CN110520685A - 用于气体尤其来自发动机的废气的热交换器、用于交换器的气体循环管和制造交换器的方法 - Google Patents

用于气体尤其来自发动机的废气的热交换器、用于交换器的气体循环管和制造交换器的方法 Download PDF

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Abstract

包括热交换壳体(1)，其限定用于冷却剂流体循环的回路，多个气体循环管(2)，其布置在壳体(1)内部以与所述冷却剂流体进行热交换，以及至少两个结构部件(3)，其设置有多个孔(4)，用于在热交换器壳体(1)的相应端部中接收气体循环管(2)的端部，其中，每个管(2)具有两个开口半管(2a、2b)，该两个开口半管设计成彼此相对安装，管(2)的端部的横截面的形状在结构部件(3)的孔(4)中留下连接空间(e)，并且其特征在于，每个气体循环管(2)的端部具有至少两个锁定突片(6a)，该锁定突片布置成与一个半管(2a)的侧面的相同数量的部分(7)重叠，以至少部分地阻塞结构部件(3)的孔(4)中的连接空间(e)。

Description

用于气体尤其来自发动机的废气的热交换器、用于交换器的 气体循环管和制造交换器的方法
技术领域
本发明总体并且根据第一方面涉及一种用于气体特别是用于来自发动机的废气的热交换器，其包括多个气体循环管和用于在所述气体和冷却剂流体之间进行热交换的壳体，冷却剂流体围绕着包含在壳体中的气体循环管。
本发明的第二方面涉及一种用于所述热交换器的气体循环管，第三方面涉及一种用于制造根据第一方面的所述热交换器的方法。
本发明尤其用于发动机的废气再循环冷却器(EGRC)。
背景技术
EGRC交换器的主要功能是在废气和冷却剂流体之间交换热量，以冷却所述气体。如今，EGRC热交换器广泛用于柴油应用中以减少排放，以及用于汽油应用以减少燃料消耗。
目前市场上的EGRC交换器的布局包括通常由不锈钢或铝制成的金属热交换器。基本上有两种类型的EGR热交换器：第一种类型具有包含用于承载气体的一束平行管的壳体，其中冷却剂流过管外的壳体，第二种类型具有形成热交换表面的一系列平行板，使得废气和冷却剂在两个板之间以交替的层流动。
在管束式热交换器中，管和壳体之间的连接可以是不同类型的。通常，管的端部附接在联接到壳体的每个端部的两个支撑部件之间，两个支撑部件具有设计成接收相应管的端部的多个孔。
这样的用于气体的热交换器在现有技术中是已知的：其包括由两个开口半管形成的气体循环管，所述两个开口半管设计成彼此相对安装，使得一半管的侧面与另一半管的相应侧面的部分重叠。
专利EP2096294描述了一种热交换器，其设置有由两个开口半管制成的这种类型的气体管，其优于由便于组装的单个部件制成的管，而没有破坏扰动元件的风险，所述扰动元件布置在气体管内部以改善气流的热传递。这些扰动元件通常是窄的散热片，该散热片在从侧面插入由单个部件制成的管中时容易被压力损坏。相反，包括由两个开口半管(比如在上述专利中描述的那些)制成的气体循环管的交换器便于扰动元件的组装，这使得可以减小所述元件的厚度，从而降低交换器的总成本。
然而，由两个开口半管制成的气体循环管具有的缺点是不能确保部件(扰动元件和半管)之间的最佳接触。此外，这些管的横截面的形状在支撑部件的接收所述气体循环管的端部的孔中留下连接空间(e)。支撑部件和气体管的端部之间的密封是通过使用插入所述连接空间(e)中的钎焊填充材料进行钎焊而制成的，以确保部件之间的最佳密封。然而，支撑部件的孔中的连接空间(e)太大，因此需要大量的钎焊填充材料，即使这样，也不能保证最佳的密封质量。
发明内容
为了克服上述缺点，根据第一方面，本发明涉及一种用于气体特别是用于来自发动机的废气的热交换器，其包括：
-热交换壳体，其限定用于冷却剂流体循环的回路，
