CN114981605A - 带有附加收集器的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热交换器(1),其包括至少一个热交换束(2)、箱(4、6)和收集器(8),箱(4、6)布置在热交换束(2)的一端(24、26),热交换束(2)包括至少一个界定壳体(18)的外围壁(10),多个管(12)在壳体中延伸，第一流体在管内流通，第二流体围绕管流通，至少一个开口(30)设置在外围壁(10)中，并且收集器(8)包括外围边缘(40)，该外围边缘布置成覆盖开口(30)。

Description

带有附加收集器的热交换器

技术领域

本发明涉及热交换器领域，更具体地说，涉及提供一种添加到与热交换器成一体的热交换束上的收集器。

背景技术

热交换器，例如增压空气冷却器，通常包括热交换束，该热交换束包括第一流体在其中流通的管。交换器还包括位于热交换束两侧的输入或输出箱，使得可以将第一流体引入多个管中。热交换器还包括至少一个收集器，该收集器使得可以从热交换束中冲洗或排放第二载热流体，第二流体设计成与第一载热流体交换热量。

在热交换器的生产过程中，收集器通常由热交换束的外围壁的变形产生，使得所述收集器和热交换束的外围壁形成单个部分。然而，申请人观察到，由于管在与收集器的接合处变得脆弱，收集器在外围壁上的这种形成导致了长期密封的问题。管-收集器接合处的密封问题会产生第二流体向第一流体泄漏的影响，从而导致装备有这种热交换器的车辆发生故障。

当交换器受到机械应力时，特别是当承受热冲击时，由于收集器和束的管之间的应力集中，管-收集器接合区域变得脆弱。应力集中主要来自收集器和管之间的厚度变化，管比收集器薄。在该接合(或分离)区域，将形成楔形或凹口，当交换器受到机械应力时，这将产生应力集中。应力可以是纯机械类型的，或者它们可以是热应力，或者也可以是热机械应力。

发明内容

因此，本发明的目的是通过设计一种收集器来消除上述缺点，该收集器与热交换束的密封得到改善，从而使得可以增加热交换器的可靠性和使用寿命。

因此，本发明涉及一种热交换器，该热交换器包括至少一个热交换束、箱和收集器，箱位于热交换束的一端，热交换束包括至少一个界定容器的外围壁，在该容器中延伸有多个管，第一流体在该管内流通，第二流体围绕该管流通，至少一个开口设置在外围壁中，该热交换器的特征在于，收集器被添加到外围壁上，收集器至少部分地界定室，并且包括围绕收集器的窗口的外围边缘，收集器定位成覆盖设置在外围壁中的开口，使得窗口至少部分地与开口成直线，并且外围边缘至少部分地与所述外围壁接触。

热交换器是一种允许两种流体在不混合的情况下交换热量的装置。在本发明的情况下，该热交换器尤其可以是增压空气冷却器，其功能是在来自涡轮增压器的空气被输入到内燃机之前冷却该空气。

因此，热交换器包括输入箱和输出箱，输入箱能够将从涡轮增压器输出的空气(在这种情况下为第一流体)引导至热交换束，输出箱能够将从热交换束输出的空气引导至内燃机。更具体地，输入箱和输出箱连接到设置在热交换束的容器中的多个管，使得输入箱和/或输出箱以及多个管彼此流体连通。

收集器的功能是在多个管之间引导热交换束的容器中的第二流体。因此，设置在热交换束的外围壁中的开口是通孔，即它在热交换束的容器上是开口的。有利地，收集器的窗口与开口严格成直线，因此可以理解的是，其室覆盖开口的收集器允许第二流体在收集器和热交换束的容器之间流通。因此，优点来自于抵靠热交换束的外围壁延伸的外围边缘，使得可以确保收集器和热交换束之间的最佳密封。

还应当理解，添加到热交换器上的外围边缘使得可以在收集器和热交换束之间的接合处增加所述热交换器的厚度。因此，这降低了由第一流体和第二流体之间的热冲击引起的对该区域的损害的风险。

