CN112088284A - 热交换器和热交换器制造方法 - Google Patents

热交换器和热交换器制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热交换器、特别是用于对电池进行冷却的热交换器，该热交换器包括：限定多个长的冷却通道(11)的挤压的散热器(10)，冷却通道各自在其纵向端部(15)处敞开；以及连接至散热器(10)的分配器(20)，其中：分配器(20)包括分配器基部(21)、分配器本体(50)以及密封件(30)，分配器本体(50)连接至分配器基部(21)并且包括用于连接至冷却管线的连接单元(52)，密封件(30)包括沿横向于冷却通道(11)的纵向方向的方向延伸的长形的贯通开口(31)；并且冷却通道(11)中的每个冷却通道在其敞开的纵向端部(15)处扩展，并且因此散热器(10)的外周与密封件(30)的长形的贯通开口(31)的内周(34)紧密接触且分配器(10)固定至散热器(10)。本发明还涉及一种热交换器制造方法，其中，在设置具有密封件(30)的分配器基部(21)之后，冷却通道(11)中的每个冷却通道在其敞开的纵向端部(15)处扩展。

Description

热交换器和热交换器制造方法
技术领域
本发明涉及热交换器、特别是用于对电池进行冷却的热交换器，以及用于制造热交换器的方法。
背景技术
迄今为止，用于对电池进行冷却的热交换器由限定多个纵向的冷却通道的挤压的冷却本体制造。为了将热交换器连接至制冷剂或冷却剂回路(冷却管)，在冷却通道或冷却本体的纵向端部中的每个纵向端部处设置有所谓的入口头部或出口头部(分配器)，该入口头部或出口头部具有用于连接至冷却管的连接件。
分配器由分配器基部和分配器本体组成，其中，在分配器本体与分配器基部之间设置有垫圈。分配器本体附接至分配器基部，使得垫圈被夹持在分配器本体和分配器基部的彼此面对的表面之间。
通常，分配器基部焊接(也被称为“钎焊”)、即，粘合地结合至冷却本体的相应的纵向端部。由于这是热处理，因而当将分配器基部连接至冷却本体时，冷却本体变形，并且因此长形的冷却通道变形。特别地，这与经由焊接连接而传递至分配器基部的膨胀有关。然而，由热负荷引起的膨胀不是均匀的，其结果是制造出有缺陷的热交换器和废品。此外，由于温度波动，操作期间的这种不均匀性可能导致不同负荷的出现，从而导致连接失败。
另外，用于对电池进行冷却的热交换器必须电绝缘。出于此目的，热交换器、例如在整个表面上设置有电绝缘涂层。如果分配器基部焊接至冷却本体，只能在焊接之后施加涂层，并且涂层至少还施加至分配器基部。这导致制造成本增加。
发明内容
技术问题
鉴于上述说明，本发明的目的在于提供一种热交换器以及一种用于制造热交换器的方法，使得由于热负荷而引起的失效的风险降低并且可以实现更有利的生产。
技术方案
该目的通过具有专利权利要求1的特征的热交换器以及具有专利权利要求11的特征的方法来实现。在从属权利要求、以下说明以及附图中可以发现有利的改进。
本公开的基本思想是以形状配合和/或力配合的方式将分配器基部连接至冷却本体的相应的纵向端部，从而使得能够省去经常导致热冲击的粘合地结合的连接技术(例如，焊接)。特别地，这通过下述方式实现：使冷却本体或冷却通道在将分配器基部和垫圈安置在冷却通道的纵向端部上之后扩宽并且因此与垫圈的贯通开口的内周部密封接触，从而也将分配器附接至冷却本体。借助于垫圈进行的附接还具有下述优点：垫圈的柔性可以补偿由于热负荷而引起的任何不同的长度变化，而不会对密封性产生负面影响。扩宽还导致冷却通道的强度在结构方面提高，其结果是可以防止由于所需要的密封压力而导致的冷却通道的变形。
