹片(10)的下侧(26)或上侧(24)上。
8.根据权利要求7所述的热交换器，
其特征在于，
所述热交换器(12)具有至少两个波纹片复合结构(11)，并且所述热源和/或散热器(13)分别布置在两个波纹片复合结构(11)之间。
9.根据权利要求7或8所述的热交换器，
其特征在于，
-所述热源和/或散热器(13)通过管道，特别是椭圆形管道或扁平管道形成，流体流过所述管道，或者
-所述热源和/或散热器(13)通过电加热元件(14)形成。
10.一种制造根据权利要求1至6中任一项所述的波纹片复合结构(11)的方法，
其特征在于，
-将粘合剂(31)施加到所述波纹片(10)的至少一个的至少一个支承表面(28)上，并且
-所述至少两个波纹片抵靠彼此放置，其中施加有粘合剂(31)的所述支承表面抵靠另一个波纹片的支承表面放置，以在所述波纹片之间建立粘结结合。
11.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，
-所述至少两个波纹片(10)通过辊子在循环过程中预成型，
-所述波纹片(10)在后处理步骤中适应于最终形状。
12.根据权利要求10或11所述的方法，
其特征在于，
响应于所述预成型，所述连接区段(34)具有较小的半径，所述较小的半径在所述后处理步骤中被扩大。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述侧翼(30)的最终角度相对于彼此调整并且响应于所述后处理步骤相对于所述连接区段(34)调整。
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