根据本发明的特征，热交换束的外围壁包括面向容器的内表面和面向热交换束外部环境的外表面，收集器的外围边缘与外围壁的外表面接触。

根据本发明的特征，多个管在由外围壁界定的容器中纵向延伸，开口横向于多个管设置。

根据本发明的示例，管在热交换器的横向方向上串联布置，垂直于它们延伸的纵向方向。因此，在热交换束的容器中，开口垂直于多个管设置在外围壁中。

这种类型的构造的优点在于，它允许开口覆盖容纳在热交换束的容器中的所有管，从而使管周围的第二流体的流通均匀化。

根据本发明的特征，收集器的窗口和设置在外围壁中的开口在同一横向轴线上对准，并且窗口的宽度大于开口的宽度。

窗口的宽度和开口的宽度沿着垂直于横向轴线的直线测量，开口和窗口在横向轴线上对准。从这种特殊的结构特征可以理解，外围边缘不会侵占开口。换句话说，在热交换器的使用过程中，当流体通过开口时，收集器的外围边缘不被置于第二流体的路径上。

根据本发明的特征，室具有收集器的第一端和收集器的第二端，收集器的第一端在沿着室的对称平面测量的第一高度上延伸，收集器的第二端在沿着对称平面测量的第二高度上延伸，第一高度大于第二高度。第一端是第二流体进入收集器室的一端。

从本发明的这一特征可以理解，收集器第一端的室容积大于收集器第二端的室容积。

在热交换器的操作过程中，根据其沿着室中第二流体的位置，室的高度适合于第二流体的流速。因此，收集器室高度的降低例如与收集器室中第二流体流速的降低成比例。这一特性的优点在于，它可以获得热交换束沿其第二流体宽度的均匀供给。因此，第二流体在容器中的分布是平衡的，并且使得可以优化第一流体和第二流体之间的热交换。

根据本发明的特征，开口包括在热交换束的纵向方向上延伸第一距离的第一边界和在热交换束的纵向方向上延伸第二距离的第二边界，第二距离等于第一距离。

根据本发明的替代方案，开口包括在热交换束的纵向方向上延伸第一距离的第一边界和在热交换束的纵向方向上延伸第二距离的第二边界，第二距离严格地短于或者也严格地长于第一距离。

在热交换器的操作过程中，当第二流体在收集器的室中沿着从开口的第二边界朝向开口的第一边界的流通方向流通时，可以理解，室中第二流体的流速在第二边界处比在第一边界处更大，部分第二流体已经通过开口。因此，有利地，开口延伸的纵向距离可以与收集器室中第二流体的流速成反比。

这一特征的优点在于，它使得第二流体在热交换束的容器中的分布可以均匀化，从而优化了第一流体和第二流体之间的热交换。

根据本发明的特征，至少一个肋延伸到开口中。这种类型的肋由热交换束的外围壁的材料提供。

更具体地，至少一个肋在热交换束的纵向方向上在开口中延伸。

根据本发明的特征，至少一个肋与热交换束的多个管中的至少一个管成直线设置。

于是，肋具有在热交换器运行期间保护管的功能，特别是在第二流体从收集器分配到所述热交换束的容器期间，以及保护管免受热冲击。有利地，开口中设置的肋与热交换束中的管一样多。因此可以有多个管和肋。

根据本发明的特征，肋的一部分具有与管的一部分互补的形式。

这种类型的特征的优点在于，它增强了管在热交换束的容器中的保持力，特别是在第二流体通过开口的过程中。管因此被肋楔住。

根据本发明的特征，外围边缘和外围壁通过钎焊彼此成为一体。在外围壁上形成这种类型的外围边缘的整体确保收集器和热交换束之间的最佳密封。因此，通过加倍增加热交换器中承受相当大应力的位置处的壁厚，这增加了热交换器的使用寿命。

根据热交换器的特征，热交换束包括在热交换束的纵向方向上彼此相对的第一纵向端和第二纵向端，输入箱位于第一纵向端，输出箱位于第二纵向端，热交换束还包括设置在外围壁的第一纵向壁中的第一开口和设置在外围壁的第二纵向壁上的第二开口，第一收集器定位成覆盖第一开口，第二收集器定位成覆盖第二开口。