根据本公开的一个方面，提出了一种热交换器、特别是一种用于对电池进行冷却的热交换器，该热交换器包括具有多个纵向的冷却通道的挤压的冷却本体。例如，冷却本体可以由铝或铝合金制成，优选地没有锌涂层。冷却通道的壁厚度可以介于0.3mm与0.5mm之间，例如0.4mm。
冷却通道在其纵向端部中的一个纵向端部处、优选地在其两个纵向端部处敞开。连接至冷却本体的分配器可以设置在一个端部处，但是优选地设置在两个端部处。
冷却本体包括：分配器基部；连接至分配器基部的分配器本体，该分配器本体具有用于冷却管(制冷剂或冷却剂回路)的连接的连接件；以及垫圈，该垫圈具有长形的贯通开口或通路，该贯通开口或通路横向于冷却通道的纵向延伸。
通路例如可以从分配器基部的一个侧部穿过分配器基部中的对应贯通开口延伸至分配器基部的相反或相对侧部。通过在垫圈中形成通路，垫圈沿冷却通道的纵向方向在冷却本体上延伸一定距离，因此在纵向方向上实现可靠的垫圈。
冷却本体的端部包括冷却通道的敞开的纵向端部，因此冷却本体穿过垫圈的贯通开口延伸一定距离。冷却通道在该纵向端部处扩宽。换言之，冷却通道在其敞开的纵向端部处再成型，使得它们具有相对于其余部分扩大的横截面。扩宽不一定是均匀的，但是与在宽度方向(平行于冷却通道的排状布置结构)上相比，在高度方向(垂直于冷却通道的排状布置结构)上可以提供更大的扩宽。根据一个方面，与在宽度方向上相比，在高度方向上进行更大程度的扩宽。宽度和高度方向上的扩宽可以在0.05mm与0.4mm之间的范围内，优选地在0.1mm与0.2mm之间的范围内。还应当注意的是，确保限定各个冷却通道的隔板保持完整。
由于扩宽，冷却本体的位于冷却通道的纵向端部的区域中的外周部与垫圈的纵向贯通开口或通路密封接触，并且分配器或分配器基部附接至冷却本体。而且，扩宽有助于结构性地强化界定冷却通道的壁，该壁需要承受必要的密封压力。
因此，分配器与冷却本体之间的附接优选地以力配合和/或形状配合的方式(然而，不是以粘合地结合的方式，比如通过焊接)进行。力配合和/或形状配合在冷却通道的纵向方向上起作用。
在贯通开口或通路的一个端部处，垫圈可以具有环绕贯通开口或通路的凸环，该凸环密封地夹持在分配器基部的表面与分配器本体的面对分配器基部的表面的表面之间。
另外，在贯通开口或通路的另一端部处可以设置环绕贯通开口或通路的另一凸环，该凸环用于在将垫圈安装于分配器基部中时对垫圈进行固定。具体地，具有通路的垫圈通过贯通开口插入到分配器基部中，并且另一凸环从贯通开口后部接合在分配器基部中。
在一种实施方式中，垫圈形成为一个部件或者与一个或多个凸环一体形成。
根据一种实施方式，分配器本体以力配合和/或形状配合的方式附接至分配器基部。力配合和/或形状配合在冷却通道的纵向方向上起作用。例如，分配器本体压接至分配器基部。
在一个方面中，垫圈的贯通开口或通路从分配器基部的一个侧部延伸至分配器基部的相反侧部。
根据一种实施方式，分配器的分配器基部和/或分配器本体由非导电性或电绝缘材料、特别是合成材料制成。例如，可以使用玻璃纤维增强聚丙烯(例如，PP-GF 40)。
在一种实施方式中，冷却通道在其敞开的纵向端部中的每个端部处包括第一部段以及与第一部段相比更靠近敞开的纵向端部的第二部段，第一部段具有第一扩宽部，第二部段具有相对于第一扩宽部更大的第二扩宽部。这意味着再成型以两个步骤进行，其结果是冷却通道的结构件、特别是界定冷却通道的壁不受影响。第二部段中的再成型还用于精确地调节垫圈的压力(密封压力)。
如以上已经说明的，冷却本体根据一个方面大体上完全设置有电绝缘涂层。在此情况中，“大体上”应当理解为意味着冷却本体的位于分配器基部和/或垫圈外侧的至少所有表面都设置有涂层。例如，该涂层可以是聚酰胺(例如，PA 12)。优选地，将涂层直接喷涂到冷却本体上。涂层厚度可以在0.1mm至0.4mm之间的范围内，例如为0.25mm，并且取决于要实现的击穿电压。
