CN111448440A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种热交换器，包括组装在一起的箱(10)和收集器(30)，箱(10)包括脚部(11)，收集器(30)包括脚部接收表面(33)，其中脚部(11)包括垫圈(20)放置在其中的凹槽(16)，并且该凹槽(16)面对脚部接收表面(33)，使得它们一起在脚部(11)内形成封闭腔，从而限定用于垫圈(20)的压缩体积，并且其中脚部(11)包括压缩装置，其在组装后提供的压缩垫圈(20)的填充率δ小于压缩体积的100％。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种具有集管箱的热交换器，特别是用于机动车辆。

本发明可用于汽车应用，更优选地是用于散热器或增压空气冷却器(CAC)，更优选地是增压空气冷却器等。

背景技术

例如用于汽车工业并且更确切地用于机动车辆的热内燃机的热交换器包括热交换部件和流体流动部件，其中流体在它们之间流通以进行热交换。热交换部件可以包括例如管、板、散热片和流动搅拌器等。可以想到许多结构构造。例如，交换器可包括管芯，管芯相对于彼此平行地布置成也平行的一排或多排，所述管设计成输送第一流体，而第二流体在管之间流动并且与第一流体交换热。可以想到多种流体相关，无论它们是液体和/或气体。

交换器包括用于容纳管的壳体，所述壳体包括形成其中容纳管的体积的多个壁。它通常在其两端是敞开的，使得可以将管连接到也称为收集箱的流体收集或分配箱：一个输入收集箱和一个输出收集箱。第一流体在管中从输入收集箱流向输出收集箱。第二流体围绕管从输入管流向输出管，并且与第一流体交换热。

代替壳体，可以在热交换器的侧面上设置加强板。

交换器通常还包括用于保持管的两个收集板，流体收集箱安装在收集板上。这些管穿过布置在收集板中的开口，并通向流体收集箱。

收集箱通常包括至少两部分：接收管的端部的收集器板和固定到收集器板上以封闭收集箱的箱。可替代地，众所周知，全金属收集箱是带有塑料盖的箱。

具有由塑料制成的箱的类型的收集箱需要密封装置，通常是弹性垫圈，以在箱和收集器板之间提供完美的密封接合。全金属收集箱也可能是这种情况。

收集器板可具有密封装置放置和定位在其中的凹槽或狭槽。然后将箱盖定位在密封装置上，之后将箱盖固定到收集器板上以封闭收集箱。密封装置例如垫圈设置在它们之间，以提供箱-收集器接合的液密密封。

在一些已知的解决方案中，将垫圈放置在箱的脚部和收集器板之间。随后，箱的脚部被收集器板的凸片压接，从而密封该布置。垫圈在压缩过程中和压缩后通常容易改变其位置，这可能导致密封性能下降。

垫圈由在压力下会轻微变形的材料制成。垫圈类型和材料的选择考虑了许多因素，比如其所需的放置、耐化学性、耐热性、强度和成本。用于密封箱和收集器板之间的接合的垫圈的示例性材料是弹性体，其具有一定程度的弹性。通常使用不同种类的垫圈，例如具有圆形横截面或成形横截面。

另一个问题是垫圈在箱脚部中的放置内的过度的填充率。如果要实现所需的垫圈压缩水平，例如其直径的40％(占垫圈原始厚度的百分比)，则其预定凹槽的填充率可能达到140％(即，垫圈材料的40％可能会漏出具有类似体积的凹槽)。这可能导致箱相对于盖板的不期望的位移，并且可能以不可预测的速率恶化装置的密封功能。压力将施加到箱的壁上，这可能导致将箱推离集管板和压接凸片(齿)的部分打开。此外，如果垫圈材料暴露于流体(比如发动机油、来自EGR的冷凝物)，则其会膨胀，这将进一步增加按压力。如果垫圈被过度压缩，则其可能会损坏。过度的填充率还会导致异物与垫圈之间的接触，例如盐、冷凝物，从而导致垫圈膨胀。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有改善密封的热交换器。

附图说明

通过附图示出了本发明的目的，其中：

图1示出了热交换器的示例；

图2示出了根据本发明的装置；

图3a、3b以详细视图示出了根据本发明的装置；

图4示出了本发明的另一示例；

图5a-f示出了本发明的其他示例。

具体实施方式

图1示出了示例性热交换器。热交换器包括组装在一起的箱10和收集器30，它们例如在压接期间接合。在它们之间放置有垫圈20。收集器是指例如收集器板。然而其也可以是收集器、凸缘等。