-多个气体循环管，其布置在壳体内部以与所述冷却剂流体进行热交换，以及
-至少两个结构部件，其设置有多个孔，用于在热交换器壳体的相应端部中接收气体循环管的端部，
-其中，每个管包括两个开口半管，优选地是两个U形半管，所述两个开口半管设计成彼此相对安装，使得一个半管的侧面与另一个半管的相应侧面的部分重叠，气体管的横截面的形状在接收所述气体循环管的端部的结构部件的孔中留下连接空间，
其特征在于：
-每个气体循环管的端部具有至少两个锁定突片，所述锁定突片布置成与一个半管的侧面的相同数量的部分重叠，以至少部分地阻塞交换器的结构部件的孔中的连接空间(e)。
根据第二方面，本发明提供一种用于热交换器比如所要求保护的热交换器的气体循环管，包括：
-两个开口半管，优选的是两个U形半管，所述两个开口半管设计成彼此相对安装，使得一个半管的侧面与另一个半管的相应侧面的部分重叠，气体循环管的横截面的形状在接收所述气体循环管的端部的结构部件的孔中留下连接空间(e)，
并且其特征在于：
-所述气体循环管的端部具有至少两个锁定突片，所述锁定突片布置成与一个半管的侧面的相同数量的部分重叠，以至少部分地阻塞热交换器的结构部件的孔中的连接空间(e)。
由于交换器的气体循环管由两个开口半管制成，所以交换器的扰动元件(例如传热散热片)可以容易地安装在气体循环管内，而没有被损坏的风险。因此，可以显著减小这些扰动元件的厚度，从而也降低了交换器的总制造成本。
此外，锁定突片使得可以阻塞接收气体循环管的端部的结构部件的孔中的连接空间(e)，其用作钎焊填充材料的屏障。这些锁定突片可以设计成也用作止动件并限定交换器的上述结构部件的位置。这使得两个元件的密封更加有效，确保完全密封而没有泄漏的风险。
优选地，所述交换器包括突起形式的多个突片，所述突起沿着一个半管的每个侧面分开地延伸，其中，至少两个所述突起用作每个气体循环管的端部处的锁定突片。
根据另一实施例，所述至少两个锁定突片由沿着一个半管的每个侧面连续延伸的单个突起形成。
这些突起可折叠并制成与一个半管的侧面部分重叠，以确保在两个部件的组装和钎焊阶段期间这些半管和扰动元件之间的接触。这提供了一种更加坚固紧凑的交换器，并且具有较低的泄漏风险。
有利地，所述锁定突片采用在所述半管之一的至少一个侧面上的纵向突起的形式，一旦所述半管已经组装，所述突起就可折叠成与另一个半管的侧面部分重叠。
根据一实施例，气体循环管的端部的部分(D)没有锁定突片，并且每个管的端部可以插入到交换器的结构部件的相同数量的孔中，直到停止抵靠着其中一个锁定突片，使得所述锁定突片限定所述结构部件的位置。
优选地，突起或锁定突片的长度(L)在0.5mm和15mm之间。
有利地，形成气体循环管的半管是U形板，并且所述锁定突片优选地作为突起形成在所述U形板之一的侧面上。
还有利地，接收交换器的气体循环管的端部的结构部件包括多个矩形孔，这些矩形孔布置成在热交换壳体的两端接收每个气体循环管的端部。
根据第三方面，本发明提供一种用于制造交换器和所要求保护的气体循环管的方法，包括以下步骤：
a.堆叠两个开口半管，优选的是两个U形半管，以形成每个气体循环管，
b.将一半管的侧面的端部的锁定突片折叠在另一半管的侧面的相同数量的部分上，
c.将每个气体循环管的端部插入到接收每个管的端部的交换器的结构部件的孔中，以用锁定突片至少部分地阻塞相应的连接空间(e)，
d.用钎焊填充材料填充连接空间(e)，以及
e.使用所述钎焊填充材料，用结构部件钎焊气体循环管的端部。
优选地，在步骤c)中，将每个气体循环管的端部的一部分插入结构部件的孔中，直到停止抵靠着其中一个锁定突片，使得所述锁定突片限定所述结构部件的位置。
根据优选实施例，在步骤a)中，气体扰动元件布置在两个开口半管之间。
所要求保护的制造方法确保并改善部件之间的接触，特别是半管和扰动元件之间的接触，以及由所述开口半管形成的气体循环管和接收气体循环管的端部的结构部件之间的接触。这确保了钎焊或焊接的良好质量，因此确保了更坚固且具有更长使用寿命的交换器。