另一方面涉及了一种用于制造热交换器、特别是如上所述的热交换器的方法。该方法包括至少以下步骤：挤压特别地是铝或铝合金的冷却本体、，使得冷却本体限定了在其纵向端部中的一个纵向端部处、优选地在两个纵向端部处敞开的多个长形的冷却通道。可以在一个或两个纵向端部处设置分配器。出于此目的，在冷却本体的具有冷却通道的敞开的纵向端部的端部上布置分配器基部，分配器基部包括垫圈，该垫圈具有长形的贯通开口或长形通路，该长形的贯通开口或长形通路横向于冷却通道的纵向延伸。冷却本体延伸穿过垫圈的贯通开口或通路。然后冷却通道在其敞开的纵向端部处扩宽或再成型，从而使冷却本体的外周部与垫圈的长形的贯通开口或通路的内周部密封接触，并且将分配器或分配器基部附接至冷却本体。
根据一种实施方式，在将分配器基部施加至冷却本体之前将垫圈插入到分配器基部中的长形的贯通开口中。如上所述，垫圈可以包括附加凸环，该凸环从分配器基部中的贯通开口的后部接合以将垫圈固定在分配器基部中。垫圈的环绕贯通开口的另一凸环与分配器基部的在分配器基部施加至冷却本体之后背对冷却本体的表面接触。
在此之后，分配器本体附接、特别是压接至分配器基部，使得垫圈的凸环密封地夹持在分配器基部的表面与分配器本体的相对表面之间。
可以借助于插入到冷却通道的敞开的纵向端部中的芯轴装置进行扩宽，以使得在纵向端部处对通道进行再成型。
扩宽优选地以一些、例如两个步骤进行。这意味着冷却通道各自在其敞开的纵向端部处在第一部段以及与第一部段相比更靠近敞开的纵向端部的第二部段中再成型，第一部段具有第一扩宽部，第二部段具有相对于第一扩宽部更大的第二扩宽部。
附图说明
在下文中，将参照相应的附图对示例性实施方式进行描述，在附图中：
图1示出了具有涂层的冷却本体；
图2以分解图示出了分配器基部和垫圈；
图3示出了来自图2的垫圈的横截面图；
图4以分解图示出了来自图1的冷却本体和来自图2的插入有垫圈的分配器基部；
图5从图4开始，示出了插入到具有已经扩宽的冷却通道的垫圈的贯通开口中的冷却本体；
图6示出了扩宽冷却通道的过程，其中，未示出具有垫圈的分配器基部；
图7以平面图和侧视图示出了扩宽的冷却通道，其中，未示出具有垫圈的分配器基部；
图8以分解图示出了分配器本体和来自图5的安装有分配器基部和扩宽的冷却通道的冷却本体；以及
图9从图8开始，示出了通过压接而附接至分配器基部的分配器本体。
具体实施方式
图1示出了例如由铝挤压的冷却本体(10)。冷却本体(10)包括若干长形的冷却通道(11)，冷却通道(11)横向于纵向延伸地彼此平行地成排布置。各个冷却通道通过隔板或腹板(12)彼此隔开。冷却通道在初始阶段(在扩宽或再成型之前)下可以具有大体上三角形的横截面。图示中，外部的冷却通道(11)各自具有在横截面中弯曲的外壁(13)。
此外，冷却本体(10)优选地设置有电绝缘涂层(14)。这通常通过将合成材料(例如，聚酰胺)直接喷涂到挤压的冷却本体上来施加。在示出的实施方式中，涂层(14)完全覆盖冷却本体(10)直至相应的纵向端部(15)，在纵向端部(15)处，冷却通道(11)各自具有开口(16)。然而，还可以设想的是，涂层终止于距相应的纵向端部(15)一定距离处。然而，在这种情况下，涂层应当延伸至分配器基部(21)(参见下文)。
图2示出了分配器(20)(参见图9)的分配器基部(21)的分解图示。分配器基部(21)具有长形或椭圆形的贯通开口(22)。压接腹板(23)分别设置在前侧部(在安装状态下背对冷却本体(10)的侧部)上。压接腹板(23)绕贯通开口(22)布置，并且如下所述地用于分配器本体(50)的附接。
另外，贯通开口(22)被表面(25)环绕，该表面(25)如以下将要描述的形成了用于垫圈(30)的凸环(32)的支撑表面。
而且，分配器基部(21)包括周向凹槽(24)，该周向凹槽(24)可以用于例如将热交换器或分配器附接在壳体、例如电池壳体中。