应当认为，第一开口、第二开口、第一收集器和第二收集器都符合如上所述的本发明。

因此，第一收集器和第二收集器中的每个都连接到流通导管，允许一个分配第二流体，而另一个排出第二流体，分别来自它们的室。因此可以理解，第二流体最初通过其流通导管在第一收集器的室中分配，然后穿过第一开口，以便在由热交换束的外围壁限定的容器中流通，然后穿过第二开口，以便通过其流通导管从第二收集器的室排出。因此，这允许在第一收集器和第二收集器之间，在多个管中流通的第一流体和围绕管流通的第二流体之间进行热量交换。

将会注意到，第一流体是气态混合物，而第二流体是载热液体，例如糖化水。

附图说明

一方面，通过阅读下面的描述，另一方面，通过参考所附的示意图，通过非限制性指示提供的多个实施例，本发明的其他特征、细节和优点将变得更加明显，其中：

图1是根据本发明的热交换器的透视图，该热交换器包括热交换束和添加到热交换束上的收集器；

图2是图1中热交换束的透视总图，该热交换束包括外围壁，其中设置有根据本发明第一实施例的开口；

图3是根据竖直平面的图2中的开口的横截面视图，并且包括至少一个与热交换束的管配合的肋；

图4是图1中热交换束的透视总图，该热交换束包括外围壁，在该外围壁中设置有根据本发明第二实施例的开口；

图5是图2中被收集器覆盖的开口的特写视图；

图6是热交换束在被收集器覆盖的开口处根据竖直平面的横截面视图。

具体实施方式

本发明的特征、变型和不同实施例可以各种组合彼此关联，只要它们不是相互不兼容或相互排斥的。特别地，可以设想本发明的变体，其仅包括下述特征的选择，与所述的其他特征相分离，如果这种特征的选择足以赋予技术优势或将本发明与现有技术相区别的话。

在附图中，多个附图共有的元件保持相同的附图标记。

图1示出了根据本发明的热交换器1。热交换器1例如增压空气冷却器由至少一个热交换束2、输入箱4、输出箱6和至少一个收集器8构成。

热交换束2在主延伸方向或纵向方向L上延伸，并且包括至少一个外围壁10和多个管12。外围壁10是由两个纵向壁14和两个横向壁16限定的四边形形式。更具体地，外围壁10包括第一侧壁16a和第二侧壁16b，它们在垂直于热交换束2的纵向方向L的横向方向T上彼此平行且彼此相对地延伸，以及第一纵向壁14a和第二纵向壁14b，它们在垂直于热交换束2的纵向方向L和横向方向T的竖直方向V上彼此平行且彼此相对地延伸，使得它们连接侧壁16。

热交换束2的外围壁10限定多个管12在其中延伸的容器18。更具体地，容器18由外围壁10的内表面20和与外围壁10的内表面20相对的外表面22限定，并且对应于外围壁10的与热交换束2所占据的空间相对的表面。

管12在热交换束2的容器18中沿其纵向方向L延伸。更具体地，多个管中的管12在热交换束2的第一纵向端24和热交换束2的第二纵向端26之间延伸，第二纵向端26在热交换束2的纵向方向L上与第一纵向端24相对。从图1中可以部分看出，多个管12在热交换束2的横向方向T上以多排管12的形式布置在容器18中，同时彼此间隔开，从而在多个管12的每个管12之间提供空间28。多个管12中的管12是轧制的或通过使两个板成为一体而获得的管。

输入箱4位于热交换束2的第一纵向端24，而输出箱6位于热交换束2的第二纵向端26。因此，输入箱4和输出箱6分别在热交换束2的第一纵向端24和第二纵向端26处各自连接到多个管12的每个管12的一端。换句话说，多个管12与输入箱4和输出箱6流体连通。

因此，输入箱4具有将第一流体导向热交换束2的功能，特别是在多个管12中。因此可以理解，第一流体，例如内燃机的增压空气流，在输入箱4和输出箱6之间流通，穿过热交换束2的多个管12中的每个管12。