附图说明
所附的示意图示出了实际的实施例，并且通过非限制性示例的方式提供以帮助理解前述内容。
图1是气体热交换器的分解图，包括热交换壳体、由包含扰动元件的开口半管制成的多个气体循环管以及容纳位于壳体内的气体管的端部的结构部件。
图2a是开口半管的端部的透视图，包括在其侧面上呈突起形式的两个锁定突片。
图2b是由两个开口半管制成的气体循环管的端部的透视图，所述两个开口半管在折叠并且在气体循环管的相同数量的侧部分上重叠锁定突片之后组装。
图2c是气体循环管的端部的分解透视图，包含扰动元件和相同数量的锁定突片。
图3是图2b中的气体循环管的横截面图，示出了锁定突片。为清楚起见，在该图中未示出扰动元件。
图4是设置有孔的结构部件及插入所述孔之一中直到被相同数量的锁定突片停止的气体循环管的一端的示意性透视图。
图5是图4中的前视图的细节，示出了锁定突片，其阻塞在结构部件的孔中形成的连接空间(e)。
图6示出了现有技术的类似于图5的交换器。该图示出了由两个U形开口半管制成的气体循环管的横截面形状形成的连接空间(e)。
具体实施方式
下面参照图1至6描述根据本发明的用于气体的热交换器及气体循环管的优选实施例。
根据本发明的气体交换器包括：
-热交换壳体1，其限定用于冷却剂流体循环的回路，
-多个气体循环管2，其布置在壳体1内部以与冷却剂流体进行热交换，以及
-两个结构部件3，其设置有多个孔4，用于在热交换器壳体1的相应端部中接收气体管2的端部。
图1是所要求保护的气体交换器的分解示意图，示例性地示出了由两个开口半管2a、2b制成的气体循环管2，所述两个开口半管2a、2b由两个U形板形成，U形板包含扰动元件5以改善气体的热传递。每个气体循环管2通过将两个半管2a、2b彼此相对地安装而组装，使得一个半管2b的侧面与另一个半管2a的相应侧面的部分7重叠，气体管2的端部的横截面的形状在接收所述气体循环管2的端部的结构部件3的孔4中留下连接空间(e)。
图6示出了根据现有技术的气体循环管2的端部的横截面，其由两个U形开口半管2a、2b制成并且安装在接收气体循环管2的端部的结构部件3中的孔4中。该图示出了由气体管2的横截面的特定形状留下的连接空间(e)。
所要求保护的交换器具有的优点是，气体循环管2的端部的表面具有至少两个锁定突片6a，其布置成阻塞所述连接空间(e)并且用作钎焊填充材料的屏障(参见图5)。
在图中描述和示出的实施例中，存在多个突片6，它们沿着U形板形式的开口半管2b的侧面分开地延伸，除了半管2b的端部的部分(D)之外。这些突片6采用突起的形式，该突起可折叠并制成与另一板或开口半管2a的侧面的部分7重叠以形成气体循环管2。在所述实施例中，突起的长度(L)约为15mm。然而，该长度(L)可以根据交换器的设计而变化。
至少一对上述突起位于气体循环管2的端部，以用作锁定突片6a。例如，两个锁定突片6a可以定位在距板或半管2b的端部0.5mm的距离(D)处，并且用作限定每个结构部件3的位置的止动件。这些用作锁定突片6a的突起的宽度(A)例如可以是约0.5mm，以至少部分地阻塞结构部件3的孔4的连接空间(e)，并且用作钎焊填充材料的屏障。沿着板或半管2b的侧面延伸的其余突起设计成在密封操作期间确保部件之间的接触。
图2a分别示出了设置在一个板或半管2a、2b上的突起或突片6的宽度(A)和长度(L)值，其可根据交换器的设计进行调节。
下面参考附图描述要求保护的热交换器和气体循环管的制造方法的步骤。
在第一步骤中，两个开口半管2a、2b堆叠以形成每个气体循环管2。可选地，气体管2的内腔可以包含插入在开口半管2a、2b之间的气体扰动元件5而没有损坏的风险。结果，可以减小该部件的厚度，这有助于降低交换器的最终成本。