另外，图2示出了图3中的横截面中所示的垫圈(30)。该垫圈具有长形的、椭圆形的贯通开口或通路(31)。贯通开口(31)在横向于冷却通道的纵向延伸的方向上是长形的，并且进一步包括在通道(11)的纵向延伸上的延伸部。垫圈例如可以由EPDM(乙烯丙烯二烯橡胶)制成。
在通路(31)的相反端部中的每个端部处设置有凸环(或凸缘)(32)或者另一凸环(或凸缘)(33)。
在组装期间，将垫圈(30)插入到分配器基部(21)中(参见图2中的箭头)。另一凸缘(33)和通路(31)被压入穿过分配器基部(21)的贯通开口(22)。这致使另一凸环(33)从贯通开口(22)的后部接合并且将垫圈(30)固定在分配器基部(21)中。而且，凸环(32)的面对分配器基部(21)的表面与分配器基部(21)的表面(25)接触。
在图4中示出这种状态。在接下来的生产步骤中，冷却本体(10)或者冷却通道(11)的纵向端部(15)通过贯通开口(31)插入到分配器基部(21)和垫圈(30)中(参见图4中的箭头)。
在已经将冷却本体(10)插入到分配器基部(21)或垫圈(30)中之后，冷却通道(11)在其纵向端部(50)的区域中再成型并且因此扩宽，如图5中所示。这使冷却本体(10)的外周表面(17)压靠垫圈(30)的贯通开口(31)的内周表面(34)。因此，冷却本体(10)与分配器基部(21)之间的接合部被密封，并且分配器基部(21)至少通过冷却通道(11)的纵向方向上的力配合而附接至冷却本体(10)。另外，再成型增大了冷却通道(11)在纵向端部的区域中的结构强度，其结果是冷却通道(11)可以通过垫圈(30)承受密封压力。
下文将参照图6和图7对再成型过程进行更详细的说明，其中，为了更好地图示，已经省略分配器基部(21)和垫圈(30)。
特别地，具有图6a中所示的若干芯轴(101)的芯轴装置(100)(冲头)用于再成型。特别地，芯轴(101)的数量与冷却通道(11)的数量对应。芯轴(101)的外部轮廓设置成使得当芯轴(101)被压入到冷却通道(11)中时，实现所期望的再成型。这在图6b中示出。
为了完成再成型，芯轴(101)朝着其端部渐缩(它们变得更窄)，以允许更容易地插入到冷却通道(11)中。此外，芯轴(101)从其梢部(其前端部)开始包括第一部段以及与第一部段邻接并且背对梢部的第二部段，第一部段具有在高度和宽度方向上的第一横截面区域或者第一外径或第一尺寸，而第二部段具有在高度和宽度方向上的第二横截面区域或者第二外径或第二尺寸。
作为结果，在插入芯轴(101)期间，冷却通道(11)逐渐扩宽并且再成型，因此防止对界定冷却通道(11)的壁、特别是腹板(12)的损坏。
因此，冷却通道(11)具有位于其纵向端部(50)处的扩宽部，该扩宽部可以分成第一部段(18)和第二部段(19)。与第一部段(18)相比，第二部段(19)更靠近于纵向端部(50)。此外，第二部段(19)中的扩宽部大于第一部段(18)中的扩宽部。换言之，在该第一部段中的高度(H)和宽度(W)方向上的第一横截面区域或者第一外径或第一尺寸小于在第二部段(19)中的高度(H)和宽度(W)方向上的第二横截面区域或者第二外径或第二尺寸。
优选地，在高度(H)而不是宽度(W)方向上进行再成型，以便于不损坏腹板(12)。例如，可以选择在大约0.2mm的高度方向上和在0.1mm的宽度方向上再成型。
然后，如图8中所示(参见箭头)，分配器本体(50)安置在分配器基部(21)上。
分配器本体(50)具有当分配器本体(50)安置在分配器基部(21)上时与垫圈(30)的凸环(32)接触的密封表面(51)。此外，分配器本体(50)包括允许热交换器连接至冷却管(未示出)或者制冷剂或冷却剂回路的连接件(52)。特别地，分配器(20)因此用于在入口侧和/或出口侧将冷却剂或制冷剂流引导到冷却本体(10)的冷却通道(11)中，或者用于将冷却剂或制冷剂流从这些通道排放出去。