在容器18中，更具体地说，在管12之间提供的空间28中，第二流体流通。第二流体尤其可以是设计成与在多个管12中流通的第一流体交换热量的载热流体。因此，第一收集器8a和第二收集器8b分别位于热交换束2的外围壁10的第一纵向壁14a和第二纵向部分14b上。更具体地说，第一收集器8a和第二收集器8b定位成覆盖图2和图4所示的第一开口30a和第二开口30b，并与外围壁10接触。开口30a和30b是管12和收集器8a和8b之间的楔入区域。这些都是高机械应力的区域，尤其是就热冲击而言。

在下文的描述中，将仅详细描述第一收集器8a和第一开口30a的特征，但应当理解，这些特征可以比照适用于第二收集器8b和第二开口30b。因此，在下文的描述中，当特性适用于第一收集器8a和第二收集器8b中的一个或另一个时，第一收集器8a和第二收集器8b将一起归入术语“收集器8”下。类似地，当这些特征适用于第一开口30a或第二开口30b中的一个或另一个时，第一开口30a和第二开口30b将一起归入术语“开口30”下。

图2示出了设置在热交换束2的外围壁10的一个纵向壁14中的开口30。应当理解，开口30是通孔，即它在热交换束2的容器18中是敞开的。

根据本发明，相对于在热交换束2的容器18中纵向延伸的多个管12，开口30在外围壁10的纵向壁14中横向延伸。换句话说，开口30在外围壁10的纵向壁14中延伸，垂直于多个管12。

如前所述，多个管12在容器18中串联且横向布置，因此可以理解，有利地，开口30横向延伸，使得其面向多个管12中的每个管12。因此，在容器18中，尤其是在每个管12之间形成的空间28中，确保了第二流体的均匀灌注。

开口30由纵向壁14的边界32界定。更具体地，第一边界32a和第二边界32b都在热交换束2的纵向方向L上延伸，而第三边界32c和第四边界32d在热交换器2的横向方向T上延伸，并且使得它们连接第一边界32a和第二边界32b。第一距离D1被定义为第一边界32a延伸过的热交换束2的纵向方向L上的距离，第二距离D2被定义为第二边界32b延伸过的热交换束2的纵向方向L上的距离。根据开口30的第一实施例，第一距离D1等于第二距离D2。

根据本发明的特征，至少一个肋34在开口30中延伸。根据本发明所示的示例，多个肋34在热交换束2的纵向方向L上在开口30中延伸。因此可以理解，每个肋34在开口30中延伸，在所述开口30的第三边界32c和第四边界32d之间。肋34是外围壁10的一部分，并且形成从一个纵向边缘到另一个纵向边缘穿过开口的条带。

多个肋34中的每个肋34因此与相邻的肋34间隔开，使得肋34在开口30中的特定布置形成狭槽36。因此可以理解，第二流体在由多个肋34提供的槽36处穿过开口30。

根据本发明的特征，特别是可以在图3中看到，图3示出了根据图2所示的第一竖直平面A-A的开口30的横截面视图，至少一个肋34在开口30中延伸，与多个管12中的一个管12成直线。在所示的示例中，多个肋34中的每个肋34与多个管12中的一个管12成直线延伸。因此，肋34a具有在热交换器2的使用过程中，即在第一流体尤其是第二流体的流通过程中保护管12的功能。因此可以理解，有利地，在开口30中设置的肋34的数量与在热交换束2的容器18中延伸的管12的数量一样多。

再次根据本发明，肋34的至少一部分具有与多个管12中的一个管12的一部分互补的形式。换句话说，肋34设置成使得它可以与管12的一部分配合。因此，这保证了在热交换器2的使用过程中，即在第二流体在开口30中通过的过程中，肋34保持与管12成直线。

根据图4所示的开口30的第二实施例，第二边界32b的第二距离D2严格短于第一边界32a的第一距离D1。因此可以理解，设置在纵向壁14中的开口30从第一边界32b延伸，使得随着第一边界32a接近开口30，第三边界32c和第四边界32d彼此逐渐远离。因此，设置在开口30中的每个肋34在热交换束2的纵向方向L上延伸，随着其接近开口30的第一边界32a，延伸的距离增加。