图2示出了根据本发明的装置。箱10包括脚部11，脚部11放置在收集器30的容纳凹槽内。这里的收集器30的容纳凹槽在收集器的至少一部分周边上呈U形，并且包括基部和两个凸缘31、32，它们分别是内凸缘31和外凸缘32，两者均连接到基部。该基部在下文中称为脚部接收表面33。外凸缘32包括凸片34，其设计成压接到箱10的脚部11上，从而箱10和收集器30相对于彼此固定并且从而提供垫圈20的期望压缩。收集器30的外凸缘32优选地围绕收集器30的周边连续。箱10的脚部11包括旨在用于放置垫圈20的凹槽16，该凹槽被并入以提供密封。

箱10的凹槽16包括两个侧壁12、13和底壁。优选地，凹槽16的侧壁12、13彼此平行。优选地，侧壁12、13是平坦的。脚部接收表面33则垂直于凹槽16的侧壁12、13。

当外凸缘32的凸片34压接在箱脚部11上时，凹槽16的底部被迫向下压抵着垫圈20的顶部朝向脚部接收表面33。这些力导致垫圈20变形，从而垫圈20填充凹槽的侧壁12、13和脚部接收表面33之间的区域。当垫圈材料径向抵靠着脚部11的约束表面和脚部接收表面33推出时，产生密封应力。凹槽16面对脚部接收表面33，使得它们一起在脚部11内形成封闭腔，从而限定用于垫圈20的压缩体积。

在已知的解决方案中，在组装和压缩之后，垫圈20可以至少部分地延伸超过脚部11的凹槽16。

脚部11的凹槽16设置有压缩装置，其目的是确保防止过度的填充率。

由压缩装置提供的填充体积确保(构造成)在组装后凹槽内的垫圈填充率δ处于低于100％的选定水平。更优选地，该水平＜90％，以确保防止垫圈膨胀的不利影响。所谓填充率δ是指在组装后由垫圈材料填充的凹槽体积的百分比。凹槽16内的压缩装置提供了垫圈20的期望的压缩率α，确保了足够的自由面积以使垫圈填充凹槽并提供期望的填充率。

压缩装置的示例是突起14，其从凹槽16的底壁朝向脚部接收表面33突出，同时伴随有也包括在所述底壁内的填充体积15。

图3a和3b以垂直于具有垫圈20的凹槽16的总体走向的平面中的剖视图示出了根据本发明的装置。更具体地，图3a示出了组装前的具有垫圈的装置，图3b示出了组装后的具有压缩垫圈的装置。在图3a中，H_min表示脚部11的末端表面17(即脚部11与脚部接收表面33接触的表面)的水平与突起14的顶部(末端点)之间的距离。D_max表示垫圈的横向宽度。在这种情况下，它表示垫圈的直径。W_max表示凹槽16的侧壁12、13之间的距离。C_max表示垫圈20的一部分，在将其放置在凹槽内之后，在压缩之前它将突出超过凹槽16。

对于具有平坦平行侧壁的凹槽，下面给出公式，根据该公式可以计算出凹槽16的填充体积15的横截面积A_Fv。

1)H_min＝D_max(1-a)

2)W_max＝D_max(1-β)

3)A_FV≥X*A_G-H_min*W_max

α表示期望的压缩率。通常，它将小于1(换句话说，小于100％)。优选地，其值为0.4。还可以预见其他值。压缩率取决于特定项目的要求，也可以取决于特定的垫圈类型。

β表示选择的系数，用于通过使凹槽等于或略窄于未压缩垫圈的最小直径来确保在组装过程中垫圈不会掉出凹槽。在考虑了假定的公差之后才选择它。通常，它将小于1。优选地，它选自0.01至0.1之间的值。应当注意，凹槽的宽度不必在其整个长度上都比垫圈更窄。如等式2所描述的，它可以有利地仅在沿着凹槽走向的选定位置更窄。

A_Fv表示填充体积15的横截面积，其应设置为在给定压缩率α下实现填充率δ<100％。AG表示未压缩垫圈的横截面积。X表示可以选择以确保条件的系数。为了满足上述要求，X应该大于1。例如可以为1.1。