在将分配器本体(50)安置在分配器基部(21)上之后，如图9中所示，压接腹板(23)被压接。出于此目的，分配器本体(50)可以包括若干突出部(53)，这些突出部(53)各自布置在距彼此一定距离处并且可以具有弯曲表面、特别是半圆形表面。在压接之后，这导致波浪形式的压接腹板(23)，波浪形式的压接腹板(23)从分配器本体(50)的周向边缘(54)的后部接合在突出部(53)之间。
由于该压接，密封表面(51)压靠垫圈(30)的凸环(32)，从而将垫圈夹持在表面(25)与密封表面(51)之间，并且对分配器基部(21)与分配器本体(50)之间的接合部进行密封。
分配器基部(21)和分配器本体(50)可以由非导电性或电绝缘材料、例如玻璃纤维增强聚丙烯制成。这消除了对于分配器(20)的附加涂层的需求，从而可以节省生产成本。
而且，分配器(20)通过垫圈(30)附接至冷却本体。因此，垫圈的柔性允许对由于热负荷而引起的长度变化的一定补偿，并且可以可靠地避免冷却本体(10)与分配器(20)之间的接合部处的失效。
不言而喻，以上实施方式仅仅构成实施本公开的基本思想的一种可能性。例如，可以设想分配器基部(21)与分配器本体(50)的其他连接类型以及垫圈的不同设计，例如也可以设计成两个部分，以便一方面对分配器基部(21)与阀本体(50)之间的接合部进行密封，并且另一方面对冷却本体(10)与分配器基部(21)之间的接合部进行密封。另外，也可以以双组份注塑成型工艺制造分配器基部(21)，即，将垫圈(30)和分配器基部(21)制造成一个部件。
工业适用性
本发明提供了一种热交换器、特别是一种用于对电池进行冷却的热交换器，以及一种用于制造热交换器的方法。

Claims (15)

1.一种热交换器，包括：
挤压的冷却本体(10)，所述冷却本体(10)限定多个长形的冷却通道(11)，其中，所述冷却通道(11)在所述冷却通道的纵向端部(15)中的一个纵向端部处敞开；
分配器(20)，所述分配器(20)连接至所述冷却本体(10)，所述分配器(20)具有：
分配器基部(21)；
分配器本体(50)，所述分配器本体(50)连接至所述分配器基部(21)，并且所述分配器本体(50)具有用于冷却管的连接的连接部分(52)；以及
垫圈(30)，所述垫圈(30)具有长形的贯通开口(31)，所述长形的贯通开口(31)横向于所述冷却通道(11)的纵向延伸，
其中，所述冷却通道(11)在所述冷却通道的敞开的纵向端部(15)处扩宽，其结果是所述冷却本体(10)的外周部与所述垫圈(30)的所述长形的贯通开口(31)的内周部(34)密封接触，并且所述分配器(20)附接至所述冷却本体(10)。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述分配器(20)与所述冷却本体(10)之间的附接通过力配合或形状配合实现。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述垫圈(30)包括环绕所述贯通开口(31)的凸环(32)，所述凸环(32)密封地夹持在所述分配器基部(21)与所述分配器本体(50)之间。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述分配器本体(50)通过力配合或形状配合附接至所述分配器基部(21)。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其中，所述分配器本体(50)压接至所述分配器基部(21)。