当第二流体进入容器18的输入发生在开口30的第二边界32b处时，在热交换器的使用过程中，从该特征中获得了优势。事实上，应当理解，在第二流体分配到容器18中的过程中，与第二流体到达第一边界32a时的流速相比，收集器8的室38中的第二流体在第二边界32b处的流速更大，其中一部分流体已经穿过开口30。因此可以理解，开口30延伸的纵向距离与收集器8的室38中的第二流体的流速成反比。

因此，从第二边界32b到第一边界32a的开口30的扩大具有在热交换束2的容器18中更好地分配第二流体的效果，这是通过减小由第二流体的流速较大的收集器8界定的室38的体积，以及通过扩大第二流体的流速较小的收集器8的室38的体积来实现的。

现在将结合图1、5和6来描述收集器8，图6示出了根据图5所示的第二竖直平面B-B的热交换束2在开口30处的横截面视图。

根据本发明的收集器8包括至少一个室38和外围边缘40，并且定位成覆盖前述开口30。因此，收集器8具有将第二流体分配到热交换束2的容器18或从其中排出的功能。因此，这限定了收集器8的输入端42和输出端44，在热交换束2的横向方向T上在收集器8上彼此相对。

根据图6所示的示例，输入孔46设置在收集器8的第一端42，流通导管48一体地围绕输入孔46。因此可以理解，收集器8和流通导管48彼此流体连通。

可替代地，输出孔可以设置在收集器8的第二端44，以使流通导管48围绕所述输出孔成为一体。

收集器8的室38由具有弯曲形式的室壁50界定，并且为室38提供具有凹形形式的横截面。因此，外围边缘40从室壁50的自由边缘52延伸，并且使得外围边缘40围绕收集器8的室38的窗口54。“窗口”54意味着这将收集器8打开到外部容积，打开到由所述收集器8的室38限定的容积。

根据本发明，收集器8定位成覆盖开口30，使得室38的窗口54与开口30成直线，并且外围边缘40与热交换束2的外围壁10的外表面22的一部分接触。换句话说，窗口54面向开口30定位，使得室38和容器18彼此流体连通。

更具体地，限定了如图5所示的对准轴线X1，收集器8的室38和开口30在该轴线上对准。窗口的宽度L1被定义为窗口54沿垂直于对准轴线X1且平行于热交换束2的纵向方向L的直线截取的宽度，而开口的宽度L2被定义为开口30沿垂直于对准轴线X1且平行于热交换束2的纵向方向L的直线截取的宽度。因此，窗口的宽度L1严格地大于开口的宽度L2。因此可以理解，外围边缘40并不面向设置在外围壁10中的开口30延伸。换句话说，在热交换器运行期间，收集器8的外围边缘40不与在收集器8和容器18之间流通的第二流体相互作用。

外围边缘10平行于外围壁10的纵向壁14延伸，使得它与其连续接触。因此，这确保了外围边缘40和外围壁10之间的连续密封，并且避免了第二流体从收集器8和容器18的泄漏。根据本发明的非限制性示例，外围边缘40和外围壁10彼此钎焊在一起，从而确保外围边缘40与外围壁10的固定和最佳密封。

特别是如图1所示，收集器8的室38具有对称平面S。因此，这限定了沿着对称平面S在收集器8的第一端42处获得的收集器8的第一高度H1，以及在收集器8的第二端44处获得的收集器8的第二高度H2。根据本发明，第一高度H1大于第二高度H2。

这种类型的特征的优点在于，它可以引导第二流体并将其集中在收集器8的第二端44。更具体地，当第二流体经由设置在第一端42处的流通导管48进入收集器8的室38时，可以理解，其在收集器8的第一端42处的流速大于在第二端44处的流速。因此，通过从第一端42到第二端44逐渐减小收集器8的高度以及室38的高度，室38的容积减小，从而在整个所述室38中保持第二流体的恒定流速。因此，这允许第二流体在热交换束2的所有容器18中均匀分布。