在第二步骤中，折叠每个气体管2的端部的突起或锁定突片6以与一个半管2a的侧面的相同数量的部分7重叠，从而确保在密封步骤期间与扰动元件5接触。在随后的第三步骤中，每个气体循环管2的端部插入到接收所述气体管2的端部的相应结构部件3中的孔4中，直到停止抵靠着用作锁定突片6a的突起(参见图4)。
在第四步骤中，通过在用钎焊填充材料填充接收气体管2的端部的结构部件3中的孔4的接合空间(e)来执行密封操作。然后将所有部件钎焊。
如在本发明的描述中提到，所要求保护的制造方法确保了良好质量的钎焊或焊接，并且因此确保了更坚固且具有更长使用寿命的交换器。
尽管已经参考了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，可以对热交换器、气体循环管及所描述的方法进行多种变化和修改，并且所有提到的细节可被其他技术上等同的细节代替，而不会因此超出所附权利要求限定的保护范围。
例如，尽管示例的描述涉及由多个突起形成的突片6、6a，但是所述突片可以由沿着一个板或半管2a、2b的侧面连续延伸的单个突起形成，还与另一半管2a、2b的端部的相同数量的侧部重叠，以阻塞结构部件3的孔4的连接空间(e)。

Claims (19)

1.一种用于气体特别是用于来自发动机的废气的热交换器，包括：
-热交换壳体(1)，该热交换壳体限定用于冷却剂流体循环的回路，
-多个气体循环管(2)，该多个气体循环管布置在壳体(1)内部以与所述冷却剂流体进行热交换，以及
-至少两个结构部件(3)，该至少两个结构部件设置有多个孔(4)，用于在热交换器壳体(1)的相应端部中接收气体循环管(2)的端部，
-其中，每个管(2)包括两个开口半管(2a、2b)，该两个开口半管(2a、2b)设计成彼此相对安装，使得一个半管(2b)的侧面与另一个半管(2a)的相应侧面的一部分重叠，气体循环管(2)的端部的横截面的形状在接收所述气体循环管(2)的端部的结构部件(3)的孔(4)中留下连接空间(e)，
其特征在于：
-气体循环管(2)中的每个的端部具有至少两个锁定突片(6a)，该至少两个锁定突片(6a)布置成与一个半管(2a)的侧面的相同数量的部分(7)重叠，以至少部分地阻塞所述结构部件(3)的孔(4)中的连接空间(e)。
2.根据权利要求1所述的交换器，其中，气体循环管(2)的两个开口半管(2a、2b)都是U形板。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的交换器，包括突起形式的多个突片(6、6a)，所述突起沿着一个半管(2b)的每个侧面分开地延伸，其中，至少两个所述突起用作每个气体循环管(2)的端部处的锁定突片(6a)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的交换器，其中，所述至少两个锁定突片(6a)由沿着一个半管(2b)的每个侧面连续延伸的单个突起形成。
5.根据权利要求3至4中任一项所述的交换器，其中，所述锁定突片(6、6a)采用在所述一个半管(2b)的至少一个侧面上的纵向突起的形式，一旦所述半管(2a、2b)已经被组装，所述突起就可折叠成与另一个半管(2a)的侧面部分(7)重叠。
6.根据前述权利要求中任一项所述的交换器，其中，所述气体循环管(2)的端部的部分(D)没有锁定突片(6a)，并且其中，每个管(2)的端部能够插入到交换器的结构部件(3)的相同数量的孔(4)中，直到停止抵靠着锁定突片(6a)之一，使得所述锁定突片(6a)限定所述结构部件(3)的位置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的交换器，其中，所述突起或锁定突片(6a)的长度(L)在0.5mm和15mm之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其中，所述结构部件(3)是设置有多个矩形孔(4)的板，所述矩形孔(4)布置成在热交换壳体(1)的两侧接收每个所述循环管(2)的端部。