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述垫圈(30)的所述贯通开口(31)从所述分配器基部(21)的一个侧部延伸至所述分配器基部(21)的相反侧部。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述分配器(20)的所述分配器基部(21)和所述分配器本体(50)由非导电性材料制成。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述冷却通道(11)各自在所述冷却通道的敞开的纵向端部(15)处包括第一部段(18)以及与所述第一部段(18)相比更靠近所述敞开的纵向端部(15)的第二部段(19)，所述第一部段(18)具有第一扩宽部，所述第二部段(19)具有相对于所述第一扩宽部更大的第二扩宽部。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述冷却本体(10)由铝或铝合金制成。
10.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述冷却本体(10)大体上完全设置有电绝缘涂层(14)。
11.一种用于制造根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
挤压冷却本体(10)，使得所述冷却本体(10)限定多个长形的冷却通道(11)，所述冷却通道(11)在所述冷却通道的纵向端部(15)中的一个纵向端部处敞开；
将包括具有横向于所述冷却通道(11)的纵向延伸的长形的贯通开口(31)的垫圈(30)的分配器的分配器基部(21)施加至包括所述冷却通道(11)的敞开的纵向端部(15)的所述冷却本体(10)的端部，使得所述冷却本体(10)延伸穿过所述垫圈(30)的所述贯通开口(31)；
使所述冷却通道(11)在所述冷却通道的敞开的纵向端部(15)处扩宽，从而使所述冷却本体(10)的外周部(17)与所述垫圈(30)的所述长形的贯通开口(31)的内周部(34)密封接触，并且将所述分配器(20)附接至所述冷却本体(10)。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
在将所述分配器基部(21)施加至所述冷却本体(10)之前将所述垫圈(30)插入到所述分配器基部(21)的长形开口(22)中，使得所述垫圈(30)的环绕所述贯通开口(31)的凸环(32)与所述分配器基部(21)的在施加所述分配器基部之后背对所述冷却本体(10)的表面(25)接触。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：
在扩宽所述冷却通道(11)之后将分配器本体(50)附接至所述分配器基部(21)，使得所述垫圈(30)的所述凸环(32)密封地夹持在所述分配器基部(21)的所述表面(25)与所述分配器本体(50)的相对表面(51)之间。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，为了扩宽，将芯轴(100)插入到所述冷却通道(11)的所述敞开的纵向端部(15)中，以使得在所述冷却通道的纵向端部(15)处对所述冷却通道(11)进行再成型。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述冷却通道(11)各自在所述冷却通道的敞开的纵向端部(15)处在第一部段(18)以及与所述第一部段(18)相比更靠近所述敞开的纵向端部(15)的第二部段(19)中再成型，所述第一部段(18)具有第一扩宽部，所述第二部段(19)具有相对于所述第一扩宽部更大的第二扩宽部。
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