对于选定的压缩率α，等式1允许计算突起14的顶部和脚部11的与脚部接收表面33相邻的末端表面17的水平之间的距离。

等式2允许计算凹槽16的侧壁12、13之间的距离，同时考虑为确保垫圈在组装期间不会掉出凹槽而选择的值。

等式3允许计算填充体积15的横截面积，其应被设置为在给定的压缩率α下实现填充率δ＜100％。

在示例性实施例中，这些值例如可以是：

对于β＝0.068，α＝0.4，X＝1.1，D_max＝2.9mm，H_min＝1.74mm，W_max＝2.7mm，这将得出A_Fv＝2.56mm²。

本发明适用于由任何材料制成的箱。优选地，突起14是凸形的，以促进压力的均匀分布。取决于用于箱的材料，可以通过注入技术、机械加工技术来制造填充体积15(即压缩装置)作为模制结构。压缩装置可被制造为单独的元件，例如包括所述的突起和填充体积，如图4所示，该元件附接到箱脚部中的凹槽的底部。在这种情况下，压缩装置可以互补于任何凹槽的底壁和/或侧壁的形状，优选地具有矩形横截面的任何凹槽。换句话说，所附接的压缩装置的不面对垫圈的部分与凹槽直接接触。

优选地，填充体积15被突起14沿着凹槽16的底壁划分。

图5a-5f示出了压缩装置的另一示例。在图5a中，压缩装置包括凸形横截面的突起，在其侧面具有填充体积。在图5b中，压缩装置包括矩形横截面的突起，在其侧面具有填充体积。在图5c中，压缩装置包括两个平行的弓形突起，在它们之间具有填充体积，并且在突起和凹槽的侧壁之间具有填充体积。在图5d中，压缩装置包括一系列具有矩形横截面的突起，在它们之间具有填充体积，并且在突起和凹槽的侧壁之间具有填充体积。在图5e中，压缩装置包括凹槽，具有凹形横截面的填充体积。在图5f中，压缩装置包括具有矩形横截面的填充体积的凹槽。换句话说，压缩装置可以位于凹槽16中并且包括第一表面和第二表面，其中第一表面比第二表面更靠近脚部接收表面。换句话说，第一表面与脚部接收表面之间的距离小于第二表面与脚部接收表面之间的距离。凹槽内的表面的这种布置允许提供垫圈的期望填充率和压缩。第一表面提供垫圈的压缩，第二表面提供垫圈材料的填充体积。选择填充体积以确保填充率低于100％，优选低于90％。

因为脚部20的侧壁12、13都接触脚部接收表面33，所以它们用作止动件。换句话说，构成凹槽16的脚部20的壁都直接接触脚部接收表面33。确保这种接触而没有任何障碍物。这种障碍物的示例是垫圈的碎片，垫圈的填充率δ高于100％，即是在压缩后从凹槽16中逸出的垫圈部分。侧壁12、13与收集器30的脚部接收表面33的这种直接接触允许实现精确且限定的压缩率α。

优选的垫圈材料是硅树脂、EPDM。然而，本发明也适用于其他材料。

Claims (12)

1.一种热交换器，包括组装在一起的箱(10)和收集器(30)，所述箱(10)包括脚部(11)，所述收集器(30)包括脚部接收表面(33)，其中，所述脚部(11)包括垫圈(20)放置在其中的凹槽(16)，并且该凹槽(16)面对脚部接收表面(33)，使得它们一起在脚部(11)内形成封闭腔，从而限定用于垫圈(20)的压缩体积，并且其中，所述脚部(11)包括压缩装置，其在组装后提供的压缩垫圈(20)的填充率δ小于所述压缩体积的100％。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述压缩装置在组装后提供的压缩垫圈(20)的填充率δ小于所述压缩体积的90％。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，所述凹槽(16)包括两个侧壁(12、13)和底壁。

4.根据权利要求3所述的热交换器，其中，所述收集器(30)包括侧凸缘(32)，其具有压接到脚部(11)上的压接凸片(34)，使得侧壁(12、13)按压到脚部接收表面(33)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其中，所述压缩装置位于凹槽(16)中，并且包括第一表面和第二表面，其中，所述第一表面比第二表面更靠近脚部接收表面。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的热交换器，其中，所述压缩装置位于凹槽(16)的底壁上。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的热交换器，其中，所述凹槽(16)的底壁包括朝向脚部接收表面(33)突出的突起(14)和填充体积(15)。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的热交换器，其中，所述凹槽(16)的侧壁(12、13)具有彼此平行的表面。

9.根据权利要求3-8中任一项所述的热交换器，其中，侧壁(11、12)是平坦的(16)。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的热交换器，其中，所述填充体积(15)被突起(14)沿着凹槽(16)的底壁划分。

11.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其中，所述压缩装置是附接到所述箱的脚部(11)中的凹槽(16)的底部的单独的元件。

12.根据权利要求11所述的热交换器，其中，所述压缩装置互补于其所放置在其中的凹槽的底壁和/或侧壁的形状。

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