9.一种用于根据权利要求1至8中任一项所述的热交换器的气体循环管(2)，包括：
-两个开口半管(2a、2b)，该两个开口半管(2a、2b)设计成彼此相对安装，使得一个半管(2b)的侧面与另一个半管(2a)的相应侧面的部分(7)重叠，气体循环管(2)的端部的横截面的形状在接收所述气体循环管(2)的端部的结构部件(3)的孔(4)中留下连接空间(e)，
其特征在于：
-每个所述气体循环管(2)的端部具有至少两个锁定突片(6a)，该至少两个锁定突片(6a)布置成与一个半管(2a)的侧面的相同数量的部分(7)重叠，以阻塞交换器的结构部件(3)的孔(4)中的连接空间(e)。
10.根据权利要求9所述的管(2)，其中，所述开口半管(2a、2b)是根据权利要求2所述的U形板。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的管(2)，其中，所述锁定突片(6、6a)采用在一个半管(2b)的至少一个侧面上的纵向突起的形式，一旦所述半管(2a、2b)已经被组装，所述突起就可折叠成与另一个半管(2a)的侧面部分(7)重叠。
12.根据权利要求9或11中任一项所述的管(2)，包括突起形式的多个突片(6、6a)，所述突起沿着一个半管(2b)的每个侧面分开地延伸，其中，至少两个所述突起用作所述气体循环管(2)的端部处的锁定突片(6a)。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的管(2)，其中，所述至少两个锁定突片(6a)由沿着一个开口半管(2b)的每个侧面连续延伸的单个突起形成。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的管(2)，其中，所述气体循环管(2)的端部的部分(D)没有锁定突片(6a)，所述端部能够插入到交换器的一些结构部件(3)的相同数量的孔(4)中，直到停止抵靠着锁定突片(6a)之一，使得所述锁定突片(6a)限定所述结构部件(3)的位置。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的管(2)，其中，所述突起或锁定突片(6a)的长度(L)在0.5mm和15mm之间。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的管(2)，其中，所述气体循环管(2)的内部包括气体扰动元件(5)。
17.一种用于制造根据权利要求1至16中任一项所述的交换器和气体循环管的方法，包括以下步骤：
a.堆叠两个开口半管(2a、2b)，以形成每一个气体循环管(2)，
b.将一半管(2b)的侧面的端部的锁定突片(6a)折叠在另一半管(2a)的侧面的相同数量的部分(7)上，
c.将每个气体循环管(2)的端部插入到接收每个管(2)的端部的交换器的结构部件(3)的孔(4)中，以用所述锁定突片(6a)至少部分地阻塞相应的连接空间(e)，
d.用钎焊填充材料填充连接空间(e)，以及
e.使用所述钎焊填充材料，用结构部件(3)钎焊气体循环管(2)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在步骤c)中，将每个气体循环管(2)的端部插入结构部件(3)的孔(4)中，直到停止抵靠着锁定突片(6a)之一，使得所述锁定突片(6a)限定所述结构部件(3)的位置。
19.根据权利要求17至18中任一项所述的方法，其中，在步骤a)中，扰动元件(5)布置在两个开口半管(2a、2b)之间。
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