如前所述，第一开口30a设置在第一纵向壁14a中，第二开口30b设置在外围壁10的第二纵向壁14b中。更具体地，第一开口30a设置在热交换束2的第一纵向端24，第二开口30b设置在第二纵向端26。因此，第一收集器30a被定义为热交换束2中的第二流体的输入收集器，而第二收集器30b被定义为来自热交换束2的第二流体的输出收集器。

当热交换器1运行时，第二流体通过流通导管48到达输入收集器30a的室38，然后穿过第一开口30a，输入收集器30a的室38的窗口54面对该第一开口30a定位，然后穿过容器18，特别是设置在每个管12之间的空间28，以便收集在输出收集器30b的室38中，并通过输出收集器30b的流通导管48从热交换器1中排出。

因此可以理解，刚刚描述的第二流体的流通允许流体与在热交换束2的多个管12中的输入箱4和输出箱6之间流通的第一流体交换热量。

本发明通过构思一种用于减少收集器和热交换束之间破裂问题的简单装置，通过提出一种添加到热交换束上的收集器，包括与所述热交换束成为一体的外围边缘，很好地实现了为其设定的目的。

然而，本发明不应限于专门描述和说明的装置和配置，并且它还适用于所有等同的装置或配置，以及这些装置或配置的任何组合。

Claims (10)

1.一种热交换器(1),包括至少一个热交换束(2)、箱(4、6)和收集器(8),箱(4、6)位于热交换束(2)的端部(24、26),热交换束(2)包括至少一个界定容器(18)的外围壁(10),多个管(12)在容器中延伸，第一流体在管(12)内流通，第二流体围绕管(12)流通，至少一个开口(30)设置在外围壁(10)中，热交换器(1)的特征在于收集器(8)被添加到外围壁(10)上，收集器(8)至少部分地界定室(38)，并且包括围绕收集器(8)的窗口(54)的外围边缘(40)，收集器(8)定位成覆盖设置在外围壁(10)中的开口(30)，使得窗口(54)至少部分地与开口(30)成直线，并且外围边缘(40)至少部分地与所述外围壁(10)接触。

2.如前一权利要求所述的热交换器(1)，其中，所述热交换束(2)的外围壁(10)包括面向所述容器(18)的内表面(20)和面向热交换束(2)外部环境的外表面(22)，所述收集器(8)的外围边缘(10)与外围壁(10)的外表面(22)接触。

3.如前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述多个管(12)在由所述外围壁(10)界定的容器(18)中纵向延伸，所述开口(30)横向于所述多个管(12)设置。

4.如前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述收集器(8)的窗口(54)和设置在所述外围壁(10)中的开口(30)在同一横向轴线(X1)上对准，并且所述窗口的宽度(L1)大于所述开口的宽度(L2)。

5.如前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述室(38)具有收集器(8)的第一端(42),该第一端在沿着室(38)的对称平面(S)测量的第一高度(H1)上延伸，以及收集器(8)的第二端(44),该第二端在沿着对称平面(S)测量的第二高度(H2)上延伸，第一高度(H1)大于第二高度(H2)。

6.如前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述开口(30)包括在所述热交换束(2)的纵向方向(L)上延伸第一距离(D1)的第一边界(32a)，以及在所述热交换束(2)的纵向方向(L)上延伸第二距离(D2)的第二边界(32b)，第二距离(D2)等于第一距离(D1)。

7.如权利要求1至5中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述开口(30)包括在所述热交换束(2)的纵向方向(L)上延伸第一距离(D1)的第一边界(32a)，以及在所述热交换束(1)的纵向方向(L)上延伸第二距离(D2)的第二边界(32b)，第二距离(D2)严格小于第一距离(D1)。

8.如前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，至少一个肋(34)延伸到所述开口(30)中。

9.如前一权利要求所述的热交换器(1)，其中，所述至少一个肋(34)与所述热交换束(2)的多个管(12)中的至少一个管(12)成直线设置。

10.如前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述外围边缘(40)和外围壁(10)通过钎焊彼此成为一体。

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